基于麦克纳姆履带陆空结合的环境探索系统学术论文.docx

附件2： 编号： 第十五届“挑战杯”全国大学生 课外学术科技作品竞赛 作品申报书 作品名称：陆空结合环境探索系统 学院名称：机电工程学院 申报者姓名 （集体名称）：基电工程 类别： ■自然科学类学术论文 □哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 □科技发明制作A类 □科技发明制作B类 基于麦克纳姆履带陆空结合探测系统 摘要 本文设计陆空结合履带车，车体基于麦克纳姆轮带，在传统麦克纳姆轮360度运动上履带可克服复杂地形，而相较于传统火星车，陆空结合设计将飞机代替摄像头，平时收在履带车内，摄像头露出与传统火星车无区别，但当需要侦查周遭环境可陆空结合实时侦测周围，可应用于人类无法进入的恶劣环境工作采样观察，而且可在第一时间空投抗灾地区为被困灾民提供支援。经多次物理模拟此方案确实可行，目前正在制作样机，因技术工艺较为复杂，履带仍需要时间加工制作。 关键词：麦克纳姆轮 飞行器 空间探索 陆空结合 设计任务 以传统火星车探索机器人“好奇号”为基础，将传统履带与麦克纳姆轮进行结合，实现在克服复杂地形的同时达到增加横向自由度的目的。使车的灵活性大大增加，减少车的操作难度。并且通过四旋翼进行空中监测，相较于传统火星车大大增加了车身的可利用空间，而飞行器也增大观察的灵活度。 1.1应用对象 星际探索，核泄漏等人类无法适应的困难环境进行实验作业。在抗震救灾中能第一时间投放灾区并向被困灾民运送物资或搬运工作。 1.2论文灵感 当看到麦克纳姆轮能横着走的时候非常的好奇，而且本身也对外形探索拥有浓厚的兴趣，于是经过大量计算设计了这款麦克纳姆履带。本论文作品以麦克纳母履带为基本思路，在增加横向移动的基础上改良的麦克纳母轮无法适应复杂地形的缺点，并且通过空中无人机监控周围环境。 1.3作品的科学性、先进性及独特之处 相较于传统移动设备和加工设备其自由度和活动范围往往因为结构的缺点而受到限制，因为通过履带和麦克纳母轮的结合克服了复杂地形以及无法横向??动的困难。而通过轮子和机械手臂的结合改变了机械加工范围受限以及搬运困难的难题。而空中摄像头则大大改善了传统将摄像头安装在机构上视野受限以及阻碍其他机构运动的问题。本文将通过履带车，飞行器两个模块进行说明。 履带车模块 2.1履带车 2.1.1好奇号（谨以此模块对NASA科学家表达敬意） 好奇号，这个代表全世界好奇之心的小东西，有着自己的大脑、眼睛、身体、手臂和腿脚。我身长约3.0m，宽约2.7m，高约2.1m，大小和一辆小型SUV汽车相当。和他的兄弟勇气号和机遇号相比，好奇号重多了，达到850～900kg。好奇号运行的计算机系统内存为256Mbyte，闪存为2Gbyte。好奇号有10只眼睛。我这些凝聚了智慧的火眼金睛，像孙悟空的眼睛一样，能洞察瞬息变化的世间万物。好奇号的的头上、身上、手臂上都长着眼睛，能让他从各个方向、各个角度对这片红色热土进行探索。好奇号虽然只有1只手臂，但是这只手臂非常灵活。它的手臂有3个关节：肩、肘和手腕。好奇号的手臂能够像人类的手臂那样伸展、弯曲和定位，可以拍摄照片、打磨岩石、分析岩石和土壤的组成，能干许许多多的活。 好奇号有6条腿。和人类的腿不一样，它的6条腿是6个车轮。好奇号的2条前腿和2条后腿能够独立转向。我还能够在原地转弯360°，翻越约65～75cm。 2.1.2履带车差速控制（基于模糊运算） 履带车辆具有良好的机动性和越野性，因此，被广泛应用于民用和军用等领域。电传动履带车一般采用电池和双交流电机驱动，通过分配两侧电机转速或转矩实现对车辆两侧驱动力的协调控制，从而达到直线行驶或转弯目的。永磁同步电机相对于传统交流电机具有高效、高功率密度以及良好的调速性能，正逐渐成为新能源车辆领域驱动电机的首选之一。其在电传动履带驱动领域已经得到了广泛的应用。 相比普通机械车辆，由于采用双电机分别驱动两侧主动轮的电传动履带车取消了转向和变速机构，可通过实时控制两侧电机的转速或转矩输出实现直线行走或转弯。为此需要设计差速控制，一般来说可以通过整车控制器实现电子差速控制功能。整车控制器通过总线技术和电机控制器进行交互通讯，电机控制器实现差速设定值的自调整控制，实现电机驱动系统进行动力分配。电传动履带车辆通过整车控制器协调控制两侧驱动电机的转速或转矩，实现任意转向，提高车辆转向稳定性 [7-10] 。电子差速转向控制是电传动履带车辆的关键技术之一，特别是驱动电机的控制特性直接影响差速转向性能。电子差速算法是基于采样标定值、智能控制理论等设计相应的控制策略，控制左右2个驱动电机转速或转矩，从而实现电动汽车差速转向。 本模块介绍的履带车模块运算已经在ican