發(fā)布時(shí)間：2020-04-10 22:19

【摘要】：面對(duì)復(fù)雜的事故現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和艱巨的救援任務(wù),為了使救援人員從危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解脫出來(lái),機(jī)器人技術(shù)作為一種智能科技被深入研究和廣泛應(yīng)用,成為搶險(xiǎn)救災(zāi)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是,目前傳統(tǒng)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)不足以保證通過(guò)事故現(xiàn)場(chǎng)的松軟或陡坡路面。因此將變胞機(jī)構(gòu)引入到移動(dòng)機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)中,基于變胞機(jī)構(gòu)的變結(jié)構(gòu)和變自由度的特性設(shè)計(jì)了一種變胞移動(dòng)機(jī)器人,以適應(yīng)多種事故現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,完成更多救援工作任務(wù),滿足人們對(duì)機(jī)器人工作的精準(zhǔn)化、多元化的要求。為求得合理的變胞機(jī)構(gòu),采用了鄰接矩陣的描述方法,將變胞機(jī)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)變換與運(yùn)動(dòng)特性相結(jié)合,建立移動(dòng)機(jī)構(gòu)的空間運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和動(dòng)力學(xué)模型,根據(jù)旋量理論建立機(jī)構(gòu)各個(gè)構(gòu)態(tài)的運(yùn)動(dòng)旋量矩陣,最后通過(guò)仿真軟件進(jìn)行構(gòu)態(tài)變換時(shí)的穩(wěn)定性分析。具體工作內(nèi)容如下:(1)基于具體工作任務(wù)要求結(jié)合變胞理論設(shè)計(jì)了救援移動(dòng)機(jī)器人的拓?fù)鋱D,根據(jù)基本機(jī)構(gòu)原理初步確定構(gòu)件尺寸。運(yùn)用NX/UG軟件進(jìn)行三維建模,并分析了移動(dòng)機(jī)器人的構(gòu)態(tài)變換方式及其描述方法。(2)基于D-H參數(shù)法構(gòu)建移動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的建立、求解移動(dòng)機(jī)構(gòu)的相應(yīng)位置,獲得機(jī)構(gòu)的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。引入旋量理論進(jìn)一步開展構(gòu)態(tài)運(yùn)動(dòng)分析,通過(guò)運(yùn)動(dòng)螺旋矩陣和求得反螺旋系結(jié)果反映出了機(jī)構(gòu)的可行性。由MATLAB軟件仿真得到三個(gè)構(gòu)態(tài)下移動(dòng)機(jī)器人的連桿關(guān)節(jié)的位置隨時(shí)間變化曲線。(3)建立單個(gè)移動(dòng)腿部分支的靜力學(xué)模型,分析腿部分支桿件在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的靜力學(xué)特性,得到連桿間內(nèi)應(yīng)力的變化特性以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩的變化規(guī)律�；�于Lagrange理論對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模。根據(jù)機(jī)構(gòu)等效阻力梯度模型對(duì)構(gòu)態(tài)的隨機(jī)性進(jìn)行分析。(4)應(yīng)用ADAMS軟件進(jìn)行機(jī)器人的虛擬樣機(jī)仿真分析,仿真結(jié)果表明預(yù)定的三個(gè)構(gòu)態(tài)均可實(shí)現(xiàn),證明了機(jī)構(gòu)的可行性,同時(shí)獲得了變胞移動(dòng)機(jī)器人的桿件變換構(gòu)態(tài)過(guò)程的位移、速度和加速度的變化曲線,結(jié)果表明了在變換構(gòu)態(tài)瞬時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng),與基于等效梯度阻力的隨機(jī)性分析結(jié)果一致,從而驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性。(5)針對(duì)機(jī)構(gòu)變換構(gòu)態(tài)過(guò)程中出現(xiàn)的沖擊,采用在相鄰桿件間加彈簧和隔振阻尼的方式,以減小隨機(jī)構(gòu)態(tài)的可能性;得到新的桿件受力仿真曲線,證明了所提出解決方法的有效性。
【圖文】：

引入了變胞機(jī)構(gòu)，除此之外還有爬行機(jī)器人以及特種機(jī)器人中也廣泛應(yīng)用變胞機(jī)構(gòu)。如圖 1.3 所示。圖1.2 一個(gè)變結(jié)構(gòu)輪腿式機(jī)器人 圖1.3 高壓線巡檢機(jī)器人Fig. 1.2 A novel metamorphic wheel-legged rover mechanism Fig. 1.3 High voltage line inspection robot2003 年南洋理工大學(xué)的 chen 等人[9]設(shè)計(jì)制造出一種變胞水下航行器，該變胞機(jī)器人可以根據(jù)水地面的條件不同而變換自身形態(tài)去適應(yīng)所處環(huán)境。如圖 1.4 所示。2015 年加拿大的航天研究部門研制了一款機(jī)械臂 SSRMS[10]，用于國(guó)際反恐案件站使用。未開始工作時(shí)的構(gòu)態(tài)比較聚攏，既節(jié)省了空間有方便攜帶。如圖 1.5 所示。圖1.4 變胞水下航行器 圖1.5SSRMS 機(jī)械臂Fig. 1.4 SSRMS Robotic arm Fig. 1.5 SSRMS Robotic arm2015 年姜禮杰[11]結(jié)合變胞原理設(shè)計(jì)了一種訓(xùn)練機(jī)器人，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)又進(jìn)行調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)幫助有障礙的人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。同年甄偉鯤[12]設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)新型的四足機(jī)器人，具有變構(gòu)態(tài)爬行的功能，并對(duì)其步態(tài)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，改變腰部構(gòu)件的形態(tài)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)構(gòu)態(tài)的相互轉(zhuǎn)換。2016 年葉偉[13]基于變胞原理提出一種變結(jié)構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和仿真分析。同年，李憲芝[14]在變胞機(jī)構(gòu)的應(yīng)用方面

引入了變胞機(jī)構(gòu)，除此之外還有爬行機(jī)器人以及特種機(jī)器人中也廣泛應(yīng)用變胞機(jī)構(gòu)。如圖 1.3 所示。圖1.2 一個(gè)變結(jié)構(gòu)輪腿式機(jī)器人 圖1.3 高壓線巡檢機(jī)器人Fig. 1.2 A novel metamorphic wheel-legged rover mechanism Fig. 1.3 High voltage line inspection robot2003 年南洋理工大學(xué)的 chen 等人[9]設(shè)計(jì)制造出一種變胞水下航行器，該變胞機(jī)器人可以根據(jù)水地面的條件不同而變換自身形態(tài)去適應(yīng)所處環(huán)境。如圖 1.4 所示。2015 年加拿大的航天研究部門研制了一款機(jī)械臂 SSRMS[10]，用于國(guó)際反恐案件站使用。未開始工作時(shí)的構(gòu)態(tài)比較聚攏，既節(jié)省了空間有方便攜帶。如圖 1.5 所示。圖1.4 變胞水下航行器 圖1.5SSRMS 機(jī)械臂Fig. 1.4 SSRMS Robotic arm Fig. 1.5 SSRMS Robotic arm2015 年姜禮杰[11]結(jié)合變胞原理設(shè)計(jì)了一種訓(xùn)練機(jī)器人，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)又進(jìn)行調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)幫助有障礙的人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。同年甄偉鯤[12]設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)新型的四足機(jī)器人，具有變構(gòu)態(tài)爬行的功能，并對(duì)其步態(tài)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，改變腰部構(gòu)件的形態(tài)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)構(gòu)態(tài)的相互轉(zhuǎn)換。2016 年葉偉[13]基于變胞原理提出一種變結(jié)構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和仿真分析。同年，李憲芝[14]在變胞機(jī)構(gòu)的應(yīng)用方面
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：2622775