履带式机器人行走系统的结构分析.pdf

《履带式机器人行走系统的结构分析.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、履带式机器人行走系统的结构分析★口葛兆斌口侯宪伦口孙洁口刘成业口李倩山东省科学院自动化研究所济南250014摘要：详细分析了现有履带式机器人行走系统的主要结构，比较了其优缺点。指出了在实际工作中可能出现的问题，提出了履带式机器人四轮驱动的构想，并设计出了样机。关键词：机器人履带四轮驱动中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1000—4998(2009)08—0037—02目前国内已投入使用的在特种行业执行特定任务231234的机器人基本上是轮式和履带式两种。在爬越坡面、跨越障碍和壕沟以及在湿地、碎石地、泥泞地上行走时，履带式机器人具有一定的优越性，在部队、武警、公安、消防以及

2、核工业等领域的侦察、排险、协同作战方面得1．摆臂2．支撑轮到广泛的应用。1．前导轮2．前轮3．后轮3．摆臂回收4．后轮我们承担的“井下探险救援机器人的研究”项目是▲图1履带式结构▲图2单套摆臂结构山东省重大科技专项，开发适用于矿井及灾害环境的l23探测和人员生命救助的特种机器人。考虑到矿井的自与行走轮相连，以使摆然环境条件极其恶劣、道路崎岖不平和灾害现场不确臂的履带产生驱动力。定性的特点，所研发的机器人应能适应环境并发挥作3)图3是前后轮都用，因此采用了履带式行走方式。带摆臂的结构，即在前1．摆臂2．3．支撑轮后行走轮处都有摆臂，1行走系统的结构分析▲图3前后摆臂结构图中l是摆臂，2

3、、3都是履带式机器人的行走系统，亦称机器人移动平台，摆臂的支撑轮(行走轮被挡住)。如果两套摆臂都回收包括两套驱动履带行走的电机传动及其控制系统、机在车体侧，那么整个车体的长度比图2所示的结构要架(或称车体)和其它功能附件等。根据井下探险救援长，质量自然增大。机器人的应用环境和使用要求，机器人一般自带电池，目前能见到的履带式机器人的结构基本上是上述而且要求体积尽量小、质量尽量轻、越障能力强、自我3种，即使有所变化，也是它们的变型，严格地说，图2和保护能力高、动力性好。图3的结构也可看作是图1的变型。这3种结构各有其特为满足上述要求，作为履带式机器人主体的行走点。系统结构都非常紧凑。目前

4、最常见的结构有以下3种。图1所示结构只需要左右两套电机驱动，比较简1)图1所示的形如履带式坦克车的结构，图中2、3单，但其越障能力取决于前导轮的高度，如果要求机器是行走轮，由后轮3驱动，1是前导轮，其高度决定了机人能攀爬较高的障碍物，则要提高前导轮距地面的高器人的越障能力，一般认为轮1中心线的高度也是机器度，从而整个结构的高度增大，不利于穿过涵洞等类似人能越过障碍物的高度。障碍物。一般重型的机器人采用这种结构，如防爆、消2)图2是带摆臂的结构，图中1是摆臂，2是摆臂的防机器人等。支撑轮(行走轮被挡住)，3是行走轮，4是摆臂回收在车图2所示结构以摆臂取代图1中的前导轮，可以克体侧的情形

5、，以减少所占空间。服上述缺点。这种结构的驱动方式比较多，车体的行走一般摆臂轴位于内、外支撑轮之间，由电机单独驱既可采用前轮驱动，也可后轮驱动。左右摆臂的驱动既动，摆臂的内、外支撑轮的外径与行走轮相同，既可起可由两个电机分别控制，也可只用一个电机通过传动到支撑作用，同时与行走轮保持同步。摆臂的内支撑轮结构带动。这种结构的优点是车体可以做得比较小，用★山东省科技发展计划项目(编号：2006GG1104014)摆臂来提高越障能力，只要车体空间允许，摆臂可以做收稿日期：2009年2月得比较长，不需要时可以回收在车体侧，减少整个车体a机械制造47卷第54o$12009／8国的体积。同时摆臂的履

6、带具有驱动力，相当于增加了车体的长度，在跨越壕沟、泥泞路面等障碍时，具有较多的优势。但由于使用驱动电机较多，其经济性不具有优势，车体内部有相当多的空间用来布置驱动系统。在考虑行走轮采用前轮驱动还是后轮驱动时，一个重要因素是车体重心的位置。如果采用前轮驱动，摆臂的驱动轴和左右行走轮的驱动轴位于相同的位置，布置时须采用嵌套设计，结构较复杂，车体的重心比较靠前；如果采用后轮驱动，效果相反，车体的重心比较靠后。车体重心的位置对于机器人攀爬类似楼梯的障碍在同样的功率下，四轮驱动的实现大大提高了机物时影响较大。如图4所示，如果车体质心G的作用线器人在爬越坡面、跨越障碍壕沟以及各种复杂路面上不能落

7、在支撑线A的左边，那么车体将后翻，无法越行走的能力；换言之，满足同样的行走能力，四轮驱动过障碍物。的实现，可以有效地减小主驱动电机的功率和扭矩，从图3所示结构以增加一套摆臂的代价解决了图4所而减轻了质量，减小了体积，降低了成本，提高了行走示的问题，显然此举大大提高了上述摆臂机器人跨越驱动效率。同时采用四轮驱动装置，使得驱动电机可以类似楼梯等障碍物的能力，但要增加电机以驱动摆臂，实现“用一备一”的效果，摆臂电机可以作为主驱动电车体内部的布置更复杂，制造成本也