煤矿履带巡检机器人多体动力学建模及越障仿真 论文

针对煤矿井下底板路面变化多样的复杂情况，履带巡检机器人在行驶过程中面临诸多挑战，尤其是其动态特性受到不同路面状况的显著影响。由于底板路面对履带行走机构的响应较大，模拟和表征履带与底板路面的相互作用成为一个关键难题，特别是在台阶型路面上。履带行走装置在越过障碍物时，容易出现机身上仰姿态过高，且落地时履带受到的冲击较大。

为了解决这一问题，基于履带地面力学理论，研究者通过引入一定数量的经验常数来确定煤矿底板的路面参数，采用柔性体多体动力学的有限段模型方法，建立了履带行走机构的虚拟样机模型。在此基础上，进行了巡检机器人在水平底板路面及台阶型路面环境下的多体动力学仿真实验。实验结果显示，履带与地面的接触力、履带内部的轴套力以及履带变形情况与机器人行驶及越障过程相一致，证明了建模方法的正确性。还发现履带巡检机器人在不同底板路面条件下的滑转及滑移率存在显著差异。在水平底板路面上，履带的滑转率较小，但在越障过程中，履带理论速度与实际速度的差异较大，尤其是在履带刚接触到障碍物的瞬间以及机器人刚越过台阶型障碍物的瞬间，这一差异可达0.78。这一研究结果为履带巡检机器人在煤矿井下的智能控制提供了重要的理论依据。