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小型轮履变结构移动机器人设计及越障分析
小型轮履变结构移动机器人设计及越障分析
摘要：
本文设计了一种小型轮履变结构移动机器人，并且进行了越障分析。该机器人采用轮履变结构，可以实现更灵活的机动性，适应更复杂的环境。文中首先介绍了机器人的总体结构，包括底盘、轮履、传动系统、控制系统等模块。然后详细介绍了机器人的越障分析方法，包括传感器检测、障碍判断、路径规划等步骤。最后，对机器人进行了实验，验证了设计的有效性和越障分析算法的可行性。
关键词：小型轮履变结构移动机器人，越障分析，路径规划，传感器检测
一、引言
移动机器人是近年来研究的热点之一，其应用范围包括环境监测、物品搬运、消防救援、探测等领域。对于移动机器人的设计，其机动性和越障能力显得尤为重要。小型轮履变结构移动机器人可以通过在不同地形中切换轮式和履带设计方式来实现更灵活的机动性，能够在复杂地形条件下高效运作。因此，本文设计了一款小型轮履变结构移动机器人，并就该机器人的越障能力进行了研究。
二、总体设计
1.底盘结构
机器人底盘结构采用简易型设计，由底盘板、电机支架、底盘角连接件等模块组成。底盘板材料为高强度航空铝合金，重量轻且结构坚固。电机支架由机架和电机安装座组成，将电机牢固地固定在底盘上。
2.轮履结构
机器人采用轮履变结构，根据不同地形场景，切换轮式和履带设计方式，以增加机器人的机动性。轮履结构包括6个自由度的足端连接器、驱动系统和转向系统。足端连接器利用弹性杆将轮履与底盘连接，增加了机器人的机动性和稳定性。
3.传动系统
机器人采用两个电机和直流减速电机作为驱动系统，通过链传动，驱动机器人的运动。转向系统利用两个舵轮和足端连接器实现，机器人的移动方向可以通过转向系统进行控制。
4.控制系统
机器人控制系统由STM32F4主控板、遥控器、IMU等模块组成。主控板的任务是接收遥控器信号、传感器信号和其他控制模块的输入信号，并将其转化为机器人的运动指令。IMU模块可以提供机器人的姿态角度、角速度等信息，用于路径规划和稳定控制。
三、越障分析
机器人的越障分析目标是实现机器人在复杂地形中的自主导航和越障。越障分析过程由两个主要组成部分组成：地图构建和路径规划。
1.地图构建
地图构建通过采集机器人所处的环境信息，并将其用于机器人的路径规划。采集环境信息的传感器包括摄像头、距离传感器等。
2.路径规划
路径规划是算法设计的重要组成部分，其目的是在机器人的运动轨迹上寻找最优路径。路径规划算法包括启发式算法、无人车算法、A*算法等。在越障过程中，机器人的路径必须具有可行性，并且考虑到环境中的障碍物。
四、实验和结果
本文实现了一种小型轮履变结构移动机器人，并验证了其提高的机动性和越障能力。机器人通过路径规划，安全地越过复杂地形上的障碍，证明了其越障能力的有效性。
五、结论
本文设计的小型轮履变结构移动机器人，提高了机器人在复杂地形中的运动灵活性和越障能力，实现了对机器人设计的完整控制。未来的研究可将其推广应用于环境监测、物品搬运、消防救援、探险等领域。