自然灾害或意外事故发生后,往往需要借助机器人来深入灾难现场探明情况或提供援助。通过参考已经成功应用的轮腿式行星探测机器人结构,针对灾后现场特殊非结构化地形,设计了一种5轮4摆臂结构的新型搜救机器人。通过对关键部件进行参数设计及静力学分析,验证了静态特征的合理性;对越障过程进行数学建模,得出了影响机器人越障高度的因素;对其进行虚拟样机仿真,验证了动态特征的合理性以及数学建模的正确性。最后,通过搭建实验平台,验证了所设计机器人的越障能力。为今后类似的轮式机器人设计提供了理论基础,具有一定参考意义。

针对当前轮腿式越障机器人的局限性,设计了一种新型的车轮可变结构机器人,该机器人可以在轮腿之间自如切换。介绍了可变结构车轮的工作原理,该机构在平坦地面上运动以轮子模式行走,当遇到障碍物切换为类花瓣模式越过障碍。对车轮在两种模式下的直行与转弯过程进行理论分析,建立了运动学仿真模型,并对模型进行求解。为了验证分析结果,采用Adams软件对车轮的越障过程与复杂路面行走进行了运动仿真。仿真结果表明,设计的车轮结构可行性较高,具有轮式机构的稳定性,同时具有腿式机构较高的越障能力,使机器人可以适应多种复杂的路况环境。

为使轮式移动机器人转向机构特性曲线更加接近理想的阿克曼转向特性曲线,实现精确的转向目的,对其转向机构的设计和参数进行了优化。研究梯形转向机构的设计及工作原理对移动机器人的影响,建立了梯形转向机构的非线性优化模型;将传统粒子群算法引入自适应权重和拉格朗日插值法,进行算法改进,并且给出了求解非线性转向机构优化模型的方法;编写了改进粒子群算法和求解非线性模型的Matlab R2018b的M文件,进行了转向机构优化分析;确定出转向节臂与车轮的角度、三角摇臂与底盘间的角度、三角摇臂和转向节臂的尺寸。优化后的转向机构与理想阿克曼转向机构相接近。最终,将优化后的转向机构进行实例验证,证明结果符合实际应用需要,能有效地减少转向机构的轨迹和理想运行轨迹间的误差,使移动机器人的操纵性及航迹控制得到了改善。