地形自適應(yīng)全轉(zhuǎn)向消防無人車移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、隨著各種大型石油化工企業(yè)、危險(xiǎn)品倉庫等的不斷增多，油品燃?xì)狻⒍練庑孤┍ǖ葹?zāi)害隱患也在不斷增加。這些災(zāi)害往往具有非常大的破壞性，為了及時(shí)營救受災(zāi)受困人員、防止災(zāi)害進(jìn)一步擴(kuò)大或者防止災(zāi)害的二次發(fā)生，對于消防救援有著時(shí)間的緊迫性和行動(dòng)的必須性要求。但這類災(zāi)害往往伴隨著有毒、輻射、缺氧或易燃易爆等危險(xiǎn)狀況的發(fā)生，使得消防人員難以深入事故現(xiàn)場進(jìn)行環(huán)境偵察和消防救援。如果消防人員沒有對環(huán)境進(jìn)行充分偵察和了解，便盲目進(jìn)入事故現(xiàn)場開展消防行動(dòng)，這樣不

2、僅難以取得預(yù)期效果，反而有可能造成人員傷亡。即使已經(jīng)對環(huán)境進(jìn)行了充分的了解，如果讓消防救援人員親自進(jìn)入這些危險(xiǎn)的環(huán)境里，也很有可能因?yàn)檩椛?、有毒等或者二次?zāi)害突然發(fā)生造成消防救援人員的犧牲。針對此世界各國都在積極進(jìn)行消防無人車的研制，以幫助或者替代消防救援人員在危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行環(huán)境偵查和消防救援工作。由于消防災(zāi)害事故現(xiàn)場地形復(fù)雜，因而對消防無人車移動(dòng)系統(tǒng)具有一定要求。本文圍繞著提高消防無人車在狹窄區(qū)域的移動(dòng)靈活性和復(fù)雜路況的適應(yīng)性，開展了地

3、形自適應(yīng)全轉(zhuǎn)向消防無人車移動(dòng)系統(tǒng)研究。本論文的主要研究工作如下:
　　首先，提出了一種新型地形自適應(yīng)全轉(zhuǎn)向消防無人車移動(dòng)系統(tǒng)方案。
　　本文在分析現(xiàn)在消防無人車采用的主要行走機(jī)構(gòu)及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以兼顧移動(dòng)高效性和轉(zhuǎn)向靈活性為目的，進(jìn)行了消防無人車整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定了能夠靈活的在被動(dòng)適應(yīng)地形和主動(dòng)抬升越障之間切換的行進(jìn)機(jī)構(gòu)和全轉(zhuǎn)向移動(dòng)機(jī)構(gòu)方案。完成了地形自適應(yīng)模塊、主動(dòng)抬升模塊、全轉(zhuǎn)向模塊的實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì);同時(shí)在

4、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了與之匹配的環(huán)境感知模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊的設(shè)計(jì)。
　　其次，進(jìn)行了地形自適應(yīng)全轉(zhuǎn)向消防無人車移動(dòng)系統(tǒng)建模與分析。
　　通過車輛動(dòng)力學(xué)模型分析了該移動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過程中的受力狀況，對該移動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)條件驗(yàn)證。通過建立被動(dòng)自適應(yīng)典型障礙進(jìn)行分析，獲得了該移動(dòng)系統(tǒng)通過典型障礙物時(shí)的靜平衡方程，分析了其地形適應(yīng)能力。通過建立主動(dòng)抬升力矩方程及抬升高度分析模型，獲得了主動(dòng)抬升時(shí)所需的抬升力矩、抬升高度與各桿件之間的

5、關(guān)系、前搖桿與車體俯仰角之間的關(guān)系。建立了不同轉(zhuǎn)向模式下的分析模型，分析了移動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向過程中各輪運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，獲得了各車輪的轉(zhuǎn)角和速度關(guān)系。
　　最后，對地形自適應(yīng)全轉(zhuǎn)向消防無人車移動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)。
　　文章搭建了物理樣機(jī)試驗(yàn)平臺并進(jìn)行了障礙檢測、被動(dòng)適應(yīng)地形、主動(dòng)抬升越障和轉(zhuǎn)向避障相關(guān)實(shí)驗(yàn)。通過障礙檢測實(shí)驗(yàn)對所設(shè)計(jì)的環(huán)境感知模塊的障礙檢測有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。通過地形自適應(yīng)仿真實(shí)驗(yàn)及實(shí)際起伏路面檢測了其地形自適應(yīng)能力。針