形状可变救助型机器人的结构及其越障能力的分析与实验

张 勤，王曼莉，黄小刚，余晓鑫，田联房

（1.华南理工大学 机械与汽车工程学院，广州 510640；2.深圳市特种设备安全检验研究院，深圳 518029；3.华南理工大学 自动化科学与工程学院，广州 510640）

0 引言

近年来多发的自然灾害如地震、火灾、洪水等，人为的恐怖祸害如恐怖活动、武力冲突等严重危害着人们的安全。在这种紧急而危险的救援工作中，救助型机器人起着越来越重要的作用[1]。它们的参与可以有效地提高救援效率，减小灾难的损失。现有的救灾机器人移动机构主要有：无肢运动（以蛇形运动为主）、轮式、腿式、轮腿式和履带式等。其中，蛇形机器人具有运动稳定性好，适应地形能力强和牵引力高等特点，但多自由度控制困难，运动速度低；轮式机器人具有结构简单，重量轻，轮式滚动摩擦阻力小和机械效率高等特点，但越过沟渠、台阶的能力差；腿式机器人具有适应地形能力强的特点，能越过大的沟壕和台阶，其缺点是稳定性差，速度慢；轮腿式机器人融合了腿式机构的适应地形能力和轮式机构的高速高效性能，其缺点是结构相对复杂；履带式机器人地形适应能力强，但要越过大的沟壕，自身的尺寸就要做得很大，能耗大。这些机器人的移动机构有各自的优势，但翻越相当于自身高度的障碍的能力都较差[2～4]。本文提出了形状可变/多方位驱动救助型机器人的结构，它兼有蛇形机器人和履带式机器人的优点，可以根据灾难现场的情况，改变其形状，调整其姿态，实现上、下楼梯，翻越障碍物，跨越沟壑，从沟壑中脱出等功能，从而胜任瓦砾和废墟等恶劣路面上行走。……