轮履式变结构全方位移动机器人运动学分析与结构设计文献综述
毕业设计(论文)文献综述报告
轮履式变结构全方位移动机器人运动学分析与结构设计文
献综述
张大仙
机械设计制造及其自动化 13 级5班 13010599
中文摘要：移动机器人可以与机器人操作臂复合而组成具有移动能力和操作能力的机器人
系统。本题目设计的轮/履变结构全方位移动机器人，是一种轮式主动驱动与履带式主动驱
动可以相互切换的变结构全向移动移动机器人，能够实现通过改变履带构形来适应环境，
兼有轮式行走机构的高速性和履带式行走机构的高通过性。
中文关键词：轮式；履带式；全方位移动；行走方式替换
英 文 摘 要 ： The mobile robot can be combined with the robot operating arm to form a robot
system with mobile and operating capabilities. The wheel/track structure omnidirectional mobile
robot designed in this topic is a variable structure omnidirectional mobile robot that can switch
between wheeled active drive and crawler active drive. It can adapt to the environment by
changing the crawler configuration. There are the high speed of the wheeled traveling mechanism
and the high Wheel type; crawler type; omni-directional movement; alternative walking mode
1 课题研究背景
工程机械因其有着强大的工作能力和良好的环境适应能力，极大地提高了
工程施工效率，被广泛地应用于基础设施建设，国防工程建设等领域。按行走
方式划分，工程机械可以被分为履带式工程机械和轮胎式工程机械两种类型。
其中，履带式工程机械相比于轮胎式工程机械有很多的优点，比如对土壤附着
力大，转向灵活，接地比压小，稳定性好，通过性好等。当然，履带式工程机
械也有不少的缺点，它的行走机构比轮胎式行走机构所需要的功率更大，每公
里的耗油量也就更大，燃油经济性较差，并且它的行走机构非常的复杂，零部
件较多，制造成本也比较高；由于传动机构是由齿轮传动的，因此磨损比轮胎
式工程机械要严重，维修保养费用高⑵。此外，履带式工程机械相较于轮胎式
工程机械转场困难，不适于长距离行走。在实际工程中，履带式工程机械在长
距离转场时，往往需借助其它运输装备。然而在边远地区及国防道路建设中，
施工所面临的环境大多是道路比较狭窄以及在自然环境下的复杂、未知、多变
的非结构化的环境，有的时候运输车无法通行。而且，履带工程机械在平板车
上的装车和卸载都费时费力，无法满足边防部队的快速反应要求。因此，这对
工程机械的机动灵活性、越障性和环境适应性等特性提出了更高的要求。
为了满足复杂情况的要求，设计一种新型轮履式复合底盘，使工程机械可
根据路况不同实现轮胎式行走和履带式行走的灵活自由切换，更加快捷方便地
展开工作。轮履式复合底盘能弥补传统底盘的缺陷，发挥轮式底盘和履带式底
盘的各自优势，具有强大的施工能力和快速的转场能力。针对时间紧迫的战争
施工和救灾抢险，繁重的施工任务和复杂地形的道路条件，轮履式复合底盘工
程机械的优势完全能充分发挥出来。因此，轮履式复合底盘是工程机械领域的
一个重大突破，并且能够广泛适用于国防建设、救援抢险、野外施工、越野车
辆、机器人研发等领域。
2国内外车辆轮履复合底盘的发展现状
为了使底盘同时具有轮胎与履带行走机构的优点，集中了履带式底盘的高通过性
和轮式底盘的高机动性的优势，国内外公司和研究机构研制出了多种轮履式复合底盘，
包括轮履更换式底盘、轮履组合式底盘、履带变形式底盘等。
2.1 轮履更换式底盘
轮履更换式底盘一般指用可更换履带轮替换底盘结构中的轮胎结构。可更换履带
轮大多采用三角橡胶材质，其最突出的优点就是能够很好的适应全地形越野行走，非
常强有力地开拓了履带式和轮胎式工程车辆的作业应用范围。
在20 世纪 90 年代中期，国外的 MAT-TRACKS 和SOUCYTRACK 等公司在可更换履带轮
底盘技术领域得到了快速发展。其中，SOUCYTRACK 公司研制的悍马 H2 型四履带轮雪地
车囹（如图 1）,采用了三角橡胶履带轮，这种履带轮履带宽为400 毫米,长为 1500 毫
米。这样的设计使得该车对复杂路况有着强大的适应能力，适用于探险工作、紧急救
援以及农业建设等工作场景。此外，还有雪地微型卡车、三角履带轮的皮卡、路虎卫
士雪地车等也都是采用可更换履带轮底盘技术。
图 1 悍马 H2 型四履带轮雪地车
在国内，轮履更换式底盘的出现虽然比较晚，但随着目前对可更换式履带轮的研
究却日益增多，跟国外同类产品的差距正在减少甚至赶超。如杭州的力维机械研制设
计了一系列履带轮产品，可适用于全地形车辆及轻型车辆；重庆的耐德山花特种车辆
研制设计了同类型的系列履带轮产品；河北的金诚履带生产有限公司及江西的奥宇橡
胶履带有限公司等也都研制开发了自己的履带更换式底盘的系列产品。此外，现有可
更换式履带轮底盘的整体承重能力大都偏小，并不适用于大中型工程机械以及大型军
事装备车辆，同时，车辆的结构稳定性能、防翻转性能等方面都需要提升向。
综合以上资料，可以得出：轮履更换式底盘的缺点在于轮式底盘与履带底盘的工
作交替比较复杂麻烦，更换需要很长时间，一般需要 30〜45min 才可完成4 个履带轮
的换装；可更换履带轮需要被随身携带，增加了能量消耗。
2,2 轮履变形式底盘
轮履变形式底盘是采用了模块化的设计理念进行开发设计的，通过对履带自身结
构的变形与组合，灵活地改变底盘的行走姿态和行走方式，从而能够在多种路面条件
下快速畅通行驶。
在国外，美国IROBOT 公司研制设计了 710 型武士机器人（如图2）,这种重型
机器人能很轻松地拖动一辆轿车，翻越50 厘米高的障碍物，也能对雷区通道进行清理
并扫除危险。机器人时速可以达到 8km/h（包括上楼梯和通过坑洼地面），能够承载
的有效负载高达68 公斤，手臂能够提升的负荷超过90 公斤。
摘要：
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毕业设计(论文)文献综述报告轮履式变结构全方位移动机器人运动学分析与结构设计文献综述张大仙机械设计制造及其自动化13级5班13010599中文摘要：移动机器人可以与机器人操作臂复合而组成具有移动能力和操作能力的机器人系统。本题目设计的轮/履变结构全方位移动机器人，是一种轮式主动驱动与履带式主动驱动可以相互切换的变结构全向移动移动机器人，能够实现通过改变履带构形来适应环境，兼有轮式行走机构的高速性和履带式行走机构的高通过性。中文关键词：轮式；履带式；全方位移动；行走方式替换英文摘要：Themobilerobotcanbecombinedwiththerobotoperatingarmtoform...
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作者：闻远设计
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