震后救灾机器人设计及仿真分析

论文摘要

地震救灾机器人一直是国内外研究人员在不断研究的一项重要课题,在面对复杂的震后环境、二次余震等诸多的危险情况下,救灾机器人能代替救援人员进行深入废墟内部进行危险的救援任务,极大地提高了救援效率、降低了救援人员的危险性。因此本课题提出了一种可以在复杂的环境下同时具有行走、跳跃功能的救灾机器人。在仿生学的基础上结合近几年以来救灾机器人向轻量化、多功能化的变化趋势,首先提出了救灾机器人的设计方案,并在三维建模软件Solidworks环境下进行机器人的建模,通过仿真模拟软件进行行走、跳跃两种运动模式的仿真。在仿生学的基础上对机器人的结构进行设计,通过建模软件进行实体化建模,综合机器人的运动情况及稳定性建立最适合机器人的行走方式。使用D-H法建立机器人的运动学方程,通过某一时刻腿部的状态来验证运动学方程的正确性,在验证方程的正确性以后,通过机器人的逆运动学计算求解出逆运动学方程,再通过逆运动学方程就可以求解出任一时刻机器人关节处的角度与姿态,为后续在Adams环境下仿真时的驱动函数做参考。面对实际高度比自身高度要小的障碍时,机器人可以通过爬行的方式越过,因为机器人本身腿部采用延展式的设计方法,所以在爬行过程中重心更低,稳定性更高。通过软件的仿真过程可以直观的看出机器人在爬行过程中的整体偏移量、整体的速度加速度、腿部与地面的接触力变化以及各个关节处的受力情况等。在面对比较大的障碍时,机器人可以通过跳跃的方式来实现跨越。在跳跃的仿真过程中主要对机器人整体的偏移量、落地时各关节受力情况和腿部与地面的接触力进行分析。通过对机器人的仿真来对所设计机器人在运动时各项数据进行分析,分析结果得出机器人的运动过程是否稳定,为机器人的现实化做数据参考。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外对救灾机器人的研究现状
•     1.2.1 国外对救灾机器人的研究
•     1.2.2 国内对仿生腿型跳跃机器人的研究
•   1.3 仿生学在机器人方面的应用
•   1.4 存在问题
•   1.5 课题主要研究内容
•   1.6 本章小结
• 第二章 救灾机器人结构设计与步态规划
•   2.1 救灾机器人的仿生结构
•   2.2 救灾机器人的腿部结构
•   2.3 救灾机器人的步态设计
•     2.3.1 步态及步态规划的基本概念
•     2.3.2 机器人步态分析
•   2.4 四足机器人步态运动静态图
•   2.5 本章小结
• 第三章 救灾机器人的运动学分析
•   3.1 机器人的运动学分析
•     3.1.1 机器人位姿的表示
•     3.1.2 D-H法
•     3.1.3 机器人的运动学方程
•   3.2 机器人正运动学分析
•   3.3 机器人位姿矩阵正确性的检验
•   3.4 机器人逆运动学分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 救灾机器人行走仿真分析
•   4.1 救灾机器人三维模型搭建以及导入
•   4.2 机器人行走仿真建立过程
•     4.2.1 救灾机器人运动副的建立
•     4.2.2 救灾机器人驱动函数的添加
•     4.2.3 救灾机器人力的添加
•     4.2.4 救灾机器人的变量设计
•   4.3 仿真过程分析
•   4.4 仿真结果分析
•     4.4.1 机体的仿真结果分析
•     4.4.2 接触变量的仿真结果分析
•     4.4.3 连接处的仿真分析
•   4.5 本章小结
• 第五章 救灾机器人跳跃仿真分析
•   5.1 机器人模型的导入及路障模型的建立
•   5.2 机器人跳跃仿真过程的建立
•     5.2.1 救灾机器人运动副的建立
•     5.2.2 救灾机器人跳跃过程驱动的添加
•     5.2.3 救灾机器人跳跃过程力的添加
•     5.2.4 救灾机器人跳跃过程测量数据的建立
•     5.2.5 救灾机器人跳跃过程变量的设计
•   5.3 救灾机器人跳跃仿真过程分析
•   5.4 救灾机器人跳跃仿真结果分析
•     5.4.1 救灾机器人跳跃过程平台结果分析
•     5.4.2 救灾机器人跳跃过程接触力分析
•     5.4.3 救灾机器人跳跃仿真过程连接处受力分析
•   5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在研学术成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 徐康

导师: 于文妍

关键词: 震后救灾机器人,爬行机构,跳跃机构,运动性能分析

来源: 内蒙古科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 地质学,地球物理学,自动化技术

单位: 内蒙古科技大学

分类号: P315.9;TP242

DOI: 10.27724/d.cnki.gnmgk.2019.000259

总页数: 66

文件大小: 29418K

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