面向特種機(jī)器人的模塊化設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、隨著全球反恐形勢日益嚴(yán)峻，以及重大自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，能夠在搜救、排爆、消防等工作中代替或部分代替人去執(zhí)行和完成這些危險(xiǎn)任務(wù)的特種機(jī)器人得到了越來越多的重視?，F(xiàn)有的特種機(jī)器人多是針對特定任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，多功能性和擴(kuò)展性有限，為了應(yīng)對多樣化的突發(fā)任務(wù)，勢必要保持一定數(shù)量功能不一的特種機(jī)器人。這就需要大量的投資，一定程度上造成了資源的浪費(fèi)?？紤]到這種情況，本文通過對現(xiàn)有特種機(jī)器人進(jìn)行分析，提煉出一套模塊化特種機(jī)器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)將模塊化方法應(yīng)用于

2、特種機(jī)器人領(lǐng)域，以有限的模塊滿足多樣化的任務(wù)需求，在拓展特種機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的同時(shí)兼顧成本。
　　 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新性工作如下：
　　 1、提出了一種由非模塊化機(jī)器人獲得模塊化機(jī)器人系統(tǒng)的自底向上的設(shè)計(jì)方法。該方法從功能角度出發(fā)對攻擊、排爆、偵察和消防四類特種機(jī)器人進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)研究，根據(jù)功能結(jié)構(gòu)對特種機(jī)器人進(jìn)行模塊劃分，為模塊庫構(gòu)建提供指導(dǎo)和依據(jù)。該過程中應(yīng)用IDEF0建模方法建立系統(tǒng)模型，詮釋系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，為模塊化特種機(jī)器

3、人系統(tǒng)后續(xù)開發(fā)奠定基礎(chǔ)。
　　 該方法實(shí)現(xiàn)了由功能相似的非模塊化機(jī)器人獲得模塊化機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，為模塊化特種機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一條新思路。
　　 2、提出了一種基于公理設(shè)計(jì)的模塊化機(jī)器人配置設(shè)計(jì)方法。該方法根據(jù)功能需求和設(shè)計(jì)參數(shù)的分解結(jié)果，確定模塊的選擇和裝配的順序，通過運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析和SolidWorks 仿真對配置方案進(jìn)行驗(yàn)證，為模塊化機(jī)器人的配置設(shè)計(jì)過程提供了一套簡潔清晰、易于實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)流程。

4、作為一種模塊化特種機(jī)器人配置方法對開展模塊化機(jī)器人設(shè)計(jì)方法研究有一定的借鑒意義。
　　 3、針對特種機(jī)器人的配置設(shè)計(jì)，提出了使能模塊和結(jié)構(gòu)模塊的概念。結(jié)構(gòu)模塊指需要進(jìn)一步分解并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)分析的模塊，使能模塊是指能夠根據(jù)性能指標(biāo)加以選擇并實(shí)現(xiàn)特定功能的模塊，以這兩種模塊的出現(xiàn)作為分解中止的標(biāo)志，使得功能分解的停止點(diǎn)更加清晰，更符合模塊化產(chǎn)品的特點(diǎn)，在保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提下簡化了分解過程，節(jié)約了新產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間。