轮履式变结构全方位移动机器人运动学分析与结构设计开题报告
毕业设计（论文）开题报告
学 号：
学 生：
指导教师：
专业班级： 机械设计制造及其自动化专业
题 目：
学 院： 机电工程学院
开题时间： 2020 年 月 日
2020 年 月 日
毕业设计题目 （宋体小四）
题目类型 （宋体小四）
题目来源 （宋体小四）
一、毕业设计的选题意义与背景（内容为宋体小四，建议在 300-500 字）
移动机器人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，移动机器人可以被分为履带式移动机器人和轮胎式移动机器人两种类型。其
中，履带式移动机器人相比于轮胎式移动机器人有很多的优点，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，履带式移动机器人也
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，因此磨损比轮胎式移动机器人要严
重，维修保养费用高⑵。此外，履带式移动机器人相较于轮胎式移动机器人转场困
难，不适于长距离行走。在实际工程中，履带式移动机器人在长距离转场时，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，履带移动机器人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，这对移动机器人的机动灵活性、越障性和环
境适应性等特性提出了更高的要求。
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。
二、毕业设计的主要内容及技术指标（内容为宋体小四）
1 主要技术指标：
1）尺寸参数
（1）整机尺寸：长 500mm；宽 600mm；高 400mm
（2）行走齿轮环直径：165mm
（3）从动轮直径：35mm
2）运动参数：
（1）平地空载移动速度：1.6m/s
（2）履带移动速度：0.4m/s
（3）最大越障高度：225mm
3）载重：100kg
2主要研究内容：
1） 全方位移动机器人发展概况
2） 轮/履变结构全方位移动机器人总体方案的制定
3） 轮/履变结构全方位移动机器人运动学分析
4） 轮/履变结构全方位移动机器人移动机构设计
5) 技术经济分析
6） 控制系统设计
三、毕业设计的关键问题及难点（内容为宋体小四，建议在 300 字以内）
1.确定轮式与履带式移动结构的变换方案，确定变换机构形式
2.根据技术参数要求进行驱动电机的计算和选型
3.主要传动零部件的计算、选型及校核
4.使用软件进行三维的设计和装配
四、毕业设计方案的制定
本课题的设计重点是轮式和履带式移动结构的变换机构，确定变换的形式及变
换的方案是能够完成课题设计内容的前提条件。因此首先对变换机构的方案进行确
定，方便后续的设计。
目前，机动车辆所应用的最常见的行走机构是轮胎或履带，轮式车辆以其超高
的机动性能而著称，但是在一些障碍路面其越障性能受到限制，图 1 为轮式行走机
构的工况分析图。
（1） （b） （c） （d）
图1 轮式行走机构工况分析
图1(a)和(b)为轮式行走机构在平地和斜面行走的工况图，由于沉陷，轮体与地面间有
一定的接触面积，沉陷量越小、接触面积就越小，因此，圆形轮体在光滑路面很容易发生打
滑。在攀爬斜坡时，圆形轮体除了要克服地面间的摩擦力，还要克服机动车辆自重沿斜面向
下的分力，因此，轮式车辆要想攀爬大坡度的斜坡，需增加车轮与地面的附着能力。图(c)
和图(d)为圆形车轮在遇到凸块和壕沟障碍时的工况，如果凸块的高度或壕沟的宽度与车轮
直径的比值较大，且离地间隙过小，车轮是无法通过的。圆形轮体虽有较高的机动性，但是
当面临以上工况时，由于自身结构尺寸的特点，其适用性受到限制。
结合轮式行走机构的高机动性，设想当圆形轮体在遇到图 1所示的这些工况时，如果
该圆形轮体能够通过自身特有机构使整个轮体变形，且变形后的机构能够分别适应跨越相
应的障碍，即通过增大与地面间的接触面积、根据障碍的类型改变轮体变形的动作，通过规
划这些动作达到跨越障碍的目的。图2为假想的圆形轮体变形后的工况分析图。
如图2(c)所示，当轮体遇到凸块障碍时，可通过先将一部分履带搭在凸块上以提供地
面与凸块最高点的“桥梁”。因此，轮体变形的目的一方面是增大与地面间的接触面积，另
一方面通过规划轮体变形的动作改变车轮与障碍物的接触点以及车轮的离地间隙。
综上所述，保持车轮直径不变的前提下，通过改变车轮接地比压、离地间隙以及与障
碍物的接触点可以增强车轮的越障能力。车轮实现上述设计要求的前提是围绕轮体的缠绕物
的形状以及长度必须是可变的，这种缠绕物称为变形履带。
摘要：
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毕业设计（论文）开题报告学号：学生：指导教师：专业班级：机械设计制造及其自动化专业题目：学院：机电工程学院开题时间：2020年月日2020年月日毕业设计题目（宋体小四）题目类型（宋体小四）题目来源（宋体小四）一、毕业设计的选题意义与背景（内容为宋体小四，建议在300-500字）移动机器人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，移动机器人可以被分为履带式移动机器人和轮胎式移动机器人两种类型。其中，履带式移动机器人相比于轮胎式移动机器人有很多的优点，比如对土壤附着力大，转向灵活，接地比压小，稳定性好，通过...
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作者：闻远设计
分类：课程设计课件资料
价格：15光币
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时间：2024-02-16
