树木涂白机器人行走装置的设计及仿真.pdf

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1、第３５卷第２期桂林理工大学学报Ｖｏｌ３５Ｎｏ２２０１５年５月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｙ２０１５文章编号：１６７４－９０５７（２０１５）０２－０４１３－０５ｄｏｉ：１０３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ１６７４－９０５７２０１５０２０３３树木涂白机器人行走装置的设计及仿真刘静，陈浩，张明（江西理工大学机电工程学院，江西赣州３４１０００）摘要：设计了一台树木自动涂白的新型机器人，采用轮腿式齿轮齿条

2、升降越障的行走装置，实现了其在街道地形场所下的正常行驶。运用三维软件Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ对机器人进行三维建模和装配；推导出涂白机器人在常见街道地形特点下移动越障的动力学方程，为其运动的控制奠定了动力学基础；采用动力学仿真插件Ｍｏｔｉｏｎ进行仿真试验得出机器人在越障阶段的扭矩和功率曲线图。试验结果表明：机器人结构设计合理，能够顺利实现不同环境特点下的功能要求；在各个阶段中，扭矩的变化较为平稳，越障过程顺利，除在启动点会出现突变外，其余状态均为良好。研究结果对缩短移动机器人的研究开发周期、降低开发成本以及提高设计质量等具有重要意义。关键词：涂

3、白机器人；行走装置；越障；动力学分析；仿真中图分类号：ＴＨ２４２３文献标志码：Ａ目前，对移动机器人的设计更多要求其能体涂白，是一种健康、环保和智能的公共服务机器现出优越的越障爬坡性能，更应具有体积小、质人，具有良好的应用前景和广泛的市场需求；但量轻、结构紧凑、对地形适应能力强等特点，所由于技术因素和经济方面的原因，目前国内迟迟以这类灵活的行走装置更适合于小型机器人本体，未能实现商品化。本文设计了一款可上下台阶的对机器人所携带的装置和物体要求比较高，超过涂白机器人，适用于刷涂城市、乡村大部分的树一定的条件限制就会使机器人难以越障，质心过木

4、。车体可跟随行走越障装置移动，方便灵活，高会导致机器人整体倾倒。但是，在工业生产或基本适应日常树木所处地形。该机器人采用行程者公共服务领域中，不可避免地会要求移动机器开关进行控制，实现了涂白过程的自动化。可降人所装载的设备是特殊化的，面对质量较大、质低人体与化学物质近距离接触所产生的危害。心过高的设备，也需要设计出相应的越障装置，１１设计目标［１－３］使之具备一定的地形通过性能。（１）行走时遇到台阶等障碍实现自适应跨越障碍；（２）操作方便，易于实现；（３）涂白机械１设计背景与要求手在完成上下刷树的同时还能绕着树表面做圆周入冬以后，许多果

5、树、林木的树干都要涂上运动涂白，全面可靠、效率高。一层白色的石灰药液，俗称“涂白”，目的是防止涂白机器人要保证移动车体在移动过程中平虫害和冻伤。目前主要是通过园林工人手工涂白稳、抗颠覆、抗倾倒，并且具有较优越的越障性能，方式操作，意味着需要花费大量的人力、财力和因此其主要性能指标有：外形尺寸６５０ｍｍ×４００ｍｍ物力。涂白机器人将移动机器人技术和传感技术×５２０ｍｍ；整体质量１００ｋｇ；前后肢总质量３０ｋｇ；有机融合起来，实现室外街道地形特点下的半自主越障高度２００ｍｍ；水平移动速度２３５５ｍｍ／ｓ；爬坡收稿日期：２０１４－０６－１０基

6、金项目：江西省教育厅科学技术研究项目（ＧＪＪ１２３３３）作者简介：刘静（１９６５—），女，硕士，副教授，研究方向：虚拟设计与仿真、创新机械研发。引文格式：刘静，陈浩，张明．树木涂白机器人行走装置的设计及仿真［Ｊ］．桂林理工大学学报，２０１５，３５（２）：４１３－４１７．４１４桂林理工大学学报２０１５年速度３９２ｍｍ／ｓ；最大爬坡角度２０°；越障升降速２总体机构设计度３６ｍｍ／ｓ。１２系统构成２１机构总体方案系统主要包括了移动机器人本体、底盘直行车体底盘安装主体行走机构，采用对称分布机构、越障机构、ＰＬＣ控制系统和传感器系统。的四轮结

7、构支撑移动，作为机器人在平地上行走机器人的平面和三维结构见图１、图２。时的移动机构，前两轮是驱动轮，后两轮作为从动轮，前轮采用的是一对齿轮啮合传输动力，两轮分别连接在阶梯轴两端，保持了左右轮的同速行进，驱动效率高、能量损失小。整个越障机构的动作主要是由前后肢的升降运动，触地后借助齿轮对齿条的作用力把车体抬升起来实现跨越障碍的过程，前后肢的结构类似于轮腿机构，只是这里的“腿”被限制在车体的导向槽中，确保了车体能被直线平稳抬起。２２越障动作规划一般情况下，机器人在街道实施涂白主要面临的地形特点是平地、台阶、沟壑和斜坡。水平面行走过程比较简单

8、，跨越沟壑过程与跨台阶面图１涂白机器人平面结构也类似，在此不再赘述。以下讨论的主要是机器Ｆｉｇ１Ｐｌａｎａｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｒｏｂｏｔｐａｉｎｔｉｎｇｗｈｉｔｅ人行走机构在台阶、斜坡的