为了提高轮式机器人的越障能力、改善机器人平地运动的平稳性,设计了柔性轮-爪变形机构及机器人运动模式转换传动方案。详细介绍了变形轮的变形原理,并对变形轮的变形过程进行了运动学分析以及Adams运动学仿真,仿真结果与理论结果基本一致。通过理论与仿真相互验证,确定了准确的舵机脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)波控制范围的设置。为验证所提出方案的可行性,以变形轮半径80 mm为例,通过Adams虚拟样机仿真及样机平台实验,验证了所提出变形轮的越障能力。结果表明,在平地运动时,机器人采用柔性结构具有更强的平稳性。

对一种基于大轮摆动的履带变构式轮履复合爬楼轮椅的爬楼平稳性进行分析。针对均匀楼梯上的爬楼过程进行数学建模,分析在爬楼过程中爬楼轮椅和人体整体的重心相对支撑台阶沿的位置关系,得出了满足平稳性要求的参数关系式,并给出了平稳性裕度的概念和计算方法,计算出常见楼梯范围内前平稳性裕度以及后平稳性裕度的最小值。针对某一台阶突高、突低、突宽或突窄四种形式的不均匀楼梯上的爬楼过程分别进行建模分析,得出了满足非均匀楼梯爬楼最平稳的平稳性要求的参数关系式,给出了验证某一楼梯参数能否满足非均匀楼梯平稳性要求的方法。进行了样机试验,进一步验证了该爬楼轮椅在常见台阶尺寸楼梯上的平稳性和非均匀楼梯上平稳性的预判方法可行。