机械系统设计论文提纲

论文题目：全向移动射击机器人机械系统的设计与分析

摘要：当前,在特殊、高危场景中使用特种机器人替代人工完成相应任务已经成为一种主流趋势,特种机器人能有效降低这些场景的人员伤亡。安防、侦查及反恐机器人作为特种移动机器人中重要的部分,吸引了越来越多的专家学者投入该领域的研究。本文提出了一种应用于安防、侦查、反恐领域且能适应多种地形的轮式全向移动射击机器人设计方案,并围绕机器人机械系统进行方案与结构设计,同时展开运动学、动力学分析,最后通过仿真与样机实验验证性能,结果表明本文设计机器人满足性能要求。针对机器人的设计与优化,本文展开了一系列研究分析,具体包括:（1）整体方案研究:依据设计要求,提出多种方案对比分析,确定了拨盘与摩擦轮组合的发射方案,二自由度云台方案以及纵臂式独立悬挂的四轮底盘构型。（2）机械系统分析与设计:对发射机构的供弹流畅性问题进行了多工况的静力学分析,优化供弹结构,保证了机器人最大发射频率（20Hz）;基于电机响应特性,建立云台响应-传动比数学分析模型,并通过matlab仿真分析得出pitch轴的最佳传动比;建立机器人悬挂系统的振动模型,计算得出悬挂系统的劲度系数与阻尼系数;对承重部件进行有限元分析与优化,同时,对机器人动力系统进行设计与选型,对机器人整体机构进行装配设计。（3）运动学、动力学分析:利用矩阵转换法,推导求得机器人底盘、云台及整体的运动学模型,为运动控制奠定基础;基于达朗贝尔原理,分析了机器人越障的动力学过程,建立了四轮纵臂式独立悬挂机器人的越障动力学模型,为机器人越障分析提供理论依据;分析了该移动机器人模型的发射过程,根据弹丸加速前存在速度波动的情况,基于赫兹接触理论,确定最佳摩擦轮中心距,优化了弹丸落点重复性,即发射模块射击稳定性。（4）仿真分析与物理样机实验:通过虚拟样机仿真验证机器人运动性能以及越障性能;通过物理样机实验验证机器人射击性能,运动性能以及越障性能。仿真与实验结果表明,上文分析建立的模型正确,且所设计机器人各项指标均满足设计要求。

关键词：全向移动机器人;两自由度射击云台;机械系统设计;运动和动力分析

学科专业：机械工程

摘要

abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 特种移动机器人的国外研究现状

1.2.2 特种移动机器人的国内研究现状

1.2.3 移动机器人的常用研究设计方法

1.3 本课题的研究内容

第2章 全向移动射击机器人的总体方案

2.1 设计要求与性能指标

2.1.1 设计要求

2.1.2 性能指标

2.2 全向移动射击机器人的系统组成

2.3 全向移动射击机器人的机械方案设计

2.3.1 发射模块的机械方案设计

2.3.2 云台模块的机械方案设计

2.3.3 底盘模块的机械方案设计

2.4 本章小结

第3章 全向移动射击机器人机械系统的分析与设计

3.1 供弹机构的分析与结构设计

3.1.1 供弹机构失效形式的静力学分析

3.1.2 供弹机构的结构设计

3.2 云台传动比的最优化设计

3.2.1 数学模型的建立

3.2.2 基于MATLAB的仿真分析

3.3 悬挂系统的参数设计

3.3.1 悬挂模型的建立

3.3.2 弹簧劲度系数的选取

3.3.3 阻尼系数的选择

3.4 关键部件的有限元分析

3.4.1 云台支撑部件有限元分析

3.4.2 机器人底盘车架的有限元分析

3.5 机器人的动力系统设计

3.5.1 底盘驱动力矩的计算与电机选择

3.5.2 云台驱动力矩的计算与电机选择

3.6 机器人的整体装配结构

3.7 本章小结

第4章 全向移动射击机器人的运动学与动力学分析

4.1 全向移动射击机器人的运动学分析

4.1.1 底盘模块的运动学分析

4.1.2 云台发射模块的运动学分析

4.1.3 机器人整体运动学分析

4.2 机器人越障过程的动力学分析

4.2.1 机器人越障过程描述

4.2.2 机器人越障动力学模型建立

4.2.3 机器人越障动力学模型分析

4.3 机器人射击过程的动力学分析与优化设计

4.3.1 射击过程的动力学分析

4.3.2 弹丸落点误差分析

4.3.3 发射模块的仿真与优化设计

4.4 本章小结

第5章 虚拟样机仿真与物理样机实验

5.1 基于ADAMS的虚拟样机仿真分析

5.1.1 机器人简化模型的建立

5.1.2 机器人的典型路线行驶仿真分析

5.1.3 机器人的越障过程仿真分析

5.2 机器人物理样机实验

5.2.1 射击性能实验

5.2.2 典型路线行驶实验

5.2.3 越障性能实验

5.2.4 实验数据评价与分析

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献