【摘要】：面對復雜的事故現(xiàn)場環(huán)境和艱巨的救援任務,為了使救援人員從危險的工作環(huán)境中解脫出來,機器人技術(shù)作為一種智能科技被深入研究和廣泛應用,成為搶險救災領域的研究熱點。但是,目前傳統(tǒng)的機器人結(jié)構(gòu)不足以保證通過事故現(xiàn)場的松軟或陡坡路面。因此將變胞機構(gòu)引入到移動機器人的腿部結(jié)構(gòu)中,基于變胞機構(gòu)的變結(jié)構(gòu)和變自由度的特性設計了一種變胞移動機器人,以適應多種事故現(xiàn)場環(huán)境,完成更多救援工作任務,滿足人們對機器人工作的精準化、多元化的要求。為求得合理的變胞機構(gòu),采用了鄰接矩陣的描述方法,將變胞機構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)變換與運動特性相結(jié)合,建立移動機構(gòu)的空間運動學方程和動力學模型,根據(jù)旋量理論建立機構(gòu)各個構(gòu)態(tài)的運動旋量矩陣,最后通過仿真軟件進行構(gòu)態(tài)變換時的穩(wěn)定性分析。具體工作內(nèi)容如下:(1)基于具體工作任務要求結(jié)合變胞理論設計了救援移動機器人的拓撲圖,根據(jù)基本機構(gòu)原理初步確定構(gòu)件尺寸。運用NX/UG軟件進行三維建模,并分析了移動機器人的構(gòu)態(tài)變換方式及其描述方法。(2)基于D-H參數(shù)法構(gòu)建移動機構(gòu)的運動學模型,通過對運動學方程的建立、求解移動機構(gòu)的相應位置,獲得機構(gòu)的正向運動學方程。引入旋量理論進一步開展構(gòu)態(tài)運動分析,通過運動螺旋矩陣和求得反螺旋系結(jié)果反映出了機構(gòu)的可行性。由MATLAB軟件仿真得到三個構(gòu)態(tài)下移動機器人的連桿關節(jié)的位置隨時間變化曲線。(3)建立單個移動腿部分支的靜力學模型,分析腿部分支桿件在運動狀態(tài)下的靜力學特性,得到連桿間內(nèi)應力的變化特性以及電機驅(qū)動力矩的變化規(guī)律�；贚agrange理論對移動機器人進行動力學建模。根據(jù)機構(gòu)等效阻力梯度模型對構(gòu)態(tài)的隨機性進行分析。(4)應用ADAMS軟件進行機器人的虛擬樣機仿真分析,仿真結(jié)果表明預定的三個構(gòu)態(tài)均可實現(xiàn),證明了機構(gòu)的可行性,同時獲得了變胞移動機器人的桿件變換構(gòu)態(tài)過程的位移、速度和加速度的變化曲線,結(jié)果表明了在變換構(gòu)態(tài)瞬時會產(chǎn)生沖擊振動,與基于等效梯度阻力的隨機性分析結(jié)果一致,從而驗證了仿真結(jié)果的正確性。(5)針對機構(gòu)變換構(gòu)態(tài)過程中出現(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】：

引入了變胞機構(gòu)，除此之外還有爬行機器人以及特種機器人中也廣泛應用變胞機構(gòu)。如圖 1.3 所示。圖1.2 一個變結(jié)構(gòu)輪腿式機器人 圖1.3 高壓線巡檢機器人Fig. 1.2 A novel metamorphic wheel-legged rover mechanism Fig. 1.3 High voltage line inspection robot2003 年南洋理工大學的 chen 等人[9]設計制造出一種變胞水下航行器，該變胞機器人可以根據(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械臂 SSRMS[10]，用于國際反恐案件站使用。未開始工作時的構(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)合變胞原理設計了一種訓練機器人，對其結(jié)構(gòu)設計的同時又進行調(diào)節(jié)設計實現(xiàn)幫助有障礙的人進行康復訓練。同年甄偉鯤[12]設計了一種創(chuàng)新型的四足機器人，具有變構(gòu)態(tài)爬行的功能，并對其步態(tài)進行規(guī)劃設計，改變腰部構(gòu)件的形態(tài)實現(xiàn)兩個構(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)機構(gòu)，對其進行運動學分析和仿真分析。同年，李憲芝[14]在變胞機構(gòu)的應用方面

引入了變胞機構(gòu)，除此之外還有爬行機器人以及特種機器人中也廣泛應用變胞機構(gòu)。如圖 1.3 所示。圖1.2 一個變結(jié)構(gòu)輪腿式機器人 圖1.3 高壓線巡檢機器人Fig. 1.2 A novel metamorphic wheel-legged rover mechanism Fig. 1.3 High voltage line inspection robot2003 年南洋理工大學的 chen 等人[9]設計制造出一種變胞水下航行器，該變胞機器人可以根據(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械臂 SSRMS[10]，用于國際反恐案件站使用。未開始工作時的構(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)合變胞原理設計了一種訓練機器人，對其結(jié)構(gòu)設計的同時又進行調(diào)節(jié)設計實現(xiàn)幫助有障礙的人進行康復訓練。同年甄偉鯤[12]設計了一種創(chuàng)新型的四足機器人，具有變構(gòu)態(tài)爬行的功能，并對其步態(tài)進行規(guī)劃設計，改變腰部構(gòu)件的形態(tài)實現(xiàn)兩個構(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)機構(gòu)，，對其進行運動學分析和仿真分析。同年，李憲芝[14]在變胞機構(gòu)的應用方面
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP242

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本文編號：2622775