兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (11): 3478-3488.doi: 10.12382/bgxb.2022.0825
所属专题: 群体协同与自主技术
尚哲1,2,3, 王挺1,2,*(), 徐瑶4, 吴英彪5, 邵沛瑶6, 邵士亮1,2
收稿日期:
2022-09-14
上线日期:
2023-02-08
通讯作者:
基金资助:
SHANG Zhe1,2,3, WANG Ting1,2,*(), XU Yao4, WU Yingbiao5, SHAO Peiyao6, SHAO Shiliang1,2
Received:
2022-09-14
Online:
2023-02-08
摘要:
为提高移动机器人在复杂地形环境中的越障性能,提出一种被动式越障的六轮摇臂移动机器人。针对爬台阶问题对机器人的越障性能进行研究,从几何条件分析得到机器人不发生底盘托底现象时结构参数与越障高度之间的关系,并分析机器人的关键越障过程,建立了前轮、中轮、后轮的越障动力学模型,根据动力学模型分析机器人速度、加速度、附着系数以及重心位置等因素对轮毂电机输出转矩的影响。基于样机实验与ADAMS仿真软件验证了机器人的通过能力,并得到了机器人轮毂电机的输出转矩曲线,指导电机选型。研究结果表明,针对爬台阶问题,该机器人具有良好的通过能力,为提高机器人在复杂地形中的越障性能提供了设计参考。
中图分类号:
尚哲, 王挺, 徐瑶, 吴英彪, 邵沛瑶, 邵士亮. 六轮摇臂移动机器人结构设计与越障动力学研究[J]. 兵工学报, 2023, 44(11): 3478-3488.
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参数 | 取值 |
---|---|
规格/mm | 1300×700×1200 |
爬坡角度/(°) | 30 |
越过障碍物高度/mm | 300 |
爬过一定尺寸的楼梯 | 国家标准室内人行台阶 |
表1 机器人的设计指标
Table 1 Design indexes of robot
参数 | 取值 |
---|---|
规格/mm | 1300×700×1200 |
爬坡角度/(°) | 30 |
越过障碍物高度/mm | 300 |
爬过一定尺寸的楼梯 | 国家标准室内人行台阶 |
参数 | 数值 |
---|---|
最大速度v/(m·s-1) | 4 |
整体质量m/kg | 120 |
车轮半径R/mm | 190 |
前轮与后摇臂回转中心距L1/mm | 690 |
中轮与后轮中心距L2/mm | 460 |
表2 机器人主要参数
Table 2 Main parameters of robot
参数 | 数值 |
---|---|
最大速度v/(m·s-1) | 4 |
整体质量m/kg | 120 |
车轮半径R/mm | 190 |
前轮与后摇臂回转中心距L1/mm | 690 |
中轮与后轮中心距L2/mm | 460 |
垂直高度/mm | 现象 | 时间/s | 俯仰角/(゜) |
---|---|---|---|
120 | 快速通过 | 4.72 | 10.86 |
180 | 顺利通过 | 6.35 | 16.42 |
240 | 颠簸通过 | 8.74 | 22.14 |
300 | 明显颠簸缓慢通过 | 9.87 | 29.05 |
340 | 不能通过 |
表3 越障性能实验结果
Table 3 Experimental results of obstacle-surmounting
垂直高度/mm | 现象 | 时间/s | 俯仰角/(゜) |
---|---|---|---|
120 | 快速通过 | 4.72 | 10.86 |
180 | 顺利通过 | 6.35 | 16.42 |
240 | 颠簸通过 | 8.74 | 22.14 |
300 | 明显颠簸缓慢通过 | 9.87 | 29.05 |
340 | 不能通过 |
负载/kg | 垂直高度/mm | 现象 | 平均行驶时间/s |
---|---|---|---|
20 | 300 | 顺利通过 | 9.35 |
40 | 300 | 顺利通过 | 9.60 |
60 | 300 | 顺利通过 | 10.18 |
表4 承载能力实验结果
Table 4 Experimental results of bearing capacity
负载/kg | 垂直高度/mm | 现象 | 平均行驶时间/s |
---|---|---|---|
20 | 300 | 顺利通过 | 9.35 |
40 | 300 | 顺利通过 | 9.60 |
60 | 300 | 顺利通过 | 10.18 |
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