基于数字样机的机器人行走装置设计及仿真验证

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移动机器人从产生到现在,其应用范围涉及到人类活动的方方面面,而行走装置作为移动机器人的核心,其性能的优劣直接决定了整个移动机器人的好坏,因此设计出高性能的行走装置是移动机器人发展的必然要求。特别是在不平地面、障碍物、楼梯等各种复杂多变的非结构环境下,要求机器人具有能与之相适应的行走装置特性。目前国内外研制开发了轮式、腿式、轮腿式、履带式等多种非结构环境行走系统,现有几种比较典型的非结构环境移动机器人各有特色,但越障性能和保持机体稳定以及姿态调整能力方面尚有许多值得探索之处。本文以多用途移动机器人为研究对象,结合当前机器人技术的发展,提出所需要的功能和需要满足的性能和指标,设计出一种新型的机器人行走装置。该机器人行走装置通过加载不同的设备与仪器,可以广泛应用于管道、探测、侦查、以及防爆等领域。   本文通过对国内外移动机器人的整机性能以及移动机构的研究概况进行调查分析,以及对现今国内外几种典型的移动机器人行走装置研究比较,总结并综合了其各自的优缺点,结合本文所研究的机器人的功能,提出一种新型的足履式机器人行走装置的数字样机模型。该行走装置采用足式和履带式机构并联组合而成,对机器人行走装置模型在如壕沟、台阶等障碍的非结构环境下进行了越障等运动分析,在此前提下进行机器人行走装置的结构尺寸设计,对机器人行走装置在平地和斜坡模式下所需的驱动电机功率进行了计算,根据电机的结构尺寸以及行走装置的运动分析结果对机器人行走装置进行了包括驱动系统、摆臂系统以及升降系统在内的机构设计。应用建模软件SolidWorks完成了对机器人行走装置零部件的三维参数化建模,创建机器人行走装置数字化样机模型,并对机器人行走装置样机模型进行了在壕沟、高台地形下的运动仿真。最后,针对论文现有设计,给出了进一步的改善优化建议,并对所设计的机器人行走装置的发展前景进行了展望。
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