•
2010
年
9
月
第
29
卷第
9
期
机械科学与技术
September
2010
Mechanical
Sc
ience
and
Technology
for
Aerospace
Engineering
Vo
1.
29 No.9
轮式移动机器人轮-地接触模型研究
蒋云峰
1
，苏波
1
气毛宁
1
e
中国北方车辆研究所，北京
10
∞
72;2
华中科技大学，武汉
43
∞
74)
蒋云峰
摘
要:基于车辆地面力学理论，建立了刚性车轮在松软土壤上行走的力学模型，通过实例计算，分
析了车轮的结构参数及运动状态变化对其力学参量、驱动效率的影响。研究结果表明，合理设计车
轮的结构参款，并在行驶时将车轮滑转率控制在适当区间可使车轮获得较好的牵引性能。最后，在
实验室自行研制的车轮土糟试验系统上进行土糟试验，并将实验结果与力学模型计算结呆进行了
比较，验证了所建立的车轮·土壤相互作用模型的准确性。
关键词:轮式移动机器人;刚性车轮;轮地接触模型;滑转率;土槽试验
中图分类号
:T
P3
91
文献标识码
:A
文章编号:
1003
-8
728(2010)09-1187
-0
6
Wheel-terrain Contact Model of Wheeled Mobile Robot
Jiang
Yunfeng
1
,
Su
B01.2
,
Mao
Ning
1
( 1
China
North
Vehicle
Research
Institute ,
Be
ijing
l(削
72;2Huazhong
University
of
Sc
ience
and
Technology
,
Wuhan
43
∞
74)
Abstract:
Based on vehicle-terramechanic
theo
巧，
we
constructed
出
e
mechanical model
of
a rigid wheel moving on
defolmable soil
,
and
thròugh numerical analysis, effect
of
the
wheel's
structure
p
町
'ameters
and
its driving state
on
the performance
of
the wheel is studied.
Th
e results
show
出
at
the
wheel
can
acquire
better
traction perfollllance by
designing the structure parameters
of
the wheel properly
and
controlling
the
slip ratio
in
a reasonable area. Finally,
experiments were carried
out
on
a wheel-soil test
bed
which was developed
in
our
laboratory,
and
the experimental
results were compared
ωthe
computation results
of
the
mode
l.
Th
e experimental results validate the correctness
of
the
presented model.
Key
words:
wheeled mobile robot; rigid
wheèl;
wheel-terrain contact
model;
slip
ratio;
soil test
bed
对未知领域的巡视探索活动是人类了解宇宙、
了解自然的重要途径，也是人类科技进步的重要体
现。在人类所从事的星球探测、极地勘察、沙漠腹地
考察等探测活动中，由于这些区域探测环境的特殊
性，人类很难亲自到达。因此，人们多采用轮式移动
机器人来代替人对这些未知区域进行探测，这是利
用了轮式移动机器人运动迅速、平稳，地形适应能力
强的优点，但同时也对轮式移动机器人的移动性能
提出了更高的要求。目前，对于这类探测机器人，其
车轮通常可以看成是刚性轮，而探测环境的地面多
收稿日期
:ZDω-ω-11
基金项目:兵器科技基金项目
(JBKI
侃
03
-û
7
)资助
作者简介:蒋云峰(1
985
-
).硕士研究生，研究方向为智能车辆控
制，轮式移动机器人.
jyfen
g2
01
@
163.
com;
苏
波(联系
人)
.研究员级高工.
bosu@
noveri.
com.
cn
为松软、低承载路面(如月球上的月壤、地球上的沙
漠等)。因此，研究刚性车轮回松软土壤的接触模型
成为提高探测机器人移动性能的基础。
JPL
的
sohl
等川考虑了星球表面探测车在不平
地形上移动时的物理行为，基于车轮与地形点接触
假设，研究了仿真环境下的轮·地接触模型。
M
町的
K.Iagr
阳
nma
等人提出了刚性轮在松软土壤上的力
学计算公式
[2]
，用于自主行星探测车土壤参数的在
线估计。日本东北大学的
Kazuya
Yoshida
等对松软
土壤上的自主探测车的驱动力进行了试验研究
[3]
。
但上述文献均没有详细讨论车轮结构参数、滑转率
及滑转角等对车轮驱动动力学特性的影响。哈尔滨
工业大学的丁亮等基于
Bekker
模型的地面力学理
论，推导了月壤作用于车轮的力学参量的计算公
式[飞并通过试验对计算公式进行了修正，吉林大
资源评论
