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爬楼车毕业设计方案论证报告

1爬楼车发展现状

近年来随着计算机技术蓬勃发展,计算和数据传送速度大幅度提高｡以此硬件

为基础,许多智能算法得以在短时间内实现,智能机器人正变得越来越聪明｡随着

现实生活中对机器人技术应用的发展,使得机器人成为战胜自然和虚拟障碍的必

需品｡在很多危险场所,如战场､核生化灾害地､恐怖爆炸地等需要愈来愈多的移动

机器人搭载机械手等设备代替人去执行任务｡众所周知机器人自主爬楼梯是移动

机器人完成危险环境探查､侦察､救灾等任务需要具备的基本智能行为之一｡例如,

楼梯是这些机器人移动的障碍｡在过去的十年里,许多研究已经面向设计可以爬楼

梯并能穿越障碍的机器人｡但是,已建成的机器人中只有少数能爬楼梯和穿越障碍

｡爬楼轮式行驶系统均采用各轮独立驱动,自主工作的方式,同时各轮均采用弹性

悬挂方式,故工作起来方便灵巧,同心性和转向性均较好｡刚性轮具有较高的机械

可靠性,较好的转向性和环境适应性,但其行驶稳定性和耐磨损性均较差｡充气轮

虽然具有较好的行驶稳定性和越障能力,但其环境适应能力差,故不能应用到爬楼

车中｡筛网轮的机械可靠性､越障性､行驶稳定性和耐磨性均较好,但爬坡能力相对

较差｡金属弹性轮的爬坡性能､耐磨损性､环境适应性以及机械可靠性､越障能力均

较好,但其转向性能较差｡椭圆轮､半球轮和无毂轮的爬坡和越障性能及耐磨损性

能均较好,但其行驶稳定性较差,机械可靠性最低｡以上所列举的轮式行驶系统大

都是通过悬架来提高越障车的越障能力,只有个别的考虑到车轮本身的越障能力,

而且车轮的越障能力也不是很强｡

目前主要有腿式､履带式､轮式爬楼车移动机器人,腿式的如四足和六足机器

人,尽管这些机器人能够爬楼梯和穿越障碍,但由于腿部的运动,它们不能在平坦

的表面上平滑运动;履带式移动机器人以其强大的地形适应性而倍受青睐,其所受

的摩擦力均匀分布在履带上,而轮式小车的摩擦力只是集中在轮胎与地面的接触

面上,就抓地力而言它们是一样的,但在小车转弯或者爬坡时,履带式小车所受的

摩擦力分布不会像轮式小车那样发生剧变,所以就表现出更好的操控性,但是转弯

时,履带的磨损､履带开模难度大等都成为其应用的瓶颈;轮式移动机器人克服了

履带式的这些缺点,在满足一定地形适应性的前提下,可以充分发挥移动机器人移

动灵活､控制简单等优点｡一般来说,轮式移动机器人对地形的适应性大小与轮子

的数量成正比,但随着轮子数量的增加,又带来了机器人体积庞大､重量重等缺点｡

但总的来说轮式移动机器人是比较合理的｡

2爬楼车总体方案

2.1总体方案设计

方案一:腿式机器人｡凡是模仿人类或其它动物腿部运动的机器人,称为腿式

机器人(一般以连杆机构或者气动机构较为常见),如图.1和图.2所示,它们都可称

为腿式机器人｡

图.1图.2

由于腿式机器人的形式多种多样,过台阶的方式也各不相同,上述两种机器人都

是可以过台阶的,在此只介绍一种最简单的腿式爬楼梯机器人——蛇形机器人简化,

取蛇形机器人的两个关节,过台阶方式如图.3所示,

图.3

黄点处为马达驱动的转动点,过台阶时,机器人一个脚支撑,另一只脚在两个马达的

转动下,慢慢抬起,当它接触到台阶上时,它又作为新的支撑点,这样往复运动,就可

以达到过台阶的目的了｡

优点:结构简单;容易实现爬楼越障功能｡

缺点:驱动方式复杂;平面行驶于攀爬楼梯之间切换不易控制;其转向功能很不

容易实现｡

方案二:图.4为行星越障轮简图｡具体工作原理为:由直流电机8驱动中心齿

轮5转动,来带动过渡齿轮4和驱动齿轮2进行转动,而驱动齿轮2和车轮1是固

接在一起的,从而带动车轮1绕驱动轮轴3转动｡行星越障轮在行驶时任意两个车

轮接地,对于采用四个行星越障轮的越障车来说,实际上相当于八轮驱动｡行星越障

轮式越障车在平坦地面行驶时,利用车轮快速驱动,其效率与普通轮式爬楼车相同｡

由于行星越障轮中的三个车轮都是驱动轮,因而有效地利用了行星越障轮的附着重

量,而且较多的驱动车轮增加了车轮与地面的接触面积,降低了接地比压,从而提高

了行星越障轮在松软地面的通过能力｡驱动轮系随着地面对车轮1作用力的不同,相

应地演变成定轴轮系或行星轮系｡当行星越障轮在平坦的路面上行驶时,受两个车轮

同时着地的约束限制,系杆7不能转动只能随车沿路面平动,此时驱动轮系演变成