液压摆臂履带可变形机器人的设计.pdf

在现代工业和科研领域，履带式机器人由于其在复杂地形下的优越行驶性能而备受关注。随着技术的发展，对履带机器人提出了更高的要求，其中之一就是在越障过程中，需要保持履带张紧度和长度的恒定，以防止履带过松或过紧引起的性能问题。针对这一问题，液压摆臂履带可变形机器人应运而生。 液压摆臂履带可变形机器人的设计采用了椭圆定理，通过引入液压可伸缩式后摆臂来实现。这种设计的关键在于控制系统通过控制活塞杆的伸缩，使得履带长度在越障时能够保持不变，并且能够持续张紧。这种设计显著提高了机器人的越障性能。 为确保机器人在不同的地形环境下均能保持良好的越障能力，研究团队对各种典型地形建立了数学模型，并对机器人的越障动作进行了步态规划。通过确定关键步态和关键点，进而进行液压摆臂的力学分析，可以验证液压摆臂履带可变形机器人在不同地形条件下的越障性能。 在传统机器人行走机构中，主要有轮式、腿式和履带式三种类型。轮式行走机构的越障能力较差，难以适应复杂的地形环境。腿式行走机构则因行走速度受限，在快速作业上存在局限性。履带式行走机构，虽然能适应复杂环境并具有较快移动速度，但在越障过程中履带的张紧度和长度的控制却是一大难题。 履带机器人在长期运行中，履带如果过紧会导致链轨节的拉长，而过松则会影响驱动效果，并可能导致履带脱落。因此，如何在保持履带张紧度不变的同时实现长度恒定，成为了设计中的关键问题。 为解决这个问题，研究人员除了应用椭圆定理外，还结合了液压系统和可编程控制系统，使得后摆臂能够根据地形条件进行调整，达到履带张紧度和长度的同步控制。后摆臂的构形原理表明，其运行轨迹为椭圆，而椭圆的长半轴（a）和短半轴（b）的长度分别对应到履带式行走机构的设计中，确保了履带在变形过程中的张紧和长度维持恒定。 除了理论设计，实际应用中还需要考虑机器人在执行特定任务时的实际性能，例如，在消防、救火和爆破排障等危险工作中的应用。履带式机器人可以代替人类从事这些危险的工作，因其具有较高的实时性和稳定性，能够在确保安全的前提下进行高效的作业。 目前，履带式行走机构的设计和研究仍然是科研领域的重要课题。已有学者对履带式行走机构进行了研究，并在此基础上进行了改进。例如，有研究利用凸轮机构研制出履带能够持续张紧且长度保持不变的SARTR机器人；还有研究利用横纵轴双导轨来实现履带持续张紧且长度保持不变的效果。 最终，通过实际测试和分析验证，液压摆臂履带可变形机器人的设计能够满足在复杂地形中的作业需求，展示出较高的稳定性和越障能力。这些技术的创新和突破，有助于推动履带式机器人在各个领域中的应用，特别是在要求机器人执行危险任务或需要在恶劣环境下工作的领域中，将有广泛的应用前景。