履带式地面移动机器人动力学模型分析.pdf

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1、第28卷第3期机电工程Vol．28No．32011年3月JournalofMechanical＆ElectricalEngineeringMar．2011*履带式地面移动机器人动力学模型分析黄思姬，欧屹，陶卫军，冯虎田(南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)摘要:针对目前履带式地面移动机器人系统的建模、仿真和控制研究很不完善的问题，将移动式模块化的机械手做一个整体结构考虑，建立了一种非完整约束的履带式机器人系统模型。运用极限理论进行了正向运动学分析;考虑履带与地面的相互作用因素，对移动机器人进行了转向动力学分析，以求得滑转率曲线;利

2、用机器人Lagrange动力学方法和非完整动力学Routh方程建立了精确的履带式地面移动机器人动力学模型;将模型求解出的驱动力曲线与经典计算方法得出的结论相对比。研究结果验证了所建数学模型的可行性。关键词:履带式移动机器人;滑移速度;非完整动力学模型中图分类号:TH113;TP242文献标志码:A文章编号:1001－4551(2011)03－0280－06DynamicsmodelinganalysisfortrackedmobilerobotHUANGSi-ji，OUYi，TAOWei-jun，FENGHu-tian(SchoolofMec

3、hanicalEngineering，NanjingUniversityofScience＆Technology，Nanjing210094，China)Abstract:Currently，aimingattheproblemthat，modeling，simulationandcontrolofthesystemofthetrackedmobilerobotareimperfect，themobilemodularmanipulatorwasconsideredasaoverallstructureandasystemmodelofthe

4、trackedmobilerobotwithnon-holonomiccon-straintswasbuilt．Anon-holonomicconstraintsystemmodeloftrackedmobilerobotwasformulatedbyapplyinganintegrateddynamicmodelandconsideringthemobilemodularmanipulatorsasaunit．Basedontheextremetheoryandconsiderationoftrack-terraininteractions

5、，thedirectkinematicsanalysisandtheturningdynamicanalysisofthemobilerobotrespectivelywereconduced，andslippageratiocurveswereobtained．TheLagrangedynamicmethodoftherobotandRouthequationsofnon-holonomicdynamicswereusedtoestablishaprecisedynam-icmodel．Subsequently，thenon-holonom

6、icdynamicmodelandthetraditionalsolutionmodelofdrivingforcecurveswerecompared．There-sultsshowthefeasibilityoftheformulatedmathematicalmodel．Keywords:trackedmobilerobot;longitudinalslippagevelocity;non-holonomicdynamicsmodeling臂组成，搭载的机械臂用来完成一定的操作任务，而履0引言带车体用来搭载机械臂，使得整个机器人拥有几乎

7、无限大的操作空间和高度的运动冗余性，这使它优于移近些年来，履带式移动机器人因其具有广阔的应动机器人和传统的机械臂，因此具有广阔的应用前景。用前景，如采矿、伐木、耕作、挖掘、行星探测、反恐、搜然而，由于履带与地面的相互作用和车体与机械臂的索和救援等，吸引了众多学者的关注。与轮式车辆相相对运动，使得对这一整个结构的运动学模型进行公比，履带车可以防止下陷并提供更强的牵引力，与地面式化成为一项极富挑战性的工作。尽管目前已有不少有更大的接触面积，从而使其更适合非结构化路［2-4］［1］对轮式移动机械臂建模、仿真和控制的研究，但对面。履带式移动机械臂的研

8、究却很少，目前国内仅有贺机器人移动机械臂一般由移动平台和搭载的机械收稿日期:2010－09－30基金项目:国家科技重大专项资助项目(2009ZX04001-171-