轮式机器人:创新设计与实验研究

轮子是人类的一项伟大发明,轮式移动系统为人类的生产和生活带来了极大便利,机器人采用轮式移动系统是一个十分重要的发展方向。为克服普通轮子对复杂地形适应性不足的问题,研究者们在轮子与行驶表面的吸附方式、轮子自身的几何形态、行驶过程中的转向方式等方面进行了探索。在轮子将滑动摩擦转变为滚动摩擦这一移动机理的基础上,针对崎岖地形翻越、垂立壁面爬升、地面全向移动等场景要求,该文提出了三模式变形轮、磁吸附轮、变参数全向轮等3类新型轮子结构,及其相应的轮式移动结构;通过连杆机构实现了三模式变形轮在圆轮模式、爪模式、勾模式之间的切换和机器人的双向越障;通过磁吸附轮结构和被动三自由度悬架,使全部轮子始终贴合壁面,实现了机器人的壁面行驶;通过空间机构调节辊子安装角参数,使轮子摩擦力方向受控,保障了机器人的全向行驶;通过样机搭建和实验研究,验证了该文所提创新设计的可行性。