移动机器人是机器人领域的发展热点,近年来发展迅猛。它能够进入恶劣的环境中,完成很多仅靠人无法完成的任务,在诸如灾后救援、航天及地下科考、核设施检测、侦察排爆等作业中,发挥着重要作用。

这类机器人的特点是工作空间复杂,需要其移动机构具有很好的环境适应能力。结构合理的移动机构是确保机器人适应能力的关键。目前,这类机器人主要有轮式、腿式和履带式三种移动机构。这三种机构各有所长,也各有所短。轮式速度快,但地形适应能力差; 腿式灵活机动,但速度慢且不易控制; 履带式越障能力强,但能耗大且转向困难。

相比之下,具有复合移动机构的移动机器人更符合复杂地形的要求。典型代表有: 美国喷射推进实验室的Rocky系列机器人; iRobot公司的机器人PackBot; 赫尔辛基大学的轮腿式机器人Hybtor; 瑞士联邦学院的轮腿式机器人Shrimp; 加拿大谢布鲁克大学的机器人AZIMUT; 哈尔滨工业大学的复合运动模式四足机器人; 北京理工大学的轮履腿式移动机器人; 中科院沈阳自动化所的“灵蜥”反恐机器人等。

轮履式机器人是复合机器人的一种,它将轮式和履带式移动机器人的运动特点结合起来,增强其环境适应能力。具有代表性的有: 1中科院沈阳自动化所的轮—履复合变形移动机器人。该机器人的履带可以在电机驱动作用下实现轮式和履带式两种运动模式的转换。不过,机器人在轮式运动时,仍需履带动力的配合; 2南京航空航天大学的轮履复合式机器人。其车轮和履带始终同时着地,不能实现轮式和履带式两种运动模式的转换,无法把轮式的高速特性和履带式越障能力强的优点充分发挥出来; 3江苏大学的轮履组合式环保机器人。这种机器人可以实现轮、履两种运动模式的转换,不过在履带式运动模式中车轮毫无用处,造成资源浪费。

文中研究了当前复合式移动机器人的一些研究成果,结合变胞机构理论,提出了一种新型轮履复合式机器人的结构。它可以根据不同探测环境,适时地改变运动模式,用车轮保证高速远距离运动,而用履带来满足复杂地形的适应问题,也可以轮履并用一起越障。