一种基于探索者增加轮式救援机器人支架稳定性的设计

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　　摘 要：悬挂系统是目前车辆必不可少的装置之一，它是车架和车轮之间的一些传力连接装置的总称，它可以传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，缓冲车辆在通过崎岖不平的路面的时候的抖动，衰减由此引起的震动，增加车辆通过的平稳性。
　　关键词：悬挂系统;平稳性
　　现今全球重大自然灾害频频发生，给人类的生命财产安全带来了严重的威胁。灾难发生后，一般会造成建筑物坍塌、道路损坏等，若灾难发生在偏远村庄，甚至会造成大范围人员受困受伤的情况。而机器人是自动执行工作的机器装置，可应用在这些复杂危险、恶劣、任务繁重的环境中，担负起抗灾救援的任务，为救援人员提供帮助，缓解人力劳动，提高救援效率。灾难过后的救援行动经大量实验和实践证明，如果我们采用移动机器人进行救援，那么就可以有效地提高救援+效率缩短救援时间，尽快进入灾区内部搜救这些幸存者并及时补给物资，大大缩减幸存人员被困时间。然而，复杂危险的灾后环境存在着极大的安全隐患，有些危险区域救援机器人无法携带物资进入或者搜救伤员，单靠现有的救援机器人的通过性虽然可以达到要求，但是他们的悬挂系统往往做的十分复杂，对于地形的要求局限性较大。
　　国内外现阶段有很多关于对移动机器人的设计和研究。其研究大致可以归纳为四种类型，分别为轮式机器人，履带式机器人，腿式机器人，复合式机器人。其装置一般由动力系统、传动系统、信息系统、底盘和救援执行机构组成。
　　现有的轮式机器人机动性能好、结构简单等，但是越障性能和稳定性比较差，我们根据轮式机器人的这一缺点对轮式机器人的改进设计，设计制作新式的轮式救援机器人支架，主要是增加六轮车的地形适应力，使其可以在复杂地段平稳通过，这种结构可以在一定程度上减轻灾后救援工作中劳动强度大、效率低下的问题。
　　1 研究内容
　　在我国灾后重建工作中，随着我国科技技术发展，现有的人工救援与工作环境恶劣形成鲜明矛盾。在传统的救援模式工作下，在灾后环境复杂恶劣，救援行动实施起来困难重重。目前已经设计研究了一款新式的轮式救援六轮车支架，可以在复杂的地形上面移动救援物资或者是转移伤员，做到辅助救援人员目的，甚至可以实施自主救援行为。
　　我们采用机器时代公司推出的“探索者”机械电子创新平台进行机器人的轮式救援机器人设计制作制作，该平台引用的的元素化设计和模块化设计，可以给学生以想象的空间，利用所学的机械专业相关知识，设计构思巧妙的机械装置，组成可以投入实际使用的轮式救援机器人。
　　在此基础上，我们改进了传统探索者六轮车的传动系统，将之前的直接连接传动换成了现在的悬挂连接传动，并且改进了车轮与车架之间的连接方式，令救援车能够获得更大的着地几率，增加车身的稳定性。
　　2 新“探索者”救援车传动机构模型说明
　　传动机构三维图如右图，所示，我们利用CATIA软件绘制该装置的三维图，各个零件之间的配合与作用均在右图下方表示。
　　（1）可转动铰链：车轮产生震动时，通过本装置与弹簧减震配合，吸收震动效果。（2）传动机构固定件：通过该装置达到固定传动零件的目的，使各个零件连接到一起。（3）避震弹簧：本装置种的主要零件，吸收震动，使车身更加平稳。（4）车轮固定件：与车身连接件固定车轮，令车轮不发生晃动。（5）车轮：特制车轮增加了车轮的耐磨性和摩擦力，使用寿命更长，韧性更高。
　　3 新“探索者”救援车传动装置设计
　　传统探索者机器人的橡胶轮胎支架虽然在平面上的稳定性十分好，但是对于灾后救援机器人来说，在复杂地面上的稳定性才是我们需要更加注重过的。我们通过现有“探索者”钣金零件进行安装设计，在现有的基础上进行改装优化。
　　由于之前的传统连接方式在通过崎岖不平的路面时会造成车身的剧烈颠簸，对救援车的零件有很大的损伤，车身也很不平稳，甚至会产生翻车的现象，对救援过程造成了很不利的影响。我们改进之后的救援车的悬挂装置如图1所示。增加了悬挂系统之后，在车子通过不平稳路面时，庄之内的弹簧会吸收轮子产生的震动，进而衰弱路面带来的颠簸，使车身在通过时获得更大的平稳性。
　　当救援车进入崎岖不平的路面时，车轮首先发生上下的抖动，带动（4）装置发生震动，由于在零件（4）上面首先连接了一个弹簧，这时弹簧会吸收掉大部分的震动，并且由于（1）处为可转动铰链连接，零件之间可以相互转动，配合弹簧也可以抵挡一部分震動，这样就会将车轮的绝大部分震动逐渐的衰减为一个对救援车影响很小的范围。
　　4 新“探索者”救援车工作环境分析
　　在灾后，常见的地形存在着障碍、沟渠、阶梯障碍等，构建了一个灾后救援的路况，把传统的轮结构改为四轮独立悬挂设计，将支架其中一条臂更改成拥有较大强度的弹簧装置，这样在通过复杂的地形的时候可以增加轮与地面的接触的几率。增加在通过复杂地形的新式橡胶轮子摩擦力，使它们在任何时候都有足够的与地面接触的面积。现在我们通过整体简化，将模型放到Ansys软件中进行动力学仿真。发现我们的装置能够适应绝大多数的地形障碍，车身所发生的颠簸在设计允许的范围内，对于绝大多数的不规则路面都能以一个相对平稳的姿态顺利通过，满足我们的设计要求。
　　作者简介：刘瀚仁（1999-），男，汉族，吉林四平人，本科，研究方向：机械。
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