【目的】针对松散介质下钻进机器人研究匮乏、土壤-螺旋钻进机制分析不足的问题,设计一款新型螺旋钻进机器人,满足高效钻进与灵活避障的实际需求。【方法】首先,通过土壤-螺旋相互作用分析,建立运动学与动力学模型,揭示单螺旋钻进偏转...【目的】针对松散介质下钻进机器人研究匮乏、土壤-螺旋钻进机制分析不足的问题,设计一款新型螺旋钻进机器人,满足高效钻进与灵活避障的实际需求。【方法】首先,通过土壤-螺旋相互作用分析,建立运动学与动力学模型,揭示单螺旋钻进偏转的核心机制;其次,设计左旋-右旋-左旋组合推进机构以抵消偏转影响,搭配3R1T混联机构实现空间三维转向;再次,利用Matlab软件分析混联机构工作空间,验证转向灵活性;最后,建立离散元与多体动力学(Discrete Element and Multibody Dynamics, DEM-MBD)耦合仿真模型,全面验证机构性能。【结果】仿真结果表明,多螺旋组合使单螺旋偏转误差控制在3%以内,混联机构具备3R1T自由度与充足工作空间;机器人9 s内轴向钻进150 mm,竖直方向位移可控在35 mm内,可有效解决单螺旋偏转问题,实现松散介质下高效钻进与灵活转向。研究可为同类机器人设计提供参考。展开更多
文摘【目的】针对松散介质下钻进机器人研究匮乏、土壤-螺旋钻进机制分析不足的问题,设计一款新型螺旋钻进机器人,满足高效钻进与灵活避障的实际需求。【方法】首先,通过土壤-螺旋相互作用分析,建立运动学与动力学模型,揭示单螺旋钻进偏转的核心机制;其次,设计左旋-右旋-左旋组合推进机构以抵消偏转影响,搭配3R1T混联机构实现空间三维转向;再次,利用Matlab软件分析混联机构工作空间,验证转向灵活性;最后,建立离散元与多体动力学(Discrete Element and Multibody Dynamics, DEM-MBD)耦合仿真模型,全面验证机构性能。【结果】仿真结果表明,多螺旋组合使单螺旋偏转误差控制在3%以内,混联机构具备3R1T自由度与充足工作空间;机器人9 s内轴向钻进150 mm,竖直方向位移可控在35 mm内,可有效解决单螺旋偏转问题,实现松散介质下高效钻进与灵活转向。研究可为同类机器人设计提供参考。
