可爬腿輪混合機器人

楊軒軒 郭星宇 金章勇 王瀚琦

摘 ?要：越障機器人是機器人領域的一個重要分支，主要憑借傳感器等設備在非結構化環境里進行自主決策及動作執行，多運用于地形檢測，災害搜救等方面。本文將對越障機器人背景進行簡單介紹，并將對其組成原理和市場應用進行進行分析

關鍵詞：越障機器人;腿輪混合;組成原理和市場應用

1越障機器人的背景

首先是項目背景，眾所周知，越障機器人是機器人領域的一個重要分支，主要憑借傳感器等設備在非結構化環境里進行自主決策及動作執行，多運用于地形檢測，災害搜救等方面。

現在主流地面機器人偵察系統主要可分輪式、履帶式和特殊行走機構三類平臺，其中輪式結構由于其結構成熟、控制簡便、行進速度和傳動效率高等優點，為地面機器人最常采用的形式。然輪式機器人在安防巡邏和軍事偵察等領域已經嶄露頭角，是執行外星球探測任務的種種著陸器的主要類型。輪式結構 主要應用于從微型到大型的多種規格的機器人，又可分為兩輪、三輪、四輪和多輪等結構，履帶式結構有很好的越障和在復雜惡劣地面上保持機動性的能力，且具備良好的承載能力，因而成為軍用地面機器人常采用的形式之一，多用于排爆、巡邏和輔助作戰等重要方面。履帶式結構多見于中小型機器人，有單節、雙節、多節和多種特殊結構。，此外，地面機器人還有腿式、輪腿式等特殊結構。腿式機器人對各種地形的適應性比較強，穩定性較高，然而機械結構設計和控制系統算法都相當復雜，且仿生腿機器人的機動性較自然界的節肢動物有較大差距。但因其 具有獨特的結構優勢，腿式機器人仍然是未來機器人的一個重要研究方向，輪腿式機器人多為輪式機器人的變型，在機械結構變化不太大的情況下顯著提高了其越障能力，但機器人穩定性比較差，且控制相對與普通輪式機器人更復雜。

目前多數越障機器人均為單一的輪式，履帶式，或足式，而這三種形式分別存在越障能力弱，能量利用率低，負重比差等不足。混合式結構雖有研發但大多由于能耗較大，成本過高，控制復雜等從而難以普及。

輪式/四足可變形智能偵察機器人是一款能在較復雜地形環境下行走運動的偵察機器人，它是在輪式運動的車體上增加四足行走機構，通過車體變形達到行走模式轉變的目的，該機器人將輪式行走和四足行走兩種運動形式相結合，前者適于平坦地面的輪式快速移動，后者適于較復雜地面（如廢墟）上的四足行走。同時可通過自行設計的手持遙控器對機器人移動及攝像頭云臺進行控制，將獲得的傳感器數據及視頻實時傳至手持遙控器及上位計算機平臺。

為解決這些問題，我們特研發了這款輪腿混合式越障機器人。

2組成原理原理

該作品僅由一個電機帶動，采取輪腿混合模式的同時使用普通圓形輪加越障用扇形輪的結構，除此之外機構創新，多種運動模式可以自由切換并在后期可以兩棲使用。

通過相對較長的腿設計使得我們產品橫縱向自由度均較高，同時主體結構設計精巧，較小的體型使得產品在狹窄的環境里也能運動自如。

采取普通圓形輪加越障用扇形輪的設計，較好的中和了單一模式的不足，并能依據環境選擇不同的輪子行進，有效提高機器人性能。

特殊的輪腿設計使得機器人運動模式多樣，除能夠輕松越過障礙外還能在相對狹窄的墻體縫隙中上下攀爬。

創新性的將扇形輪和普通輪相結合，同時保障機器人的越障能力和行駛的穩定性。并且機構創新，僅由一個電機帶動機器運行，相對已有越障機器人較大程度上降低了產品能耗，有效的節約成本。至于作品操作也極為簡便。

除此還有運動模式多，體型精巧，可搭載多種傳感器等優勢。

主體的渦輪設計使機器人能夠自主決定落地輪，如圖所示，機器人即便摔倒也能迅速爬起，并能根據地形選擇合適的輪著地。

3市場應用

創新性的將扇形輪和普通輪相結合，同時保障機器人的越障能力和行駛的穩定性。并且機構創新，僅由一個電機帶動機器運行，相對已有越障機器人較大程度上降低了產品能耗，有效的節約成本。至于作品操作也極為簡便。

除此還有運動模式多，體型精巧，可搭載多種傳感器等優勢。

因此，我們的作品在民用，科學，軍事等多個領域相對已有的越障機器人能夠提供更多元的服務，同時較低的成本也使得作品性價比較高，能更好的滿足用戶需求，市場前景十分樂觀。

而在作品的后續研發中，我們將通過硬件升級，技術改進，增強其適用性，安全性和自動化程度，增設感知系統、模式識別等智能板塊，促使作品更加智能化，并將研發更多型號的越障機器人，擴大作品應用領域，促進機器人技術發展，使越障機器人創造更多價值。

參考文獻

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作者簡介：楊軒軒（1997-），男，漢族，鄭州大學機械工程學院2016級學生。