● 摘要
被动移动越障机器人以传感器和驱动器少，控制系统简单而被广泛应用于各种复杂多变的地形。因此，机器人需要具有很好的地形适应性能，归纳起来即：几何通过性能、越障性能、抗倾覆性、平稳性、牵引控制特性和能耗特性等。其中几何通过性、越障性能、行驶平稳性在相当程度上有赖于移动机器人机械本体的设计。论文重点从机构设计的角度探讨改善移动机器人越障性能、平稳性的途径，具体研究内容如下：
一、论文从力学和运动学的角度对机器人越障机理进行了深入的研究。通过分析越障过程中车轮相对于悬架的瞬时转心的位置，将机器人车轮的越障模式分为两种。运用准静力学的方法对两种越障模式的越障能力进行了分析，阐述了不同的机器人机构对越障能力的影响。并提出了一种构型综合的设计方法：首先，将机器人视为由悬架和悬架连接件两类子构型组合而成的多体系统。应用图论理论、虚约束理论对悬架进行了杆件分类和杆件组合，得到了多种悬架结构。然后，分析了杆件与车轮的关系，对悬架连接物进行了分类，确定了9种有效的悬架连接物组合形式。最后，利用排列组合的方法，将悬架系统和悬架连接件进行了组合，得到了多种新的机器人结构，且进行了同构分析。
二、运用adams软件对构型综合所得到的结构进行了仿真对比实验，筛选出了几种具有较好越障性能的机器人结构；并基于准静力学理论，对机器人结构进行了尺寸优化设计，最终确定了两款具有虚拟转心的新结构。越障过程中，越障车轮的转心位置对越障能力有决定性的影响，而实际转心机构的转心通常设置在悬架上，这使得几何通过性和车轮越障能力相互影响，最终导致了整车的越障能力很难达到最佳状态。适当的引入虚拟转心机构，合理的设计转心轨迹可以有效地对此进行改善。
三、设计并制作了三种移动越障机器人样机，其中，两种为引入了虚拟转心的新结构，一种为传统的摇臂转向架结构。对设计的机器人进行了性能测试对照实验，测试了机器人对各种障碍物的自适应能力。实验结果表明，两款新结构具有更好的越障性能和几何通过性。
四、对未来机器人的发展方向进行了展望，提出了一种刚柔并济的设计思想，并进行了大行程柔性铰链的性能测试。