履带式复合机器人的越障仿真.pdf

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1、·8·履带式复合机器人的越障仿真丁艳，闫军。吴志强(汉’}，职业技术_学院机电工程系，黼．j举中723000)～摘要：为研究越障机器人能否成功越障，在Recurdyn环境下建立了主从履带复令式越障机器人的虚拟样机平台，分析了该机器人翻越台阶时的重心变化规律及重心轨迹算法，根据越障高度设计适应台阶的机器人越障姿态和动作序列，并在Recurdyn中实现，通过仿真验证其可行性，验证重心轨迹是越障能否成功的关键影响因素。关键词：复合式越障机器人Reeurdyn重心动作序列中图分类号：THI2文献标识码：A文章编号：1002—6886(2013)04-0008一o5TheObstadeC

2、,~smgSimulationofMaWr／slave·trackedRobotDINGYan，YANJun，WUzI嘞岫Abstract：ThemodelofMaster／slave—trackedover'obstaclerobotisbuiltupjn~Recurdyn．Thevariationofgravitycenterandcalculationmethodoftherobotduringobstaclenegotiationaleanalyzed．Di饪酶噼motionsequencesforobstaclenegotiationaledesignedaccord

3、ingtodifferentobstacleheight，whichalethenachieved~iiadverifiedinRecurdyn，SOastoverifythemotionsequences．AndwhichisalsoverifiedthatthegravitycenterisakeyfactorOfoverobstacle．Keywords：compound-over-obstaclesrobot；R~tlrdyn；gravitycenter；actionseries0引言复合式越障机器人是适形越障机器人的一种，它有多种结构形式，如轮／腿式、轮／履带式等。它

4、们通过机构之间的合作以完成在泥泞地面行走和跨越障碍等各种不同任务。由于其结构复杂，研究成本高，开发风险大，所以在实际样机制造前，有必要先进行仿真研究。本文采用的虚拟样机使用四摆臂的形式，每臂有一主驱动轮、一导向轮和一支撑板组成一履带系图1机器人虚拟模型统。履带采用同步带，轮和履带通过啮合传动，主履带和车体组成主车体J。机器人结构参数如表1，1重心变化对越障的影响虚拟模型如图1，仿真软件采用Recu~yn,S表1机器人结构参数更改复合式越障机器人的主履带系统和从履带系统的夹角，可以调整整车的重心，对翻越不同高度的台阶有非常重要的作用。如图2，以主车体的质心C。为坐标原点建立坐标系

5、，c为从履带系统质心，A为从履带系统链轮的轴心，即从履带臂旋转轴心，B为从履带系统引导轮轴心，垂直于地面的方向为z向。根据质心坐标公式得到整机质心位置为：动力及控制其姿态的变化，使重心经过第二象限到达第一象限，最终达到第一象限内的稳定行驶状zfJ2Z：一^(～1)／：gg[2lL=OAz：————(2)，其中，m为从履带系统质量(包括左右两个)，rn。为象限二象限一主车体质量，为整机质量，即M=m。+rn，R为从履带系统质心到主履带链轮的距离，为从履带系L、、、、、、、、、、、统轴线与主履带系统轴线夹角，和分别为从履象限三象限四＼带系统链轮轴心在主车体重心坐标系中的水平位置和垂

6、直位置。上式经过变换可得：(X一MXa)+(一嚣)。=()。图3)(z空间截面象限图(3)可见随的变化，质心的变化范围位于一个以2越障动作设计及相应参数设置(mZ／M，mX／M)为中心，半径为mR／M的圆内，如图2。这个圆的位置及大小取决于从履带系统质2．1越障动作序列设计量与整机质量之比m／M、从履带系统重心与其链过主履带系统的驱动链轮作一平面P，使其垂轮之间的距离R。m／M越小，越大，重心变化范直于主履带系统的轴线，将越障动作姿势按照以下围越大。当Ol：0及Ot=18O。时，重心位于重心圆两种情况设计：及Ⅳ位置；当=90。及O／=270。时，重心位于1)复合式越障机器人的重

7、心始终位于P平面重心圆P、Q位置。左侧时，即主履带系统为左，从履带系统为右，此时支撑点在主履带系统底侧，从支撑点A到地平面的距离即为越障高度日(图4(a))。这种姿势的越障高度较矮。图2主从履带式越障机器人重心相关参数(a)越障姿势一(b)越障姿势二讨论重心变化对越障能力的影响时，需要将整图4翻越不同高度时越障姿势机重心从样机坐标系转换到全局坐标系，由于主履带系统中零件皆为对称设计，因此认为主车体的重2)当复合式越障机器人的重心始终位于P平心位于其几何中心。在计算主车体重心时只需计算面的右侧