煤矿救援机器人虚拟样机设计

【摘要】：依托国家自然科学基金项目“煤矿救援机器人自主导航与智能控制基础研究”，课题组提出了煤矿救援两级机器人系统，研发了轮轨式运载机器人和六履带式探测机器人。本文在此基础上建立了运载机器人与探测机器人的数学模型与三维模型并通过仿真软件对探测机器人进行了运动学及动力学仿真分析。 根据煤矿救援机器人的结构特点，建立了煤矿救援两级机器人的运动学、动力学数学模型，求解运动学和动力学方程，得出运动学正解和逆解，即摆臂姿态变化与躯体姿态相对应的运动学关系。采用拉格朗日方程建立摆臂旋转关节的动力学方程，得出摆臂扭矩与摆臂旋转角度之间的关系。 基于虚拟样机技术，利用Solidworks在三维造型方面的优越性，完成了运载机器人与探测机器人的三维模型设计，并利用Adams仿真软件对两级机器人的搭载与探测机器人的姿态控制、越障进行了仿真，分析了救援机器人的动态特性。研究了探测机器人的摆臂运动对其重心变化的影响，以探测机器人攀爬单侧台阶为例分析了探测机器人的姿态稳定性。结果表明：通过对四个摆臂电机的动作序列控制，可以实现探测机器人的俯仰角与横滚角的变化，从而控制探测机器人的运动，保证其在复杂环境中平稳、可靠的行驶。 通过仿真分析，验证了两级救援机器人系统的可行性，并为两级机器人本体结构改进以及姿态控制提供可靠的理论依据。