多節(jié)履帶式煤礦井下搜索機(jī)器人本體設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析.pdf

1、煤礦井下容易發(fā)生瓦斯、煤塵等爆炸事故。事故發(fā)生后，井下環(huán)境異常兇險(xiǎn)，救援人員難以在第一時(shí)間進(jìn)入，許多礦工因救援不及時(shí)而喪生。因此，煤礦井下搜索機(jī)器人的研制對(duì)提高煤礦事故應(yīng)急搶險(xiǎn)能力、減少人員傷亡、決策建議具有重要的實(shí)際意義。
　　本文結(jié)合國(guó)家863項(xiàng)目“煤礦井下搜索機(jī)器人研制”，主要完成了如下的研究?jī)?nèi)容：
　　首先，設(shè)計(jì)出搜索機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)。該機(jī)器人采用五單元模塊串聯(lián)、多履帶構(gòu)型、多關(guān)節(jié)鉸接的蛇形結(jié)構(gòu)，利用正壓防爆。五個(gè)單

2、元模塊由四個(gè)關(guān)節(jié)串聯(lián)鉸接，關(guān)節(jié)間有軟管相通，用于走線(xiàn)和通氣。機(jī)器人配備各類(lèi)檢測(cè)元件，先行進(jìn)入井下，探測(cè)井下環(huán)境和人員情況，通過(guò)其釋放在巷道內(nèi)的小型通訊節(jié)點(diǎn)，將信息實(shí)時(shí)返回。
　　其次，建立了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行了分析。建立了原地微調(diào)和全地移動(dòng)兩種狀態(tài)下的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，重點(diǎn)驗(yàn)證了機(jī)器人的跟隨特性，對(duì)最難翻越的樓梯障礙進(jìn)行了越障動(dòng)作規(guī)劃。根據(jù)履帶與地面之間的力學(xué)關(guān)系，建立了兩種姿態(tài)下的轉(zhuǎn)彎模型，并重點(diǎn)研

3、究了偏航角對(duì)轉(zhuǎn)彎半徑的影響。采用牛頓歐拉法，對(duì)機(jī)器人平面行走建立了動(dòng)力學(xué)模型，分析了機(jī)器人這種情況下的動(dòng)態(tài)特性，為進(jìn)一步分析機(jī)器人在不同地形下的動(dòng)態(tài)特性提供了理論模型。
　　最后，基于動(dòng)力學(xué)仿真軟件RecurDyn對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真。針對(duì)抽象出的含有特殊障礙的不同地形，對(duì)機(jī)器人平地行走、爬坡、翻越階梯、跨越溝壑等運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了機(jī)器人的基本功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性；對(duì)最難翻越的樓梯障礙進(jìn)行了仿真分析，驗(yàn)證了越障理論的正確性