可重構(gòu)消防機器人機構(gòu)分析與設(shè)計.pdf

1、傳統(tǒng)消防車結(jié)構(gòu)簡單，缺乏足夠的靈活性；面對復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)性災(zāi)害現(xiàn)場環(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。為了克服上述缺點，繼承舉高消防車剛度高、承載能力大的優(yōu)點，本文提出了具有冗余自由度的并聯(lián)可重構(gòu)模塊化消防機器人的設(shè)計思想，并就此進行了以下幾方面的研究工作： (1)消防機器人功能及機構(gòu)設(shè)計分析。討論了現(xiàn)有消防車部署要領(lǐng)、火災(zāi)環(huán)境特點、消防機器人功能，指出現(xiàn)有消防車避障能力不夠。論文進一步分析了空間機器人空間運

2、動方式、消防機器人避障運動特點和過程，探討了避障運動機器人的設(shè)計方法，提出了并聯(lián)可重構(gòu)消防機器人概念，即以并聯(lián)機器人機構(gòu)為避障功能關(guān)節(jié)模塊單元的可重構(gòu)消防機器人。 (2)可重構(gòu)模塊化并聯(lián)機器人的模塊單元綜合與選型。文中提出了以并聯(lián)機器人機構(gòu)為可重構(gòu)機器人模塊單元，并對模塊單元進行了綜合與分選。a)本文基于單開鏈理論，綜合了球面3自由度和對稱3自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)，共獲得145種球面3自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)和11種對稱3自由度并聯(lián)機

3、器人機構(gòu)，為該類并聯(lián)機器人進一步設(shè)計研究分析提供理論基礎(chǔ)。b)本文從綜合得到的機構(gòu)類型中選取結(jié)構(gòu)簡單且對稱的3RPS并聯(lián)機器人機構(gòu)(S模塊)作為并聯(lián)可重構(gòu)消防機器人的避障功能關(guān)節(jié)模塊單元，以移動副單元(P模塊)作為快速提升并聯(lián)可重構(gòu)消防機器人工作空間的功能模塊單元及帶有支持消防機器人工作臂起伏和旋轉(zhuǎn)運動裝置的消防車底盤為基礎(chǔ)模塊。 (3)S模塊的設(shè)計研究及優(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)動角度

4、為優(yōu)化目標，對3個設(shè)計參數(shù)(定平臺外接圓半徑、動平臺外接圓半徑和定平臺外接圓半徑的比率和驅(qū)動副連桿基礎(chǔ)長度)進行尺度優(yōu)化設(shè)計，獲得了一組最佳設(shè)計參數(shù)。并進行了試驗設(shè)計( DOE)研究，結(jié)果表明：3個設(shè)計參數(shù)在同時發(fā)生變化時，影響轉(zhuǎn)動能力最主要因素是動平臺外接圓半徑和定平臺外接圓半徑的比率。 (4)新型消防機器人避障原理研究。初步探討了該類機器人的避障原理，規(guī)劃了避障路徑。通過避障實例計算和避障過程的ADASMS軟件仿真，驗證了上