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本论文设计一种针对在特殊场合环境下(如情况不明的建筑物内部角落、房间室内、灾情现场坍塌的废墟、复杂崎岖路面及坑道等狭隘空间)进行现场侦察的微小型手抛式移动机器人,该机器人可由单兵携带,从窗户、废墟或洞口等处手抛投掷。论文以手抛式机器人结构设计为基础,重点研究手抛式机器人跌落碰撞动力学问题。
根据手抛式机器人的特点,一方面要求机器人本体重量轻、体积小,有利于降低能耗,便于投掷和携带;另一方面,要求机器人本体有足够的强度、刚度,不仅满足静载和行驶状态时的载荷要求,而且要满足投掷、空投着地碰撞时抗冲击的要求。同时,行进过程中复杂路面的良好通过性也是考虑的一个方面。
基于以上要求,本文首先设计了手抛式机器人结构系统,其中在移动载体结构设计中,通过对不同行走结构性能比较,确定采用履带式行走机构,其次阐述了机器人平台机械系统的主要结构形式与配置及各机构的功能。接着,选用建模功能较为强大的Pro/E软件建立机器人的三维实体模型,应用ADAMS与Pro/E的接口软件将模型导入到ADAMS中,建立虚拟样机实体模型。然后,在此基础上利用ADAMS软件进行动力学仿真研究,重点放在机器人跌落碰撞问题上。根据实际情况具体分析了跌落高度、落地姿态及碰撞力参数对冲击力的影响,得到了能够反映机器人碰撞性能的相关曲线和数据,实现了利用虚拟设计技术研究机器人的目的。最后利用ANSYS软件对机器人跌落碰撞过程中的受力及变形作出准确而全面的评估,保证系统工作的可靠性。
在具体研究过程中,重点解决了如下关键问题:
(1)可抛投式机器人本体小型化的新型结构与驱动设计;
(2)可抛投机器人的冲击动力学研究;
(3)高冲击作用下的小型轻量化结构的强度问题。