全地形移动机器人越障通过性能分析

为研究全地形移动机器人的地面通过性,采用理论分析和ADAMS软件仿真分析的方法对机器人进行了通过性分析.分别分析了轮廓通过性、悬起通过性、越过垂直障碍失去通过性的条件和越过壕沟失去通过性的条件,得到了全地形移动机器人悬起失效、越过垂直障碍和跨越壕沟的极限尺寸,全地形移动机器人越障碍过程中障碍物倾角和越障高度对电机输出力矩的影响关系,以及软质土壤对全地形移动机器人性能的影响.

全地形移动机器人轮-地几何接触角估计

研究全地形移动机器人在不平坦地形中轮-地几何接触角的实时估计问题.本文以带有被动柔顺机构的六轮全地形移动机器人为对象,抛弃轮-地接触点位于车轮支撑臂延长线上这一假设,通过定义轮-地几何接触角δ来反映轮-地接触点在轮缘上位置的变化和地形不平坦给机器人运动带来的影响,将机器人看成是一个串-并联多刚体系统,基于速度闭链理论建立考虑地形不平坦和车轮滑移的机器人运动学模型,并针对轮-地几何接触角δ难以直接测量的问题,提出一种基于模型的卡尔曼滤波实时估计方法.利用卡尔曼滤波对机器人内部传感器的测量值进行噪声处理,基于机器人整体运动学模型对各个轮-地几何接触角进行实时估计,物理实验数据的处理结果验证了本文方法的有效性,从而为机器人运动学的精确计算和高质量的导航控制奠定了基础.

六轮全地形移动机器人越障性能分析与仿真

针对六轮全地形移动机器人悬架机构的结构特点,构建了机器人越障过程动力学模型,对机器人的越障性能进行了分析并利用ADAMS进行了动力学仿真。首先对机器人前轮、中轮、后轮的越障过程进行了分析,进而基于达朗贝尔原理建立了机器人越障过程的动力学模型并进行了动力学分析,得出了机器人运动状态对电机输出力矩的影响。然后基于ADAMS仿真软件构建了机器人的仿真模型并进行动力学仿真,为机器人电机选型奠定了理论基础。最后移动机器人越障性能实验表明,六轮全地形移动机器人可以爬越楼梯等垂直障碍,为提高机器人适应复杂地形环境的能力提供理论依据。

全地形移动机器人机械结构及控制系统设计分析

分析了地形适应、站点识别、路径导航、自动避障四个方面,简要阐述了全地形移动机器人设计的功能需求。从底盘结构设计与机械结构设计两个角度入手,分析了全地形移动机器人机械结构的设计要求,围绕系统整体设计与分支模块设计,研究了全地形移动机器人控制系统的设计思路。

全地形移动机器人车身结构分析与优化

为了提高全地形移动机器人车身结构的力学性能,提出了一种结合多体动力学、有限元分析与正交试验的优化方法。针对全地形移动机器人的满载弯曲和扭转工况,利用多体动力学分析获得了该移动机器人车身在运动中所受的外部载荷,并结合有限元分析获得了车身结构的动态力学性能参数,以验证极限工况下车身结构的力学性能。基于四因素三水平正交试验,研究了底板厚度、悬架支座厚度、悬架支座加强筋长度和增高支柱加强筋厚度对全地形移动机器人车身最大应力、最大变形量和质量的影响。利用灰色关联分析法对正交试验结果进行分析。通过对比各因素的灰色关联度获得了全地形移动机器人车身结构的最佳优化方案:底板厚度为5 mm、悬架支座厚度为2 mm、悬架支座加强筋长度为65 mm和增高支柱增设2 mm厚加强筋。分析结果表明,相较于原始方案,优化后全地形移动机器人车身在质量减小6.93%的同时,最大应力减小了12.47%,最大变形量减小了41.69%,说明该优化方案可在提高车身结构性能的同时减小车身质量和降低整车功耗,验证了所提出的优化方法的有效性。研究结果可为机械结构的动态力学性能分析与优化提供参考。

全地形移动机器人悬架机构设计及特性分析

针对全地形移动机器人多地形行走需要,满足其路面的通过性与减振需求,设计了一种双叉臂悬架减振机构,建立了基于动力学参数分析的数学模型;通过ADMAS-Simulink联合仿真,分析了多路面谱函数激励下移动机器人悬架机构的振动情况,优化了所选取的阻尼器阻尼比、刚度参数和摆臂角等悬架特性参数,确定了悬架特性参数和驱动力矩等主要设计参数范围;进一步地,开展了户外多地形行走试验,包括鹅卵石、青石板、土壤、草地等较为代表性路面,对比了两种阻尼器参数测试,结果表明,所设计的悬架机构及特性参数优化,显著改善了减振效果和越障性能,提升了车轮驱动力矩转化输出为牵引力的效果,验证了悬架减振机构动力学建模描述与仿真分析的正确性,有效改善了全地形移动机器人路面适应性、通过性和行走稳定性。

全地形轮式移动机器人运动学建模与分析

提出全地形轮式移动机器人的正逆运动学问题。将机器人看成一个混合串-并联多刚体系统,从每个轮-地接触点到机器人车体分别构成一个串联子系统,抛弃车轮纯滚动假设,在轮-地接触点处建立瞬时坐标系,考虑车轮的平面滑移,从而对每个串联子系统形成一个封闭的速度链。对于每个速度闭链,可直接在驱动轮轮心处写出从机器人各驱动轮到机器人本体之间的运动方程,将每个速度闭链的运动方程合并即可得到机器人的整体运动学模型。以一个具有被动柔顺机构的六轮全地形移动机器人为对象进行推导,该方法既考虑了地形不平的影响,又考虑了车轮的前向、侧向及转向滑移,已知机构参数后就可以直接写出机器人的速度方程,且便于运动学求解。该方法对于轮式移动机器人的运动学建模具有一般性,且具有物理意义明确、推导过程简洁等特点。

基于Arduino智能移动机器人制作

为响应“新工科”的号召,促进创新创业人才的培养,文章结合2023年四川省大学生工程训练综合能力竞赛山地协同物流接力赛道,赛教合一,校企协同育人。对一种基于Arduino平台的智能移动全地形移动机器人进行研究。对机械结构、硬件模块和软件模块进行设计,使自主设计制作的全地形移动机器人实现自主循迹、窄桥爬坡、上楼梯、通过管道、信息交互扎破对应颜色气球的功能。通过该项目的训练,培养了大学生的工程创新意识,提升工程实践能力。