无人地面车辆(UGV)具有机动性和适应性好、越障能力强、可在极端环境下执行任务及高度智能化等优点,在军事及民用领域有广泛应用。无人地面车辆的驱动结构形式多样,主要分为轮式、腿式和轮/腿混合式、履带式、轮/履混合式、轮/履/腿混合式。轮腿复合式结构既有轮式的高机动性又有腿式的良好越障性能,对复杂地形有良好适应能力且承载能力强,能很好完成特定任务,具有重要的研究意义。但目前轮腿复合式UGV多为转动式摆臂,通过在摆臂上端铰接点处直接安装驱动电机来控制,在铰接点处的载荷较大,且车轮驱动电机的动力传递路线较长,动力在传递过程中易损失,其在承载能力、适应性、载荷分布和稳定性等方面仍存在许多问题。本论文基于目前轮腿式结构的不足,同时考虑复杂环境对UGV的重要需求,结合UGV平面运动学、转向运动学及动力学与机构学理论基础,提出并研制了一款新型轮腿复合式全轮驱动且具有一定越障能力、机械传动稳定性及适应性好的UGV。该UGV摆臂为移动式摆臂,结构简单,同时具有6轮6腿且左右对称,轮腿均采用模块化设计,前后轮腿间可实现互换,驱动电机通过齿轮齿条带动摆臂运动,使轮腿上端铰接点可移动同时载荷分布更合理。围绕该UGV的摆臂机构参数设计、运动学和动力学分析、控制系统设计及无线遥控控制等进行研究,为UGV后续进行运动控制器的设计和自主导航等相关研究提供基础和理论依据。本论文的主要研究内容如下:(1)对UGV进行总体机构方案设计,使其能够满足跨越一定高度的障碍物要求;合理布置车架内部的摆臂电机、电机支座、驱动器、蓄电池和控制板等,使车体前后质量分配均匀,对相应的电机及其减速器、驱动器、机械传动各组成零部件进行选型并完成装配。轮腿系统采用模块化设计,拆装、维修方便,且相同轮腿间可相互替换。(2)建立该UGV受力分析模型,进行平面运动学和转向动力学分析,得到其运动学和动力学方程。针对垂直障碍和壕沟等典型障碍,进行越障过程中的动作规划。通过ADAMS软件对其进行平坦地面直线行驶、通过垂直障碍和壕沟、转向行驶及通过斜坡等行驶性能仿真分析,仿真结果证明了结构设计正确及可行。同时,有无悬架系统仿真分析对比表明:有悬架系统的UGV能明显缓冲来自地面的冲击且保持车身的稳定。(3)对该UGV电机控制系统进行设计,驱动电机和摆臂电机实现闭环伺服控制。本无人地面车辆有六个轮腿系统,各运动系统相互协调,驱动单元间实现实时通信,对驱动电机使用速度伺服控制,摆臂电机使用位置伺服控制。控制系统设计包括:电机控制策略设计。(4)基于所研制的样机,对该UGV进行调试与试验研究,对通过垂直障碍和壕沟的越障动作进行实验,验证越障动作规划的可行性与正确性及对复杂地形的良好适应能力。