基于被动自适应的机器人机构学与运动机理研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201331204050河北工业大学硕士学位论文基于被动自适应的机器人机构学与运动机理研究论文作者：史英明学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：机械工程指导教师：张明路职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringSTUDYONMECHANISMANDMOTIONMECHANISMOFPASSIVESELF-ADAPATIVEMOBILEROBOTbyShiYingmin

2、gSupervisor:Prof.ZhangMingluApril2016摘要近年来移动机器人在替代人力完成灾难救援等工作的过程中发挥着不可替代的作用。本论文针对非结构化环境，设计了一款轮-履复合被动自适应移动机器人，本机器人结合了轮式、履带式机器人的优点。通过对机器人行走部分结构的创新设计，使得机器人通过自身结构的调整以适应较为复杂的工作环境。本文主要工作和创新成果如下：1.通过对平面四杆机构的深入研究，根据不同机构的类型特点，经过演化和组合的方式设计了一种欠驱动机构，并应用于机器人行走模块。通过对机器人行走驱动方式和行走方式的深入分析，在欠驱动机构

3、的基础上，结合轮式和履带式行走方式的优点，搭建轮-履复合被动自适应移动机器人移动平台；2.采用模块化设计方法，完成轮-履复合被动自适应移动机器人整体结构以及各功能模块的设计，最后确定行走模块的传动方案；3.通过对机器人各构件间的运动关系分析，建立机器人局部坐标系，完成机器人各构件的参数化。创建履带长度数学模型，以履带在机器人运动模式调整过程中变形量最小为优化目标，对机器人各构件参数进行优化。4.通过标准动态能量稳定锥方法分析机器人的动态稳定性，建立机器人翻转模型，分析机器人斜坡运动、台阶翻越、沟槽翻越能力，最后使用RecurDyn多体系统仿真软件建立机

4、器人运动学仿真模型，分析机器人运动能力。关键词：自适应机器人轮-履复合参数优化动态稳定性RecurDyn仿真IABSTRACTInrecentyears,themobilerobotplaysanirreplaceableroleintermsofreplacingmanpowertocompletedisasterreliefandotherworks.Inthispaper,awheel-trackpassiveadaptivemobilerobotisdesignedforunstructuredenvironment,thisrobotcomb

5、inestheadvantagesofwheeledandtrackedrobot.Throughtheinnovativedesignofthestructure,therobotcanadjustitsstructuretoadapttothecomplexworkingenvironment.Themaincontentsandinnovationofthispaperareasfollows:1.Akindofunder-actuatedmechanismisdesignedthroughintensivestudyofplanarfour-b

6、armechanism、evolutionandcombination,accordingtothetypesandfeaturesofdifferentinstitutions,andthismechanismisappliedtorobotwalkingmodule.Therobotmobileplatformofwheel-trackpassiveadaptivemobilerobotisbuilt,combinestheadvantagesofwheeledandtrackedrobot,throughintensivestudyonwalki

7、ngdrivingmodeandrunningmode;2.Adoptingthemodulardesignmethod,thedesignoftheoverallstructureandeachfunctionmoduleofthewheel-trackpassiveadaptivemobilerobotiscompleted.Andthentransmissionschemeofrunningsystemisdetermined.3.Throughtheanalysisofthemotionrelationshipamongthecomponent

8、softherobot,thelocalcoordinatesystemisestablish