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2.4?救灾机器人性能指标与设计? 由于煤矿井下环境的特殊性和复杂性煤矿井下搜救机器人的?总体设计须满足适合井下复杂地形、防爆、防碰撞等要求，同时?所载的子系统安装、使用要方便。在地面移动机器人家族中，履?带机器人具有很强的地形适应性，能够适应恶劣的路面条件，因?此得到了广泛的应用。但普通的履带移动移动机构结构复杂，重?量大，运动惯性大，减震性能差，零件易损坏。为克服普通履带?式移动机构的缺点，给煤矿井下搜救机器人履带式移动机构加装?前摆。机器人加装前摆臂的优点：机器人重心将前移，实现机器?人爬坡和越障的功能，稳定性将更好；实现机器人倾翻后自复位。?为提高其地形适应性，前摆臂两个摆臂关节单独控制和单独驱动。 ?总体设计方案如图2-4所示。采用后轮驱动，差速转向，可实?现原地360°转向。摆臂电动机驱动摆臂可在360°范围内旋转， 提高机器人跨越沟槽和爬越台阶的越障的能力和翻转后自复位的?功能。根据井下环境对机器人的要求，主要设计性能参数如下：?,,?,?,B(车体宽?度)=500mm。车体质量为50kg,摆臂质量不超过5kg,机器人做直线?运动最大速度等于1m/s,自备电源运行时间大于等于4小时。最大?越障高度H=300mm，跨越最大沟壑宽度C=500mm。如2-5图： 图2-5? 2.5?本章小结? 本章重点介绍了国内外履带机器人的移动方式，对三种常见?的移动方式(轮式、履带式、腿式)在越野性能、移动速度、机构复?杂程度、控制难易程度等几方面进行了比较和分析，就研制的矿?用履带搜救机器人应达到的性能指标提出了具体要求。 3?矿用搜救机器人运动参数设计计算? 3.1?机器人越障分析? 研究摆臂履带机器人的越障机理与越障能力，有利于对机器?人的越障运动进行操作与控制，可保证其运行稳定性和最佳越障?性能。本文从运动学的角度，在固定双履带机器人越障机理的基?础上，分析四履带双摆臂机器人对台阶、斜坡、沟道等典型障碍?的越障运动机理。?履带式移动机器人面临的环境多为非结构地形?环境，非结构地形环境是多样的、复杂的三维地形，包括天然形?成的起伏、崎岖地形，以及人工修建的坡路、阶梯、沟道等人工?地形。影响或阻止机器人平台正常移动的地形、地物称为障碍地?形。而很多地形具有相近的几何构特征，为了便于分析与表述，?通常将障碍地形简化为斜坡、台阶、连续台阶、凸台、沟道等具有典型特征的地形。表征斜坡的几何构形特征是坡度和坡向，坡?度是高度的最大变化率，坡向是最大变化率的区域方向，其关键?边界线为斜坡底部与顶部转折线。表征台阶的几何构形特征是高?度，其关键边界线为台阶外角线。表征连续台阶的几何构形特征?是高度和台阶跨度，其关键边界线为台阶内、外角线．表征凸台?的几何构形特征是高度和宽度，其关键边界线为凸台两对内、外?角线。表征沟道的几何构形特征是跨度和深度，其关键边界线为?沟道两侧边缘线。? 机器人克服障碍，是指机器人利用其行走机构驱使机器人移?动，使其质心越过障碍的关键边界线，在此过程中机器人不发生?倾覆，不受障碍卡阻，能继续保持机器人的稳定姿态与移动能力。有典型特征的地形。表征斜坡的几何构形特征是坡度和坡向，坡?度是高度的最大变化率，坡向是最大变化率的区域方向，其关键?边界线为斜坡底部与顶部转折线。表征台阶的几何构形特征是高?度，其关键边界线为台阶外角线。表征连续台阶的几何构形特征?是高度和台阶跨度，其关键边界线为台阶内、外角线．表征凸台?的几何构形特征是高度和宽度，其关键边界线为凸台两对内、外?角线。表征沟道的几何构形特征是跨度和深度，其关键边界线为?沟道两侧边缘线。? 机器人克服障碍，是指机器人利用其行走机构驱使机器人移?动，使其质心越过障碍的关键边界线，在此过程中机器人不发生?倾覆，不受障碍卡阻，能继续保持机器人的稳定姿态与移动能力。 3.1.1机器人跨越台阶? （1）越障机理分析? 当机器人在爬越台阶时，机器人履带底线与地面之间的夹角?将随时间而逐渐增加，其重心越过台阶的支撑点时，机器人就跨?过了台阶完成爬越动作。? （2）越障过程分析? 煤矿井下搜救机器人爬越台阶的过程如图3-1所示，?机器人借?助摆臂的初始摆角，在履带机构的驱使下，使其主履带前端搭靠?在台阶的支撑点上，机器人继续移动，驱动摆臂逆时针摆动，当?机器人重心越过台阶边缘时，旋转摆臂关节，机器人在自身重力?影响下，车体下移，机器人成功地爬越台阶。 图3-1?机器人正向攀爬台阶的过程 由运动过程可以看出，机器人在越障第三阶段图?3-1（C）重?心的位置处于临界状态，机器人重心只有越过台阶边缘，机器人?才能成功的越过障碍。由此可分析出机器人的最大越障高度。 图3-2机器人上台阶临界状态示意图? 由图3-2所示几何关系可得：? （3-1）? 变换式（1）可得：