越障机器人的设想及初步设计

昆明市第三中学 陈旭峰 祁锐 杨皓冉

主要内容：

在现代生活中灾难突发频率增高，科学探究进入更深层次，在很多地方，人难以到达，所以我们就想设计一种能够跨越障碍物的小型搜索定位，深入探索的机器人。

首先，我们设想完成了一个能够爬上楼的机器人，该机器人可以是：仿生机器人，即学习爬行动物四肢着地爬上去，但实践之后很难由目前器材完成。之后又设想了像人一样双腿走上去，不尽理想。最后决定以履带代替脚，进行结构搭建。爬行动物四肢机器人结构是齿轮和连杆复杂机械的机械结构，多点着地支撑；像人一样双腿行走，也用齿轮连杆结构，但仅为两点支撑，结构重心在行动中会发生改变，更难以实现；履带结构由一个面着地重心比较低能更加稳定地行动，由此我们选择以履带为支撑结构。

第一次：由固定三角态躯体为基础搭建。其中以两条履带的端点接地，中间固定不会弯曲，在实验中只能够爬上一段。

第二次：将其中一部分改为活动弯曲的。在搭建中将它分为三段，每段一个动力分开运行。在完成搭建之后，实验中发现在后两段被楼梯卡在中间。经受力分析后，决定将后两段的履带连接在同一根轴上，这样就解决了中间卡住的问题。经过多次实验，我们的机器人基本完成，实现了爬上地面摩擦大的楼梯。在光滑地面上难以实现，为此我们将履带最后一段换为了轮子，减小与地面的接触面积，增大压强使之能爬上较光滑楼梯。在此之中，我们所使用的器材是乐高积木及其系列中的NXT，伺服电机等。

运用的科学原理：

针对关节履带机器人爬楼梯的问题，尝试制作一个模型来进行具体的研究和探索，对以后制造跨越障碍机器人积累经验。通过对机器人爬楼梯的分析，考虑机器人的重心，姿态的变化，驱动轮和楼梯棱角对履带的作用。机器人在爬楼梯时根据杠杆原理，可将机器人的头部自然向下压，并使其与地面接触，之后靠驱动轮对履带的带动，履带与地面之间产生摩擦，靠机器人的前半部分和后半部分的配合，使机器人在前半部拉，后半部推的情况下成功爬上楼梯。机器人的各个驱动轮依靠乐高NXT供电和控制，伺服电机提供动力。

创新点：

①体积小巧，可进入一些狭窄通道，执行一些人不能完成的任务。

②应用范围广泛，可应用于灾难搜索，野外科学探索，帮助残障人士等。

应用价值：

在更深一步的研究设计后将可能完成更多越障任务，可能完成以下内容：

①应用于救灾。在地震，矿井事故及火灾中，小巧体型的机器人可以进入一些人不能进入的地方，及时为伤员输送简单的补给品。也可在地震中搜寻被掩埋的人。

②用于野外科学探索。随着科技的日新月异，科学探索的手段也在不断变化。此机器人可用于墓葬发掘，古墓中往往因掩埋时间较长，其中的随葬品等腐败变质产生有毒气体，这时可让机器人先进入，检测里面的空气以及采集样本等。