特種地面移動機器人機械系統設計與分析研究

周文博

（東北林業大學 機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

特種地面移動機器人機械系統設計與分析研究

周文博

（東北林業大學 機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

在信息化背景下，現代軍事戰爭形式隨之發生了巨大的變化，特種地面移動機器人逐漸被運用到其中。而要滿足軍事戰爭之需，就需要針對地面移動機器人的機械系統進行完善設計，以確保能夠應對復雜的軍事任務。本文針對特種地面移動機器人機械系統的設計進行了分析，在構建相應系統設計方案的基礎上，為實現系統構成的完善搭建提出了具體對策。

特種地面移動機器人；機械系統；設計；對策；研究

對于我國現代軍事領域而言，針對特種地面機器人進行研發，有著顯著的軍事效益，而在實際開展該項工作的過程中，需要將先進的技術融入機械系統之中，才能夠以穩定且可靠機械系統的搭建來滿足實際運用之需。在實際設計中，機械系統的主要結構在底盤與上層搭載上，需要將關鍵技術完善運用于其中，以促使機器人滿足多元化任務之需，并實現精準可靠運行。而針對特種地面移動機器人機械系統的設計展開研究，能夠在現有理論的指導下，為提升機器人機械系統控制的精準度與智能化水平奠定基礎。

1 特種地面移動機器人機械系統設計下的總體功能與關鍵指標

在實際開展這一設計工作的過程中，要想實現該系統的完善設計，首先就需要明確該機器人的實際使用條件以及目的，在此基礎上來明確系統的總體功能與關鍵指標，為指導設計工作實現規范且完善落實奠定基礎。而面對復雜的使用環境，要想完成多元化的任務，就要求機器人的機械系統具備如下功能：一是基于不同任務來實現不同負載的搭載；二是要求相應的地盤要具備充足的動力，進而才能夠為完成相應的任務要求奠定基礎；三是要具備良好的速度，進而才能夠以較快的速度來實現移動；四是要求相應的移動平臺具備良好的可靠性與穩定性；五是要求要實現整個控制系統以及通訊與定位系統的完善設計，進而為應對復雜運行環境并順利且高效的完成任務提供保障。目前，美軍已經實現了對特種地面移動機器人的設計，如圖1。而基于如上基本任務的要求下，在實際針對這一機器人機械系統展開設計工作的過程中，要明確關鍵指標，具體而言為：移動速度、動力性能、環境適應性、任務負載指標，其中，對于該系統而言，最為重要的兩項指標是移動速度與動力性能，并要求在實際設計中針對控制參數實現合理定位。

圖1 美軍特種地面移動機器人

2 特種地面移動機器人機械系統的具體設計策略

2.1 總體設計方案

在該機器人機械系統中，是由底盤、任務負載以及遠程操控平臺組建而成，其中，在移動底盤的設計上，需要在具備基本的行走、傳動以及防護等功能外，還需要實現驅動系統、通信系統以及傳感、定位系統等的完善設計，能夠在實際移動運行的過程中，將任何荷載安全可靠運送到指定位置。而基于任務負載下，結合實際任務需求，主要是由機械手系統、打擊系統以及觀察瞄準系統等構成。在遠程操作平臺下，作為機器人機械系統控制端，是由遠程控制祭祀算計以及相應操作界面等構成的，同時，還需具備完善的通訊系統，具體系統結構如圖2所示。

圖2 特種地面移動機器人機械系統結構示意圖

2.2 具體設計方法

2.2.1 在移動底盤系統的設計上

基于這一機械系統下，移動底盤承擔著任務荷載的功能，在實際運行中，則是在接收到遠程控制命令后，將任務運送到指定地點，要求要在具備良好動力性能與通行能力的基礎上，具備相應的負載能力、防護能力，且底盤要具備良好的剛性與穩定性。

其中，在底盤結構的設計上，基于實際運行環境與任務需求下，可選擇履帶式結構作為驅動裝置，常用的履帶驅動有前置、后置以及高置三種，而從坦克裝甲車的設計看，采用高置履帶形式下傳送的效率偏低，而對于小型的地面移動機器人而言，運用這一履帶方式會耗費極大的電能，并弱化機器人的動力性能。而與前置履帶形式相比，后置形式運行的阻力較小，進行促使相應的移動效率較高，并且不容易發生履帶脫離現象，因此，選擇驅動輪后置結構。在動力分系統的設計上，為了促使機器人具備足夠的動力來實現移動并完成任務，就需要實現該系統的合理設計，但需要注意的是要避免過分加大動力系統，要實現良好的匹配。在實際設計中，選擇了兩個直流伺服電機與相應控制系統組成了這一動力分系統。在傳動機構的設計上，基于特種地面移動機器人的實際運行之需下，對底盤負載能力提出了較高的要求，并要具備高速低力矩輸出。在實際設計中，采用的是變速箱設計，借助所具備的多個檔位以及對傳動鏈的改變，能夠滿足實際使用之需。

2.2.2 在上層搭載系統的設計上

在整個機器人的機械系統中，負載系統作為執行機構，需要結合實際任務之需，根據任務剖面來選配不同的負載，在實際設計中，相應的負載與自身所具備的功能如下：第一，在兩自由度武器平臺上，其能夠實現不同任務的執行，并實現對武器裝備的選配，在運行中，要能夠實現對目標的可靠觀測與瞄準，并實現武器激發來完成打擊任務；第二，重抓取能力機械手，主要的功能的是在完成簡單搬運工作的基礎上，實現對爆炸物的處理，要求要具備良好的靈活性與較強的功能新；第三，武器定裝機械手，主要的功能在于實現對近距離輕型武器的搭載，實現對前兩項負載的有效補充，主要搭載的武器為阻擊步槍等。在實際進行設計的過程中，要求上層搭載系統各部分構件要具備如下的性能特點：在具備良好堅固性的基礎上方便使用，同時要確保體積小、穩定性高且易于修復。

在具體設計中，基于兩自由度武器平臺的設計上，選擇了具備武器與觀瞄設備的回轉型平臺，且是由高低、兩自由度組成，并基于武器的特殊需求進行了特殊設計。為了確保回轉重復定位具備較高的精準度，則采用了精密性星齒輪減速器，用以支撐傳動之需，并增加了選裝變壓器，以實現對回轉精度的進一步控制。在武器定裝機械手的設計上，具備了三個自由度，也就是相應的肘關節、肩關節在仰俯上活動自由，且相應旋轉自由，在手肘關節上，采用了傳動軸與支撐桿件，在滿足武器定裝之需的同時，實現對肘關節仰俯角度的有效控制。而在重抓取能力機械手的設計上，則結合實際任務之需，采用了六個自由度的設計方案，在完全伸展開的前提下，最大抓取能力在20kg。且在這一設計上，能夠提升機器人處理危險品的能力，而最為突出的一點是，在實際設計中，將大臂回轉和仰俯自由度進行了結合設計，能夠為有效降低機械臂負載。通過如上設計的完成，則能夠為實現上層搭載系統的完善設計并滿足機器人實際運行之需。

3 結語

綜上，基于信息化軍事作戰背景，為了進一步提升我國軍隊作戰的智能化水準，特種地面移動機器人被逐漸運用于軍事領域中。為了確保相應機器人能夠滿足實際運用之需，就需要實現相應機械系統的完善設計。在實踐中需要結合機器人實際運行環境與任務需求，明確總體功能并制定結構設計方案，針對機器人機械系統的移動底盤系統以及上層搭載系統實現完善設計。

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TP242

A

1671-0711（2016）12（上）-0099-02