6×6轮式机器人平顺性研究及悬架参数优化

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6×6轮式机器人作为特种车辆在物流、医疗、搜救以及运输等方面受到广泛应用。由于轮式机器人工作环境的复杂性,其平顺性在其工作过程中发挥着至关重要的作用。近年来,国家在无人设备,人工智能等方面提出了新的要求。目前,使用传统的计算方法对轮式机器人进行全面精确的运动学以及动力学的求解比较困难。在进行载体悬架设计时,部分参数的确定要通过反复的经验分析与计算、样车实验与修正等多个过程,工作量大,耗时长。对于以上设计中的问题,通过研究轮式机器人垂向动力学方程,通过智能算法对轮式机器人的悬架参数进行优化,对该类轮式机器人悬架系统的研究提供一定的理论依据,具有较强的实际利用价值。本文具体研究成果如下:1.研究6×6轮式机器人垂向动力学数学振动模型。选择分布式驱动的轮式机器人作为研究对象,结合拉格朗日方程,建立九自由度整机垂向动力学模型,分析轮式机器人悬架振动特性。2.建立路面模拟信号。利用“三角级数”法构造路面模拟信号。考虑路面左右两侧相干性与整机的耦合性;考虑中、后轮相对于前轮对模拟路面信号的延时性,在MATLAB中构建了机器人随机路面仿真模型,为验证动力学方程的正确性奠定基础。3.在ADAMS中建立轮式机器人整机模型,将路面模拟信号导入ADAMS路面文件中用于仿真,分析整机在等级路面下的振动情况,同时搭建轮式机器人实验平台,将实验数据与MATLAB/Simulink中仿真结果以及ADAMS中的仿真结果三者进行对比,验证整机九自由度动力学模型的正确性。4.对轮式机器人悬架参数进行优化。结合MATLAB/Simulink得到的质心加速度等数据,对各个数据进行求解均方根值,利用归一化算法对各个指标进行多目标优化;利用克里金插值方法建立相关数据与悬架刚度和减震器阻尼系数的映射关系,采用遗传算法,获得平顺性模型的最优解,对悬架刚度和减震器阻尼系数进行优化。结果显示,悬架刚度K的最优解为26258N/m,减震器阻尼C的最优解为1567N m/s。通过具体应用证明,本文建立的九自由度模型能够满足轮式机器人的实际工况分析,满足企业实际需求。研究成果为提高轮式机器人平顺性起到了借鉴、指导作用,具有良好的工程应用价值。
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