反恐防暴机器人机构研究与分析

当今世界和平与发展是主题，但是危害人民生命财产安全的恶性事件时有发生。特别是2001年美国“9•11”事件后，国际社会恐怖活动更是愈演愈烈。为了满足打击恐怖分子、消除恐怖活动以及保障社会稳定的需要，世界上许多国家相继开发研制了用于反恐战争的机器人。在国内，政府也逐渐加大了反恐防暴的力度，特别是2008年北京奥运会，2010年上海世博会，安全是一项重要的工作，这就迫切需要我国公安和武警部门必须拥有一批能够执行侦查、排除或销毁爆炸物的高技术警用装备，反恐防暴机器人就是其中之一。 反恐防暴机器人属于地面移动机器人中的一种，是集计算机、传感器、驱动、远程通信以及武器控制等技术所构成的高技术产品。它可应用于核工业、军事、燃化、铁路、公安、武警等部门，代替人在危险、恶劣、有害环境中执行探查、排除或销毁爆炸物、抢救人质以及与恐怖分子对抗等任务。 本文主要对沈阳自动化研究所研制的“灵蜥-HW”反恐防暴机器人进行相关的研究与分析。为了研究的方便，把“灵蜥-HW”机器人分成两部分分别进行研究：一部分是采用轮-腿-履带复合移动机构的移动载体，另一部分是固接在移动载体上的5自由度的机械手。本文首先对机械手与移动载体分别进行了运动学建模，并在对机械手运动学建模的基础上，分析了机械手的最大理想工作空间，从而验证了“灵蜥-HW”机器人机械手设计的合理性。其次，对机器人跨越台阶、斜坡、壕沟障碍的越障方式进行了分析；建立了机器人采用腿-履带复合越障方式跨越台阶障碍过程的动力学模型以及机器人自撑起的动力学模型，并分析了电机驱动力矩与机器人速度、障碍物高度以及地面摩擦力之间的关系，为确定机器人在复杂地面环境的适应能力提供了理论依据。最后，采用有限元方法，对机械手以及移动载体的关键零部件进行了分析，确定了各部分的安全系数分布情况，为以后对机器人进行结构优化设计奠定了基础。