全地形轮式移动机器人设计与性能分析

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2015年5月19日,国务院印发了《中国制造2025》规划,规划中指出,机器人将成为重点发展领域之一,机器人产业将获得黄金发展周期。全地形移动机器人以其行驶速度快、反应灵敏等优点在各行业得到了广泛应用。本文在国家自然科学基金项目“非结构化环境下基于模型学习的轮式移动机器人智能预测控制研究”的支持下,旨在研究一款便宜装配,模块化,越障性能良好、运行平稳的全地形轮式移动机器人平台。本文根据基金项目要求,对全地形轮式移动机器人进行综合设计。对机器人电机、车轮、悬挂方式等进行选型。运用ADAMS软件对机器人结构参数进行优化设计,基于SolidWorks软件构建机器人的三维模型,并利用ANSYS Workbench对主要零件进行有限元分析。根据整体设计,建立六轮移动机器人的转向运动学和动力学模型,以及机器人前、中、后轮的越障动力学模型。通过ADAMS软件,对六轮移动机器人转向进行仿真,验证模型的正确性,并通过MATLAB定性分析障碍高度,运行速度对电机输出转矩的影响。本文通过理论分析和仿真分析的方法从通过性、稳定性和机动灵活性三方面对机器人性能进行了分析。参考汽车通过性分析,机器人通过性包括轮廓通过性,悬起通过性,软地形通过性,崎岖地形通过性以及越障通过性;稳定性通过静态稳定性和动态稳定性来表示。得出所设计的全地形移动机器人的性能参数。最后完成机械系统和控制系统的搭建。基于TwinCAT2软件编写程序,控制机器人运动。基于所确定的实验方案,对样机在不同地面上的行走能力,在不同坡度上的行走能力,越障能力,转弯能力以及承载能力进行实验验证,通过实验数据验证样机具有良好的性能,满足设计要求。
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