关节式履带机器人越障性能分析.pdf

第6期
杋械设计与制造
2014年6月
Machinery Design Manufacture
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关节式履带机器人越障性能分析
饶伟,王建中,施家栋
(北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室,北京100081)
摘要:以关节式履带机器人为研究对象,详细描逑了机器人攀爬楼梯的越障动作规划,考虑了据臂动作对杌器人在
越障过程中质心变化的影响,同时以摆臂的初始姿态和特殊姿态作为几何约東条件,基于质心运动学方程和最优化方
法分析了机器人的结构尺寸与楼梯台阶宽度、高度、央角之间的关系,得出了机器人越障的最大高度、宽度,并采用
Matlab对机器人的越障性能进行模拟仿真,仿真结果表明了理论分析的正确性,为优化关节式履带机器人的越障性能提
供理论依据。
关键词:关节式履带机器人;质心;动作规划;最优化方法
中图分类号:TmH16;TP242文献标识码:A文章编号:1001-3997(2014)06-0039-04
Performance Analysis for Obstacle Negotiation of Articulated-tracked Robot
RAO Wei, WANG Jian-zhong, SHI Jia-dong
tate Key Laboratory of Explosion Science and Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
Abstract: The articulated-tracked robot is researched as an object, and action plans of obstacles are described detailedly
about the robot climbing stairs. The change of centroid of the robot is taken into account by the arm action on the process of
obstacle, and the initial posture and special posture of the arm as geometric constraints simultaneously, relationships are
analyzed among the structure size of the robot and width, height, angle of steps about stairs by the kinematic equation of
e id a z n m n m mm e ei h the h of the robot are tined. The the r al
imulation of perfo
for obstacle ne go
of the robot is imple
by using Matlab sofi
show the correctness of the theoretical analysis. A theoretical basis is prouided for optimizing the obstacle ne on
performance of articulated-tracked robot.
Key Words: Articulated-tracked Robot; Centroid; Action Plan; Optimization Method
1引
2机器人的结构
机器人在外界环境中行使,需要适应突然变化的地形。然而
为了适应复杂地形环境的要求,便于越障,使机器人结构尺
自然界的地形复杂多变,其几何特征和物理特征难以精确描述,寸紧凑,重量轻巧,设计了一种关节式履带机器人。此机器人由前
为了简化分析过程,重点考虑几何特征的影响,将外界地形环境摆臂和主车体组成,如图1所示。
简化为几种典型的结构障碍物。典型的结构障碍物分为垂直障
主车体橡胶履带
前摆臂
碍,斜坡,壕沟等。垂直障碍包括台阶,凸台,楼梯等。文献分
析了小型地面移动机器人的机械结构设计和越障特性,文献
述了越障过程中的质心变化规律,文献分析了机器人上台阶的
越障过程,文献研究了机器人爬楼梯的越障能力。以上研究分
前轮
析了机器人攀爬几种不同障碍物的越障规律,并未考虑机器人摆
臂初始姿态的设定和姿态的优化,初始位姿影响机器人的前轮有
驱动轮负重轮
效半径,从而影响机器人前端的越障高度。楼梯作为上述类型中
图1机器人的结构
最复杂的一类障碍,主要描述机器人爬楼梯的过程,结合质心运
Fig1 Structure of the Robot
动学方程和最优化方法分析机器人的越障性能,得到最合适的越
两前摆悴由两台直流电机分别驱动,以改变摆臂的姿态,辅
障尺寸
助机器人越过不同尺寸的障碍物。主车体由前轮、后驱动轮、橡胶
来稿日期:2013-12-14
基金项目:国防基础科硏计划资助项目(B2220110013)
作者简介:饶伟,(1985-),男,湖北荆门人,博土研究生,主要研究方向:机器人结构设计及动力学分析;
王建中,(1963-),男,湖北黄网人,教授,博士生导师,主要研究方向:微小型无人作战平台、兵器发射理论与技术研究