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1 地面行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

地面行走部分采用行星輪系的原理，實(shí)現(xiàn)仿生腿行走和輪式前進(jìn)兩種行進(jìn)方式的轉(zhuǎn)換，從而提高越障能力的目的，地面行走機(jī)構(gòu)如圖3所示。

變速箱輸出軸通過(guò)鍵與主軸輸入齒輪1和棘輪5分別固定在一起，主軸輸入齒輪1與同步階梯直齒輪2嚙合，同步階梯直齒輪2與雙面齒同步帶3外嚙合，雙面齒同步帶3與小同步輪4內(nèi)嚙合，小同步輪4通過(guò)鍵與輪子固定到一起。當(dāng)棘爪6不運(yùn)動(dòng)且同步齒輸出軸1有速度輸出時(shí)，輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器人以普通輪子滾動(dòng)方式前進(jìn)；當(dāng)棘爪6運(yùn)動(dòng)時(shí)，棘輪5與機(jī)架剛性固定在一起，即變速箱輸出軸與機(jī)架固定到一起，行星輪系開(kāi)始周轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)仿生輪式腿功能。

機(jī)器人在地面行走時(shí)既可做周轉(zhuǎn)行走前進(jìn)，又可采用輪式快速前進(jìn)，當(dāng)整個(gè)仿生腿周轉(zhuǎn)時(shí)，3個(gè)輪子相對(duì)于桿件不動(dòng)，這時(shí)機(jī)器人采用越障能力極強(qiáng)的仿生腿結(jié)構(gòu)前進(jìn)。當(dāng)仿生腿不周轉(zhuǎn)時(shí)，3個(gè)小輪子相對(duì)于桿件和地面進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，提高行進(jìn)速度。在兩種行走方式間可以任意轉(zhuǎn)化，將速度輸入主軸和機(jī)架（桿件）固定在一起實(shí)現(xiàn)仿生周轉(zhuǎn)，反之采用后者輪式快速行進(jìn)。

2 驅(qū)動(dòng)方式的選擇及計(jì)算

2.1 驅(qū)動(dòng)方式的選擇

驅(qū)動(dòng)裝置是驅(qū)動(dòng)陸空兩柄偵查機(jī)器人到達(dá)指定位置的動(dòng)力源。機(jī)器人動(dòng)力源多采用直流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)大致分為有刷直流電動(dòng)機(jī)和無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)兩種。

有刷電機(jī)具有速度大、體積小、質(zhì)量輕、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，但有刷電機(jī)在工作過(guò)程中摩擦損耗大、發(fā)熱快且噪音較大；無(wú)刷電機(jī)具有低干擾、噪音低、運(yùn)轉(zhuǎn)順暢、壽命長(zhǎng)，但其造價(jià)高，易受高磁場(chǎng)環(huán)境影響。由于陸空兩棲偵查機(jī)器人在性能上要求較高，在綜合考慮其傳動(dòng)方式及結(jié)構(gòu)形式后選用無(wú)刷直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源。

2.2 無(wú)刷電機(jī)額定功率的計(jì)算

相對(duì)于普通行駛過(guò)程，爬坡能力對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)能力是一個(gè)重要的衡量指標(biāo)，所以在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，用爬坡指標(biāo)為計(jì)算依據(jù)進(jìn)行電機(jī)的初選。

把輪式腿看作半徑是60mm的輪子，來(lái)確定直流電機(jī)的功率。假設(shè)在角度是30°的斜坡上直線勻速行駛，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行受力分析：

根據(jù)理論力學(xué)平衡條件，有平衡方程：

X方向靜力平衡：

Y方向靜力平衡：

以O(shè)點(diǎn)為對(duì)象力矩平衡：

由于是四驅(qū)，所以近似看

由上式可得：

式中：M1，M2——作用于驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩，N·mm；

M——總質(zhì)量，估算總質(zhì)量為4kg；

N——地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的法向反作用力，N；

f1，f2——地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的切向反作用力，N。

每側(cè)電機(jī)經(jīng)減速后在最大坡度情況下需要提供的極限扭矩是588N·mm，在仿生周轉(zhuǎn)的情況下，最大轉(zhuǎn)速n=60r/min，選擇電機(jī)的功率大約在P=T×n/9550=7.38W。

根據(jù)計(jì)算所得出的數(shù)據(jù)選用功率為10W的無(wú)刷直流電機(jī)。所設(shè)計(jì)的陸空兩柄偵查機(jī)器人的實(shí)物樣機(jī)如圖4所示。

3 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)了一種能夠完成仿生行走和輪子滾動(dòng)前進(jìn)相互轉(zhuǎn)換和飛行越障的偵查機(jī)器人。它由飛行部分和路面行進(jìn)兩部分組成，飛行部分利用8個(gè)無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳直接提供升力完成垂直起降以及高速飛行。陸行部分依據(jù)行星輪系和定軸輪系相互轉(zhuǎn)化的原理，以仿生輪式腿和普通輪子結(jié)合并相互轉(zhuǎn)換的方式來(lái)完成快速前進(jìn)和高效越障的任務(wù)。通過(guò)遠(yuǎn)程遙控的方式來(lái)完成多種環(huán)境、惡劣環(huán)境下的搜救搶險(xiǎn)及偵查任務(wù)。