·1920. 工程科学学报，第39卷，第12期 表9行走机构最终权重及优选方案 处，和内部电气元件的布置有一定的关系，但由于机器 Table 9 Final weight of the walking mechanisms and the preferred 人的主体结构对称，按照所做的假设进行计算是合理 scheme 的.还比如，在分析双摆臂行走机构跨越壕沟时，当前 行走机构 权重 排序 后摆臂与机器人机体平行时达到最大的壕沟宽度，此 普通型 0.250 3 时对摆臂电机的扭矩要求很大，能否满足此力学条件 角度型 0.255 1 还需实际选型计算.因此，在理想状况下计算出的双 单摆臂型 0.143 摆臂型行走机构的行走能力要优于或等于实际情况. 双摆臂型 0.140 但是，从理论计算角度，需要找到每种行走机构的最优 W型 0.211 行走能力进行比较，因此只考虑行走机构的运动学进 首先满足煤矿安标要求，能够被允许进入井下进行实 行分析计算也是合理的.因此，可以得出结论，整个评 际应用，而不是过多的追求优越的越障性能.因此，评 价过程是合理可信的 价结果与当前的设计思路是相符的. 2.4评价结果应用 对于整个评价过程，结论的得出是基于某些假设 针对所得到的优选结果，在角度型行走机构基础 的，如假设“重心位于各方向最大尺寸的中点处”，这 上进行了进一步的优化，在支撑轮上增加了弹簧减震 是为了便于对机器人的越障性能以及跨越壕沟性能进 系统，组成了行走机构的悬挂系统，并基于此设计了 行定量分析以及行走机构相互间的比较.实际上，机 CUMT-V型煤矿搜救机器人行走机构.图5所示为 器人的重心并不是绝对位于各方向最大尺寸的中点 CUMT-V型煤矿搜救机器人以及行走机构越障示意图. 77777777777777777777 77777777777777777777 (a) b 图5CUMT-V型煤矿搜救机器人以及行走机构越障示意图.(a)样机：(b)越障图 Fig.5 CUMT-V coal mine rescue robot and an obstacle diagram showing the walking mechanism:(a)prototype:(b)obstacle diagram 此种履带行走机构继承了角度型行走机构与W (3)优化了角度型行走机构，并将之应用在 型行走机构的双重优点，在机器人正常行驶时，机器人 CUMT一V型履带式煤矿救援机器人的设计之中 下部的履带均与地面接触，接地比压小，而当机器人跨 (4)由于煤矿是一个封闭空间，且灾后地形条件 越障碍时，因为避震弹簧的作用，障碍物上方支撑轮的 极差、通讯困难，同时存在甲烷等爆炸性气体，因此从 弹簧被压缩，此时履带形成了W型，有利于机器人重 各方面考虑，履带式行走机构更加适用于煤矿井下，这 心前倾，顺利跨越障碍.同时，避震系统的增加还可减 也是本文对现有不同履带式行走机构进行评价的原 少震动对机器人电子器件的冲击，起到保护作用. 因.但是，由于防爆、电池等现有技术条件的限制，履 3结论 带行走机构通常会设计的十分笨重，这就导致机器人 体积较大、续航较短，无法通过一些狭小的空间，也无 (1)对5种常见的煤矿搜救机器人履带式行走机 法长时间工作.若未来突破现有防爆技术手段、电池 构性进行对比分析，提出了行走能力、防爆难易、操控 瓶颈，履带式行走机构乃至整个机器人的小型化、便携 性以及可靠性四个评价指标，并建立了求解5种行走 化将是其发展趋势.届时，煤矿搜救机器人将得到更 机构四个指标各项性能参数的数学模型，进行了赋值 大的发展 运算. (2)基于ANP评价方法建立了煤矿搜救机器人履 参考文献 带式行走机构性能评价体系，依据所得到的行走机构 [Klarer P R.Recent developments in the robotic all terrain lunar 各项性能值以及专家打分结果，对行走机构性能进行 exploration rover (RATLER)program//Robotics for Challenging 评价，得出角度型行走机构最适宜煤矿搜救机器人的 Enrironments.Reston:ASCE,1993:202 结论. 2]Morris A,Ferguson D,Omohundro Z,et al.Recent developments工程科学学报，第 39 卷，第 12 期 表 9 行走机构最终权重及优选方案 Table 9 Final weight of the walking mechanisms and the preferred scheme 行走机构 权重 排序 普通型 0. 250 2 角度型 0. 255 1 单摆臂型 0. 143 4 双摆臂型 0. 140 5 W 型 0. 211 3 首先满足煤矿安标要求，能够被允许进入井下进行实 际应用，而不是过多的追求优越的越障性能． 因此，评 价结果与当前的设计思路是相符的． 对于整个评价过程，结论的得出是基于某些假设 的，如假设“重心位于各方向最大尺寸的中点处”，这 是为了便于对机器人的越障性能以及跨越壕沟性能进 行定量分析以及行走机构相互间的比较． 实际上，机 器人的重心并不是绝对位于各方向最大尺寸的中点 处，和内部电气元件的布置有一定的关系，但由于机器 人的主体结构对称，按照所做的假设进行计算是合理 的． 还比如，在分析双摆臂行走机构跨越壕沟时，当前 后摆臂与机器人机体平行时达到最大的壕沟宽度，此 时对摆臂电机的扭矩要求很大，能否满足此力学条件 还需实际选型计算． 因此，在理想状况下计算出的双 摆臂型行走机构的行走能力要优于或等于实际情况． 但是，从理论计算角度，需要找到每种行走机构的最优 行走能力进行比较，因此只考虑行走机构的运动学进 行分析计算也是合理的． 因此，可以得出结论，整个评 价过程是合理可信的． 2. 4 评价结果应用 针对所得到的优选结果，在角度型行走机构基础 上进行了进一步的优化，在支撑轮上增加了弹簧减震 系统，组成了行走机构的悬挂系统，并基于此设计了 CUMT--V 型煤矿搜救机器人行走机构． 图 5 所示为 CUMT--V 型煤矿搜救机器人以及行走机构越障示意图． 图 5 CUMT--V 型煤矿搜救机器人以及行走机构越障示意图． ( a) 样机; ( b) 越障图 Fig． 5 CUMT--V coal mine rescue robot and an obstacle diagram showing the walking mechanism: ( a) prototype; ( b) obstacle diagram 此种履带行走机构继承了角度型行走机构与 W 型行走机构的双重优点，在机器人正常行驶时，机器人 下部的履带均与地面接触，接地比压小，而当机器人跨 越障碍时，因为避震弹簧的作用，障碍物上方支撑轮的 弹簧被压缩，此时履带形成了 W 型，有利于机器人重 心前倾，顺利跨越障碍． 同时，避震系统的增加还可减 少震动对机器人电子器件的冲击，起到保护作用． 3 结论 ( 1) 对 5 种常见的煤矿搜救机器人履带式行走机 构性进行对比分析，提出了行走能力、防爆难易、操控 性以及可靠性四个评价指标，并建立了求解 5 种行走 机构四个指标各项性能参数的数学模型，进行了赋值 运算． ( 2) 基于 ANP 评价方法建立了煤矿搜救机器人履 带式行走机构性能评价体系，依据所得到的行走机构 各项性能值以及专家打分结果，对行走机构性能进行 评价，得出角度型行走机构最适宜煤矿搜救机器人的 结论． ( 3 ) 优 化 了 角 度 型 行 走 机 构，并 将 之 应 用 在 CUMT--V 型履带式煤矿救援机器人的设计之中． ( 4) 由于煤矿是一个封闭空间，且灾后地形条件 极差、通讯困难，同时存在甲烷等爆炸性气体，因此从 各方面考虑，履带式行走机构更加适用于煤矿井下，这 也是本文对现有不同履带式行走机构进行评价的原 因． 但是，由于防爆、电池等现有技术条件的限制，履 带行走机构通常会设计的十分笨重，这就导致机器人 体积较大、续航较短，无法通过一些狭小的空间，也无 法长时间工作． 若未来突破现有防爆技术手段、电池 瓶颈，履带式行走机构乃至整个机器人的小型化、便携 化将是其发展趋势． 届时，煤矿搜救机器人将得到更 大的发展． 参 考 文 献 ［1］ Klarer P Ｒ． Ｒecent developments in the robotic all terrain lunar exploration rover ( ＲATLEＲ) program / / Ｒobotics for Challenging Environments． Ｒeston: ASCE，1993: 202 ［2］ Morris A，Ferguson D，Omohundro Z，et al． Ｒecent developments · 0291 ·