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《南京理工大学》 2011年
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地面武装机器人机械系统设计与实验研究

黄思姬  
【摘要】:在恐怖活动日益猖獗的严峻形势下,适合城市反恐作战使用的移动机器人成为世界各国研究的重点,而轻型地面武装机器人借助其体积小、重量轻、隐蔽性好和生存能力强、具有高机动性和良好的环境适应性特点,可潜入敌方军事要地,进行武装打击或侦察,实现地面武装机器人的轻量化、小型化设计能够大幅度提高移动机器人的作战性能。 本文以地面武装机器人为研究对象,进行了系统的研究,具体内容包括:地面武装机器人机械系统方案设计、底盘系统设计、关键零件可靠性设计、动力学模型研究、原理样机实验以及优化设计。 针对地面武装机器人的作战任务、环境、设计要求和技术难点,分别设计了移动底盘系统模块和上层搭载系统模块两部分,通过一个法兰接口,上层搭载系统可以根据具体需求选配机械手、可置换武器单元或侦察瞄准设备。在机器人总体设计中始终存在一组矛盾:大动力要求动力部分提供大输出扭矩,高速度要求动力部分提供高输出转速。为解决这一技术问题,设计了一种简单紧凑的适用于小型移动机器人的两档变速机构。使动力性能得到明显提升,同时兼顾底盘平路高速与爬坡高输出扭矩两方面,满足系统要求。 为了验证设计的正确性和合理性,运用摄动概率有限元法对关键部件进行了可靠性分析。利用ANSYS APDL语言建立了参数化模型,并且与传统的可靠性设计相比,计算方法简单、精度较高,与Monte Carlo法模拟结果的相比,计算量明显减少。 整个机器人系统的不确定性主要来自移动底盘与搭载系统相互耦合作用和移动底盘与非结构化环境作用引起的随机干扰影响。本文将上层搭载系统做一个整体结构考虑,建立一种非完整约束的机器人系统模型。运用极限理论进行正向运动学分析;考虑履带与地面的相互作用因素,对移动机器人进行了转向动力学分析,求得滑转率曲线;利用机器人Lagrange动力学方法和非完整动力学Routh方程建立精确的履带式地面移动机器人动力学模型;随后将模型求解出的驱动力曲线与经典计算方法得出的结论相对比,验证了所建数学模型的可行性。 从机械底盘系统设计、上层搭载系统设计等角度设计了某地面武装机器人原理样机。经路面行驶结果表明,其性能满足某型地面武装机器人的设计要求。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP242

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【参考文献】
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