轮履复合式移动机器人功能分析

2．1爬越斜坡
机器人在斜坡上运动时，其受力情况如图4 机器人在斜坡上运动时，其受力情况如图4 所示，机器人匀速行驶或静止时， 所示，机器人匀速行驶或静止时，其驱动 最大静摩擦因数为Uo Uo， 力为 最大静摩擦因数为Uo，则 最大静摩擦力为 机器人能平稳行驶。 当 时，机器人能平稳行驶。 机器人将在重力的影响下滑落。 当 时，机器人将在重力的影响下滑落。 在不同介质上运动的机器人， 在不同介质上运动的机器人，如果知道该 介质最大静摩擦系数， 介质最大静摩擦系数，则机器人能够前进 的最大坡度为 爬坡时最大加速度为
2．3跨越沟槽
在机器人的运动过程中总是希望机器人可以跨越更宽 的沟槽， 的沟槽，但设计尺寸往往限制了机器人的可以跨越沟槽 的宽度。由于摆臂的质量相对于车体承载重量而言很小， 的宽度。由于摆臂的质量相对于车体承载重量而言很小， 所以假设摆臂位置变化对移动机器人的重心没有影响。 所以假设摆臂位置变化对移动机器人的重心没有影响。 从图7中可以看出，要平稳地跨越沟槽， 从图7中可以看出，要平稳地跨越沟槽，沟槽的长度要小 于机器人摆臂与地面的接触长度。 于机器人摆臂与地面的接触长度。当沟槽的长度大于摆 臂的长度时， 臂的长度时，此时就变成了上下台 阶的过程。 阶的过程。
分别由两个电动机经减速器传动至驱动轴。四条履带腿均配 分别由两个电动机经减速器传动至驱动轴。 置在车轮内侧，不仅能够实现履带自身的旋转运动， 置在车轮内侧，不仅能够实现履带自身的旋转运动，而且绕 驱动轮中心轴摆动。中间部分是机器人车体， 驱动轮中心轴摆动。中间部分是机器人车体，可装载控制系 电池及其他各种设备。 统、电池及其他各种设备。为保证其能够进入建筑物内并能 越过台阶、爬楼梯等越障要求，需要对一般建筑物人口宽度、 越过台阶、爬楼梯等越障要求，需要对一般建筑物人口宽度、 楼梯的结构尺寸、履带腿长度、履带轮直径、车体长度以及 楼梯的结构尺寸、履带腿长度、履带轮直径、 整个机器人的总体尺寸等进行综合考虑， 整个机器人的总体尺寸等进行综合考虑，保证其要求的越障 能力。这种形式的机器人具有与一般轮式机器人相同的转弯、 能力。这种形式的机器人具有与一般轮式机器人相同的转弯、 直线行走等功能；与一般履带式移动机器人有相同的爬坡、 直线行走等功能；与一般履带式移动机器人有相同的爬坡、 越障等功能。此外4 越障等功能。此外4个独立驱动履带腿进一步增加了运动的灵 活性，使得它对各种地面的通过能力和越障能力进一步提高。 活性，使得它对各种地面的通过能力和越障能力进一步提高。
相对较大，腿式移动机构基本上是模仿人或动物的下肢机构形 态而制成的。因其出色的地面适应能力和越野能力，曾经得到 很多机器人专家的广泛重视，在其开发和研制上投入了大量的 时间和精力，也取得了较大的成果。腿式机器人虽然具有较强 的越野能力，但结构比较复杂，运动控制的难度较大，而且移 动速度较慢。 轮式移动机构具有运动速度快、能量利用率高、结构简单、 控制方便和能借鉴至今已很成熟的汽车技术等优点，只是越野 性能不太强。轮式结构按轮的数量分可分为二轮机构、三轮机 轮式结构按轮的数量分可分为二轮机构、 轮式结构按轮的数量分可分为二轮机构 构、四轮机构、六轮以及多轮机构。二轮移动机构的结构非常 四轮机构、六轮以及多轮机构。 简单，但是在静止和低速时非常不稳定。 简单，但是在静止和低速时非常不稳定。三轮机构的特点是机 构组成容易，旋转中心是在连接两驱动轮的直线上， 构组成容易，旋转中心是在连接两驱动轮的直线上，可以实现 零回转半径。四轮机构的运动特性基本上与三轮机构相同， 零回转半径。四轮机构的运动特性基本上与三轮机构相同，由 于增加了一个支撑轮，运动更加平稳。 于增加了一个支撑轮，运动更加平稳。以上几种轮式移动机构 的共同特点是它们所有的轮子在行驶过程中， 的共同特点是它们所有的轮子在行驶过程中，只能固定在一个
平面上，不能作上下调整，因此，地面适用能力差。 平面上，不能作上下调整，因此，地面适用能力差。一般的 六轮机构主要就是为了提高移动机器人的地面适应能力而在 其结构上作了改进，增加了摇臂结构， 其结构上作了改进，增加了摇臂结构，使得机器人在行驶过 程中，其轮子可以根据地形高低作上下调整， 程中，其轮子可以根据地形高低作上下调整，从而提高了移 动机器人的越野能力。 动机器人的越野能力。 在分析了移动机器人系统的各种移动机构及其适应环境 能力的基础之上，且根据所要设计的机器人的工作环境( 能力的基础之上，且根据所要设计的机器人的工作环境(室 外复杂地形环境)而设计了一台轮履复合式移动机器人系统。 外复杂地形环境)而设计了一台轮履复合式移动机器人系统。 利用轮子实现高速远距离运动，利用4 利用轮子实现高速远距离运动，利用4条单独摆动的履带腿 提高其越障能力和环境适应性。 提高其越障能力和环境适应性。 主车体采用传统的轮式行走机构，后轮驱动， 主车体采用传统的轮式行走机构，后轮驱动，前轮为引 导轮。机器人将根据地形调整姿态，采用对称结构， 导轮。机器人将根据地形调整姿态，采用对称结构，由4个 运动单元和车体构成三节式结构。 运动单元和车体构成三节式结构。前面两个运动单元包括一 个履带腿机构和一个从动轮机构。 个履带腿机构和一个从动轮机构。后面两个运动单元包括一 个履带腿机构和～个驱动轮机构。 个履带腿机构和～个驱动轮机构。车轮驱动采用后轮差速驱 动，
通过上述分析， 通过上述分析，可以根据机器人履带和运动地面的状 况来确定一些陡坡是否能够安全爬升， 况来确定一些陡坡是否能够安全爬升，并根据坡度和电 机的特性， 机的特性，确定其运动过程最大加速度及爬升陡坡的快 速性。 速性。
2．2爬越台阶
图5表示了移动机器人在跨越台阶时的各种状态。图 表示了移动机器人在跨越台阶时的各种状态。 中a、b表示了一种机器人常用的在跨越台阶时的初始姿 利用该姿态形成的前攻角， 态，利用该姿态形成的前攻角，可以使机器人跨越高于 轮子高度的障碍，越障能力大大提高。台阶作为一种典 轮子高度的障碍，越障能力大大提高。 型的障碍物， 型的障碍物，其高度往往成为移动机器人越障能力的重 要参数。 要参数。移动机器人的翻越台阶高度与机器人翻越方式 有关。在移动机器人所处的变化的环境之中， 有关。在移动机器人所处的变化的环境之中，楼梯对机 器人来说是较为困难的任务之一。 器人来说是较为困难的任务之一。上下楼梯的过程实际 上是机器人连续跨越障碍的过程。除了机器人本身功之 上是机器人连续跨越障碍的过程。 外，影响机器人上下楼梯的关键因素是力矩的大小和楼 梯的具体参数。 梯的具体参数。本机器人由于采用了关节提供较大的力
3结论
提出了一种多运动状态的轮履复合式移动机器人， 提出了一种多运动状态的轮履复合式移动机器人，完成 了对其移动结构的设计和虚拟装配，分析了其越障功能， 了对其移动结构的设计和虚拟装配，分析了其越障功能， 得到如下结论：所提出机器人具有良好的运动特性， 得到如下结论：所提出机器人具有良好的运动特性，可 利用前后摆臂结构增强其在非结构化环境下的道路通过 可广泛应用于危险环境的探测、侦察、 性，可广泛应用于危险环境的探测、侦察、排险等任务 工况。 工况。
矩，可以保证机器人上楼梯时的初始姿态以及爬越过程。可以 可以保证机器人上楼梯时的初始姿态以及爬越过程。 控制4个履带摆臂位于同一直线上， 控制4个履带摆臂位于同一直线上，增大与楼梯的有效接触长 保证其上下楼梯时的稳定运动。 度，保证其上下楼梯时的稳定运动。图6为移动机器人攀越楼 梯时的一系列动作序列。 梯时的一系列动作序列。
轮履复合式移动机器人功能分析
一、引言 二、移动机器人的越障功能分析 三、结论
班级：机械 班 班级：机械8班 学号： 学号：0901108002 制作人： 制作人：陈丁丁

一、引言
移动机器人已经广泛应用在侦查、巡视、警戒、扫雷排险 等危险与恶劣环境中，其工作环境既可能是结构化环境，也可 能是自然环境下的复杂、未知、多变的非结构化环境。所以， 越障能力是检验移动机器人的道路通过性的重要指标。 越障能力是检验移动机器人的道路通过性的重要指标 已经出现的移动机器人的移动机构主要有轮式、履带式和 腿式，其中以轮式的效率最高，但其适应能力相对较差，而腿 式的适应能力最强但其效率最低，履带式移动机构是将圆环状 的循环轨道卷绕在若干车轮外，使车轮不直接与地面接触，利 用履带可以缓和地面的凹凸不平。它具有良好的稳定性能、越 障能力和较长的使用寿命，适合在崎岖的地面上行使。但由于 沉重的履带和繁多的驱动轮使得整体机构笨重，消耗的功率也
二、移动机器人的越障功能分析
机器人运动的真实环境由许多不同的地形和地貌成， 机器人运动的真实环境由许多不同的地形和地貌成， 但是所有的地形地貌外界都可以用典型的地形来构成， 但是所有的地形地貌外界都可以用典型的地形来构成，总 结出来主要分为：斜坡、台阶和壕沟。 结出来主要分为：斜坡、台阶和壕沟。本节着重分析机器 人在保证安全性的基础上对于上述三种典地形的通过性。 人在保证安全性的基础上对于上述三种典地形的通过性。 由于机器人采用轮履复合结构， 由于机器人采用轮履复合结构，使得机器人对上述典型地 形的适应性有很大的提高。 形的适应性有很大的提高。关节式移动机器人是一个复杂 的多运动体的单元的结合，它的移动载体包括车体和4个 的多运动体的单元的结合，它的移动载体包括车体和 个 相互独立的摆臂， 相互独立的摆臂，它的工作环境是非结构化和不确定的未 知环境。 知环境。