二自由度铰车越障时的运动方向偏移研究.doc

二自由度铰接车越障时的运动方向偏移研究? 寇伟 刘昕晖 (吉林大学 机械科学与工程学院，吉林 长春 130022) 摘要：二自由度铰接车在复杂地形下进行无人化控制作业时，需要分析铰接车越障时运动过程，建立运动学模型，为设计二自由度铰接车在复杂地形下运动的控制系统提供指导；应用D-H方法建立了二自由度铰接车的运动学模型，对二自由度铰接车在非对称地形下的越障运动，应用matlab进行了仿真分析；通过仿真分析，在非对称地形下二自由度铰接车连续越障产生运动方向偏移；通过微分运动方程分析，在车体越过非对称障碍时，车体产生了扭转角θ2，轮地接触角发生改变，产生了运动方向偏移现象。 关键词：二自由度铰接车；D-H方法；越障；方向偏移 中图分类号： U461.5 文献标识码 A Research on motion direction displacement of 2DOF articulated vehicle surmounting obstacle KOU Wei LIU Xin-hui （school of Mechanical Science and Engineering, Jilin University, Changchun 130022,Jilin, China） Abstract：When two degrees of freedom (2DOF) articulated vehicle traverses uneven terrain as autonomous vehicles, need to analyze the course of vehicle surmount obstacle and establish kinematic models for designing the motion control algorithms of 2DOF articulated vehicle. The kinematic equations of 2DOF articulated vehicle are derived based on D-H method. Simulate and analyze 2DOF articulated vehicle traversing the asymmetric terrain, the motion direction generates displacement. According to analyze the differential kinematic equations, the vehicle generates pitch angle θ2, and the wheel-terrain contact angles also change, then 2DOF articulated vehicle travels displacement. Key words: 2-DOF articulated vehicle; D-H method; surmount obstacle; direction displacement Author resumes：KOU Wei(1984-), Female, doctoral student, +86-431 xieyusufeng@163.com; LIU Xinhui(1962-), male, professor, +86-431liuxh@． 0 引言 某些轮式移动机械（如轮式装载机、移动机器人或野外作业车）通常需在复杂地形下工作，为了适应复杂的地形，防止越障时车辆倾翻，出现了被动适应地形的全地形移动车辆（All-Terrain Vehicle）[1,2,3,4,5,]，全地形移动车辆增加了车辆的自由度，虽然能被动适应地形，但是也增加了车辆连续越障时的操控难度和车辆越障时防止倾翻的受力分析的复杂性。本课题自行研制的二自由度铰接车后续需具有在复杂的地面环境下无人化控制作业的功能，需要研究二自由度铰接车的越障运动过程和越障时的稳定性，本文应用D-H方法推导了二自由度铰接车的运动学微分方程，对二自由度铰接车连续通过非对称障碍路面进行了仿真分析，为二自由度铰接车的无人化控制系统设计提供了指导。 1 铰接车越障时的运动学方程 二自由度铰接车分为前后车体，前后车体中间连接有二自由度铰链，可以左右横摆和扭转来自适应复杂的地形，铰的自由度用横摆角θ1和扭转角θ2描述，如图1所示。 图1 二自由度铰接车 Fig.1 2-DOF Articulated Vehicle 采用机器人学中的D-H（Denavit-Hartenberg）方法[6]建立车体各坐标系如图2所示，