微小型爬壁机器人机构研究与仿真

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目前机器人在各行各业中发挥着重要的作用。作为特种机器人的微小型爬壁机器人因其特有的优点,在军事、反恐等场合中有着广泛的应用前景。本文结合国家863计划资助的项目,研究了一种用于反恐侦查的微小型爬壁机器人,该爬壁机器人采用两足欠驱动结构形式,尺寸小、重量轻、具有灵活的运动能力和多种运动方式,它可以爬行壁面、穿越管道和跨越交叉面。 本文首先利用Pro/E软件建立了爬壁机器人的三维实体模型,并进行了本体结构分析。为使机器人小型化、轻型化,利用ANSYS软件对腿部构件进行了结构分析,并对腿部构件以最小质量为目标函数进行了优化设计,以减少不必要的重量,从而降低能量消耗。 其次,进行了步态规划和安全性分析,讨论了机器人在不同壁面上的抗倾翻和抗滑落的必要条件,同时对机器人进行了运动学分析,利用Matlab软件计算变换矩阵,推导了机器人的运动学方程,得到机器人足端的轨迹与机器人的各关节变量之间的运动关系,为机器人的控制打下了基础。 最后基于Pro/E软件建立的爬壁机器人的实体模型,在ADAMS中建立了爬壁机器人的虚拟样机,并对虚拟样机进行了分析与仿真。验证了机器人步态规划以及机构设计的可行性,并调试出机器人在不同壁面稳定爬行时吸盘所需要的吸附力,以及在每个时刻机器人的位移、速度、加速度和电机的驱动力矩,为电机的选择和真空泵的选择提供可靠的依据,也为机器人的控制提供有益的参数,也可为其他爬壁机器人的仿真和安全性研究提供借鉴。
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