轮-履复合变形移动机器人的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李智卿 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-05-25 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 导师 | 马书根 ; 王越超 |
| 关键词 | 复合移动机器人 轮式 履带式 自适应移动机构 约束关系 |
| 其他题名 | Study on a Transformable Wheel-track Robot with Self-adaptive mobile Mechanism |
| 学位专业 | 机械电子工程 |
| 中文摘要 | 本文的研究内容是围绕国家“863”计划支持项目“废墟洞穴搜救机器人的研究” (2007AA041502-5)和中国科学院科技创新项目展开的。针对非结构环境中路面软硬相间、平坦与崎岖并存的地形特征，结合轮式、履带式移动机构的运动优点，研制一种对非结构环境具有自适应能力的轮-履复合变形移动机器人(NEZA-I)。其结构紧凑，通过移动机构平台自身机构的调节而以不同的运动模式和运动姿态实现对复杂地面环境的自适应。 本研究的主要工作包括：设计新型轮-履复合变形移动机器人(NEZA-I)；优化分析NEZA-I机器人移动机构平台的机构参数；研究NEZA-I机器人传动系统的传动原理并估计其系统参数；对NEZA-I机器人的移动机构平台进行运动分析和静力分析，建立该平台与地面之间的约束关系模型；建立NEZA-I机器人的移动机构系统势能的数学模型，并从机器人系统能量消耗的角度出发来优化NEZA-I移动机构平台的相关参数；最后通过实验对该平台的机构参数分析方法及结果进行验证，最终验证本文所提出的NEZA-I机器人自适应移动机构平台概念的合理性和可行性。本文将以上几个部分相互穿插有机结合成统一整体。 首先在分析轮式、腿式、履带式、复合式等地面移动机构性能及其结构特征的基础上，提出并研制NEZA-I移动机器人。NEZA-I机器人的主要移动部件为两个相同的可变形轮—履复合(Transformable wheel-track, TWT)移动模块组成。每个TWT模块在一个驱动力的作用下能以轮式和履带式两种运动模式在复杂路面上运动，也能根据地面约束力的变化而改变运动模式(即轮—履互换)和调整运动姿态(即改变履带几何形状)。对移动机构平台的设计方法不仅可提高驱动电动机的使用效率，也使得对机器人的控制变得简单。 针对NEZA-I机器人的自适应移动机构平台的机构特征和运动特性，对该平台的TWT模块内部构件之间的运动关系进行分析，建立各运动构件之间的运动关系模型，对TWT模块的结构参数进行优化分析，并通过仿真验证和实验的方法对机构参数的优化结果进行验证。 研究机器人传动系统的自适应机理，分析传动系统内部各转体之间的传动关系、研究传动系统参数的分析方法并获得该系统的参数。 研究机器人以轮式和履带式两种运动模式运动、运动模式的转换、运动姿态的调整等等运动特征。对该移动平台分别处于几种不同运动情形时进行静力分析，建立移动机构内部相关构件与地面之间的约束关系模型，分析机器人内部相关构件参数对机器人的环境自适应性能的影响。对NEZA-I移动机构平台系统势能进行分析，建立其数学模型，分析机器人在处于运动模式转化及运动姿态调整过程中影响移动机构平台系统势能的主要影响因素。为减小机器人在运动模式转化及运动姿态调整过程中系统能量的消耗，对机器人移动平台的复位机构参数进行优化。 最后通过实验测试机器人的基本运动性能、越障性能、以及对环境的自适应性能，测试该平台不同的运动模式和运动姿态对其能耗和对环境适应性能的影响，测试机器人复位机构参数对机器人能耗和运动性能的影响。验证该移动机构平台的机构参数分析方法及其结果的正确性，最终验证本文所提出的NEZA-I机器人自适应移动机构概念的合理性和可行性。 |
| 索取号 | TP242/L36/2011 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-07-27 |
| 分类号 | TP242 |
| 源URL | [http://ir.sia.ac.cn/handle/173321/9392]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_机器人学研究室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李智卿. 轮-履复合变形移动机器人的研究[D]. 中国科学院沈阳自动化研究所. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2011. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
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