高速公路中分带垃圾捡拾机器人结构设计与运动特性分析

作     者：王款 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王云;王金昌

授予年度：2024年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：高速公路中央分隔带 机器人结构设计 TRIZ 有限元分析 运动特性分析 

摘      要：随着高速公路里程日益增加,国家对交通维养工程的智能化建设提出了新的要求。高速公路中央分隔带垃圾清理目前仍依赖人工和大型机械,存在成本高、影响交通等问题,垃圾清洁无人化的研究势在必行。本文研究的是高速公路中分带垃圾捡拾机器人,结合TRIZ创新理论进行垃圾捡拾机器人的方案设计和结构设计,并对机器人进行静力、模态和流体等有限元分析,运动特性分析和控制方案设计。 本文针对高速公路中分带垃圾捡拾功能需求和技术指标,依据TRIZ创新理论进行机器人总体方案设计,并完成适应中分带场景的“四自由度移动平台+六自由度机械臂的新型机器人结构设计。对驱控一体化机械臂、AGV底盘、滚珠丝杠导轨和电动推杆进行了设计、校核与选型。使用ANSYS进行静力、模态和流体仿真,验证了结构强度刚度、固有频率与工作环境等技术指标。使用改进D-H法完成了机器人九自由度运动学建模与求解,用MATLAB进行了工作空间和运动仿真,完成底盘平面转向运动学建模。使用ADAMS完成了机器人主要工况的动力学仿真分析,验证电机选型合理。完成了机器人整机控制方案设计。完成了基于OpenCV处理的沿白色实线视觉循迹的方案设计及硬件搭建,进行了模拟场景实验,验证了循迹例程可行性。 根据所完成的结构设计、仿真分析与实验,可以确定本文所研究的高速公路中分带垃圾捡拾机器人方案可行,适合目标场景所需。该机器人系统具有投放回收简单、效率高、安全可靠以及方案实施成本低等优势,为高速公路中分带机器人应用提供了新的结构基础。