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灾害搜救工作的复杂性、危险性和紧迫性给救援工作带来了极大的困难。救援机器人以其体积小、灵活性高等诸多优点成为灾害辅助救援的有效工具,并引起全世界的广泛关注。“RoboCup机器人世界杯”作为最有影响的机器人比赛也增加了实物救援项目组,为救援理论和技术提供研究的试验平台。
本课题针对RoboCup救援项目比赛,设计了一款结构新颖、能搭载多种专用装置的救援机器人行走系统,并对其进行运动学、动力学分析和稳定性研究,使其能够在特定的复杂环境下灵活和稳定地运动。
本课题研究的主要工作有以下几个方面:
1.在对比国内外救援机器人典型结构的基础上,以提高环境适应性为目标,确定了一种由一对主履带加两对摆臂履带组成的救援机器人行走系统复合式结构,设计了独立运动的前后摆臂系统和整机机械结构,具有合理的结构布局。
2.对行走系统进行了平面运动性能的分析,重点分析了运动过程中地面对履带的影响,并通过滑转和滑移系数对转向运动学方程进行修正,使其与实际更加接近。
3.对行走系统的越障性能进行了分析,包括机器人在典型环境下的通过性、稳定性和动力性,并针对跨越台阶,提出一套可用于自主控制的动作规划算法,保证机器人可以独立越障。
4.利用三维软件Solidworks对行走系统进行了三维建模,并应用动力学分析软件ADAMS对机器人模型进行了运动仿真,分析了速度、加速度、力矩等参数性能,为实际工作提供理论依据,其中在越障过程中应用函数关系,更好地仿真规划了爬越台阶的过程,上述仿真都通过样机实验进行了验证。