多節(jié)履帶式煤礦井下搜索機器人本體設(shè)計及運動分析.pdf

1、煤礦井下容易發(fā)生瓦斯、煤塵等爆炸事故。事故發(fā)生后，井下環(huán)境異常兇險，救援人員難以在第一時間進入，許多礦工因救援不及時而喪生。因此，煤礦井下搜索機器人的研制對提高煤礦事故應(yīng)急搶險能力、減少人員傷亡、決策建議具有重要的實際意義。
　　本文結(jié)合國家863項目“煤礦井下搜索機器人研制”，主要完成了如下的研究內(nèi)容：
　　首先，設(shè)計出搜索機器人的本體結(jié)構(gòu)。該機器人采用五單元模塊串聯(lián)、多履帶構(gòu)型、多關(guān)節(jié)鉸接的蛇形結(jié)構(gòu)，利用正壓防爆。五個單

2、元模塊由四個關(guān)節(jié)串聯(lián)鉸接，關(guān)節(jié)間有軟管相通，用于走線和通氣。機器人配備各類檢測元件，先行進入井下，探測井下環(huán)境和人員情況，通過其釋放在巷道內(nèi)的小型通訊節(jié)點，將信息實時返回。
　　其次，建立了機器人運動學(xué)和動力學(xué)模型，對機器人的運動性能進行了分析。建立了原地微調(diào)和全地移動兩種狀態(tài)下的機器人運動學(xué)模型，重點驗證了機器人的跟隨特性，對最難翻越的樓梯障礙進行了越障動作規(guī)劃。根據(jù)履帶與地面之間的力學(xué)關(guān)系，建立了兩種姿態(tài)下的轉(zhuǎn)彎模型，并重點研

3、究了偏航角對轉(zhuǎn)彎半徑的影響。采用牛頓歐拉法，對機器人平面行走建立了動力學(xué)模型，分析了機器人這種情況下的動態(tài)特性，為進一步分析機器人在不同地形下的動態(tài)特性提供了理論模型。
　　最后，基于動力學(xué)仿真軟件RecurDyn對機器人進行了運動仿真。針對抽象出的含有特殊障礙的不同地形，對機器人平地行走、爬坡、翻越階梯、跨越溝壑等運動進行了仿真，驗證了機器人的基本功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性；對最難翻越的樓梯障礙進行了仿真分析，驗證了越障理論的正確性