可重構(gòu)消防機(jī)器人機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì).pdf

1、傳統(tǒng)消防車(chē)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺乏足夠的靈活性；面對(duì)復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)性災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，其跨越障礙的能力有限，從而影響其消防救援工作的展開(kāi)。為了克服上述缺點(diǎn)，繼承舉高消防車(chē)剛度高、承載能力大的優(yōu)點(diǎn)，本文提出了具有冗余自由度的并聯(lián)可重構(gòu)模塊化消防機(jī)器人的設(shè)計(jì)思想，并就此進(jìn)行了以下幾方面的研究工作： (1)消防機(jī)器人功能及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析。討論了現(xiàn)有消防車(chē)部署要領(lǐng)、火災(zāi)環(huán)境特點(diǎn)、消防機(jī)器人功能，指出現(xiàn)有消防車(chē)避障能力不夠。論文進(jìn)一步分析了空間機(jī)器人空間運(yùn)

2、動(dòng)方式、消防機(jī)器人避障運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和過(guò)程，探討了避障運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法，提出了并聯(lián)可重構(gòu)消防機(jī)器人概念，即以并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)為避障功能關(guān)節(jié)模塊單元的可重構(gòu)消防機(jī)器人。 (2)可重構(gòu)模塊化并聯(lián)機(jī)器人的模塊單元綜合與選型。文中提出了以并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)為可重構(gòu)機(jī)器人模塊單元，并對(duì)模塊單元進(jìn)行了綜合與分選。a)本文基于單開(kāi)鏈理論，綜合了球面3自由度和對(duì)稱(chēng)3自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，共獲得145種球面3自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)和11種對(duì)稱(chēng)3自由度并聯(lián)機(jī)

3、器人機(jī)構(gòu)，為該類(lèi)并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)一步設(shè)計(jì)研究分析提供理論基礎(chǔ)。b)本文從綜合得到的機(jī)構(gòu)類(lèi)型中選取結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且對(duì)稱(chēng)的3RPS并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)(S模塊)作為并聯(lián)可重構(gòu)消防機(jī)器人的避障功能關(guān)節(jié)模塊單元，以移動(dòng)副單元(P模塊)作為快速提升并聯(lián)可重構(gòu)消防機(jī)器人工作空間的功能模塊單元及帶有支持消防機(jī)器人工作臂起伏和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置的消防車(chē)底盤(pán)為基礎(chǔ)模塊。 (3)S模塊的設(shè)計(jì)研究及優(yōu)化。借助ADAMS軟件，建立了S模塊的參數(shù)化模型。以S模塊的最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度

4、為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)3個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)(定平臺(tái)外接圓半徑、動(dòng)平臺(tái)外接圓半徑和定平臺(tái)外接圓半徑的比率和驅(qū)動(dòng)副連桿基礎(chǔ)長(zhǎng)度)進(jìn)行尺度優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得了一組最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。并進(jìn)行了試驗(yàn)設(shè)計(jì)( DOE)研究，結(jié)果表明：3個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)在同時(shí)發(fā)生變化時(shí)，影響轉(zhuǎn)動(dòng)能力最主要因素是動(dòng)平臺(tái)外接圓半徑和定平臺(tái)外接圓半徑的比率。 (4)新型消防機(jī)器人避障原理研究。初步探討了該類(lèi)機(jī)器人的避障原理，規(guī)劃了避障路徑。通過(guò)避障實(shí)例計(jì)算和避障過(guò)程的ADASMS軟件仿真，驗(yàn)證了上