基于小功率电机的井下机器人驱动技术研究

【摘要】井下搜救机器人作为一种功能型机器人,受到井下各种复杂环境的限制。目前科研人员对该类型机器人的研究仍处于起步阶段,井下搜救机器人研究所面临的技术问题主要包括移动机构、自主导航,路径规划技术、整体防爆安全设计、以及动力源技术等方面。本文主要集中于对动力源技术的研究,突出描述适用于井下机器人的驱动技术。主要包括对基于本质安全型驱动的实现方法,以及相应的控制策略进行介绍。本文详细内容如下：深入分析井下机器人的相关理论与技术,主要包括井下机器人的理论工作环境,井下机器人的运动机构,井下机器人需要达到的技术指标以及井下机器人所面临的技术问题。深入研究了井下机器人运动机理,包括正运动学以及逆运动学的理论知识,同时基于通用机器人运动学方程提出一种简化的动力学模型,并对模型进行分析,为后续驱动技术研究做准备。深入研究本质安全标准,设计一种能够实现本质安全防护且基于小功率电机的驱动电路。提出一种基于光电隔离实现驱动的本质安全保护的方法。该方法不仅实现了强电与弱电的隔离,同时还实现了驱动电源与驱动电源的隔离。设计了一套基于小功率电机的驱动机构,该机构由若干特定的电机进行串联组合,共同驱动。电机之间通过特殊方式进行连接,从而避免机构之间出现谐振影响。对机构建立数学模型,分析机构在运动过程,各个参数对机构性能的影响,从而对机构的各个参数做进一步的优化。研究针对基于小功率电机的串联机构的控制系统,采用分布式控制的方法实现机构中各个电机的同步运转,同时当某个电机出现故障或者是停止工作时,不会对其电机的驱动造成影响。为了对前期理论进行验证,搭建实验模型进行测试,主要测试包括本安防护、输出扭矩以及负载样机的实际运动能力(实际越障高度作为衡量标准)三部分。通过实验结果分析,判断前期理论的正确性,并对实验中出现的问题提出进一步的优化建议。
【作者】李飞龙；
【导师】王宇俊；
【作者基本信息】西南大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】本质安全化；井下驱动；小功率；偏心轮机器人；

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