特种车辆“履带机器人”样机研发前期关键仿真技术浅析

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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导读：我国的海岸线较长，对于滩涂或潮间带区域的测量需求量较大，而且这些区域的地质较为恶劣和复杂，传统以人工为主的测量技术已不再适用于目前的作业需求。针对现有滩涂或潮间带的科学测量技术不足现状，研制一种适合于滩涂或潮间带区域作业的履带式机器人，解决对这些区域科学测量的落后方式，为滩涂或潮间带区域提供一种新型的智能海洋信息采集装备，并形成该种装备的专用化、智能化和产业化。强烈推荐大家关注笔者2月26日，在仿真秀机器人工业品仿真第五期讲座《基于RecurDyn移动机器人联合仿真技术》，详情见后文。

一、关键技术

根据非线性复杂环境的大范围移动探测考察作业需求，开展履带接地段与海岸带之间的交互关系研究，将基于贝克理论履带沉陷性能研究分析，并通过相关多体动力学仿真软件RecurDyn进行车体简化并建模，其次根据海岸带地面的物理性质，设定履带接地段与海岸带地面之间的交互关系，对爬行行驶性能以及通过性能进行研究，保证行驶机构的行驶稳定及通过性能，从而实现对履带机器人底盘结构的优化设计。

二、仿真分析

1、参数优化

基于转向阻力矩最小为目标，建立转向阻力矩与底盘、底质参数关系的数学模型，采用遍历求解思想解决履带机器人底盘参数选择问题，进而对履带接地长度、履带中心距以及履带宽度三个参数进行优化。

RecurDyn动力学模型

（2）行驶性能分析

① 路面参数对直线行驶性能的影响

质心速度

滑转率

俯仰角

② 转向方式对转向性能的影响

切边转向

差速转向

通过上述分析可明确海岸带履带机器人行驶性能，其分析结果可为后期样机制作与科考需求提供理论依据。今后项目实施中，定性分析设计参数，并对理论模型进行修正，着重讨论履带机器人附着性能及轨迹修正，使其具有较佳行驶性能。

2、优化设计

为提高履带机器人爬行平顺性能，使各轮系在越障过程中具有一定的缓冲能力，降低路面对车体产生的冲击载荷，衰减由此引起的振动，本节对支重轮支架进行改进设计，并结合两种路面对其改进后的车体进行分析。

履带机器人在沙壤土路面上进行仿真分析，研究悬架刚度系数和阻尼比对其爬行平顺性能的影响

履带机器人在黏土路面上进行仿真分析，研究悬架刚度系数和阻尼比对其爬行平顺性的影响。

通过RecurDyn建立其多体动力学模型，在两种典型路面上对其质心纵向位移和俯仰角进行分析，并对支重轮支架结构进行优化改进。同时分析具有不同参数的悬架对履带机器人平顺性的影响，结果表明，改进后的履带底盘具有较好缓冲冲击载荷的能力，同时适当减小悬架刚度系数，增大阻尼比可以提高履带机器人的爬行平顺性能。

总之，为提高履带机器人爬行运动性能，采用遍历求解思想解决其底盘参数选择问题，进而对履带接地长度、履带中心距以及履带宽度三个参数进行优化,基于RecurDyn建立了履带机器人多体动力学模型，展开其多种工况下的行驶性能分析，同时对其越障过程中的平顺性能进行分析，基于仿真结果，对其底盘轮系结构进行局部优化改进，可为实际履带机器人行驶性能评估及行走控制研究奠定基础。

三、基于RecurDyn移动机器人联合仿真技术

作者认为，RecurDyn不仅对履带机器人动力学仿真，同时对较好的实现虚拟样机构建及工程化模拟，并能达到与多软件联合仿真，实现更复杂/更真实/更符合设计需求的样机功能，基于多种DOE仿真数据，对前期产品的优化设计/缩短产品研发周期均奠定基础。

仿真秀以分享知识传递价值，为仿真优质内容创作者赋能，解决机器人行业关联企业研发技术攻关中的难点，并服务国家重大需求。自2023年2月2日起，仿真秀正式启动机器人-工业品仿真技术专题讲座。

对于已经身处机器人行业、或是有意从事机器人相关专业的同学和工程师们，可以关注仿真秀接下来的几场直播讲座。

2月26日周日，仿真秀机器人工业品仿真第五期讲座《基于RecurDyn移动机器人联合仿真技术》将邀请本文作者，从业特种车辆研发岗位，使用Recurdyn动力学6年，具有丰富的仿真经验的-RecurDyn (Track-LM)郭老师主讲，他精通Recurdyn动力学仿真、Recurdyn+Matlab，Recurdyn+EDEM联合仿真，尤其针对履带车辆仿真，曾开设多门课程，如：通用履带/摆臂履带/轮-履复合式底盘建模技术，Recurdyn+Matlab/Recurdyn+EDEM联合仿真。

本期讲座主要介绍RecurDyn小白学习思路，基于RecurDyn多体动力学软件，搭建Matlab&EDEM接口，进行联合仿真，实现更复杂/更真实/更符合设计需求的样机功能，基于多种DOE仿真数据，对前期产品的优化设计/缩短产品研发周期均奠定基础。

以下是讲座安排

工业品机器人仿真（五）：基于RecurDyn移动机器人联合仿真技术-仿真秀直播

四、机器人工业品仿真学习资料

对于已经身处机器人行业、或是有意从事机器人相关专业的同学和工程师们，我们不仅为大家精心准备干货直播，此外还有准备了机器人仿真设计学习资料包，感兴趣朋友还可以加入机器人工业品仿真设计或RecuDyn技术交流群。

（完）

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作者：郭老师仿真秀专栏作者

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来源：仿真秀App

RecurDyn 振动非线性通用新能源海洋多体动力学参数优化理论 EDEM 机器人控制

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首次发布时间：2023-02-27