攀爬連續(xù)階梯的小型機(jī)器人研究.pdf

1、目前，人類在非規(guī)整復(fù)雜地形的各種活動(dòng)越來越多，且伴隨著偵測(cè)消防、救援探險(xiǎn)以及核工業(yè)等眾多領(lǐng)域?qū)δ茉竭^復(fù)雜地形的機(jī)器人需求越來越緊迫。所以現(xiàn)在迫切需要能夠在非規(guī)整復(fù)雜的地形中來去自如的越障機(jī)器人來完成各種任務(wù)。這里主要針對(duì)現(xiàn)在城市里面的高樓發(fā)生火災(zāi)或者反恐偵測(cè)救援時(shí)，需要一種能夠攀爬連續(xù)階梯的小型偵測(cè)機(jī)器人，提出了一種可變偏心輪結(jié)構(gòu)的機(jī)器人。該機(jī)器人使用輪子作為行走機(jī)構(gòu)。每個(gè)輪子采用了雙圓的結(jié)構(gòu)，具有如下優(yōu)點(diǎn):在較為規(guī)整平坦地形中將輪子切

2、換成圓形結(jié)構(gòu)的普通輪，其運(yùn)動(dòng)速度和輪式的運(yùn)動(dòng)速度就完全相同，具有很高的效率。而在非規(guī)整的復(fù)雜地形中將會(huì)把機(jī)器人的輪子切換成偏心結(jié)構(gòu)，這時(shí)，機(jī)器人就成為了一個(gè)偏心輪越障平臺(tái)，越障模式的切換是依靠人為控制或者傳感器檢測(cè)后自動(dòng)切換，具有很高的越障效率和控制簡(jiǎn)潔的特點(diǎn)。本文提出的機(jī)器人輪子的切換具有典型的工程應(yīng)用前景，其具有控制穩(wěn)定、成本低、便于維護(hù)管理等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文開始介紹了國(guó)類外的越障機(jī)器人的發(fā)展情況，通過對(duì)國(guó)類外的經(jīng)典機(jī)器人的介

3、紹，提出了本文的攀爬連續(xù)階梯的小型機(jī)器人設(shè)計(jì)方案。在前面章節(jié)中，主要對(duì)攀爬連續(xù)階梯機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上面進(jìn)行了分析和介紹，對(duì)其主要行走機(jī)構(gòu)（可變偏心輪子）做了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及整機(jī)的結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)。在后面的章節(jié)中，對(duì)本文所述的機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析，以及對(duì)這種雙圓可切換輪子進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上和動(dòng)力學(xué)上面的分析;對(duì)機(jī)器人攀爬連續(xù)階梯進(jìn)行了原理上的具體分析。機(jī)器人的控制系統(tǒng)部分也是本款機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)，這里的控制系統(tǒng)主要涉及到了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模式切

4、換的控制和無線型號(hào)的傳輸，以及電機(jī)的控制和各種傳感器的控制。本文還重點(diǎn)分析研究了所述機(jī)器人的空間動(dòng)量和空間慣量，機(jī)器人的空間動(dòng)量和空間慣量的分析給機(jī)器人的連續(xù)攀爬階梯奠定了理論依據(jù)，特別是對(duì)機(jī)器人攀爬階梯時(shí)的姿態(tài)以及機(jī)器人各部件的參數(shù)設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)。
　　本文通過在動(dòng)力學(xué)上、運(yùn)動(dòng)學(xué)上、控制學(xué)上的理論建模分析與研究，得出了本文機(jī)器人在理論上攀爬連續(xù)階梯的依據(jù)。機(jī)器人在模式切換的過程中，由于傳感器之間有著較多的電磁信號(hào)干擾，所以