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履带式移动机器人与地面相互作用特性研究

作　者: 汤亚锋
导　师: 韦庆
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 地形分类特征化通过性土壤模型土壤参数运动学模型动力学模型履带-轮-土壤相互作用 MSC.ADAMS
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 452次
引　用: 5次
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内容摘要

本文主要研究了履带式移动机器人与地面的相互作用特性。以自主研制的履带式机器人为研究对象。目前大多数针对移动机器人的研究都是围绕导航与定位,运动规划与控制,机器人视觉和多传感器信息融合等展开的。其中车体控制技术是移动机器人的核心技术。在复杂地形下对车体实施有效的控制是目前研究的难点。搞清楚移动机器人在不同地面环境下的响应特性对其有效控制、实战运用具有重要的意义。实时获得准确的地面关键性参数能使自主运行的机器人得到准确的通过性预测和牵引力控制。目前国内这方面的研究比较少,本文对履带式移动机器人与地面的相互作用特性作出了较为深入的研究。文章首先讨论了不同地形的分类以及影响车辆通过性的因素,重点讨论了土壤模型,提出了一种获得关键性土壤参数的方法。然后通过分析履带车的整车受力模型,获得了履带车的运动学和动力学模型。基于运动学模型,分析了在不同土壤模型上车辆的运行特性,指出车辆滑转是联系土壤和履带的纽带。最后,提出了一种履带-轮-土壤相互作用的数学模型,并利用MSC.ADAMS软件建立了履带车的动力学模型,仿真分析了车辆在硬路面和软土壤上的运行特性,验证了模型的正确性。为进一步的研究打下了基础,能为上层应用提供有用的参考。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
第一章绪论  7-13
  1.1 课题背景  7-8
  1.2 移动机器人的关键技术  8-10
    1.2.1 控制体系结构  8
    1.2.2 导航与定位  8-9
    1.2.3 机器人视觉  9
    1.2.4 多传感器信息融合  9
    1.2.5 路径规划与车体控制技术  9-10
  1.3 本课题的国内外研究现状  10-11
  1.4 本文的主要研究内容  11
  1.5 本文的组织结构  11-13
第二章地面及土壤特征分析  13-26
  2.1 引言  13
  2.2 地形的分类  13-14
  2.3 影响通过性的地形因素  14-16
  2.4 土壤模型  16-20
    2.4.1 土壤的性状特征  16
    2.4.2 土壤的力学分析  16-20
  2.5 土壤参数估计  20-24
    2.5.1 模型的建立  20-22
    2.5.2 辨识方法简述  22-24
    2.5.3 仿真分析  24
  2.6 本章小结  24-26
第三章履带车的受力模型  26-40
  3.1 引言  26
  3.2 履带车的受力模型  26-30
  3.3 仿真分析  30-38
    3.3.1 在不同土壤上的运行仿真  31-33
    3.3.2 滑动参数的获得  33-38
  3.4 本章小结  38-40
第四章基于虚拟样机技术的动力学分析  40-59
  4.1 引言  40
  4.2 履带－轮－土壤模型  40-48
    4.2.1 研究概述  40-41
    4.2.2 履带模型  41-43
    4.2.3 履带模型的增量形式  43-45
    4.2.4 接触模型  45-46
      4.2.4.1 履带－轮子接触模型  45
      4.2.4.2 履带－地面接触模型  45-46
    4.2.5 解算算法  46-48
  4.3 基于虚拟样机技术建立模型  48-53
    4.3.1 MSC.ADAMS简介  48-49
    4.3.2 建模的关键技术  49-53
      4.3.2.1 履带的建立  50-52
      4.3.2.2 履带－轮受力的实现  52
      4.3.2.3 履带－地面受力的实现  52-53
  4.4 仿真分析  53-58
    4.4.1 履带车在硬路面的运行  53-55
    4.4.2 履带车在软土壤上的运行  55-58
  4.5 本章小结  58-59
第五章结论与展望  59-61
  5.1 全文总结  59
  5.2 未来的工作  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-66
硕士期间发表的学术论文  66

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