基于柔顺机构的全地形轮式移动机器人实现方案与机械系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

作为20世纪人类最伟大的发明之一，机器人技术在计算机技术、人工智能等自动化技术以及相关支撑技术的发展带动下，不断取得突破，已经取得丰硕的成果。

而移动机器人一直是机器人领域的一个研究热点和重要分支，随着研究的深入和技术的发展，研究对象已经从结构化环境下的普通移动机器人变为非结构环境下考虑地形影响的移动机器人，这种机器人被称作复杂地形移动机器人或全地形移动机器人。

对于全地形移动机器人，复杂的环境地形给机器人的移动性能和地形通过能力提出了严峻的挑战，需要在机器人移动的实现原理、机械组成、结构方案、路径规划、控制策略等方面充分考虑地形的几何属性和物理属性。

2. 课题关键问题和重难点

本课题工作量较大，综合性强，涉及的知识和技术范围较广，需要加以综合运用。

其关键问题及难点有：1.利用柔顺机构提高轮式移动机器人适应复杂环境的实现原理；2.掌握柔顺机构的结构与功能特点以及设计的有关理论和方法；3.基于柔顺机构的全地形轮式移动机器人实现方案与机械系统设计方案；4.机器人的总体设计及各机构的运动学设计；5.机器人的机械结构设计，绘制装配图与零件图；6.机器人的运动学等特性分析，建立运动规划的初步算法。

3. 国内外研究现状（文献综述）

由于深空探测、军事侦察和救灾探险等领域的应用需求，对移动机器人的研究已经从传统意义上的平坦、坚硬、布局规则的室内环境运动，朝向在地形复杂、障碍丛生的非结构化环境中高机动地自主智能化运动的方向发展。

在这个领域，各国的研究人员基于不同的原理和性能侧重点提出并试验了多种类型的移动机构，根据机器人移动机构的特点，基本可分为轮式、腿式、轮腿式和履带式等类型。

轮式移动机器人具有高速高效的性能，但越过壕沟、台阶的能力较低；腿式移动机器人地形适应能力强，能越过大的壕沟和台阶，其缺点是速度和效率均比较低；履带式移动机器人地形适应能力很强，动载荷小，设计紧凑，其缺点是重量大，能耗大；轮腿式移动机器人融合了腿式移动机构的地形适应能力和轮式移动机构的高速高效性能，其缺点是结构相对复杂。

4. 研究方案

对于全地形移动机器人，复杂的环境地形给机器人的移动性能和地形通过能力提出了严峻的挑战，因此移动机构是全地形移动机器人中至关重要的部分，它还是各种仪器设备的载体，其功能和适应性的好坏直接关系到机器人的使用寿命和执行任务的成效。

基于不同的原理和性能侧重点，国内外提出并试验了多种类型的全地形移动机构，根据机器人移动机构的特点，基本可分为轮式、腿式、轮腿式和履带式等类型。

本课题研究对象是轮式移动机器人，并提出利用柔顺机构的自适应特点来适应不规则地形的思路。

5. 工作计划

起止时期 工作内容第12周 完成英文翻译、完成开题报告第3-5周 开始毕设课题的计算、机械系统方案设计、各机构的运动设计、工作能力设计。

第6周 完成中期检查第7-9周 机械结构设计，完成装配图草图、完成装配图计算机绘图、完成零件图计算机绘图。

第10-12周 整理资料，撰写论文第13周 答辩、总结