轮履式复合底盘

我国地域辽阔,多为山地、丘陵和高原,边远地区国防工程建设及山区公路建设、抢险任务繁重,但是由于山区公路相对狭窄,路况不好,致使施工机械转场比较困难,这对在施工建设中起着重要作用的工程机械提出了重大的挑战。与此同时困自然灾害频繁发生，地震现场环境异常复杂、危险，移动机器人是机器人学中的一个重要分支，将机器人应用到救援工作中不仅会减少救援人员的伤亡，而且能提高救援的效率和震后人员的存活率。其所面临的环境大多是自然环境下的复杂、未知、多变的非结构化环境，机器人在执行任务遇到障碍时为完成任务必须要克服并越过障碍，因此，高的越障能力是救援机器人在非结构环境下作业所必备的功能。

从移动机器人行走机构的发展过程来看，轮式移动机构可以达到较高的移动速度，且具有结构简单、控制方便、移动灵活、互换性好及效率高等优点，但是轮式的对地面的依赖性较强，不适于越障，如壕沟、台阶、楼梯等障碍。

较经典的为美国JPL的四轮机器人Nomad和瑞土联邦工学院EPFL的移动机器人，履带式行走机构地面支撑面积大，接地比压小，牵引附着性、越野以及越障性能较轮式好，如世界著名的两节履带式反恐机器人Packbot；但效率较低，结构复杂，维护和保养困难，且成本能耗等较高。綜合考虑轮式、履带式的优缺点，后继又研究开发了复合式的移动机构，如美国Remotec公司研制的关节轮式Andros系列机器人，以及国内的由沈阳自动化研究所研制的关节履带式“灵晰-B”型排爆机器人和CLIMBER。通过以上分析，提出了一种基于变体轮结构的新型轮履复合式移动底盘，为机器人高机动性和高通过性难以兼容的难题提供了一种可能。

由于移动底盘要深人到非结构化的环境下作业，所以控制系统采用半自主远程遇控的工作方式”，运用无线网络图像传输技术通过远程计算机操控移动底盘，使得移动底盘的控制具有很高的实用性及实时性。采用嵌入式多任务实时控制系统可提高控制的实时性，且自身具有可裁剪性、可移植性以及较高的稳定性。因此研制出高机动灵活性、高通过性的底盘为显得尤迫切。

1.轮履复合机器人的结构设计

2.机器人的技术性能

3.轮履复合式机器人的传动机构

4.轮履复合式机器人摆臂单元机构

5.机器人行走系统的设计和越障功能分析

6.移动机器人行驶平稳性仿真研究

1. 国内发展动态：

轮履复合机器人行业技术在人们的日常生活和工作中得到越来越广泛的应用。随着我国社会经济的不断发展，对轮履复合机器人行业的应用需求也会增加。中国轮履复合机器人行业技术的发展始于1990年代后期，经历了五个阶段：技术引进-专业市场引进-技术完善-技术在各个行业中的应用。目前，轮履复合机器人行业已经比较成熟，并且越来越多地推广到各个领域，扩展了终端设备，独特服务，增值服务等多种产品和服务，二十多种涵盖广泛的产品系列涵盖金融，交通，民生服务，社会福利，电子商务和安全领域，全面使用轮履复合机器人行业的时代已经到来。通过企业、高校长期研究和探索，国内目前已经形成了一系列轮履复合式底盘结构设计、越障性能分析和运动分析方法，将这些理论方法运用到轮履复合式底盘中后，其性能有所改进，但仍需要进一步补充和完善。20世纪末，轮履更换式底盘首先被国外科学人员发明出来。此种底盘既可以以轮式结构在传统硬化地面上行驶，又可以更换为三角橡胶履带轮在野地行驶，拓展了传统车辆使用范围。但轮履更换式底盘也存在轮履更换时间长等缺点。

2.国外发展动态：

目前，国外出现了许多轮履更換式底盘生产制造公司，其中最著名的企业有麦特瑞克斯公司和 SOUCYTRACK 国际公司，其在农业、旅游业和军事等领域中得到了广泛应用。SOUCYTRACK 公司生产的三角型履带轮在行驶过程中遇到障碍或者复杂路面时，可以手动将圆形车轮更换成履带式车轮，现已被广泛用于农业生产与雪地越野等领域中。目前三角形履带轮研究及应用在国内也逐渐增多，但大多为引进技术。相比较普通的震源车，装有可更换三角履带轮的震源车通过复杂地形的效果更好，作业效率更高，行驶也更加平稳。

轮式机构结构简单、控制方便、移动灵活，并且技术成熟，是最常使用的移动机构，但它对复杂地形的适应能力一般。

履带式机构因为和地面有更大的作用面，可以在野外和一些恶劣环境下进行作业，具有较高的地面适应能力，但它的灵活性相对于轮式机构较差，并且驱动效率有所降低。

轮履复合式底盘，可实现轮胎和履带两种行走方式的切换，长距离行驶可采用轮胎行走方式，作业时采用履带行驶和支撑整车，切换是通过前后各两个轮履切换油缸的伸缩实现，该类型底盘融合了以上二者的优点。

技术路线：

拟解决的问题

第一，在轮履复合式底盘中，轮履复合变形轮式底盘在中人型车辆上适用性不强，所以如何完美的将轮履复合式底盘运用到中大型传统车辆上，将是一个非常重要的研究方面。

第二，底盘的结构设计需要进一步探究。

第三，完善轮履复合式底盘车轮运动学与动力学模型，多考虑一些非线性因素影响作用，使得其运动学与动力学模型更加完善。

预期成果

底盘可通过传动结构的变化快速实现轮与履带之间的转化；底盘越障性能分析以及运动分析的方法趋于成熟，将理论可进一步放入现实的底盘性能中。

第一个季度：

在指导老师的指导下进行项目的开发，运动模型分析，与此同时收集项目相关材料，检索文献并整理成册。

第二个季度：

利用第一个季度所收集的材料以及运用理论知识对于产品进行理想化运动分析，开始进行模拟实验，与指导老师着重进行讨论并解决问题；申请活动经费并寻找合作方。

第三个季度：

开始用申请到的经费购入底盘装配所需的零件及物资，装配过程中与老师交流分析；进行控制系统的设计，当机器人视觉技术没有得到完美解决之前，移动机器人不可能完全自主地完成任务，遥控/半自主的方式是目前应用最广也是最实用的控制方式，就是通过操控人员通过远程遥控实现对机器人的任务和行为规划、路径设定、运动模式选择等，且在局部范围能够实现自主运动。

第四个季度：

开始进行装配好设备的调试，进行底盘攀爬斜坡，跨越壕沟，翻越台阶等项目的测试。利用多体模型仿真，可以克服传统方法模型简化的不足。针对曲轴运动系统多体模型，得到系统更接近真实运行情况的运动学和动力学特性，并在较精确动态边界条件的基础上，为各零件进一步的动态响应分析提供了前提，也可以为整机的优化设计和故障诊断提供了参考依据。