地形高适应救援机器人移动平台设计仿真与优化

来源 :天津理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:zhanggang406
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面对“枯燥、重复、危险、严苛”等任务环境,生化侦检、灾后救援、要地防护、反恐防爆等事件成为当今军民亟需处理的问题。人力的大量投入虽可短时间内提升救援效率,但这极易给工作人员造成生理、心理影响,不利于工作任务的进一步开展。为保障灾后救援人员、受难人员生命安全,提升伤员后送、协助救援的效率,扩大对公共区域、战略要地的动态监控,采用无人移动平台代替人力进入危险环境区域完成作业任务已成为现阶段主要手段与趋势。通过对比轮式、履带式、腿式与复合式移动平台的运动特点,发现轮式移动机器人在快速到达任务区域方面具有突出优势,可在救援、动态监控及伤员后送中发挥巨大作用。即使移动平台的地形适应能力受一定条件的限制,但它对整体任务的完成效益比最高。所以,增强轮式移动平台的地形适应能力将是高效解决复杂地形环境下抵进救援、伤员后送、突发事件等问题的关键。  本文以移动平台项目指标为依据,将移动机器人技术、悬架技术、轮毂电机技术、先进设计与制造技术等多学科有机融合,针对轮式移动平台地形适应能力不足问题,初步完成一款机动性好、地形适应能力强的六轮救援机器人移动平台的设计与仿真,推动移动平台样机的顺利完成。  首先,本文运用SolidWorks软件进行移动平台结构方案、车架、悬架及功能载荷空间的设计,完成功率与扭矩的计算,进行电池选型、布局设计及供电分配设计,为后续硬件的选型提供支持。其次,为解决移动平台地形适应能力不足问题,设计三种同形异构式新型单纵臂式三角悬架结构,分别完成静力学计算,运用ADAMS软件对其中一种悬架结构进行尺度优化。然后,进行救援机器人移动平台的越障能力分析,运用二次模型简化的方法完成六轮移动平台越障静力学建模,运用MATLAB软件编程及控制变量的方法探究地面附着系数、轮胎半径、重心位置等参数对各桥轮胎越障能力的影响规律,并运用ADAMS软件对移动平台二次简化模型与实际模型进行虚拟建模,实验验证参数影响的正确性,并对比与分析实际模型的优越越障性能,同时为进一步提升移动平台的越障能力,提出一种重心主动调整的方法,重点介绍其控制原理并完成对比仿真实验。最后,为降低簧下质量以提升救援机器人的运动性能,对悬架摆臂进行轻量化设计,根据实际条件分别对其进行受力分析、模态分析与拓扑结构优化,完成悬架摆臂的结构改进,并进行改进前后模型的应力、应变、位移与模态对比,最终确定可靠的悬架摆臂结构。本论文的研究成果可为救援机器人移动平台样机的设计提供理论和方法依据。
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