特种地面移动机器人机械系统设计与分析研究

周文博

（东北林业大学 机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

特种地面移动机器人机械系统设计与分析研究

周文博

（东北林业大学 机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

在信息化背景下，现代军事战争形式随之发生了巨大的变化，特种地面移动机器人逐渐被运用到其中。而要满足军事战争之需，就需要针对地面移动机器人的机械系统进行完善设计，以确保能够应对复杂的军事任务。本文针对特种地面移动机器人机械系统的设计进行了分析，在构建相应系统设计方案的基础上，为实现系统构成的完善搭建提出了具体对策。

特种地面移动机器人；机械系统；设计；对策；研究

对于我国现代军事领域而言，针对特种地面机器人进行研发，有着显著的军事效益，而在实际开展该项工作的过程中，需要将先进的技术融入机械系统之中，才能够以稳定且可靠机械系统的搭建来满足实际运用之需。在实际设计中，机械系统的主要结构在底盘与上层搭载上，需要将关键技术完善运用于其中，以促使机器人满足多元化任务之需，并实现精准可靠运行。而针对特种地面移动机器人机械系统的设计展开研究，能够在现有理论的指导下，为提升机器人机械系统控制的精准度与智能化水平奠定基础。

1 特种地面移动机器人机械系统设计下的总体功能与关键指标

在实际开展这一设计工作的过程中，要想实现该系统的完善设计，首先就需要明确该机器人的实际使用条件以及目的，在此基础上来明确系统的总体功能与关键指标，为指导设计工作实现规范且完善落实奠定基础。而面对复杂的使用环境，要想完成多元化的任务，就要求机器人的机械系统具备如下功能：一是基于不同任务来实现不同负载的搭载；二是要求相应的地盘要具备充足的动力，进而才能够为完成相应的任务要求奠定基础；三是要具备良好的速度，进而才能够以较快的速度来实现移动；四是要求相应的移动平台具备良好的可靠性与稳定性；五是要求要实现整个控制系统以及通讯与定位系统的完善设计，进而为应对复杂运行环境并顺利且高效的完成任务提供保障。目前，美军已经实现了对特种地面移动机器人的设计，如图1。而基于如上基本任务的要求下，在实际针对这一机器人机械系统展开设计工作的过程中，要明确关键指标，具体而言为：移动速度、动力性能、环境适应性、任务负载指标，其中，对于该系统而言，最为重要的两项指标是移动速度与动力性能，并要求在实际设计中针对控制参数实现合理定位。

图1 美军特种地面移动机器人

2 特种地面移动机器人机械系统的具体设计策略

2.1 总体设计方案

在该机器人机械系统中，是由底盘、任务负载以及远程操控平台组建而成，其中，在移动底盘的设计上，需要在具备基本的行走、传动以及防护等功能外，还需要实现驱动系统、通信系统以及传感、定位系统等的完善设计，能够在实际移动运行的过程中，将任何荷载安全可靠运送到指定位置。而基于任务负载下，结合实际任务需求，主要是由机械手系统、打击系统以及观察瞄准系统等构成。在远程操作平台下，作为机器人机械系统控制端，是由远程控制祭祀算计以及相应操作界面等构成的，同时，还需具备完善的通讯系统，具体系统结构如图2所示。

图2 特种地面移动机器人机械系统结构示意图

2.2 具体设计方法

2.2.1 在移动底盘系统的设计上

基于这一机械系统下，移动底盘承担着任务荷载的功能，在实际运行中，则是在接收到远程控制命令后，将任务运送到指定地点，要求要在具备良好动力性能与通行能力的基础上，具备相应的负载能力、防护能力，且底盘要具备良好的刚性与稳定性。

其中，在底盘结构的设计上，基于实际运行环境与任务需求下，可选择履带式结构作为驱动装置，常用的履带驱动有前置、后置以及高置三种，而从坦克装甲车的设计看，采用高置履带形式下传送的效率偏低，而对于小型的地面移动机器人而言，运用这一履带方式会耗费极大的电能，并弱化机器人的动力性能。而与前置履带形式相比，后置形式运行的阻力较小，进行促使相应的移动效率较高，并且不容易发生履带脱离现象，因此，选择驱动轮后置结构。在动力分系统的设计上，为了促使机器人具备足够的动力来实现移动并完成任务，就需要实现该系统的合理设计，但需要注意的是要避免过分加大动力系统，要实现良好的匹配。在实际设计中，选择了两个直流伺服电机与相应控制系统组成了这一动力分系统。在传动机构的设计上，基于特种地面移动机器人的实际运行之需下，对底盘负载能力提出了较高的要求，并要具备高速低力矩输出。在实际设计中，采用的是变速箱设计，借助所具备的多个档位以及对传动链的改变，能够满足实际使用之需。

2.2.2 在上层搭载系统的设计上

在整个机器人的机械系统中，负载系统作为执行机构，需要结合实际任务之需，根据任务剖面来选配不同的负载，在实际设计中，相应的负载与自身所具备的功能如下：第一，在两自由度武器平台上，其能够实现不同任务的执行，并实现对武器装备的选配，在运行中，要能够实现对目标的可靠观测与瞄准，并实现武器激发来完成打击任务；第二，重抓取能力机械手，主要的功能的是在完成简单搬运工作的基础上，实现对爆炸物的处理，要求要具备良好的灵活性与较强的功能新；第三，武器定装机械手，主要的功能在于实现对近距离轻型武器的搭载，实现对前两项负载的有效补充，主要搭载的武器为阻击步枪等。在实际进行设计的过程中，要求上层搭载系统各部分构件要具备如下的性能特点：在具备良好坚固性的基础上方便使用，同时要确保体积小、稳定性高且易于修复。

在具体设计中，基于两自由度武器平台的设计上，选择了具备武器与观瞄设备的回转型平台，且是由高低、两自由度组成，并基于武器的特殊需求进行了特殊设计。为了确保回转重复定位具备较高的精准度，则采用了精密性星齿轮减速器，用以支撑传动之需，并增加了选装变压器，以实现对回转精度的进一步控制。在武器定装机械手的设计上，具备了三个自由度，也就是相应的肘关节、肩关节在仰俯上活动自由，且相应旋转自由，在手肘关节上，采用了传动轴与支撑杆件，在满足武器定装之需的同时，实现对肘关节仰俯角度的有效控制。而在重抓取能力机械手的设计上，则结合实际任务之需，采用了六个自由度的设计方案，在完全伸展开的前提下，最大抓取能力在20kg。且在这一设计上，能够提升机器人处理危险品的能力，而最为突出的一点是，在实际设计中，将大臂回转和仰俯自由度进行了结合设计，能够为有效降低机械臂负载。通过如上设计的完成，则能够为实现上层搭载系统的完善设计并满足机器人实际运行之需。

3 结语

综上，基于信息化军事作战背景，为了进一步提升我国军队作战的智能化水准，特种地面移动机器人被逐渐运用于军事领域中。为了确保相应机器人能够满足实际运用之需，就需要实现相应机械系统的完善设计。在实践中需要结合机器人实际运行环境与任务需求，明确总体功能并制定结构设计方案，针对机器人机械系统的移动底盘系统以及上层搭载系统实现完善设计。

[1]卢秋红，蒋金鹏，付西光.基于开放式架构的反恐排爆机器人关键技术分析[J].上海电机学院学报，2014,9.

[2]范路桥，姚锡凡，祁亨年，杨武，蒋梁中.排爆机器人的研究现状及其关键[J].技术机床与液压，2014,11.

[3]仲崇慧，贾喜花.国外地面无人作战平台军用机器人发展概况综述[J].机器人技术与应用，2015,03.

TP242

A

1671-0711（2016）12（上）-0099-02