轮式移动机器人车轮牵引性能离散元仿真.pdfVIP

轮式移动机器人车轮牵 弓I性能离散元仿真冰 口 刘吉成 口 李 斌 口 华凌云 口 江盼阁 上海大学 机 电工程与 自动化学院 上海 200072 摘 要：轮式移动机器人在松软沙土表面可通过性能较差。为研究车轮在不同滑转率和齿片参数下与沙土接触时车 轮对沙土的扰动特性 ，利用离散元分析软件 ，建立 了车轮运动特性仿真模型 ，通过仿真得到车轮与沙土颗粒接触 时的分布 及运动特性关系，作为研究车轮驱动特性的一种方法，完善 了轮一地接触力学特性分析方法。 关键词 ：离散元 车轮 齿片 牵引性能 中图分类号：TH123；TP391 文献标识码：A 文章编号：1000—4998f2014)08—0010—03 轮式 移 动机 器人 在松 软 的路面运 动 时 ．车轮 极 易 最大 坡度 ．其仿 真结 果与 实验 结果具 有 良好 的一致 性 。 产生 滑转 下 陷 ．而 车轮 的牵 引性 能对机 器人 动 力性 、通 本 文 利 用离 散 元 法 对 车轮 的 滚 动性 能 进 行分 析 ． 过性 具有 重要 影 响 ．因此 ．深 入 分析 车轮 与松 软地 面之 建立仿 真 分析模 型 ．分析 车轮 与沙 土颗 粒接 触 时 的应 间 的关 系 ．对 于研 究 轮式移 动机 器人 的运 动性 能 具有 力分 布及 运动特 性 重 要 意义 [】一 1 轮一地接触离散单元相互作用力学模型 轮一地 接触 实验 工作 量大 ．对诸 多参 数要 求 高 ．而 仿 真分析 可 以避 免实 验 中的诸 多不便 。张 锐 、李 建桥 [ 离散元 法将 颗粒 对 象 看作 一 系列离 散 的独 立运 动 通 过将离 散元 分析 软 件和 CAD软 件结 合 ．有效 地 模拟 单元 ．单元 之 间 以一 定 的接触 力学模 型 构成 ．其 运动 由 了各 种 复杂 结构 车轮 、车 轮行驶 条件 以及 不 同表 面工 经典 的牛 顿第 二定 律控 制 将 研究 对 象离 散成 许多 刚 作 环境 下 的车 轮 ／模 拟沙 土 相互 作用 关 系 ．并 通 过 车 轮 性 圆盘或 球形 颗粒 组成 的试 样 ．通 过控 制单 个 颗粒 的 运 动性 能测试 平 台实 验获得 验 证 。孙 鹏 、崔皴 _5]采 用 离 运动 以及 颗粒 之 间的相互 力 ．用显 式时 步迭 代 的方 法 。 散 元 法分 析 梯 形 齿 车 轮 在 松 软 沙土 表 面 的通 过性 ．提 求解 各个 颗粒 随时 间 的运动 ．以得 到整 个 试样 的力 与 出不 规则 形状 颗粒 群 系统 的离 散元建 模技 术 ．建 立 了 变形规 律 [Jo] 相 互接 触 的两个 颗粒 间 的典 型接 触力 学 车 轮牵 引性 能参数 的细观表 达式 。高峰 、李 雯 E6]j~j离散 模 型可 以认 为 是 由双 弹簧 一阻尼 系统 与 切 向摩 擦 力 构 元方 法模 拟 了低重 力环境下 的轮一地交 互作 用 ．推 导 出 成 ，如 图 1所示 。 沙 土推力 的细观表 达式 ．定 量分 析模 拟 沙土 的可 行驶 图 l 中 ， 和 性 。此 外 ．国外 学者 也做 了大量 研 究 ，LavRKhot7[]等采 K 分别 为 法 向接 触 用 离散元 法研 究 轮一地接 触 时沙土 的变 形特性 ．并 用 土 刚 度 和切 向接 触 刚 槽 实验验 证 了仿 真结果 H Nakashina[8--9]等采 用离散元 度 ，c 和 c分 别 为 方 法预测 车 轮在 不 同滑转 率下 的牵 引力 和 能 够爬 行 的 法 向接 触 阻 尼 系 数 和 切 向接 触 阻 尼 系 国家 自然科学基金资助项 目(编号 数 是 摩 擦 因数