基于可变轮辐结构的移动机器人设计与研究

admin · 发表于 2022-7-29 21:28:55

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本论文结合国内外特殊轮式和水陆两栖移动机器人研究成果，提出了一种新型可变轮辐结构的移动机构设计方案，并先后研制了两代样机实验平台，在此基础上进行实验研究及运动性能分析。本论文主要研究内容如下：（1）提出一种新颖的可变轮辐结构驱动轮设计方案，并对其进行了布局性能分析，在此基础上对具有该种驱动轮结构的机器人进行了轨迹直行和转弯的运动研究，并建立了运动学方程和动力学方程。同时，对该种可变轮辐结构应用在两栖机器人中的水动力学进行了分析，找出了影响其游速的相关因素。（2）对具有可变轮辐结构驱动轮的移动机构的典型障碍物越障过程、极限越障高度、越障时重心对整体稳定性影响进行了分析，运用虚拟仿真软件ADAMS对机器人的运动学和动力学，以及移动越障进行了仿真分析，结果证明了相关理论分析的正确性和设计方案的可行性。（3）设计了基于可变轮辐结构原理的移动机器人的机械结构。详细介绍了两代样机的总体机械结构、可变轮辐转变传动机构及其他关键部件的设计方案和工作原理，并基于设计目标和仿真结果选择了合适的驱动电机和转角舵机。（4）研制了可变轮辐结构机器人的控制系统。以AVR单片机为核心设计了运动主控制器、分控模块、无线通讯模块和图像采集发送模块的硬件电路，并在硬件电路基础上设计了上位机和底层控制软件系统，实现了机器人的运动控制。整个控制系统功能完备，性能优良，可靠性高。（5）机器人实验研究。对可变轮辐移动机器人和水陆两栖轮辐移动机器人这两代样机进行了综合运动功能试验。试验结果表明，机器人在硬质地面、草丛和沙地等各种复杂环境下均表现出较强的地形适应性和较好的运动功能。实验中，机器人可以移动翻越高度为1.5倍驱动轮合拢半径的垂直障碍，验证了可变轮辐结构机器人相关理论分析的正确性、原理的可行性及机构设计的合理性。同时，对水陆两栖轮辐机器人进行了水中游动性能实验及分析，初步探讨了驱动频率和转角大小对游速的影响。

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