2.1 机器人基本参数

本次研究的 MROBOT 二号机器人的外形与功能都是参照美国军队中单兵背负的较为常用 的机器人“派克波特”（即为 PackBot）[19]进行设计的。根据之前的对于地面移动机器人的介 绍可知，一般的轮式/履带式机器人（包括“派克波特”）主要完成的动作有：平地爬行，一 定范围角度内楼梯、坡道的爬行，在车身倾覆情况下可以恢复正常运行状态等动作。MROBOT 系列机器人的初始设计目标也是可以完成上述三项基本的简单任务，并在此基础上进行其他 方面的扩展。如图 2.1 所示为 MROBOT 二号机器人的实物图。

图 2.1 MROBOT 二号机器人示意图

本科毕业设计说明书 第 9 页

如表 2.1 所示，表中主要展示了本次研究机器人的尺寸参数及部分初始设计性能指标， 由该表中的参数可以对机器人的相关运动参数进行分析计算。

表 2.1 MROBOTⅡ号机器人的尺寸参数及部分初始设计性能指标 类目 MROBOTⅡ号机器人

总体结构 两节可变履带式结构

结构指标 自重（千克） 20（自身重量）+5（车载系统 等）

结构尺寸（毫米） 600*400*250 长*宽*高

驱动轮直径（毫米） 205

摆长 L1 230

机动指标 平地最大速度（米/秒） >3

最大通过坡度（度） 30

最大通过障碍（毫米） >250

楼梯通过能力 能通过普通标准楼梯

转向能力 原地零半径转向

续航能力 5 小时以上

特殊动作 可以通过单摆臂的动作完成 车体上下两侧翻转运动

防护能力 能渡浅水，防沙尘抗冲击

2.2 机器人动作的力学分析

根据之前的机器人功能分析，可以知道，机器人主要完成的动作有：平时正常在平地爬 行的“平地行驶动作”模型；上楼、爬坡、越过一定高度障碍，均可以等效为“爬坡运动” 模型；还有通过摆臂可以实现的“翻身动作”模型。在这三种运动模式下，“平地行驶运动” 所需要的功率最小，电机功率、输出力矩的选型主要应该依据“爬坡运动”与“翻身动作”。 因而，文中只给出这两项运动的具体的参数计算。

2.2.1 机器人“平地行走”介绍及“爬坡运动”模型计算

日常生活中的标准楼梯倾斜度为 30°左右，根据受力分析及常识，可知较之于普通的行 驶过程，爬坡能力对于移动机器人的驱动能力是一个重要的衡量指标，所以在进行驱机器人 的动力系统设计、电机选型的时候，计算爬坡时所需提供的动力，将为电机选型提供有力的

第 10 页 本科毕业设计说明书 参考。为了实现机器人的远距离运动，故而不可选择电源接线直接供电，而采用车载充电电 池提供直流电源。据此确定电机类型为直流电机。为了实现运动的精准控制，需要控制系统

可以得到反馈从而可以使得控制更加精准，故而采用了直流伺服电机。为更直观的对比“平 地行走”运动与“爬坡运动”受力情况，请参照图 2.2，图 2.3。 两关节地面移动机器人控制系统设计及软件实现(7):http://www.751com.cn/jixie/lunwen_78515.html