轮足机器人的自稳定负载系统设计
1. 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 轮足机器人的应用场景
- 轮足机器人广泛应用于工业、军事、救援等领域。
- 具有机动性强、灵活性高的移动机器人，能在复杂地形中灵活移动。
- 轮足机器人是当前研究热点之一。
1.1.2 自稳定负载系统的重要性
- 自稳定负载系统能自动调整负载的位置和姿态，保持负载的稳定。
- 提高负载的安全性，扩展轮足机器人的使用场景，开拓新的商用渠道。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 轮足机器人研究现状
- 轮足机器人结构形式：腿轮融接型和腿轮独立型。
- 国内外学者主要研究目标：融合轮式机器人高能量效率、高速度和足式机器人高地形适应性的优点。
- 国内外轮足机器人研究现状：双足轮腿式机器人Handle、Ascento、WLR、Ollie。
1.2.2 自稳定系统研究现状
- 自稳定系统分类：串联稳定平台和并联稳定平台。
- 串联稳定平台优点：结构简单，控制容易实现。
- 并联稳定平台优点：承载能力强，运动范围大，稳定效果好。
1.2.3 轮足机器人的自稳定负载系统研究现状分析
- 双足轮腿机器人的研究取得进展，但商用渠道较少。
- 自稳定负载系统设计方面，主要应用于军事、航空等领域，与轮足机器人结合的案例较少。
1.3 研究内容与方法
1.3 研究内容与方法
- 分析轮足机器人的运动特点和系统控制特点。
- 确定自稳定负载系统的自由度，选择串并联方式。
- 设计机械结构和尺寸，确定所需的硬件和控制系统。
- 搭建实物进行调试和改进，验证自稳定负载系统的有效性和可行性。
1.4 论文结构安排
1.4 论文结构安排
- 第一章：绪论。
- 第二章：轮足机器人的自稳定负载系统总体方案设计。
- 第三章：自稳定负载系统机械结构设计。
- 第四章：自稳定负载系统控制方法研究。
- 第五章：自稳定负载系统实际测试。
- 第六章：总结与展望。
2. 轮足机器人的自稳定负载系统整体方案设计
2.1 自稳定负载系统的设计思路
2.1 自稳定负载系统的设计思路
- 分析轮足机器人的运动特点和系统控制特点。
- 确定自稳定负载系统的自由度，选择串并联方式。
- 设计机械结构和尺寸，确定所需的硬件和控制系统。
- 搭建实物进行调试和改进，验证自稳定负载系统的有效性和可行性。
2.2 自稳定负载系统需求分析
2.2 自稳定负载系统需求分析
- 刑天双轮足机器人运动特点：轮式移动、足式移动、跳跃能力。
- 设计要求：上平台面积大于0.5平方米，实现Z轴平动、绕X轴旋转、绕Y轴旋转三个自由度的稳定。
2.3 自稳定负载系统结构设计分析
2.3 自稳定负载系统结构设计分析
- 采用三自由度并联稳定平台，由上平台、主动杆和从动杆组成的支链和下平台三部分组成。
- 支链的两个连杆通过转动副连接，形成3-RRS并联稳定平台。
3. 轮足机器人的自稳定负载机电系统设计
3.1 机械结构设计
3.1 机械结构设计
- 固定装置：将三自由度并联稳定平台固定在刑天轮足机器人上方。
- 下平台：连接固定装置和并联机构，考虑刚性和稳定性。
- MG513直流减速电机：高精度转动，实现对主动杆和从动杆的位置和姿态的精确控制。
- 主动杆和从动杆：通过连接在下平台和上平台之间，形成稳定的支撑结构。
- 上平台：承载需要稳定定位的设备或仪器，采用规则三角形形状。
3.2 控制系统设计
3.2 控制系统设计
- 硬件电路：Arduino uno 开发板、TB6612FNG双路直流电机驱动模块、12V2600mAh锂电池充电器套件E326S、MPU6050。
- 主控板：Arduino Uno开发板，融合了AVR单片机（ATmega328P）的强大性能与实用性。
- 传感器模块：MPU6050，实现对上平台的位置和姿态的精确检测。
- 执行器模块：电机驱动模块，实现对主动杆和从动杆的精确控制。
