摘要
随着核能作为新能源的大力发展，核能设备的维护以及核应急处置也逐渐受到各界的重视。作为替代人进入危险核环境进行巡检、处置作业的核机器人的研究，特别是具有较强越障性能的核机器人的研究，成为当今核能发展必不可少的重点工作之一。本课题针对典型核环境下作业机器人的设计，开展了具有高底盘和强越障特性的核机器人研究，完成了核机器人设计及越障优化，对完善国家核应急技术储备具有重要意义。本项目获得了国家“十三五”核能开发项目的支持。 针对机器人在多障碍的未知环境中作业，对机器人的作业场景以及各种核机器人的结构进行了深入调研和分析，并针对项目中高底盘、高爬升等方面需求，研发了模块化自适应履带机器人结构。基于三维软件 Solidworks建立了机器人的三维模型，运用 ANSYS对履带结构的关键零部件进行了校核，并利用动力学软件Recurdyn对机器人的结构参数进行优化设计。 针对机器人在使用场景中需要稳定作业和强越障的需求，提出结合正交实验和仿真来优化机器人结构设计参数。本文通过理论分析研究了不同设计参数的改变对履带机器人行驶平稳性的影响，并通过对履带式底盘的设计参数进行正交实验，以较少的实验次数确定了对履带行驶平稳性影响较为显著的因素和较优的参数组合。最后通过正交实验结合仿真分析验证了设计参数的变化对履带行驶稳定性的影响。针对在机器人结构空间受限的条件下，本文结合履带静态打滑理论和动力学软件 Recurdyn 的履带仿真，得到了履带结构设计参数与履带机器人越障性能的关系，提出以前角自适应的方式优化越障性能。 针对搭载了机械臂的履带机器人，为提高越障性能，提出了以机械臂的动态规划来提高越障高度的方法。本文以 UR5 为算例，建立了在机械臂不同姿态下履带机器人的质心变化规律，通过结合机械臂的运动来提高机器人的越障性能。针对履带结构中较大的随机振动会对机械臂造成一定的损伤，为提高机器人在使用场景在的可靠性，分析了直线行驶中机械臂不同姿态的抗扰动性，得到了机器人行驶过程中抗扰动性较优的机械臂姿态和安装位置。 论文完成履带机器人设计参数优化，研制了机器人底盘实物样机并对相应性能指标进行了测试，得到了机器人底盘的基本性能参数，实验数据满足设计指标，验证了论文理论研究及设计的正确性、可行性。
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