六轮腿复合型移动机器人越障分析及机构设计.pdf

第6期
机槭设计与制造
2013年6月
Machinery Design & Manufacture
171
六轮腿复合型移动机器人越障分析及机构设计
高英丽2,吴新跃',吴镇炜2
(1海军工程大学,湖北武汉430033;2中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁沈阳110016)
摘要:面向无人化复杂野外环境考察及劼探的需求,以设计具有良好的机动性、通过性的自动察机器人为目标。进行
了六轮腿复合型移动机器人本体的抗倾翻能力分析;选取了两种典型障碍沟和坎,对六轮展复合型移动机器人本体的越
障过程进行构型分析;进行了六轮腿复合型移动机器人本体的机构设计研究,重点设计了一种可以主动转动又能被动柔
顺的轮腿复合移动机构;进行了杌器人性能测试试验,验证了机器人本体的可靠性和实用性。
关键词:轮腿复合;移动机构;机器人;越障过程;构型分析;机构设计
中图分类号:TH16;TP242.202文献标识码:A文章编号:1001-3997(2013)06-0171-03
Motion Ability Analysis and Mechanism Design for six-leg-wheel
Hybrid Mobile Robot
GAO Ying-li 2, WU Xin-yue, WU Zhen-wei
(1.Naval University of Engineering, Hubei Wuhan 430033, China; 2. Shenyang Institute of Automation(SIA), Chinese
Academy of Sciences, liaoning Shenyang 110016, China)
Abstract: In order to realize the unmanned exploration and inestigation in complicated outdoor environment, a new kind of
mobile robot with high mobility, stron ly enironment adaptability is reseached The motion abiliy f the robot is anade
to design the methods and steps for dif en motion mde, and the mechanisms of the six-eg-wheel hybrid mobile robot re
designed to adapt to the uild enironment Finally, experiments of the robot in different enironments are carried out ant th
results are analyzed to verify the feasibility and validity of the system in outdoor environmen.
Key Words: Leg-wheel Hybrid; Mobile Mechanism; Robot; Cross Process; Configuration Analysis; Mechanism Design
器人变化出各种构型,提高对地形的通过能力,从而使移动机器
随着对移动机器人的研究、发展和移动机器人技术的不断
人既有很强的越障能力又有在平坦地面的快速运动能力。六轮腿
完普,移动机器人的应用也越来越广,面向无人化复杂野外环境复合型移动机器人在机动性和地面适应能力方面的综合优势明
考察及勘探的需求也应运而生。为了提高地面机器人的快速响应显,这种移动机器人可以代替人在危险环境工作,也可以从事灾
能力和野外地形环境的适应能力,需要设计一种适合于移动机器害救援、军事侦察等活动。
人的、具有良好机动性和高通过性的移动机构。目前移动机器人3机器人越障过程分析
移动机构主要有履带、轮式、腿式以及由上述单一移动机构形式
六轮腿复合型移动机器人要能够适应野外复杂的地形环
组合派生形成的复合移动机构等形式,这些移动机构各有优缺境,因此机器人要有越障和避障的能力。机器人越障过程分析,
点。履带式和腿式地形环境的通过能力强,但驱动效率低、机动性是机器人运动控制的基础,是机器人机构设计的依据。选取了两
差,不适合进行长距离和高速机动;而轮式机器人驱动高效,机动种典型障碍坎和沟对机器人本体进行越障过程分析。
性强,同时其驱动高效性还可间接延长机器人的续航能力,但通3.1机器人过坎能力分析
过能力差;轮腿复合移动机构即有轮式移动机构的良好的机动
过坎的过程可分为三步,即前轮越障、中轮越障和后轮越
性,又有腿式移动机构的高通过性,因此优势明显。
障。上坎过程示意图,如图1所示。
2试验本体概述
3.1.1前轮过坎分析
轮腿复合型移动机器人是指驱动轮与摆腿复合作移动机构
前轮过坎时希望前轮可以抬得尽量高,即机器人的姿态前
的移动机器人。研究对象为六轮腿复合型移动机器人,由六个轮高后低。前轮过坎的临界状态时中轮和后轮着地,在坎下,前轮准
腿复合移动机构单元作移动机器人的移动机构,利用驱动轮移动备与坎的上沿接触。机器人能够保持如图所示姿态,即机器人在
的高效性实现机器人的高速机动,通过主动改变摆腿角度可使机此状态稳定,因此需要满足机器人重心在中轮和后轮之间。
来稿日期:2012-08-11
基金项目:国家863计划项目资助(2007AA047257,2007AA047250,200AAO42215)
作者简介:高英丽,(1977-),女,辽宁盘锦人,本科学历,工稈师,主要研究方向;机械工程