劉瀚仁 張龍剛 馬蘭蘭 李聰

摘?要：懸掛系統(tǒng)是目前車(chē)輛必不可少的裝置之一，它是車(chē)架和車(chē)輪之間的一些傳力連接裝置的總稱(chēng)，它可以傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架之間的力和力矩，緩沖車(chē)輛在通過(guò)崎嶇不平的路面的時(shí)候的抖動(dòng)，衰減由此引起的震動(dòng)，增加車(chē)輛通過(guò)的平穩(wěn)性。

關(guān)鍵詞：懸掛系統(tǒng);平穩(wěn)性

現(xiàn)今全球重大自然災(zāi)害頻頻發(fā)生，給人類(lèi)的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。災(zāi)難發(fā)生后，一般會(huì)造成建筑物坍塌、道路損壞等，若災(zāi)難發(fā)生在偏遠(yuǎn)村莊，甚至?xí)斐纱蠓秶藛T受困受傷的情況。而機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，可應(yīng)用在這些復(fù)雜危險(xiǎn)、惡劣、任務(wù)繁重的環(huán)境中，擔(dān)負(fù)起抗災(zāi)救援的任務(wù)，為救援人員提供幫助，緩解人力勞動(dòng)，提高救援效率。災(zāi)難過(guò)后的救援行動(dòng)經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明，如果我們采用移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行救援，那么就可以有效地提高救援+效率縮短救援時(shí)間，盡快進(jìn)入災(zāi)區(qū)內(nèi)部搜救這些幸存者并及時(shí)補(bǔ)給物資，大大縮減幸存人員被困時(shí)間。然而，復(fù)雜危險(xiǎn)的災(zāi)后環(huán)境存在著極大的安全隱患，有些危險(xiǎn)區(qū)域救援機(jī)器人無(wú)法攜帶物資進(jìn)入或者搜救傷員，單靠現(xiàn)有的救援機(jī)器人的通過(guò)性雖然可以達(dá)到要求，但是他們的懸掛系統(tǒng)往往做的十分復(fù)雜，對(duì)于地形的要求局限性較大。

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)階段有很多關(guān)于對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)和研究。其研究大致可以歸納為四種類(lèi)型，分別為輪式機(jī)器人，履帶式機(jī)器人，腿式機(jī)器人，復(fù)合式機(jī)器人。其裝置一般由動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、底盤(pán)和救援執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。

現(xiàn)有的輪式機(jī)器人機(jī)動(dòng)性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等，但是越障性能和穩(wěn)定性比較差，我們根據(jù)輪式機(jī)器人的這一缺點(diǎn)對(duì)輪式機(jī)器人的改進(jìn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)制作新式的輪式救援機(jī)器人支架，主要是增加六輪車(chē)的地形適應(yīng)力，使其可以在復(fù)雜地段平穩(wěn)通過(guò)，這種結(jié)構(gòu)可以在一定程度上減輕災(zāi)后救援工作中勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低下的問(wèn)題。

1 研究?jī)?nèi)容

在我國(guó)災(zāi)后重建工作中，隨著我國(guó)科技技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)有的人工救援與工作環(huán)境惡劣形成鮮明矛盾。在傳統(tǒng)的救援模式工作下，在災(zāi)后環(huán)境復(fù)雜惡劣，救援行動(dòng)實(shí)施起來(lái)困難重重。目前已經(jīng)設(shè)計(jì)研究了一款新式的輪式救援六輪車(chē)支架，可以在復(fù)雜的地形上面移動(dòng)救援物資或者是轉(zhuǎn)移傷員，做到輔助救援人員目的，甚至可以實(shí)施自主救援行為。

我們采用機(jī)器時(shí)代公司推出的“探索者”機(jī)械電子創(chuàng)新平臺(tái)進(jìn)行機(jī)器人的輪式救援機(jī)器人設(shè)計(jì)制作制作，該平臺(tái)引用的的元素化設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)，可以給學(xué)生以想象的空間，利用所學(xué)的機(jī)械專(zhuān)業(yè)相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)構(gòu)思巧妙的機(jī)械裝置，組成可以投入實(shí)際使用的輪式救援機(jī)器人。

在此基礎(chǔ)上，我們改進(jìn)了傳統(tǒng)探索者六輪車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)，將之前的直接連接傳動(dòng)換成了現(xiàn)在的懸掛連接傳動(dòng)，并且改進(jìn)了車(chē)輪與車(chē)架之間的連接方式，令救援車(chē)能夠獲得更大的著地幾率，增加車(chē)身的穩(wěn)定性。

2 新“探索者”救援車(chē)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型說(shuō)明

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三維圖如右圖，所示，我們利用CATIA軟件繪制該裝置的三維圖，各個(gè)零件之間的配合與作用均在右圖下方表示。

（1）可轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈：車(chē)輪產(chǎn)生震動(dòng)時(shí)，通過(guò)本裝置與彈簧減震配合，吸收震動(dòng)效果。（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)固定件：通過(guò)該裝置達(dá)到固定傳動(dòng)零件的目的，使各個(gè)零件連接到一起。（3）避震彈簧：本裝置種的主要零件，吸收震動(dòng)，使車(chē)身更加平穩(wěn)。（4）車(chē)輪固定件：與車(chē)身連接件固定車(chē)輪，令車(chē)輪不發(fā)生晃動(dòng)。（5）車(chē)輪：特制車(chē)輪增加了車(chē)輪的耐磨性和摩擦力，使用壽命更長(zhǎng)，韌性更高。

3 新“探索者”救援車(chē)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)探索者機(jī)器人的橡膠輪胎支架雖然在平面上的穩(wěn)定性十分好，但是對(duì)于災(zāi)后救援機(jī)器人來(lái)說(shuō)，在復(fù)雜地面上的穩(wěn)定性才是我們需要更加注重過(guò)的。我們通過(guò)現(xiàn)有“探索者”鈑金零件進(jìn)行安裝設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝優(yōu)化。

由于之前的傳統(tǒng)連接方式在通過(guò)崎嶇不平的路面時(shí)會(huì)造成車(chē)身的劇烈顛簸，對(duì)救援車(chē)的零件有很大的損傷，車(chē)身也很不平穩(wěn)，甚至?xí)a(chǎn)生翻車(chē)的現(xiàn)象，對(duì)救援過(guò)程造成了很不利的影響。我們改進(jìn)之后的救援車(chē)的懸掛裝置如圖1所示。增加了懸掛系統(tǒng)之后，在車(chē)子通過(guò)不平穩(wěn)路面時(shí)，莊之內(nèi)的彈簧會(huì)吸收輪子產(chǎn)生的震動(dòng)，進(jìn)而衰弱路面帶來(lái)的顛簸，使車(chē)身在通過(guò)時(shí)獲得更大的平穩(wěn)性。

當(dāng)救援車(chē)進(jìn)入崎嶇不平的路面時(shí)，車(chē)輪首先發(fā)生上下的抖動(dòng)，帶動(dòng)（4）裝置發(fā)生震動(dòng)，由于在零件（4）上面首先連接了一個(gè)彈簧，這時(shí)彈簧會(huì)吸收掉大部分的震動(dòng)，并且由于（1）處為可轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接，零件之間可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)，配合彈簧也可以抵擋一部分震動(dòng)，這樣就會(huì)將車(chē)輪的絕大部分震動(dòng)逐漸的衰減為一個(gè)對(duì)救援車(chē)影響很小的范圍。

4 新“探索者”救援車(chē)工作環(huán)境分析

在災(zāi)后，常見(jiàn)的地形存在著障礙、溝渠、階梯障礙等，構(gòu)建了一個(gè)災(zāi)后救援的路況，把傳統(tǒng)的輪結(jié)構(gòu)改為四輪獨(dú)立懸掛設(shè)計(jì)，將支架其中一條臂更改成擁有較大強(qiáng)度的彈簧裝置，這樣在通過(guò)復(fù)雜的地形的時(shí)候可以增加輪與地面的接觸的幾率。增加在通過(guò)復(fù)雜地形的新式橡膠輪子摩擦力，使它們?cè)谌魏螘r(shí)候都有足夠的與地面接觸的面積?，F(xiàn)在我們通過(guò)整體簡(jiǎn)化，將模型放到Ansys軟件中進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真。發(fā)現(xiàn)我們的裝置能夠適應(yīng)絕大多數(shù)的地形障礙，車(chē)身所發(fā)生的顛簸在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)，對(duì)于絕大多數(shù)的不規(guī)則路面都能以一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的姿態(tài)順利通過(guò)，滿足我們的設(shè)計(jì)要求。

作者簡(jiǎn)介：劉瀚仁（1999-），男，漢族，吉林四平人，本科，研究方向：機(jī)械。