● 摘要
自二零零一年以来，全球发生在城市区域内的恐怖袭击活动时有发生。城市地区高楼林立、管道纵横，大中型机器人因体积较大往往难以进入这些区域实施探测；由人完成侦察搜索则因视线死角多而容易出现伤亡，相比之下，抛掷机器人体积小、重量轻、结构坚固、方便携带，能够由其使用者投入可疑区域完成侦察监视作业，因此使用便捷。基于上述原因，抛掷机器人开始得到各国的重视。
目前国内外虽然已有多种抛掷机器人投入实验，但因缺乏统一的综合性指导原则，使得这些外形五花八门的机器人在体积、重量和防护全面性等方面各有不足。针对这些问题，本论文对抛掷型机器人的结构和各项性能进行了较全面的分析研究，并开发了一种具备变形能力的可抛掷机器人样机。论文主要研究内容包括：
第一，归纳了对抛掷机器人的设计原则。论文首先从减速、缓冲和减重三个方面对抛掷机器人的跌落缓冲技术路线进行分析，其次通过与球类和手雷相对比，确定了机器人便于使用者投掷的尺寸和重量指标，最后针对常见机器人构型，从容重比、防护全面性、跌落冲击性能以及运动稳定性等方面进行讨论，得出理想的抛掷机器人应采取变形设计的结论。
第二，研究了机器人结构的跌落冲击过程。论文通过理论分析和实验验证的方法，首先推导了机器人整体和轮轴各自的冲击加速度，而后基于两自由度模型振动模型，指出机器人内部结构的冲击加速度与机器人整体加速度基本相同。此外测量了作为机器人关键元件的微型直流减速电机在水平、竖直和圆周方向的脆值，指出了电机损坏的原因和相应的预防措施。
第三，分析了插接式电子元件引脚的应力。在对插接式元件建模计算的基础上，以7805电压转换芯片为例，利用ANSYS Workbench/Transient Dynamics动力学分析模块进行了有限元仿真，从而对理论分析进行验证和补充。
第四，设计了一种可抛掷变形侦察机器人样机。该样机在投掷阶段为球形，从而确保了全面的跌落防护性能；在着陆后，样机变为两轮机器人，具有较好的运动能力。机器人体积小、重量轻，其变形和运动仅通过内部的行走电机实现。此外在机器人有限的内部空间内还实现了对摄像头俯仰角度的调节，从而扩大了侦察视野。
第五，推导了可变形抛掷机器人缓冲球壳的冲击受力，并利用跌落试验台进行了初步验证；同时对实际使用的橡胶缓冲壳进行实验，总结了影响橡胶缓冲壳冲击加速度的因素。在此基础上，进行了机器人大高度垂直跌落抗冲击试验，在此过程中对机器人暴露的问题采取针对性措施，最终完成了9米高度的垂直跌落试验。
第六，研究了可变形抛掷型机器人样机的运动性能。针对两轮抛掷机器人运动所需的反弹式尾撑，以理论计算和仿真验证方式研究了尾撑对机器人平面滚动、爬坡和越障方面性能的影响。为克服反弹式尾撑的若干缺陷，提出了限位式尾撑设计，并以此为基础提出一种适用于两轮机器人的前撑装置。该装置能够在不妨碍机器人正常运动的情况下，克服两轮机器人在下坡、停车以及倒车过程中的翻倒问题。