廢墟表層頂撐機(jī)器人研究.pdf

1、全球范圍內(nèi)地震災(zāi)害頻發(fā),給相關(guān)國家和人民造成了巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。在救援工作中,救援人員多是采用手動(dòng)工具在復(fù)雜的廢墟環(huán)境中完成切割、起縫和空間頂撐,以打通救援通道。這種方法降低了救援工作的效率,危險(xiǎn)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境也時(shí)刻威脅著救援人員的人身安全。本文結(jié)合國家863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“地震災(zāi)害輔助救援機(jī)器人示范系統(tǒng)研究”,研制出一種能夠進(jìn)入震后復(fù)雜廢墟環(huán)境中,輔助或代替救援人員完成起縫和頂撐作業(yè)的廢墟表層頂撐機(jī)器人。
　　根據(jù)廢墟表層頂撐機(jī)器

2、人的功能要求,設(shè)計(jì)出機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu),機(jī)器人包含頂撐模塊、左右兩側(cè)的支撐模塊和運(yùn)動(dòng)模塊等五個(gè)模塊。頂撐模塊采用液壓驅(qū)動(dòng)的二級(jí)剪叉式頂撐機(jī)構(gòu),具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載力大等優(yōu)點(diǎn);運(yùn)動(dòng)模塊采用基于平行四桿機(jī)構(gòu)的可變形履帶式運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),具有較好的機(jī)動(dòng)性能,并可根據(jù)不同作業(yè)任務(wù)的需要改變自身結(jié)構(gòu)形式。頂撐機(jī)器人具有快速運(yùn)動(dòng)與蠕動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)模式,快速運(yùn)動(dòng)時(shí)利用履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)器人在廢墟等非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中進(jìn)行直線、轉(zhuǎn)向或爬坡運(yùn)動(dòng),蠕動(dòng)時(shí)機(jī)器人可以在廢墟中建立運(yùn)動(dòng)通道

3、,使自身在廢墟下面穿行。
　　頂撐機(jī)器人在頂撐作業(yè)時(shí)需要承受較大負(fù)載,各零部件必須要有足夠大的強(qiáng)度和剛度,因此對(duì)頂撐機(jī)器人在整個(gè)頂撐作業(yè)過程中的運(yùn)動(dòng)與受力狀態(tài)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析;針對(duì)頂撐作業(yè)時(shí)的最危險(xiǎn)工況,利用ANSYSWorkbench進(jìn)行了有限元靜力結(jié)構(gòu)分析,為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論依據(jù);并在ADAMS環(huán)境中完成了頂撐機(jī)器人的蠕動(dòng)過程仿真,驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。
　　為了增強(qiáng)頂撐機(jī)器人控制系統(tǒng)在復(fù)雜工作環(huán)境中的可靠性

4、,基于模塊化原則搭建了控制系統(tǒng)硬件平臺(tái);控制系統(tǒng)軟件采用LAAS體系結(jié)構(gòu),將控制軟件分為決策層、執(zhí)行控制層、功能層、邏輯系統(tǒng)層和硬件層,這種軟件體系結(jié)構(gòu)基本不受硬件變化的影響,具有較強(qiáng)的靈活性和擴(kuò)展性;基于Windows系統(tǒng)的多線程機(jī)制,利用VisualC++編寫了控制軟件。
　　研制出頂撐機(jī)器人樣機(jī),進(jìn)行了快速運(yùn)動(dòng)、蠕動(dòng)、爬坡、原地轉(zhuǎn)向等運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)和起縫、頂撐作業(yè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,頂撐機(jī)器人具有較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)能力,可以利用蠕動(dòng)功能在