復(fù)合式連桿越障偵測機(jī)器人研究.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步和社會的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)成為當(dāng)今世界備受關(guān)注的前沿課題。與此同時，隨著人類在非規(guī)整復(fù)雜地形的各種活動增多，以及對具有潛在危險區(qū)域或者人員無法進(jìn)入?yún)^(qū)域的探測活動的增加，越障偵測機(jī)器人的研究更是受到各行各業(yè)的青睞。因此，現(xiàn)在迫切需要一種在規(guī)整地形移動速度快和非規(guī)整復(fù)雜地形越障能力強且輕小便攜的移動機(jī)器人來完成各種偵測任務(wù)?；谶@樣的環(huán)境及應(yīng)用需求，本文提出了一種復(fù)合式連桿越障偵測機(jī)器人。本文中的機(jī)器人采用一種簡潔可靠的輪桿式驅(qū)

2、動機(jī)構(gòu)，在平坦地面上使用輪式行走方式，在復(fù)雜的非規(guī)整地形中利用復(fù)合式連桿來進(jìn)行越障。復(fù)合式連桿機(jī)器人采用對稱式的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，其驅(qū)動行走機(jī)構(gòu)主要包括行動輪和復(fù)合式越障連桿，多根連桿物理連接在輪子的邊緣部分，隨著輪子轉(zhuǎn)動且不會影響行動輪的運動，當(dāng)其在較為規(guī)整的平坦地面上行走時，類似于傳統(tǒng)的普通圓輪行走方式，行走效率高，移動速度快，不存在“奇異點”問題。而當(dāng)其行走在非規(guī)整的復(fù)雜地形中時，則自動切換為越障模式，利用桿-桿、桿-輪、桿-身等相互

3、切換來完成機(jī)器人的越障，具有越障能力強、控制簡單等特點。
　　首先，本文介紹越障偵測機(jī)器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并對輪桿式移動機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。通過分析傳統(tǒng)移動機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，從而引出本文中的輪桿式移動機(jī)器人的輪桿結(jié)構(gòu)，并對其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及整機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。然后，分別從連桿的個數(shù)和輪子的個數(shù)兩個方面對輪桿式移動機(jī)器人進(jìn)行分類。接著，對本文所述的機(jī)器人進(jìn)行運動學(xué)和動力學(xué)的分析。建立參考坐標(biāo)系并描述機(jī)器人在其中的位姿

4、及運動規(guī)律；分析機(jī)器人在平面坐標(biāo)系中的運動學(xué)模型。隨后，重點分析復(fù)合式連桿機(jī)器人的運動原理及越障能力。本部分主要介紹了機(jī)器人在規(guī)整地形運動時所采用的同側(cè)同相和全輪同相情況下的轉(zhuǎn)彎方式，并詳細(xì)分析了機(jī)器人在連續(xù)階梯地形的越障過程及原理；緊接著，通過分析得到該機(jī)器人的極限越障高度為行動輪半徑的三倍，并得出該越障高度下越障連桿的相關(guān)參數(shù)，越障效果最佳時的連桿個數(shù)和相位差；利用重心投影法分析機(jī)器人的靜態(tài)穩(wěn)定性及爬坡能力。機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計部分

5、首先介紹了控制系統(tǒng)的總體設(shè)計，然后分別對外圍硬件部分和軟件部分進(jìn)行了詳細(xì)的描述。最后，對復(fù)合式連桿越障偵測機(jī)器人樣機(jī)的基本性能進(jìn)行實驗研究，主要包括規(guī)整地形的前進(jìn)后退、轉(zhuǎn)彎，以及非規(guī)整地形的越障和偵測性能的驗證。
　　本文提出的復(fù)合式連桿越障偵測機(jī)器人是一種結(jié)構(gòu)簡潔可靠、控制簡單、效率高、地表適應(yīng)性好、越障能力強、非輪非腿非履帶式的移動機(jī)器人，既能在規(guī)整地形中保證圓輪的移動速度和行走效率，又能在非規(guī)整地形中利用復(fù)合連桿保證越障能力