多節(jié)履帶式煤礦井下搜索機器人設計(編輯修改稿)
2025-05-13 22:39 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 模塊具有不同的功能，且裝有自己獨立的電機、減速器、驅(qū)動器等。單元模塊由關節(jié)串聯(lián)。另外，單元模塊內(nèi)部腔體通過軟管相連，用于布線和通氣。(劉志偉)搜索機器人的每個單元模塊采用上下左右四周包覆履帶結構，如圖24所示。每個單元模塊的所有履帶由一個電機驅(qū)動，如圖211所示。這種行走結構可以提高機器人的運動能力，防卡死，所有履帶采用單電機同時驅(qū)動，可以減小機器人本體的質(zhì)量和尺寸，同時也可以簡化控制系統(tǒng)的設計。當機器人進入狹小空間，上下履帶可以分別與空間的上部和地面接觸，使得機器人獲得更大的前進動力；并且上下履帶在前進過程中會將上方落下的障礙物和地面上的障礙物卷向后方，以“挖掘”的方式前進，可防止機器人被障礙物卡死。當機器人在井下復雜彎曲巷道中前進時，側(cè)履帶與巷道側(cè)面的接觸有利于助推和轉(zhuǎn)向。當機器人車體發(fā)生大的傾斜，下履帶不能很好地附著地面時，側(cè)履帶與巷道底面的接觸和相對運動可以起到助推的作用；當有比較大的轉(zhuǎn)彎時，側(cè)履帶與巷道側(cè)面的接觸不但避免了車體卡死，還能以較大的驅(qū)動力輔助轉(zhuǎn)彎。對于履帶式移動機器人，履帶與地面的相互作用直接影響其運動性能。機器人與地面屬性是緊密聯(lián)系的，它們之間有整體不可分離性，所以需要全面考慮履帶地面作用對機器人結構的影響。履帶可以看作搜索機器開，機器人在上面通過，然后力較低的地面，且牽引力較大。履帶可分為剛性履帶和柔性履帶兩種：剛性履帶能夠阻止履帶向內(nèi)屈曲，保證非常均勻的接地壓力，限于低速車輛；柔性履帶分為連續(xù)履帶和間隔履帶。本機器人的履帶可以歸類為柔性連續(xù)板銷型結構。本機器人的履帶負重不大，但負重輪位置壓力與負重輪間壓力有差值，所以采用履帶下的平均最大壓力pmm（定義為所有負重輪下最大壓力的平均值）作為評價機器人軟地性能的指標。pmm 按式21估算。pmm = （21）其中： W：機器人質(zhì)量（kg）；n：一條履帶上的負重輪數(shù)；b：履帶寬度(cm)；d：負重輪外徑(cm)；p：履帶節(jié)距(cm)。 通過該公式計算本機器人的pmm≈75kPa。對于履帶車輛，在軟地上有很好的機動性，當超過294kPa時，在軟地上的機動性會受到很大限制。對于泥炭沼澤地區(qū)，要求pmm不超過49kPa，可見該地區(qū)本機器人難以通過。使土體失去整體穩(wěn)定的載荷Wc稱為極限載荷，即地面的極限承載能力。取兩種典型情況地面的計算結果，即摩擦性土壤和內(nèi)聚性土壤。 式(22)和(23)說明：在摩擦性土壤中，履帶下土壤的承受能力與履帶寬度的平方成正比，為提高承載能力，應該縮短履帶接地長度增加履帶寬度；對于內(nèi)聚性地面，臨界載荷僅取決于履帶接地面積。履帶車輛所能產(chǎn)生的最大牽引力主要與地面所能產(chǎn)生的最大推力有關由土壤的抗剪強度所決定的推力稱為土壤的最大推力，用FHmax表示。根據(jù)庫侖方程并考慮履刺產(chǎn)生的附加牽引力，土壤的最大推力為：取兩種典型地面進行分析，即摩擦性土壤和內(nèi)聚性土壤：由式(27)和(28)可以看出：履刺在摩擦性地面中的作用不大，但在內(nèi)聚性地面中履刺的作用就很顯著，若hb=，牽引力就可以提高40%。煤礦井下地面土質(zhì)情況由于可能有水分的存在，會兼有粘性和摩擦性，所以在履帶上設計履刺對提高機器人的行進能力會有幫助?；D(zhuǎn)率i=0時即地面為純剛性情況，不發(fā)生剪切變形；滑轉(zhuǎn)率i=100%時為履帶完全打滑
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