一种多模式轮腿移动机器人的设计与分析

摘要

移动机器人作为智能勘探与侦察的自动化装备，在航天探测、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景．轮腿式移动机器人因具有良好的机动性与越障能力而受到青睐．然而现有轮腿式移动机器人机身大多不可变形，导致机器人运动模式较少，地形适应性一般．且机身易与障碍物发生碰撞，无法在具备良好的爬坡能力的同时保证跨越障碍物的效率．针对上述问题，本文提出了一种采用多连杆可变形机构作为机身的轮腿式移动机器人．在设计机器人轮腿及可变形机身的基础上，建立机器人整体运动学模型，据此规划机器人3种运动模式：同步步态、翻滚步态和蜷曲-伸展步态．开展机器人在典型地形(平坦地面、松软地形、上升坡度、下降坡度、障碍物)下的运动性能分析，揭示机器人结构参数与地形特征(爬坡角度、障碍物高度)映射关系．最后基于理论分析结果搭建物理样机并开展实验．实验结果表明，本文所设计的多模式轮腿移动机器人的最大爬坡角度和越障高度分别为44°和28 mm，具有良好的爬坡能力与越障性能．此外，得益于多模式运动特点，机器人在包含平坦地面及松软地形在内的多地形下均具有良好的通过性，验证了机器人方案的可行性．本文为多模式轮腿运动机器人的设计与应用提供有益参考．

关键词

多模式移动机器人 / 轮腿式移动机器人 / 运动学建模 / 实验研究

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52275028)