可组合履带式机器人越障性能研究

近年来,人工智能正蓬勃发展,机器人作为主要应用正在逐渐走进人们生活中,而地面移动机器人已广泛应用于军事战争、太空探测、灾害救援等场合。军事战争场合的复杂的地理环境、太空探测过程中各种未知性以及灾害救援工况复杂等都亟需机器人来代替人类更好的完成任务。本文在调研了国内外履带式移动机构研究现状的基础上,对比分析了各种履带式移动机构各自的特点。根据这些特点提出了具有可组合式、被动自适应的行星履带式越障机构,该机构不仅能够使机器人在运动过程中根据地形条件的变化自适应采用不同的运动形式进行移动,还可以通过自由拆装组合成不同的履带轮,以适应不同工况。本文在设计车体以及确定履带传动模块选型之后,针对履带式移动平台建立了其在水平地面上的运动学及动力学模型,分析了履带机器人在水平地面上运动特性。对行星履带轮在三种形式履带轮下的越障性能进行了分析,并通过建立动力学模型,计算了机器人在爬越障碍时所需的电机扭矩以及极限越障高度,同时计算分析了机器人在爬坡、跨越壕沟、凸台等障碍时所需的电机转矩。利用多体动力学仿真软件创建了行星轮式履带机器人的越障模型,得到了机器人在坡面、壕沟、台阶地形上运动过程中驱动轮转矩变化曲线。在此基础上联系实际情况确定机器人的各结构参数,通过仿真实验验证理论分析。本文所提履带式机器人主要优点和创新点有以下两个方面:(1)机器人履带轮模块采用被动自适应设计,遇障时根据障碍物高度可自适应调整越障形式,障碍物较低时,机器人会以履带模式越障;障碍物较高时,会以摇臂模式越障。(2)机器人轮体采用可拆装组合形式,可以根据不同工况选择合适的履带轮,以提高机器人对地形的适应能力。