崎嶇地面上小型機(jī)器人的多場耦合研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是近年來多場耦合技術(shù)的快速發(fā)展，對機(jī)器人技術(shù)的研究日益加深。崎嶇路面機(jī)器人的設(shè)計(jì)成為了重點(diǎn)研究內(nèi)容。本課題在國家自然科學(xué)基金“輪式機(jī)器人在崎嶇地面的低能耗通過性控制的方法研究(60775060)”和博士點(diǎn)基金“機(jī)器人感知輪的機(jī)理和基于多場耦合的構(gòu)型優(yōu)化研究”(201102304110006)的支持下，研究不同構(gòu)型下可重構(gòu)移動機(jī)器人在崎嶇路面的通過性和穩(wěn)定性問題；機(jī)器人內(nèi)部小范圍多場耦合問題，以機(jī)器人車輪為例，通過對

2、車輪優(yōu)化分析找到一組最佳的設(shè)計(jì)參數(shù)。
　　 首先，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)對機(jī)器人的六種對稱構(gòu)型和兩種非對稱構(gòu)型的典型崎嶇路面進(jìn)行建模。用ADAMS軟件對機(jī)器人整個(gè)運(yùn)動過程進(jìn)行仿真分析，獲得在運(yùn)動過程中車體角度(差分角、俯仰角、橫滾角、偏航角)變化規(guī)律，通過和正規(guī)構(gòu)型對比，分析不同構(gòu)型機(jī)器人通過時(shí)的特點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證仿真的正確性。
　　 其次，利用ANSYS多物理場耦合功能，選用間接耦合方法對機(jī)器人車輪做熱-結(jié)構(gòu)耦合分析。車

3、輪體積比較小、結(jié)構(gòu)緊湊，電機(jī)在工作過程中產(chǎn)熱不能及時(shí)散出，組成輪子各個(gè)部分材料的熱膨脹系數(shù)不同，熱應(yīng)力對車輪的影響不能忽略。當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動速度為1cm/s時(shí)，運(yùn)動過程中每點(diǎn)按照準(zhǔn)靜態(tài)過程處理。把整個(gè)過程分散為200個(gè)點(diǎn)，對正規(guī)構(gòu)型機(jī)器人車輪以ADAMS仿真的結(jié)果作為仿真的邊界條件，對每個(gè)點(diǎn)做結(jié)構(gòu)和熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，提取在運(yùn)動過程中應(yīng)變和應(yīng)力最大值，并進(jìn)行對比分析證明熱應(yīng)力對車輪結(jié)構(gòu)的影響不能忽略。最后考慮電機(jī)電磁對車輪熱-結(jié)構(gòu)耦合的影響，

4、進(jìn)行了初步多場耦合分析。
　　 然后，用同樣的方法分別對一種特殊的對稱構(gòu)型和非對稱構(gòu)型進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，并且和正規(guī)構(gòu)型對比，得出一個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，即通過研究正規(guī)構(gòu)型應(yīng)力和應(yīng)變的變化可以推導(dǎo)出重構(gòu)構(gòu)型的變化為可重構(gòu)機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　 最后，利用VC對ANSYS進(jìn)行二次開發(fā)并對車輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析，得到一組關(guān)于車輪的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。開發(fā)了一套優(yōu)化程序，利用VC和ANSYS接口調(diào)用APDL把參數(shù)化建模、熱一結(jié)構(gòu)耦