【摘 要】
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随着机器人研究领域的不断深入和成熟,生产生活中对机器人的应用也在逐渐增多。单一式的移动机器人在某一方面具有突出的优势,但综合性能较差;复合式移动机器人能兼具多种单一形式移动机器人的优点,逐渐成为了移动机器人研究领域的重点。目前存在的轮腿复合式探测机器人大都体型较大,机体结构和控制都较为复杂,很难适应狭小环境的工作需求。因此本文针对狭小未知环境这一应用场景,设计出一款具有环境探测功能的复合轮足机器人
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随着机器人研究领域的不断深入和成熟,生产生活中对机器人的应用也在逐渐增多。单一式的移动机器人在某一方面具有突出的优势,但综合性能较差;复合式移动机器人能兼具多种单一形式移动机器人的优点,逐渐成为了移动机器人研究领域的重点。目前存在的轮腿复合式探测机器人大都体型较大,机体结构和控制都较为复杂,很难适应狭小环境的工作需求。因此本文针对狭小未知环境这一应用场景,设计出一款具有环境探测功能的复合轮足机器人。具体内容如下:（1）根据狭小未知环境的探测需求,明确复合轮足机器人需完成的主要功能和各项性能参数,并以此为基础研究一款简单可靠的机体结构。机器人最终采用“四个行动轮+两侧足式结构”的机械形式,移动过程中足式结构收缩,机器人具有高效的移动性能,且行动轮之间采用全轮同相的连接方式,全轮同相确保在任意行动轮接地的情况下,该行动轮能获得整个机体的所有扭矩,在一定程度上增强了机器人的抓地力;当机器人需要转向或跨越障碍物时,足式结构伸展协助行动轮完成机器人的转向和越障功能;与此同时还进行了车身、传动单元、行动轮和足式结构的设计,并介绍了探测模块和通讯模块等硬件参数。（2）对复合轮足机器人进行运动学分析,通过创建固定坐标系与可移动坐标系描述机器人的运动状态;然后进行动力学分析,用欧拉方程建立了机器人的动力学模型简单分析了机器人运动与作用力之间的关系。同时对机器人所具有的运动模式进行了描述,详细说明了如何通过轮式移动模式、左侧足式结构加行动轮的轮足复合式移动模式、右侧足式结构加行动轮的轮足复合式移动模式和两侧足式结构加行动轮的轮足复合式移动模式之间的相互切换实现复合轮足机器人的主要功能。在此过程中阐述了复合轮足机器人最大爬坡角度和极限跨越高度的计算方法,还确定了复合轮足机器人的最小转向半径。（3）对复合轮足机器人的控制系统进行了设计,主要包括总体框架设计、处理器的选择、硬件系统的电路设计和软件系统设计。使用Arduino完成下位机程序的编写,实现了传感器数据采集、下位机和无线通讯模块之间的连接、控制信号的接受和电机驱动的控制。使用C#完成上位机程序的编写,实现了上位机与无线通讯模块的连接、传感器数据和视频数据的实时显示和控制信号的发送。（4）基于上述工作,研制了复合轮足机器人样机和控制系统,通过机器人移动、转向、越障和控制实验获得了复合轮足机器人相应的性能参数,并对本文所述的复合轮足机器人的功能和性能进行了验证。
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