救援机器人越障过程设计.pdf

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1、·电气技术与自动化·林小武，等·救援机器人越障过程设计救援机器人越障过程设计林小武，钱瑞明，刘巍，陈志华(东南大学机械工程学院，江苏南京211189)摘要：介绍一种救援机器人。针对该机器人提出了基于最大越障高度和越障稳定性的越障过程，并对此过程中救援机器人的关键姿态进行分析，得出救援机器人的越障决策。关键词：救援机器人；越障高度；稳定性；越障决策中图分类号：TH12；TP242文献标志码：B文章编号：1671-5276(2010)02-0139-03ObstacleNegotiationDesig

2、nforRescueRobotLINXiao—wu，QIANRui-ming，LIUWei，CHENZhi—hua(DepartmentofMechanicalEngineering，SoutheastUniversity，Nanjing211l89，China)Abstract：Firstly．thepaperbrieflyintroducesarescuerobot．Thenaccordingtothemaximumobstacle·crossingheightanditssta-bility

3、，thispaperproposestheobstaclenegotiationdesignforthisrobot，theoreticallyanalyzesitscrucialpostureinthisdesignandobtaintheobstaclenegotiationdecisionforthisrobot．Keywords：rescuerobot；obstaclenegotiationheight；stability；obstaclenegotiationdecision0引言救援机

4、器人用于在危险环境中进行搜索救援工作，如火灾现场、坍塌的房屋中。鉴于救援环境中的复杂地形，该类机器人应具有较强的地形适应性、越障性。本设计的救援机器人曾用于参加全国救援机器人大赛，属于多关节履带式机器人，它可以通过改变各摆臂姿态以适应地形，越过障碍。对于矮小的障碍，该救援机器人在摆臂的简单辅助下便可通过障碍；但对于较高的障碍，救援机器人就图1救援机器人模块组成需要充分运用摆臂的支撑能力通过障碍。文中涉及的越障过程是针对救援机器人翻越较高的障碍而设计的，并针对此越障过程中的关键环节进行了稳定性分析和

5、越障高2救援机器人越障过程度分析，同时得到越障决策。鉴于救援机器人复杂的工作环境，需要救援机器人能1救援机器人简介够发挥最佳的越障能力，并保持越障稳定。针对此要求，介绍一种基于最大越障高度和越障稳定性的越障过程。如图1所示，该救援机器人由3大模块构成：1)主救援机器人的相关参数如图2所示。Ol，分别为前摆臂、体模块；2)主履带机构模块主履带机构模块用于实现后摆臂与主体模块的夹角；0为主体模块的倾角。由于救机器人的前进、后退及转向；3)摆臂机构模块。每个援机器人的整体结构对称，且主体机构的质量占绝对

6、优摆臂机构模块都可以独立正反旋转360。，4个摆臂可势，因此可假设救援机器人的重心是在其形心0的位置。以实现各种组合姿态，使得救援机器人具有较强的地形适应性。主体模块位于机器人正中，和两边的主履带机构模块相连形成一个整体，用于安装各种传感器、控制器及电源。同时，救援机器人的3大模块对称分布，主体模块位于正中，主履带机构模块左右对称，4个摆臂机构模块全对称分布。这样，救援机器人的重心在形心附近，有利于机器人平稳地越障。图2救援机器人尺寸参数作者简介：林小武(1985一)，男，江苏南通人，东南大学硕士

7、研究生，主要研究方向为智能机器人。MachineBuilding8Automation，Pr2010，39(2)：139—141·l39··电气技术与自动化·林小武，等·救援机器人越障过程设计当救援机器人面对较高的障碍时，可以执行以下越障由图4的几何关系得到，救援机器人的越障高度为过程通过障碍，如图3所示。起初，救援机器人以姿态h=r++Ssin0／2一R／cosO(1)(a)逐渐接近障碍，当主履带前轮的轮心距离障碍约为同时，在此临界状态下，要使得救援机器人能够越过时(其中距离可以通过激光测距传感

8、器获得)，所有摆障碍，需要满足以下条件臂同时旋转直到O／=卢=90。(转角O／和卢可以通过转角位Gsin0~<／zGcos0=tanq~Gcos0’，即0≤(2)置传感器和电动机编码器计算获得)，即达到姿态(b)；然式中：——救援机器人主履带与障碍之间的摩擦系数；后，救援机器人以姿态(b)逐渐接近障碍，当主履带接触——对应的摩擦角；到障碍边缘E点或主履带前轮的轮心距离障碍约为R——临界姿态下主体模块的倾角。时，前对摆臂顺时针转动直到=180。，与此同时后对摆当0=时，得到救援机器人