一种攀爬清洁机器人底盘优化设计研究

简介

为提高平地楼道两用攀爬清洁机器人底盘刚度、强度和稳定性,减小结构重量,总结了平地清扫和不同楼梯角度下的攀爬清扫四种典型工况的工作特征。分析了攀爬清洁机器人的组成和工作原理,建立了各典型工况下工作载荷的数学模型。采用拓扑优化的优化设计方法,对机器人底盘结构进行优化设计,得到了底盘的最佳材料分布。基于空间钢架的有限元分析法,获得了底盘钢架的最大弯矩、最大扭矩、剪力和最大变形,并建立了底盘理论力学模型。采用了一种多目标自适应混沌粒子群优化算法(MACPSO),以底盘重量、最大应力和最大变形为目标函数,对底盘的主要参数进行优化设计。优化结果表明攀爬清洁机器人底盘质量减小了54.2%,最大应力降低了17.5%,最大变形减小了28.5%,底盘质心位置前移了9.85%,提高了整机的刚强度和稳定性。