李雨潭等：煤矿搜救机器人履带式行走机构性能评价体系 *1915* 越障能力、跨越壕沟能力、空间通过性、涉水能力、连续 空间通过性与底盘高度这2个参数十分易得，直 爬台阶能力、底盘离地高度等.但是并不是所有方面 接通过测量便可得出，因此不进行深入分析.越障能 均需要进行研究，如涉水能力实际上考验的是机器人 力和跨壕沟能力则需要根据机器人重心和履带形状进 的密封性，爬坡能力、越障能力以及连续爬台阶能力本 行计算得出，基于上述基本假设分别作5种行走机构 质上均是机器人的防倾覆能力.因此，从中选择相对 跨越壕沟和跨越障碍的示意图.其中机器人跨越壕沟 独立的，与行走机构自身密切相关的指标作为地形通 示意图如图2所示.此5种行走机构均是当重心恰好 过性的体现进行分析.故选择空间通过性、越障能力、 通过沟道的边缘线时开始发生倾翻，若此时机器人前 跨越壕沟能力和底盘高度对5种行走机构进行分析. 端部位恰好与沟道的另一边缘相切达到极限状态. (b) (e) 图25种行走机构跨越壕沟示意图.(a)普通型：(b)角度型：(c)单摆臂型：()双摆臂型：()W型 Fig.2 Crossing the moat of five walking mechanisms:(a)normal type:(b)angle type:(c)single-arm type:(d)double-arm type:(e)W type 根据图2的几何关系分别计算出各自最大的跨越 式中， 壕沟宽度 u=mn-受- La'sin（r/2-612+02） Rs 2 arcsin -arcsin 普通型： +R1 (1) L L L=√4+L-2L4Lcos(m/2-02+0e). 角度型： 4=停+)+ (2) 值得说明的是，由于存在摆臂，单摆臂型和双摆臂 型的重心应在半径为r的圆内变化，但由于机器人 单摆臂型： 摆臂的质量要远远小于机器人本体的质量，因此同 =告+R)+ R, (3) 样较小.为了简化计算，仍以重心位于机器人机体尺 寸（不含摆臂）各方向的中点处计算. 双摆臂型： 对于5种行走机构，均是当障碍边缘线的反向延 长线通过机器人重心时，达到临界状态.绘制机器人 =√（++R)）°+ (4) 跨越障碍示意图，如图3所示 W型： 根据相关几何关系，可以得出越障高度的表达式 普通型： R =sin (-05)"sin =（台+Rm号-ma小,o) (5) 角度型：李雨潭等: 煤矿搜救机器人履带式行走机构性能评价体系 越障能力、跨越壕沟能力、空间通过性、涉水能力、连续 爬台阶能力、底盘离地高度等． 但是并不是所有方面 均需要进行研究，如涉水能力实际上考验的是机器人 的密封性，爬坡能力、越障能力以及连续爬台阶能力本 质上均是机器人的防倾覆能力． 因此，从中选择相对 独立的，与行走机构自身密切相关的指标作为地形通 过性的体现进行分析． 故选择空间通过性、越障能力、 跨越壕沟能力和底盘高度对 5 种行走机构进行分析． 空间通过性与底盘高度这 2 个参数十分易得，直 接通过测量便可得出，因此不进行深入分析． 越障能 力和跨壕沟能力则需要根据机器人重心和履带形状进 行计算得出，基于上述基本假设分别作 5 种行走机构 跨越壕沟和跨越障碍的示意图． 其中机器人跨越壕沟 示意图如图 2 所示． 此 5 种行走机构均是当重心恰好 通过沟道的边缘线时开始发生倾翻，若此时机器人前 端部位恰好与沟道的另一边缘相切达到极限状态． 图 2 5 种行走机构跨越壕沟示意图． ( a) 普通型; ( b) 角度型; ( c) 单摆臂型; ( d) 双摆臂型; ( e) W 型 Fig． 2 Crossing the moat of five walking mechanisms: ( a) normal type; ( b) angle type; ( c) single-arm type; ( d) double-arm type; ( e) W type 根据图 2 的几何关系分别计算出各自最大的跨越 壕沟宽度． 普通型: l1 ( = L1 2 + Ｒ1 ) 2 槡 + Ｒ1， ( 1) 角度型: l2 ( = L2 2 + Ｒ2 ) 2 + H2 槡 21， ( 2) 单摆臂型: l3 ( = L31 2 + Ｒ3 ) 2 槡 + Ｒ2 3， ( 3) 双摆臂型: l4 ( = L41 2 + L42 + Ｒ4 ) 2 槡 + Ｒ2 4， ( 4) W 型: l5 = Ｒ5 sin ( π － θ51 － θ53 ) + Ｒ5 + l54 sin ( π － θ51 － θ53 ) ·sin θ52 ． ( 5) 式中， θ53 = π/2 － θ51 2 － arcsin L54·sin ( π/2 － θ51 /2 + θ52 ) L' － arcsin Ｒ5 L' ， L' = L2 54 + L2 52 － 2L54·L52·cos ( π/2 － θ51 槡 /2 + θ52 ) ． 值得说明的是，由于存在摆臂，单摆臂型和双摆臂 型的重心应在半径为 r 的圆内变化［11］，但由于机器人 摆臂的质量要远远小于机器人本体的质量，因此 r 同 样较小． 为了简化计算，仍以重心位于机器人机体尺 寸( 不含摆臂) 各方向的中点处计算． 对于 5 种行走机构，均是当障碍边缘线的反向延 长线通过机器人重心时，达到临界状态． 绘制机器人 跨越障碍示意图，如图 3 所示． 根据相关几何关系，可以得出越障高度的表达式． 普通型: h1 ( = L1 2 + Ｒ1 ·tan θ1 2 － H1 2 ·tan θ1 )·sin θ1， ( 6) 角度型: · 5191 ·