下载文档原格式
越障移动机器人所处环境大多为复杂的非结构化环境,因此需要机器人具备高机动性,强大的环境感知能力和快速的反应能力.目前主要的越障方式有:轮式,腿式,履带式以及复合方式.其中轮式的效率最高,但适应能力最差;而腿式的适应能力最强,但率最差;履带式有着良好的爬坡性能和一定的越障能力,但效率比较低,灵活机动性差;复合方式则兼顾各种方式的优缺点.为了使机器人具有较好的灵活性和适应性,本文所述越障机器人采用了轮式,腿式,履带式相融合的复合方式.使用轮式移动方式,保证越障机器人的移动灵活机动;使用腿式结构,增强机器人的跨越障碍能力;使用履带式机构,提高机器人在沙土等松软路面的行驶能力.本文介绍了越障机器人的机械结构,同时对机器人在行驶过程中的运动学和动力学问题进行了分析.2 越障机器人结构越障机器人包括车体,车轮行驶机构,履带旋转臂越障机构和多种传感器组成的感知系统及控制系统等部分.a. 车体用于固定和安装其它部件.车体内有密封圈,油槽等组件,对于安装在其内的动力传动装置起到密封防尘,润滑的作用,保证越障机器人可以在沙地等恶劣的环境下无故障运动.b. 车轮行驶机构主要由4个驱动车轮和2个直流电机及减速装置,传动装置组成.直流电机通过蜗杆蜗轮减速装置进行减速后带动驱动车轮旋转.2个直流电机分别控制越障机器人左右两侧的驱动车轮运动,利用同步齿形带传动装置进行传动以保证前方驱动轮与后方驱动轮速度一致.与齿轮传动比较,同步齿形带具有体积小,重量轻,结构简单的优势.在传动装置上装有同步齿形带压紧机构,调节同步齿形带的张紧程度,可以使驱动车轮运动轻便灵活,保证传动装置的精确性,可靠性并增加同步齿形带的使用寿命.越障机器人利用左右两侧驱动车轮的速度差来实现转向运动,利用测速编码器作为反馈元件来进行速度的反馈调节,可以很方便地在水平地面上实现各种运动.c. 履带旋转臂越障机构主要由4个可以在竖直平面内旋转360°的外侧用履带包裹的旋转臂和2个直流电机及减速传动装置组成.在每个旋转臂前端安装有1个比驱动车轮稍小的辅助轮,辅助轮与驱动车轮之间通过双面同步齿形带连接,双面同步齿形带的内侧皮带齿起到传动作用,双面同步齿形带的外侧皮带齿起到履带的作用.在特殊的环境下,例如在沙地,湿地等松软的地面或者在有连续的宽度,深度较小的沟渠路面上时,可以利用履带进行行驶和辅助越障.在旋转臂上装有同步齿形带调节机构和支承带轮机构.同步齿形带调节机构可以控制履带的张紧程度,支承机构可以在越障机器人用履带行驶和越障的情况下起到支承作用,两者相结合,可以防止履带在外力作用下产生严重变形.2个直流电机分别通过蜗杆蜗轮减速装置进行减速后控制前方旋转臂和后方旋转臂在竖直平面内360°旋转,并且利用蜗轮蜗杆的自锁特性在任意的位置上停留.传统的采用码盘作为反馈元件利用积分电路计算旋转角度的方法不仅需要其他定位装置来确定零位,而且因为传动机构的间隙问题,系统运动不平稳产生振荡等原因不得不采取其他方法作为补偿手段,例如用回复弹簧机构来消除传动间隙或者采用正交码盘来补偿振荡产生的误差,这样的代价就是造成整个系统的复杂性增加.本越障机器人利用旋转位置传感器作为反馈元件来进行履带旋转臂的旋转角度调节,可以设定初始零位,从而得到旋转臂的旋转角度值.在跨越障碍时或者遇到特殊的情况下,通过控制旋转臂的旋转角度,可以使车体处于不同的状态,从而使越障机器人实现轮式,腿式,履带式不同的越障方式,提高了机器人的越障能力.d. 越障机器人通过感知系统来获取外界环境及自身姿态状况的信息.感知系统主要由CMOS摄像头, 红外测距传感器系统, 倾角测量系统等多种传感器组成.多种传感器获取的信息量有一定的冗余度, 这样能增加获取信息的可靠性, 精确性, 从而可以对越障机器人进行有效的控制, 使其适应各种复杂的地形环境.e. 控制决策系统由DSP和PC104组成.各种传感器信号由DSP进行滤波等预处理后, 不但可以通过无线传输传递给计算机,利用人机界面实现对越障机器人的远程控制,而且还可以提供给越障机器人上的PC104系统进行决策,建立目标函数,然后从由相关控制指令组成的控制决策模块化数据库中调用相应的控制函数,实现越障机器人的全自主运动.。
新型多功能越障机器人设计与功能仿真陶俊杰;臧红彬;蔡勇【摘要】设计了一种具有平面内3自由度全方位移动,并且能够被动自适应越过轮子直径1.5倍垂直高度障碍的机器人.该机器人采用六个独立驱动轮控制.车身上采用四个Mecanum驱动轮矩形布置,使越障机器人具有平面内的全方位移动功能.前、后轮采用全向轮,使其能够在原地转弯和横向移动时候与地面保持滚动状态,减少轮子滑动摩擦.运用MATLAB软件对其前轮子中心坐标编程,找出其运动轨迹,并优化越障四连杆设计尺寸大小.最后对整个机器人系统在平面内的直行、横行、原地转弯、爬楼梯以及起伏路面运动等功能进行了虚拟样机系统仿真验证.仿真结果表明:该越障机器人机构设计合理,具有全方位移动和越障功能强的特点.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】4页(P228-231)【关键词】越障机器人;全方位移动;MATLAB仿真;虚拟样机仿真【作者】陶俊杰;臧红彬;蔡勇【作者单位】西南科技大学制造过程测试技术省部共建教育部重点实验室,四川绵阳621010;西南科技大学制造过程测试技术省部共建教育部重点实验室,四川绵阳621010;西南科技大学制造过程测试技术省部共建教育部重点实验室,四川绵阳621010【正文语种】中文【中图分类】TH13;TP242非结构环境中的多功能全自主移动机器人技术一直是机器人研究中的热点问题之一[1]。
美国NASA研制“好奇号”火星探测车，从整个着陆到机器人设计都充满了创意，代表了移动机器人发展的最高技术，受到了全世界的瞩目[2-3]。
瑞士联邦学院研发的六轮腿机器人Shrimp，该机器人前臂装有弹簧装置可以满足不同地形的行走要求，并且前臂还需要与地面保持接触以满足越障的要求，该机器人6个车轮全部为独立驱动[4-5]。
中国“玉兔号”月球车采用“六轮独立驱动，四轮独立转向”的方案，具备20度爬坡、20厘米越障能力[6]。
DOI: 10.11991/yykj.202010023网络出版地址：https:///kcms/detail/23.1191.U.20201202.1401.008.html可越障爬壁机器人研究与设计苏崇涛1，沙晗1，黄利春2，赵春霞11. 南京理工大学 计算机科学与工程学院，江苏 南京 2100942. 北方信息控制研究院集团有限公司，江苏 南京 211153摘 要：为了解决爬壁机器人越障性问题，本文根据爬壁机器人的吸附类型介绍了国内外足腿式、蠕动式以及飞吸式机器人越障能力的研究现状，以及本团队研制的3款越障式爬壁机器人的性能特点，对比了各类机器人越障性能的优劣性。
在此基础上探讨了爬壁机器人设计时的重点问题，对未来设计越障爬壁机器人起到了一定的引导作用。
关键词：爬壁机器人；越障；爬壁；吸附；负压吸附；足腿式；蠕动式；飞吸式；越障式机器人；越障式爬壁机器人中图分类号：TP242.6 文献标志码：A 文章编号：1009−671X(2021)02−0042−08The study and design of obstacle-surmounting wall climbing robotsSU Chongtao 1, SHA Han 1, HUANG Lichun 2, ZHAO Chunxia 11. School of Computer Science and Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China2. North Information Control Research Institute Group Co., Ltd., Nanjing 211153, ChiinaAbstract : In order to solve the obstacle-surmounting problems of climbing robots, this paper introduces the current research status of the obstacle-surmounting ability of legged, crawling and flying climbing robots, as well as the performances of three types of obstacle-surmounting wall-climbing robots created by our research group. The paper also compares the obstacle surmounting performances of aforesaid types of robots. On this basis, key points that should be considered in the design of wall-climbing robots are discussed, which is of great significance to guiding the design of obstacle-surmounting wall-climbing robots in the future.Keywords: wall-climbing robot; obstacle surmounting; wall-climbing; adhesion; negative pressure absorption; legged robot; crawling robot; flying robot; obstacle-surmounting robot; obstacle-surmounting wall-climbing robot爬壁机器人作为一种壁面移动机器人，结合了地面机器人的移动方式和壁面附着能力，将运动以及应用范围拓展至垂直立面空间。
《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》篇一一、引言随着科技的不断发展，机器人技术已经逐渐渗透到各个领域，其中仿生机器人因其独特的运动方式和良好的环境适应性，成为了研究的热点。
本文将针对一种新型四足仿生机器人进行性能分析与仿真，旨在深入探讨其运动性能、环境适应性以及控制策略等方面。
二、新型四足仿生机器人结构特点该新型四足仿生机器人采用模块化设计，主要包含四个腿部模块、驱动模块、控制模块以及电源模块等。
腿部模块采用仿生学原理，借鉴生物体的肌肉和骨骼结构，实现高效率的步态规划与执行。
同时，驱动模块采用先进的电机与传动系统，确保机器人具有良好的运动性能。
三、性能分析1. 运动性能分析该四足仿生机器人具有良好的运动性能，能够在复杂地形中实现稳定的行走。
通过仿生学原理，机器人的腿部模块能够模拟生物的行走动作，包括前后行进、侧向行进、爬坡以及跨越障碍等。
同时，通过调整腿部运动的速度与力量，机器人还可以适应不同的工作环境。
2. 环境适应性分析由于四足仿生机器人具备强大的移动能力和复杂的姿态调整功能，因此其环境适应性较强。
在平坦路面、崎岖山地、泥泞沼泽等复杂环境中，机器人均能实现稳定的行走和作业。
此外，该机器人还具有一定的越障能力，能够跨越一定高度的障碍物。
3. 负载能力分析该四足仿生机器人具有良好的负载能力，能够在保持自身稳定的同时，携带一定的重物进行作业。
同时，由于采用了先进的电机与传动系统，使得机器人在保持高效能的同时，还具备较长的使用寿命。
四、仿真研究为了验证新型四足仿生机器人的性能表现，我们采用虚拟仿真技术进行仿真研究。
首先，建立机器人的三维模型，并设置相应的物理参数和运动约束。
然后，在仿真环境中模拟各种复杂地形和障碍物，对机器人的运动性能和环境适应性进行测试。
最后，通过分析仿真结果，验证了该四足仿生机器人在实际工作环境中的可行性。
五、结论通过对新型四足仿生机器人的性能分析与仿真研究，我们发现该机器人具有较高的运动性能、良好的环境适应性和较强的负载能力。
2024年第48卷第1期Journal of Mechanical Transmission一种轮腿式越障机器人的研究王月钦谭晓兰班翔李定宇岳诗迪（北方工业大学机械与材料工程学院，北京100144）摘要针对移动机器人在复杂多变地形环境下实现高机动性、强越障等需求，提出了一种被动变形式的轮腿式越障机器人设计方案。
该机器人的变形轮转换过程是由外力操作得到的，因此，不需要任何驱动器，减少了机构的复杂性。
在完成机器人整体三维建模的基础上，对变形轮的结构、原理及受力情况进行了分析；以变形过程中的触发转矩和展开前后半径之比为指标进行结构优化；分析机器人变形阶段受力情况，并对机器人平台的相关参数进行调整以实现稳定越障；使用Adams软件对机器人变形、越障过程进行运动学仿真，并制作物理样机对整机结构设计的合理性进行了实验验证。
关键词移动机器人被动变形轮腿越障Adams仿真Research of a Wheel-legged Obstacle Crossing RobotWang Yueqin Tan Xiaolan Ban Xiang Li Dingyu Yue Shidi(School of Mechanical and Materials Engineering, North China University of Technology, Beijing 100144, China)Abstract To meet the requirement of mobile robots to achieve high mobility and strong obstacle-crossing in complex and variable environment, a design scheme of passive transformable wheel-legged obstacle-crossing robot is proposed. The transformable wheel conversion process of the robot is obtained by external force opera⁃tion, so no additional driver is required, which reduces the complexity of the mechanism. Firstly, based on the three-dimensional modeling of the whole robot, the structure, principle and force of the transformable wheel are analyzed, and then the structure optimization is carried out by taking the ratio of the triggering torque during the transformation process and radius before and after unfolding as the index. Afterwards, the force condition during the transformable stage of the robot is analyzed and the relevant parameters of the robot platform are adjusted to achieve stable obstacle crossing. Finally, kinematics simulation of transformation and obstacle-crossing process of the robot is carried out by using the Adams software, physical prototype is made and rationality of the struc⁃ture design of the whole machine is verified by experiment.Key words Mobile robot Passive transformation Wheel-legged obstacle crossing Adams simulation0 引言移动机器人已广泛应用于救援、侦察等领域，使有关人员能够远距离获取相关信息，提高了侦察效率和灾害处理能力[1]。
履带式移动机器人越障能力的研究一、本文概述随着科技的快速发展和智能化时代的到来，履带式移动机器人作为一种高效、灵活的移动平台，在军事侦察、灾害救援、物流配送、农业自动化等众多领域展现出巨大的应用潜力。
然而，面对复杂多变的地形环境，机器人的越障能力成为影响其性能的关键因素。
因此，对履带式移动机器人越障能力的研究具有重要的理论价值和现实意义。
本文旨在深入探讨履带式移动机器人在不同地形条件下的越障性能，通过理论分析和实验研究相结合的方法，为提升机器人的环境适应性和越障能力提供理论支持和实践指导。
文章首先介绍履带式移动机器人的基本结构和工作原理，然后重点分析影响其越障能力的关键因素，包括履带设计、动力性能、控制系统等。
在此基础上，文章将探讨如何通过优化机器人结构和改进控制算法来提高其越障能力。
本文还将关注履带式移动机器人在实际应用中可能遇到的问题和挑战，如复杂地形环境下的导航与定位、多机器人协同越障等。
通过综合研究和实践应用，本文旨在为推动履带式移动机器人技术的发展和应用提供有益参考。
二、履带式移动机器人的结构设计履带式移动机器人的结构设计是提升其越障能力的关键。
结构设计主要包括底盘设计、履带设计、驱动系统设计以及控制系统设计等方面。
底盘设计：底盘是履带式移动机器人的基础结构，需要承受机器人的重量以及越障时产生的冲击力。
因此，底盘设计需要考虑到强度、刚性和稳定性。
我们采用了高强度金属材料，通过合理的结构设计，实现了底盘的轻量化与坚固性之间的平衡。
履带设计：履带是机器人越障能力的重要体现。
我们设计的履带具有足够的宽度和深度，以提供足够的摩擦力，使机器人在各种地形上都能稳定行驶。
同时，履带的设计还考虑到了耐磨性和寿命，采用了耐磨材料，并通过优化履带齿形，提高了机器人的越障性能。
驱动系统设计：驱动系统是履带式移动机器人的动力来源。
我们采用了大功率电机，并通过合理的传动机构设计，实现了动力的有效传递。
同时，驱动系统还配备了防滑功能，当机器人遇到湿滑或松软地面时，能够自动调整驱动力，保证机器人的稳定行驶。
履带地面移动机器人
履带地面移动机器人是一种通用机器人平台，根据用途的不同，可以在机器人上加装不同的功能模块和传感器，以完成复杂环境下的救援、侦查、排爆、扫雷、伤员撤离等任务。
目前为了参加RoboCup救援机器人比赛，加装了遥控控制电路、主云台摄像头、多个从摄像头、MTI微惯导单元和激光扫描测距传感器（LRF），机器人可以在人远程遥控下运动和作业。
图1 四段履带机器人
图2 六段履带机器人
参加2009年、2010年分别在长沙、鄂尔多斯举行的中国机器人大赛暨RoboCup中
国公开赛救援机器人组比赛，蝉联了2009、2010年救援组冠军。
图3 2009年中国机器人大赛暨RoboCup公开赛救援组冠军
图4 2010年中国机器人大赛暨RoboCup公开赛救援组冠军。
