松散介质下机器人螺旋钻进机制分析与机构设计研究
李添洳
郭为忠
朱高晗
上海交通大学 机械与动力工程学院,上海 200240
摘要：[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.
关键词：松散介质土壤-螺旋机制分析螺旋组合混联机构DEM-MBD
分类号：TH112(机械学（机械设计基础理论）)
论文发表日期：2026-02-15
在线出版日期：2026-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 61-70,145 )
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