摘要：构建支重轮-履带-地面多体耦合系统是研究履带机器人行驶平顺性的重要环节。以单侧五支重轮履带机器人为研究对象,在非线性悬挂系统模型以及考虑履带滤波作用的路面激励的基础上,建立了履带机器人振动理论估算模型。然后,基于履带机器人在不同等级路面及不同行驶速度工况下的仿真实验,利用均方根值定量分析了行驶速度、路面激励对机器人车体及其支重轮垂向振动的影响。最后,通过开展外路实验来验证七自由度半车的振动理论估算模型和动力学仿真模型。结果表明:随着行驶速度和路面不平度的提高,履带机器人车体的垂向振动近似呈线性增大,履带对路面激励有滤波作用。履带机器人车体质心及支重轮1,3,5的垂向振动加速度对路面激励最为敏感,车体垂向振动加速度功率谱密度幅值在频率为19 Hz左右时最大。由于支重轮5靠近驱动段,履带与主动轮啮合产生的多边形效应使其垂向振动相对于其他支重轮偏大。理论建模、仿真分析及外路实验相结合的方法为履带机器人在不同路况下的振动响应特性研究提供了新思路。

摘要：为适应核事故现场强辐射、非结构化地形特征,设计了具有辐射防护能力和强越障能力的关节履带式核应急机器人,通过理论建模与动力学仿真对其在台阶、斜坡和壕沟三种工况进行了越障能力分析,对比分析了机器人越障能力的理论值和仿真试验值,验证了动力学模型的准确性;根据建立的机器人模型研究了质心对机器人越障稳定性的影响规律,提出了通过缩小质心半径波动范围提高越障稳定性的优化方案,并进行仿真验证得出了质心半径的最小值,为研究核环境非结构化地形条件下机器人越障稳定性提供了参考。

摘要：针对大范围移动考察、多点位作业的需求,提出一种海岸带履带机器人。为提高履带机器人的行驶性能,基于其转向运动学,展开履带地面力学性能研究,并建立转向阻力矩与底盘、地质沉积物参数关系的数学模型,采用遍历求解思想解决履带机器人底盘参数优化问题;利用Recur Dyn建立履带机器人多体动力学模型,展开淤泥、黏土地质、速度以及转向方式对其行驶性能的影响研究,获得履带机器人工作时行驶速度、质心纵向位移、横向偏移、俯仰角、纵向加速度以及轨迹曲线。结果显示:当履带接地长度、宽度以及中心距分别为0.9m、0.18m、0.79m时,履带机器人切边转向最小阻力矩为390.05N·m;同黏土地质相比,履带机器人在淤泥地质上要严格控制行驶速度,且采取切边转向方式,其行驶性能较好。开展海岸带地质特殊力学载荷下的履带机器人多种工况下的行驶性能研究,分析其行驶性能,可为实际海岸带履带机器人的结构设计优化、以及轨迹控制研究奠定基础。

摘要：为提高机器人在楼梯、台阶等典型障碍环境中的自主越障的实用性,以检测机器人自身姿态而非环境尺寸作为越障控制的基本依据,设计了多关节履带机器人的各种自主越障控制方法.即首先以AHRS(姿态航向参考系统)所测得机器人姿态作为重要反馈量,采用稳定锥方法实时判定机器人越障过程中的倾翻稳定性,通过实验验证了该方法的有效性;在此基础上以机器人姿态为反馈,并结合机器人关节位置和驱动电流,设计了典型障碍下的自主越障控制动作规划,实际环境测试表明此越障控制方法具有对障碍具体尺寸依赖性小,实用性强的特点.

摘要：履带机器人运行环境复杂,运动轨迹具有多变量、非线性等特点,难以建立精确模型。基于履带机器人的运动学模型,设计了履带机器人行驶过程中的位姿误差控制器,将实时角速度与期望角速度差值及差值变化率作为系统输入,由模糊PID控制器实时输出信号,控制履带机器人的驱动电机角速度。仿真结果表明,在低速环境下,该控制器对于履带机器人轨迹跟踪的响应速度快,稳定性较好。

摘要：针对崎岖山地环境下自走式履带机器人自走姿态波动大、跟踪精度低等问题,研究了三维崎岖路面履带机器人控制方法。通过分析机器人在二维平整路面与三维崎岖路面的运动学模型,建立了降维运动学几何模型;设计了一种基于降维变系数的滑模控制方法,实现三维崎岖路面履带机器人的运动控制,并进行了平整路面与崎岖路面的路径跟踪仿真与试验。仿真结果表明,平整路面仿真中,行驶方向误差逐渐减小并趋近于0,侧向位置误差在±0.2 m内波动,并可在1 s内完成姿态调整;崎岖路面仿真中,三轴位置误差均控制在±0.1 m范围内,同样可在1 s内完成姿态调整。路径跟踪田间试验结果表明,平整路面和崎岖路面机器人跟踪稳定后的横向误差分别为-2.9~8.8 cm、-14.3~21.5 cm,姿态误差分别控制在±2°、±5°内,能够满足实际跟踪需求。

摘要：由于履带机器人在地面行走的过程中存在滑移现象,从而导致无法建立准确的履带机器人地面行走模型。基于此,提出一种履带滑移参数估计方法用于完善履带机器人建模。首先对履带机器人与地面作用动力学模型进行分析,在此基础上进行平面运动学建模,然后以运动学模型为依据设计一个具有李亚普诺夫稳定性的滑模观测器用于对滑移参数的估计,并且运用非支配分类粒子群优化算法对滑模观测器的增益进行优化,使得估计结果更加准确。仿真实验结果证明了该方法的有效性,为下一步的轨迹控制打下基础。

摘要：为提高履带机器人在复杂环境下的可靠性和稳定性,以履带机器人为研究对象,首先考虑行走装置的最大越障高度及最大跨越壕沟宽度,对履带机器人进行结构设计;其次,基于RecurDyn建立履带机器人的动力学模型;最后进行机器人越障仿真分析。仿真结果表明:在3.0~5.5 s时,弹簧所受的压力增大,主要原因是抵抗越障时所受到的冲击力;重心方向的加速度只有在越障时会突然变大,其它时刻都保持良好的稳定性;障碍高度为350 mm左右时履带机器人具有良好的越障性能。

摘要：为了提高危险环境下履带机器人跨越沟壑性能,对履带机器人跨越沟壑的关键过程进行运动学和动力学理论分析。根据越沟壑过程中需要满足的几何约束、履带不打滑和履带机器人不发生倾翻的约束条件,得到了履带机器人能跨越最大沟壑宽度的通用公式,并通过理论分析得出了履带机器人质心分布对跨越沟壑最大值的影响规律。最后通过Recurdyn建立仿真和样机实验,根据理论计算得到的临界值,对跨越沟壑过程进行仿真和实验,验证了履带机器人的越沟壑能力。

摘要：提出了一种新型4自由度便携式履带机器人传动设计方案。机器人具有良好的机动性,在越障、跨沟、攀爬方面具有明显优势。介绍了机器人的结构特点及其运动功能实现,并对机器人的传动结构布局、传动实现等内容进行详细阐述。