轮腿可变搜救机器人是移动机器人领域的一个重要研究方向,它能够很好适应搜救机器人工作区域的复杂地形环境,从而代替搜救人员进入到危险狭小的区域内进行搜寻伤员、灾情检测等工作,具有广阔的应用前景。本文密切结合搜救机器人实际需求和运动平台发展趋势,设计出一种兼具轮式运动平台的高机动性与弧腿式运动平台的高地形自适应能力的轮腿可变搜救机器人。主要研究内容包括结构设计、参数优化、运动学仿真与有限元分析等。本文取得的主要研究成果如下:(1)通过研究弧腿模式下轮辐数目与运动性能之间的关系(驱动力、驱动力矩、越障高度、质心波动),确定轮辐数目为3;面向搜救机器人工作需求,从自然界中具有卓越运动能力的生物的运动机理中得到启发,基于平面四连杆运动机理,本文设计出一种可以在轮式结构与腿式结构之间自由变换的可重构车轮;运用图像几何学方法,以台阶为目标障碍物,研究可重构车轮结构参数之间内在规律,从而在轮式结构半径不变的前提下,得到了最大展开半径(为轮式结构半径的两倍);针对可重构车轮结构特点设计出一种以电磁离合器为主体的运动模式变换结构,其通过控制内辐条与外辐条的相对运动状态,从而达到控制车轮自由切换结构的目的;最后,基于总体设计要求完成轮腿可变搜救机器人的整体设计方案。所设计的运动平台既可以在平坦地面以轮式模式高速运动,也可以变换成弧腿模式快速通过崎岖不平的区域,具有较高的理论意义与实际应用价值。(2)根据四个车轮的不同运动状态,对轮腿进行分组。通过重心投影法分析轮腿可变搜救机器人在平地、斜坡与侧斜坡的稳定性,并建立机器人的运动学模型,分析机器人的越障过程,得到轮腿可变搜救机器人可以稳定运动的最大斜坡坡度与越障高度。(3)在Solid Works软件中绘制轮腿可变搜救机器人仿真模型,并根据搜救机器人工作环境特点绘制出目标障碍模型;将模型导入到ADAMS软件中,验证了模式变换机构设计的可行性,验证了搜救机器人具有良好的越障能力、复杂地形自适应能力、转向性能等;此外,通过对搜救机器人不同相位差下(0°、15°、30°、45°、60°)运动性能进行仿真,结果表明当相位差为0°时,质心波动的幅度最大(约为75mm)且速度最慢,随着相位差的不断增加,质心波动的幅度逐渐减小但速度逐渐加快,当相位差为60°时,质心波动幅度最小约为25mm且前进速度最大。(4)在Solid Works软件中绘制可重构车轮简化模型并导入到ABAQUS软件中,通过更改车轮材质和局部减材等操作,对可重构车轮进行轻量化设计。最终结果表明,当可重构车轮的材质为钢时,无论是否对车轮进行减材处理,均能符合强度要求,若材质采用铝合金则不能很好的满足强度要求。