球形兩棲機(jī)器人的穩(wěn)定性分析.pdf

1、隨著現(xiàn)代社會(huì)不斷地向前飛速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)與人類(lèi)日常生活的關(guān)系變得越來(lái)越密不可分。球形兩棲機(jī)器人是機(jī)器人的重要組成部分，由于它是一種對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，所以它具有良好的環(huán)境適應(yīng)性以及運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，并且已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于日常生活的各個(gè)領(lǐng)域之中。因此對(duì)于球形兩棲機(jī)器人的研究已經(jīng)成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)熱門(mén)話(huà)題。機(jī)器人廣泛應(yīng)用的前提是必須具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和性能，所以對(duì)于球形兩棲機(jī)器人穩(wěn)定性的研究和分析是必不可少的。
　　首先，本論文介紹了一種新型的球

2、形兩棲機(jī)器人系統(tǒng)。該機(jī)器人是一種整體對(duì)稱(chēng)的球形結(jié)構(gòu)，其具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，噪聲小，運(yùn)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，它用帶有噴水直流推進(jìn)器的噴水管作為自己的驅(qū)動(dòng)腿單元，該機(jī)器人不僅能夠在陸地上的運(yùn)行，還可以在水下環(huán)境中完成各種運(yùn)動(dòng)和作業(yè)。
　　其次，為了分析球形兩棲機(jī)器人的陸地穩(wěn)定性和水下穩(wěn)定性，先進(jìn)行了球形兩棲機(jī)器人的穩(wěn)定性理論分析，然后運(yùn)用流固耦合力學(xué)理論對(duì)球形兩棲機(jī)器人在陸地環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了仿真分析，得出了球形兩棲機(jī)器人的總體變形圖，彈性應(yīng)變分布

3、以及等效應(yīng)力分布，并分析了球形兩棲機(jī)器人的陸地運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。球形兩棲機(jī)器人銅柱和水平舵機(jī)接觸處受到的壓強(qiáng)最大，達(dá)到了5 Pa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的屈服強(qiáng)度，滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求。最后進(jìn)行了球形兩棲機(jī)器人的陸地穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了球形兩棲機(jī)器人在不同步頻和步幅時(shí)的穩(wěn)定性，得出了球形兩棲機(jī)器人在陸地運(yùn)行時(shí)的最優(yōu)擺動(dòng)角度為30°，最優(yōu)擺動(dòng)周期為0.2 s。
　　最后，簡(jiǎn)要介紹了流體力學(xué)分析理論，繪制了球形兩棲機(jī)器人的簡(jiǎn)化模型，對(duì)噴水推進(jìn)器進(jìn)行了流體力學(xué)

4、分析。并對(duì)球形兩棲機(jī)器人以及周?chē)蜻M(jìn)行了網(wǎng)格劃分，施加相應(yīng)的約束，利用ANSYS軟件進(jìn)行水下仿真，得到球形兩棲機(jī)器人在水下的壓力云圖和速度矢量圖，并分析了仿真結(jié)果，驗(yàn)證了球形兩棲機(jī)器人的穩(wěn)定性。當(dāng)球形兩棲機(jī)器人在水下做上升運(yùn)動(dòng)時(shí)，球殼頂部受到的力最大，達(dá)到了16N,遠(yuǎn)小于亞克力材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求。之后進(jìn)行了球形兩棲機(jī)器人的水下穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，并分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)球形兩棲機(jī)器人在推進(jìn)器輸入電壓為6V時(shí)，球形兩棲機(jī)器人在前進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)