新型变形轮腿式移动机器人的运动学分析及设计

作     者：宋轶民 郝呈晔 岳维亮 孙涛 连宾宾 杨志岳 Song Yimin;Hao Chengye;Yue Weiliang;Sun Tao;Lian Binbin;Yang Zhiyue

作者机构：天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300354 天津仁爱学院机械工程系天津301636 天津创智机器人科技有限公司天津300300 

基　　金：天津市重点研发计划科技支撑重点资助项目(18YFZCSF00590) 

出 版 物：《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 (Journal of Tianjin University：Science and Technology)

年 卷 期：2022年第55卷第2期

页      码：111-121页

摘      要：移动机器人作为智能勘探与侦察的自动化装备,在航天探测、军事侦察、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景.兼具良好的机动性及越障性是移动机器人快速适应非结构化复杂环境的首要性能指标,结合轮式行进机构强机动性与腿式行进机构优越障性的变形轮腿式移动机器人受到普遍青睐.然而,现有变形轮腿式移动机器人在设计与优化方面仍存在变形形式过于复杂、设计方法缺乏理论依据等不足.针对上述问题,提出一种结构紧凑、操作简便的新型轮腿变换结构,借助电磁离合器分离运动的原理,通过改变轮-腿变形动力输入促使轮与腿相对运动,以曲柄滑块机构触发轮-腿结构径向扩展,完成由轮式变形为腿式的过程.定义变形过程中曲柄滑块机构的压力角为机动性指标、变形前后结构的展开比为越障性指标,进而开展变形结构的尺度综合,优化结果表明新型变形轮腿式移动机器人的展开比为1.92,可越过高度为150 mm的障碍物.基于优化后的尺度参数,建立变形轮腿式移动机器人越障过程的动力学模型,确定驱动电机参数,设计并制造物理样机.最终开展软件仿真与实验研究,仿真结果与理论分析结果一致,表明优化设计方法与动力学建模方法的有效性,实验结果证明所设计的变形轮腿式机器人具有较强的机动性与越障性.

主 题 词：移动机器人 变形轮腿结构 尺度综合 运动学分析 动力学建模 

学科分类：081104[081104] 08[工学] 0837[0837] 0802[工学-机械学] 0825[工学-环境科学与工程类] 0811[工学-水利类] 

核心收录：

D　O　I：10.11784/tdxbz202008010

馆 藏 号：203106300...