轮腿式越障机器人的研究及发展.pdf

《轮腿式越障机器人的研究及发展.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第１期（总第２００期）机械工程与自动化No．１２０１７年２月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONFeb．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０１‐０２１９‐０２轮腿式越障机器人的研究及发展谢哲东，马婧，孟祥雨，李壮（吉林农业大学工程技术学院，吉林长春１３０１１８）摘要：结合国内外轮腿式越障机器人的研究现状和成果，将其分为主动式、被动式，分析具有代表性的轮腿式越障机器人的结构特点及存在问题，探讨了研究中的关键技术，并展望了轮腿式越障机器人的发展趋势。关键词：越障能力；轮腿；机器人中图分类号：TP

2、２４２畅３文献标识码：A0引言的角度从而改变机器人的质量分布；翻倒时，通过旋转随着人类活动领域的不断延伸，越障机器人的工前后腿完成自位过程。日本千叶理工学院公布的作环境也逐步深入到一些不可预测的环境中，这就要Halluc‐Ⅱ采用轮腿分离式结构，在水平地面依靠车轮求越障机器人具备很强的地形适应能力和高效自主的滚动行进；在步态行走时车轮端面与地面接触实现迈［１］运动模式。根据行走方式的不同越障机器人分为轮步向前。弗罗茨瓦夫大学设计出利用电机和液压混合［２］式、腿式、履带式和混合式等多种形式。轮式结构简驱动的机器人LegVan，遇

3、到障碍时，小腿液压缸固定单，运行速度快，但在非结构化环境下其越障能力和平到一定长度，只利用大腿液压缸的伸缩即能完成车体稳性存在一定缺陷。腿式结构具有很强的地形适应能底盘的升降。力，但控制复杂，不易满足设计中高灵活性的要求。轮国内对移动机器人的研究起步较晚，２０世纪８０腿式机器人融合了轮式高速高效性和腿式结构对复杂年代起在国家的大力支持下，很多科研院所和高校展地形的高适应性的特点，提升了越障能力，增大了作业开研究，与国外先进水平的差距逐渐缩小。中国科技范围，近年来得到了迅速发展。大学研究了一种高机动性的移动机器人，可以跨越1轮

4、腿式越障机器人国内外研究现状１．５倍车轮半径高度的障碍物，前部为叉式双摆杆机轮腿式移动机器人按照越障时是否需要主动控制构，支撑部分为平行四边形机构。台湾大学研制的［３］分为两类：被动越障和主动越障。TWV利用体倾斜度和车轮响应值控制车体运作，使１．１被动越障轮腿式机器人用自适应控制器来稳定和控制其姿态和重心。２０１４［６］被动越障轮腿式机器人通过自身的柔性结构被动年重庆大学研制的Rolling‐Wolf在机架和大腿上安地适应各种不同的地形条件，具有较强的适应能力，其装滚珠丝杠来驱动腿部的运动，改善轮腿受力状况，增行驶效率高，

5、方便控制，但是通过垂直台阶时要求车轮强系统的承载能力以及稳定性。与地面间摩擦因数不小于０．６，不具有主动适应性。2轮腿式越障机器人关键技术［４］前苏联研制的行星探测车Lunokhod‐１，被动悬２．１越障机构架随地形的变化而被动地改变。JPL先后研制的移动机构设计是研制轮腿式越障机器人的核心技术，机器人Bluerover和Robby都是采用柔性底盘移动系目前，轮腿式越障机器人的典型机构如图１所示。以统以适应高低起伏的地面环境。EPFL研制的轮腿式移往研制的轮腿式机器人结构复杂，其运动学和动力学［５］动机器人ShrimpIII

6、Robot通过前面车体平行四边形求解难度高、笨重，适应的环境具有局限性。从实际应机构与障碍的相互作用，适当提高车轮从而进行越障。用的角度考虑，轮腿式移动机器人机构应轻质紧凑，目１．２主动越障轮腿式机器人前的轮腿式越障机器人尚不能完全满足任务要求。主动越障轮腿式机器人需要携带激光测距仪及传近年来，一些科研单位在设计移动机器人时采用感器等设备感知外界环境，随后通过驱动装置改变车轻质材料，减少机器人的质量；同时采用欠驱动机构减体姿态以越过障碍，具有较强的地形适应能力和越障少电机等驱动装置，以降低能量损耗；采用自适应结能力，但是成本

7、较高，控制复杂，能耗大。构，提高机器人的负载能力，减少成本。JPL研制的Go‐For在即将翻转时调整后腿之间２．２动力来源吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目（吉教科合字【２０１４】第６４号）收稿日期：２０１６‐０４‐２５；修订日期：２０１６‐１１‐２５作者简介：谢哲东（１９７４‐），男，吉林双辽人，副教授，博士，研究方向：先进制造技术与装备及机器人技术。·２２０·机械工程与自动化２０１７年第１期目前，越障机器人的动力来源有很多种，如太阳的基础上，继续开发新的传感技术是极其必要的。能、液压、气压、电能等。液压缸驱动能够提供

8、较大的3发展趋势输出功率，但可靠性差；气压驱动方式机器人的质量体根据以上分析，轮腿式移动机器人的技术发展有积较大；电机具有较高的柔性及可靠性，控制性好。国三个值得关注的趋势：内外轮腿式机器人普遍都在关节处直接安置电机，载（１）刚柔混合结构。刚柔混合结构是目前机构设荷集中在关节处结构稳定性差