舰载多功能移动机器人的研究与开发

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航母作为海军武器装备中最先进的系统,其后勤保障工作也极具挑战。为了提高航母的战斗能力,需要大量的保障车辆为舰载机保驾护航。由于航母上空间有限,且环境复杂,因此无法像地面上那样设置灵活的物流运输系统,用于运输各种武器所需弹药和舰载机的附件,而这些工作需要人工进行装卸、搬运,有时候在海面上做这些工作有很大的风险。同时,舰上大量保障车辆在舰上占有的空间比较大,将航母有效空间资源占用较多,严重影响航母综合作战能力。若能设计一款多功能移动机器人,提高航母有效空间资源利用率,辅助管理系统有效管理保障车辆,将会大大提高航母综合作战能力。本文针对航母环境研究一款适合于航母后勤保障的移动机器人。主要工作包括:(1)根据项目方提出的技术要求及实际应用环境计算机器人的动力性能要求。结合应用环境选择以普通轮作为本次移动机器人的行走机构。本文独立驱动转向方案采用一条对角线装有两个驱动轮系,而在另一条对角线上装两个万向轮,并对该方案做了结构设计,通过建立运动学数学模型,给定两个轮的转向角度及行走速度即可实现机器人的控制。(2)欠驱动转向结构是一种新的全向移动转向方案,由各轮之间的速度差即可实现转向,本文对该方案做了结构设计、动力学及运动学分析,通过给定机器人移动速度和转向角度即可实现机器人的运动。(3)本文针对欠驱动转向方案进行控制系统设计,选择STM32F407作为控制芯片,A5048角度位置传感器给控制系统实时反馈机器人的转向角度。选择以时间片轮询方式作为控制程序框架,该框架简单明了,扩展性强。控制策略采用遥控器控制和按既定路径进行控制。(4)利用SolidWorks motion仿真插件对欠驱动转向方案进行仿真分析,选取几种比较有特征的曲线进行分析。同时制作出了物理样机,进行实际操作,在实际运行过程中发现了一些结构上的误差,并进行了修正。验证了该方案结构的可行性及控制策略的正确性,控制系统较为稳定,响应较快。欠驱动转向全向移动机器人物理样机可顺利通过某些恶劣环境地面上,表明具有较强的环境适应能力,可在航母甲板上作进一步测试。
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