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基于Recurdyn的清淤机器人水下爬行运动学仿真

冯业宁 李体锦 周围 徐斌 吴明晖

冯业宁, 李体锦, 周围, 徐斌, 吴明晖. 基于Recurdyn的清淤机器人水下爬行运动学仿真[J]. 上海工程技术大学学报, 2024, 38(2): 171-178. doi: 10.12299/jsues.23-0176
引用本文: 冯业宁, 李体锦, 周围, 徐斌, 吴明晖. 基于Recurdyn的清淤机器人水下爬行运动学仿真[J]. 上海工程技术大学学报, 2024, 38(2): 171-178. doi: 10.12299/jsues.23-0176
FENG Yening, LI Tijin, ZHOU Wei, XU Bin, WU Minghui. Kinematic simulation of underwater crawling of dredging robot based on recurdyn[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2024, 38(2): 171-178. doi: 10.12299/jsues.23-0176
Citation: FENG Yening, LI Tijin, ZHOU Wei, XU Bin, WU Minghui. Kinematic simulation of underwater crawling of dredging robot based on recurdyn[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2024, 38(2): 171-178. doi: 10.12299/jsues.23-0176

基于Recurdyn的清淤机器人水下爬行运动学仿真

doi: 10.12299/jsues.23-0176
基金项目: 上海市自然科学基金项目资助(21ZR1425900)
详细信息
    作者简介:

    冯业宁(1999−),男,硕士生,研究方向为机器人设计与CAE技术。E-mail:1425112512@qq.com

    通讯作者:

    吴明晖(1973−),男,博士,副教授,研究方向为智能移动机器人技术。E-mail:wmhui@yeah.net

  • 中图分类号: TH12

Kinematic simulation of underwater crawling of dredging robot based on recurdyn

  • 摘要: 针对沉淀池内工业淤泥难以清理的问题,设计一款能够适应复杂环境的履带式水下清淤机器人。机器人采用履带式移动机构,以适应松软泥层。对清淤机器人平地行驶、上下斜坡的稳定性进行分析,得到其稳定运行的浮心可行域。基于RecurDyn仿真软件搭建动力学模型,分析机器人在水底运行时不同类型的地形环境及工况。结果表明,浮心设置在浮心域内机器人的稳定性更高;清淤机器人的质心高度能够始终保持稳定,满足设计要求;清淤机器人能够稳定通过15°坡面和100 mm障碍,证明清淤机器人的设计能够适应水下复杂环境。
  • 图  1  机器人整体结构图

    1—清淤泵;2—浮力装置;3—整体车架;4—清淤装置;5—前置摄像头;6—前置补光灯;7—爬行装置。

    Figure  1.  Overall structure of robot

    图  2  爬行装置

    Figure  2.  Crawling device

    图  3  清淤机器人直行和爬坡时受力

    Figure  3.  Dredging robot force when walking straight or climbing

    图  4  浮心稳定域

    Figure  4.  Stability region of center of buoyancy

    图  5  清淤机器人动力学模型

    Figure  5.  Dynamics model of dredging robot

    图  6  15°坡面和100mm障碍路面模型图

    Figure  6.  Models of 15° slope and 100 mm obstacle surface

    图  7  水平硬质地路面仿真结果

    Figure  7.  Simulation results of horizontal hard pavement

    图  8  水平软质地路面参数变化

    Figure  8.  Parameter change of horizontal soft pavement

    图  9  15°软质地路面仿真结果

    Figure  9.  Simulation results of 15° soft pavement

    图  10  100 mm障碍路面仿真结果

    Figure  10.  Simulation results of 100 mm obstacle pavement

    图  11  水平硬质地路面仿真结果

    Figure  11.  Simulation results of horizontal hard pavement

    表  1  机器人的设计指标

    Table  1.   Design index of dredging robot

    参数名称数值
    整机尺寸/
    (mm×mm×mm)
    长×宽×高:
    1590×1010×875
    质量/kg398.5
    浮力/N2984
    重心坐标(434,342)
    下载: 导出CSV

    表  2  软质地路面参数

    Table  2.   Soft pavement parameters

    参数取值
    土壤变形模量kc0.417
    内摩擦的土壤变形模量kr2.1888 × 10−2
    土壤变形指数n0.5
    内聚力c4.14 × 10−3
    剪切阻力角度13
    剪切变形模数k25
    下沉比率5 × 10−2
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-08-09
  • 刊出日期:  2024-06-30

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