具有越障和避障功能的小型移动机器人设计.pdf

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1、设计与制造·机械研究与应用·具有越障和避障功能的小型移动机器人设计高绪祥，刘静，赵晓辉(1．铜陵有色金属集团铜冠物流有限公司，安徽铜陵2440002．江西理工大学机电工程学院，江西赣州341000)摘要：针对在复杂环境下对移动机器人的运动要求，采用行星轮传动机构设计一种具有越障和避障功能的移动机器人。对越障和避障过程进行性能分析，确定机器人的最大越障高度和最大转向半径。关键词：移动机器人；越障；避障；机构；性能分析中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1006-4414(2010)04—0071—02Designofsmallsizedmobilero

2、botwithobstaclesurmountingandobstacleavoidancefunctionGaoXu—xiang，LiuJing，ZhaoXiao—hui(1．，打lg，l0rrouJmetalsgroupcoppercrowRlogisticsGo．，ltd．，rongtingAnhui244000，China；2．Schoolofmechanicalandelectricalengineering，Jiangxinofscienceandtechnology，GanzhouJiangxi341000，China)Abstract：Aim

3、ingatthemovementrequirementsofmobilerobotundercomplexenvironment，amobilerobotwithobstaclessurmountingandobstacleavoidancefunctionisdesignedusingplanetgeartransmissionmechaIIism．Andobstaclesurmountingandobstacleavoidanceprocessisanalyzed．Finallythemostsurmountingobstacleheightandthe

4、moststeeringradiusalede-fined．Keywords：mobilerobot；obstaclesurmounting；obstacleavoidance；mechanism；performanceanalysis1引言。用于军事侦察，反恐防暴，火场探测，有毒、易燃易爆场合抢险等危险作业的小型移动机器人，以其体积小、成本低、生存能力强、运动灵活等特点成为移动机器人研究领域的又一热点¨。由于其工作环境复杂多变，故要求机器人既能根据复杂地形越过障碍物又能根据情况避开障碍物。所以，研究开发具有越障和避障功能的小型移动机器人具有重要的意义。2机

5、器人的设计要求(1)机器人能根据障碍物的高度做出判断，以此决定机器人采用越障或避障的移动方式。(2)机器人轮子直径177mm，主体部分长度528mm，宽度490mm，高度291rain，整机重量20kg。3越障机器人机构组成图2越障机器人行星轮机构组成越障机器人系统由行星轮组件、转向组件、减震组件、离合装置等组成，越障机构组成，如图1所示。(2)减震组件越障机器人在实现越障、跨沟等过程中，因环境复杂，剧烈的震动会给机器人带来巨大的损坏甚至导致机器人无法移动。为提高越障机器人的抗震能力，设计了一种减震机构，如图3所示。当越障机器人跨越障碍物落地时，轮子先着地而

6、车身的重力促使压缩弹簧压缩，从而吸收与地面碰撞的冲击，避免机器人因受过大冲击而受损。(3)转向组件当机器人为躲避风险或翻越不收稿日期：2010—06—13作者简介：高绪祥(1957一)，男，安徽铜陵人，工程师，研究方向：运输机械的设计与维护。·71·设计与制造·机械研究与应用·过较大障碍物时，需要转向组件完成转向，如图4所示。电机带动转向齿轮齿条运动，齿条带动两个转向板运动，使前后轮出现一定角度的摆动，同时另外两个电机带动离合器装置运动，使前、后轮的左右轮出诠企现一定的速差，从而完成转向。0000图6越障机器人翻越障碍物的过程(2)机器人最大越障高度设驱动轮

7、质量m2=14．8kg，行走轮质量／7／,，=4kg，行走轮半径R=75mm，驱动轮半径r=30mm，地面摩擦系数=0．6，机器人总质量M总=34kg[。图3减震组件结构图图4齿轮齿条转向装可根据公式(1)计算出最大障碍高度：置结构图Rm3g+[尺一(R—r)cos~b]m2g=F(R—r)sin~b+0(1)(4)离合装置越障机器人的离合装置如图5机器人后轮对前轮推力：所示。步进电机固定在机身上，齿轮通过过盈配合与F=m总g／z=200N(2)电机输出轴连接，齿条可以在导槽内自由滑动，复位机器人越障时的阻力扭矩取走平路时的4倍：弹簧与齿条固结，滑块一端与三

8、角形牙牙嵌离合器连Mo=4FR=4×200X75×1