目 录

第一章 绪论  1

1.1 选题的目的和意义  1

1.2 小型地面移动机器人的研究现状  2

1.2.1 国内外小型地面移动机器人的研究现状 - 2

1.2.2 基于星行轮系结构运载平台的研究现状 - 3

1.2.3 平行四边形连杆结构的研究现状  4

1.3 典型地面移动机器人底盘结构及性能分析  6

1.4 本课题主要研究内容 - 7

第二章 移动机器人结构设计  8

2.1 行星轮驱动模块的结构设计  8

2.2 车体平行四边形悬挂结构设计 - 9

2.3 辅助越障结构设计  9

2.4 车体主框架结构设计  11

2.5 本章小结 - 12

第三章 移动机器人越障性能分析  13

3.1 新型小型地面移动机器人车体结构尺寸参数设定 - 13

3.2 新型小型地面移动机器人攀越垂直障碍过程分析 - 14

3.2.1 状态一分析  15

3.2.2 状态二分析  15

3.2.3 状态三分析  16

3.2.4 状态四分析  18

3.2.5 状态五分析  19

3.2.6 状态六分析  21

3.2.7 状态七分析  22

3.2.8 状态八分析  24

3.3 越障性能分析结果综述 - 24

3.4 本章小结 - 24

第四章 新型小型地面移动机器人虚拟样机设计  25

4.1 三维机械模型的建立  25

4.1.1 几何参数设计 - 25

4.1.2 三维模型的建立  26

4.1.3 新型小型地面移动机器人整体效果图 - 30

4.2 基于 Adams 的越障仿真分析实验 - 30

4.3 本章小结 - 34

第五章 关键零件的有限元分析  36

5.1 太阳齿轮轴齿面的有限元分析 - 36

5.2 车架的有限元分析 - 38

5.3 行走腿后腿的有限元分析  40

5.4 本章小结 - 41

第六章 控制系统的初步设计  42

6.1 电路控制系统总体设计 - 42

6.2 硬件选择 - 43

6.3 电路设计和程序调试  43

6.4 本章小结 - 43

结论与展望  46

致谢  48

参考文献  49
第一章 绪论1
1.1 选题的目的和意义随着机电一体化技术的发展 ， 机器人在我们的生产 ， 生活 ， 军事等方面的应用越来越广泛 ， SUGV （ Small Unmanned Ground Vehicle ） 应运而生 。 用于未知地域探测 ，军事侦察 , 火场探测等危险作业的小型地面移动机器人 [1]， 以其生存能力强 、 体积小 、成本低 、 运动灵活等特点成为 地面 移动机器人研究领域的一 大 热点 。 随着相关技术 日益 成熟 ， 小型地面移动机器人 在 近 些 年越来越多地应用于军 事 、 警 备 [2]领域 ， 并同时逐渐向科学探 测 ， 工业生产等多个领域 发展 ， 例如 随 美国 航天飞机登上火星 的勇气号火星车就是 SUGV 在科学探测领域 的成功应用。随着美军投入实战的机器人数目逐渐增多 ， 军用机器人进入了实用化阶段 ， 无人战斗装备将成为减少军队伤亡 、 提升作战效率的有效手段 ，据报道，美军在对伊拉克的局部战争中就使用了大量的机器人 。由于我国面临着严峻的国际形势 ， 为了 确保 在未来 “ 信息及尺度不均衡战争 ” 中能与敌实施有效的抗衡 , 研究并应用具有高性能、强适应性、低成本、智能化 程度好的 小型地面移动机器人 ， 对于军事作战 、 警备 反恐 、 捍卫国家主权 ， 保卫人民生命财产安全 都 有着重大的现实意义。然而 ， 地面移动 机器人的小型化和越障能力之间的矛盾一直是它 走向 实用化的制约条件 。 本设计根据实际需求 ， 通过设计出一套有效的越障机构 ， 在保证小型地面移动机器人高效，高速运行的同时，有效的提升其越障性能是本课题研究的意义所在 。由于其工作环境复杂多变 , 很多时候机器人所遇到的障碍或复杂地形是人所无法预测的。所以 , 研究开发具有越障功能的小型地面移动机器人不但要能够适应各种结构化（如楼梯，台阶等）的环境，还要能够适应非结构化的环境。这一点是非常重要的 ，这也是衡量一个 SUGV 越障能力的重要指标。开展本课题研究的目的如下：1 ） 探索开发一种基于行星轮系 [3]驱和连杆 [4]机构动机构 ， 集成主动和被动越障形式的运行底盘 ， 能够适应多种地形 ， 特别是在 一般 城市环境下的 平坦 路 面 、 连续台阶 、草地 等地形 状态下具有良好 的通过性能。2 ） 以 该 小型地面移动机器人为运载 运平台， 能够为其所搭载的功能模块提供一个稳定、安全的运行环境。 零部件设计模块化， 确保能够 方便 安装 和 维护 。本课题的研究将介绍一种新型越障机器人的设计方法 ， 提出了一种可以大幅度提升轮式机器人的越障能力的创新车体结构 ， 详细分析了机器人机械系统设计过程中的要点问题。