双曲柄滑块机构变形履带机器人越障机构设计和分析_孙智勇

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1、第３８卷第６期双曲柄滑块机构变形履带机器人越障机构设计和分析９１文章编号：１００４－２５３９（２０１４）０６－００９１－０５双曲柄滑块机构变形履带机器人越障机构设计和分析孙智勇１２１１左方印朱洪俊冷鸿彬（１西南科技大学制造科学与工程学院，四川绵阳６２１０１０）（２德阳安装技师学院，四川德阳６１８０００）摘要提出了一种采用对称布置的双曲柄滑块机构改变履带外形的越障机器人。该机构能够通过曲柄的转动对履带的外形和张紧力进行主动控制，以使履带的形状更好的与障碍物相适应，从而提高机器人的越障能力。对该机器人的结构和原理

2、进行了阐述，并对其越障原理和越障能力进行了分析，为变形履带机器人的设计提供了新的思路。关键词双曲柄滑块机构越障能力变形履带ＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＢａｒｒｉｅｒ－ｃｒｏｓｓｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＤｏｕｂｌｅＣｒａｎｋＳｌｉｄｅｒＭｅｃｈａｎｉｓｍＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｒａｃｋｅｄＲｏｂｏｔ１２１１ＳｕｎＺｈｉｙｏｎｇＺｕｏＦａｎｇｙｉｎＺｈｕＨｏｎｇｊｕｎＬｅｎｇＨｏｎｇｂｉｎ（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ

3、ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１０１０，Ｃｈｉｎａ）（２ＤｅｙａｎｇＩｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｃｉａｎＣｏｌｌｅｇｅ，Ｄｅｙａｎｇ６１８０００，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＡｋｉｎｄｏｆｂａｒｒｉｅｒ－ｃｒｏｓｓｉｎｇｒｏｂｏｔｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｕｓｅｓａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｄｏｕｂｌｅｃｒａｎｋｓｌｉｄｅｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｔｏｃｈａｎｇｅｔｈｅｔｒａｃｋｓｈａｐｅ．Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｃｏｕｌｄａｃｈｉｅｖｅａｃｔｉｖｅｃ

4、ｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｓｈａｐｅａｎｄｔｅｎｓｉｏｎｏｆｔｈｅｔｒａｃｋｓｂｙｃｒａｎｋｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｃｒａｗｌｅｒｆｉｔｔｏｔｈｅｏｂｓｔａｃｌｅｓｂｅｔ－ｔｅｒ，ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｂａｒｒｉｅｒ－ｃｒｏｓｓｉｎｇｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｂａｒｒｉｅｒ－ｃｒｏｓｓｉｎｇｒｏｂｏｔｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｔｈｅｏｂｓｔａｃｌｅ－ｓｕｒｍｏｕｎｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｃａｐａｂｉｌｉｔｙｉｓａｎａ

5、－ｌｙｚｅｄ，ａｎｅｗｄｅｓｉｇｎｉｄｅａｆｏｒｄｅｆｏｒｍａｂｌｅｔｒａｃｋｅｄｒｏｂｏｔｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＤｏｕｂｌｅｃｒａｎｋｓｌｉｄｅｒｍｅｃｈａｎｉｓｍＯｂｓｔａｃｌｅｃｌｉｍｂｉｎｇａｂｉｌｉｔｙＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｒａｗｌｅｒ［２］２４构式等机器人的越障能力和稳定性进行了分析研０引言究。研究表明，地形的适应能力在很大程度上取决于履越障机器人是机器人的一个重要分支，它要面临带的外形，大多数上述可适应地形的履带式机器人采用复杂的地形环境，要求机器人有较强的越障能力和地增加履带

6、数来增强地面适应能力，例如，美国ｉｒｏｂｏｔ公司面适应能力。现有的越障机器人的行走机构有轮式、生产的“ＰＡＣＫＢＯＴ”机器人和我国自行研制的“灵晰－［１］［３－４］履带式、腿式和混合式，它们各有优缺点。轮式机Ｈ”型反恐防爆机器人等。这种方法不仅增大了器人能以高速行走，但越障能力差；履带式机器人能自重，使结构复杂，还使操作复杂化。够很好的适应地形的变化，但能量消耗大；腿式机器针对以上现状，本文中设计了一种可变形履带机人易于适应地形变化，但控制复杂。综合比较，履带器人。该机器人采用对称布置的双曲柄滑块机构和［２］

7、２３式机器人有以下优点：被动自适应装置来改变履带的形状，没有正反之分，（１）支撑面积大、接地比压小、有较高的稳定性。结构简单、变形灵活、易于控制。（２）转向半径极小、可以实现原地转向。１变形履带机器人的机构设计（３）履带支撑面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力。１．１机器人的整体结构（４）具有良好的自复位和越障能力。该机器人由车身、两套固定在车身上的可变形车近年来，国内外的专家学者对履带式越障机器人架、两条履带、四套被动自适应装置，６个驱动电机、进行了大量的研究分析，包括对单节双履带式

8、、双节一套控制系统和无线通信系统等组成。其整体结构双履带式、多节多履带式、多节轮履复合式以及自重如图１所示。９２机械传动２０１４年１．２机器人单边结构当曲柄ＯＡ转过角度α（０°≤α≤９０°）时，履带ＤＥ的该机器人单边结构如图２所示，车体上有两个滑仰角为β（０°≤β≤９０°）。［５］槽，驱动轮通过轴连接在车体上，履带在可变形车［６］架的作用下变形，被动自适应装置用来调节履带的张紧力和履带的形状。机器人