重载机器人高适应性足部的设计与研究

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机器人技术的发展对人类更好的适应大自然具有重要意义,机器人的广泛应用也对机器人的技术要求越来越高。移动机器人中的足式机器人具有很多优势,其落足点是离散的,在各种路况上总可以找到稳定的支撑点,对工作路况要求低,但是对足式机器人的足部要求高,特别是大型重载足式机器人。现阶段对在不同恶劣路况下行走的大型重载足式机器人足部的研究还很少。国内需要研制一种六足重载机器人,可以应用在山地、砂石、冰雪路面等恶劣复杂环境下。本文设计了一种重载机器人高适应性足部,可以适应崎岖不平等多种不同的恶劣复杂路况,具有高适应性、减震性能以及大附着力,同时可以承受重载,对大型重载足式机器人在恶劣环境下的应用具有重要意义。针对重载机器人在恶劣复杂环境下的应用,机器人可以爬坡、转弯、适应崎岖不平路面等,要求足部具有高适应性、高承载性、缓冲减震性能和大附着力性能。设计了球副机构,使足底可以摆动一定角度和绕小腿轴线360。回转,实现足部的高适应功能,满足机器人的爬坡、转向和适应崎岖不平路面的性能要求,保证足部稳定落地。重载机器人的足部在落地过程中会产生很大的冲击,为了减小冲击作用,设计了橡胶减震器和金属弹簧减震器,以达到缓冲减震性能要求;其中为了保证机器人的连续行走,足底摆动后需自复位,以免足部再次落地发生危险情况,设计了周向均布的三组拉伸弹簧,实现足部的自复位性能要求;为了使足部结构简单,采用截锥螺旋弹簧将减震和足底自复位功能进行了组合创新设计。为了使足部可以适应山地、砂石和冰雪路面等,难以设计一种足底满足上述所有路况,因此设计了一种足底快换机构,根据不同路况可以快速更换不同的足底满足机器人的行走要求;整体结构采用轻质合金,质量低,强度高,可以满足承受重载的性能要求。各部分布置合理,相辅相成,既独立完成各自的功能,又具有良好的协调性能,使用中不会发生部件间的干涉和冲击碰撞问题,可以良好地满足整体的性能需求。基于上述的足部结构,为了更好的模拟足部实际工作过程中受到的载荷,对足部进行了动力学仿真分析。在平地和斜坡上分别进行了实验,可以满足承载性能要求,并具有一定的爬坡能力。
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