论文摘要
本文提出并设计分析了两种典型的移动机器人:中央空调管道清洁机器人DCRCAC（Duct Cleaning Robot for Central Air-Conditioning）以及典型性轮腿式机器人TWLR（Typical Wheel Leg Robot,）。首先分析了这两款机器人的设计背景和国内外研究现状,然后对DCRCAC机器人的设计过程,Pro/E三维实体建模,实物制作以及清扫结果进行了系统研究。并对TWLR机器人的所有拓朴机构进行了归类总结,对每一种拓朴机构分别作了自由度分析,并对其中最典型的两种拓朴机构进行了空间运动学分析。中央空调管道内病菌引起的室内空气污染自2003年非典爆发以来引起人们的更密切关注。目前,我国中央空调清洗行业才刚刚起步,而且清洗设备主要依靠国外进口,设备价格昂贵,并且由于规格等问题,对我国的某些空调管道并不适用。针对此问题,本文提出并设计了一款结构简单、自动化程度较高、成本低廉的DCRCAC中央空调管道清洁机器人系统,包括监视控制器,远程遥控机器人以及集尘净化装置。分别从摄像监视装置,驱动导向装置和旋转刷装置这三个模块详细介绍了DCRCAC的模块化设计过程,包括各种导向轮的设计,各种参数的选定,电机的选择,传送带,传动轴和轴承的选择安装以及刚度和强度校核等。并根据DCRCAC的实际尺寸,用Pro/E建立了三维实体模型,进行了装配性分析和校核。实际制作的旋转刷装置实物模型证明了其清扫效果较好。针对目前轮式机器人对不规则地面适应性不强,腿式机器人速度低,稳定性差等缺点,我们提出了一款综合轮式机器人运动速度快和腿式机器人运动灵活等优点的典型性轮腿式机器人TWLR（Typical Wheel-LegRobot）的设计理念。TWLR机器人还运用多拓朴机构,进一步提高了它的灵活度和对不规则地面的适应性。与常见的轮腿复合式机器人不同,TWLR最大的优点是它通过应用不同的拓朴机构来适应各种不规则地面,绕过障碍物,或维持在斜坡上的平衡。它同时还可以扮演腿的角色推或拉机器人的身体来攀爬高大障碍物,或者跨越小型障碍物。本文详细介绍了TWLR机器人所有拓朴机构的分类总结,分别对不同拓朴机构进行了自由度分析,并对其中最典型的两种2环并联拓朴机构进行了串联机构模型的等效转换,然后利用DH方法进行了位置分析。在自由度分析中,对于常规的Grübler Kutzbach公式所不适用的某些有过约束存在的拓朴机构的情况,采用修正的Grübler Kutzbach公式,并结合线几何和约束螺旋求解的方法,进行自由度的计算和验证。