四履带双摆臂机器人越障机理及越障能力

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

四履带双摆臂机器人越障机理及越障能力四履带双摆臂机器人越障机理及越障能力
李允旺，葛世荣，朱 华，刘 建
（中国矿业大学机电工程学院，江苏 徐州 221116）
摘 要：为发挥四履带双摆臂机器人的最佳越障性能，本文从运动学的角度，在固定双履带机器人越障机理的
基础上，分析了四履带双摆臂机器人克服台阶、斜坡、沟道等典型障碍的运动机理及其最大越障能力，重点研究了
四履带双摆臂机器人正向和反向两种攀越台阶方式的运动机理及其最大越障能力.以 CUMT-II 型煤矿探测机器人
样机为例，绘制了机器人仰角、摆臂摆角与跨越台阶高度的 3 维关系图，以及斜坡坡度与摆臂摆角关系曲线，并求
出了相应的最大越障能力的理论值，与实验室实测数据进行了对比分析.本文推导出机器人的最佳越障性能及对应
的质心和摆臂的位置，可为机器人越障时质心位置的控制提供理论依据.
关键词：履带式机器人；摆臂；质心；越障；攀越台阶
中图分类号：TP24 文献标识码：A
Obstacle-surmounting Mechanism and Capability of
Four-track Robot with Two Swing Arms
LI Yunwang，GE Shirong，ZHU Hua，LIU Jian
(School of Mechatronic Engineering， China University of Mining and Technology， Xuzhou 221116， China)
Abstract: For performing the best obstacle-surmounting capability of four-track robot with two swing arms， obstacle-
surmounting mechanism of the four-track robot with two swing arms and its capabilities of surmounting obstacles， includ-
ing step and slope-climbing， and channel-crossing， are analyzed from the viewpoint of kinematics based on the obstacle-
surmounting mechanism of the fixed two-track robot. Its motion mechanism and maximal obstacle-surmounting capability
of step-climbing forward and backward are mainly analyzed. Taking CUMT-II coal mine exploring robot prototype as an
example， three dimensional relationship diagrams of the step height， the elevation angle and arms swing angle are drawn
and the relation curves of slope gradients and the swing arms swing angles are drawn. The theoretical value of maximal
obstacle-surmounting capabilities of the prototype are obtained and compared with the test results. And the best obstacle-
surmounting performance and the corresponding centroid and swing arm positions are deduced. This paper would provide
theoretical basis for centroid position control in obstacle-surmounting process.
Keywords: tracked robot; swing arm; centroid; obstacle-surmounting; step-climbing
1 引言（Introduction）
履带式机器人具有良好的越障能力和地面适应
性，已得到广泛的应用.典型的履带式机器人可分
为固定履带式机器人和摆臂履带式机器人.摆臂履
带式机器人根据摆臂的数量可分为四履带双摆臂机
器人和六履带四摆臂机器人.美国 iRobot 公司生产
的Packbot系列机器人，采用了2条主履带和2条摆
臂履带的摆臂履带形式 [1]
.日本千叶工业大学研制
的搜救机器人木槿”采用了2条主履带和前后2对
独立摆动的摆臂履带的摆臂履带形式，且 2 主履带
较宽，将机器人主体部分包裹，形成全身履带机器
人，可以在复杂的环境中行进，不易翻倒与卡阻[2]
.
机器人摆臂的导向、支撑及对质心位置的调节作用，
使其具有灵活的越障方式与良好的越障性能.已有
不少文献对摆臂机器人的运动特性及其稳定性进行
研究，文 [3] 分析-种履带腿式机器人在各种地形
下的越障特性，文 [4] 介绍了-种六履带机器人的
越障运动控制.
研究摆臂履带机器人的越障机理与越障能力，
有利于对机器人的越障运动进行操作与控制，可保
证其运行稳定性和最佳越障性能.本文从运动学的
角度，在固定双履带机器人越障机理的基础上，分
基金项目：国家863 计划资助项目（2006AA04Z208） .
通讯作者：李允旺，lyw cumt###163.com 收稿/录用/修回：2009-03-18/2009-06-01/2009-11-22