孫建偉 欒亦鵬

長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，長(zhǎng)春，130012

0 引言

隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用范圍逐步從室內(nèi)擴(kuò)展到野外和災(zāi)區(qū)，使得移動(dòng)機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的移動(dòng)性能顯得非常重要。傳統(tǒng)的輪式機(jī)器人車輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自由度少，易于控制，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，可以在低耗能的情況下實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)，廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域[1]，但它無(wú)法攀爬或者翻越與其尺寸相同或者更大的障礙物，其移動(dòng)性能在崎嶇的地形上受到了嚴(yán)重的限制。與輪式機(jī)器人相比，腿式機(jī)器人[2-5]的主要特點(diǎn)是應(yīng)用廣泛，它們可以很好地適應(yīng)結(jié)構(gòu)化或者非結(jié)構(gòu)化地形[6]，但缺點(diǎn)是移動(dòng)速度相對(duì)緩慢，控制系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，需要配備大量的制動(dòng)器來(lái)為其提供所需要的能量。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)機(jī)器人的研發(fā)工作已取得了顯著成績(jī)。例如:天津大學(xué)提出一種利用軀干運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人傾翻后自我恢復(fù)的變胞四足機(jī)器人[7],它可通過(guò)輪履結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換在災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)等復(fù)雜環(huán)境中高效地解救和運(yùn)送傷員；天津理工大學(xué)研究了一種新型輪履復(fù)合式救援機(jī)器人[8]；韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)設(shè)計(jì)了一種基于折紙機(jī)構(gòu)的變徑折紙車輪機(jī)器(Origami Wheel Transformer)[9]；在此基礎(chǔ)上，又提出了一款高負(fù)載容量折紙可變換車輪，該車輪使用復(fù)合膜折紙技術(shù)，大大提高了車輪的負(fù)載能力[10]；美國(guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)提出了基于一種獨(dú)特齒輪機(jī)構(gòu)的輪腿切換型機(jī)器人WheeLeR[11];都靈理工大學(xué)提出一種操作模式會(huì)根據(jù)地面條件進(jìn)行調(diào)整的多地形移動(dòng)輪式機(jī)器人[12]；密歇根大學(xué)提出一種動(dòng)力自主、不受束縛、具有柔順腿的六足機(jī)器人RHex[13-14]，RHex機(jī)器人可通過(guò)對(duì)機(jī)器人動(dòng)態(tài)性能的控制,依靠動(dòng)態(tài)反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)自我恢復(fù)。

輪式機(jī)器人在結(jié)構(gòu)化地形上具備快速移動(dòng)能力，但在非結(jié)構(gòu)化地形上機(jī)動(dòng)性較差。與之相反，腿式機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化地形上擁有良好的機(jī)動(dòng)性能，但在結(jié)構(gòu)化地形上移動(dòng)速度不足。因此研究一種同時(shí)具備輪式機(jī)器人快速移動(dòng)能力和腿式機(jī)器人良好越障能力的輪腿復(fù)合型機(jī)器人具有重要的意義[15-16]。

1 張拉單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析

圖1a所示為兩桿三索平面張拉整體結(jié)構(gòu)，它是通過(guò)改變兩桿三索張拉整體結(jié)構(gòu)中受拉構(gòu)件(拉伸彈簧，以下簡(jiǎn)稱彈簧)與受壓構(gòu)件(以下簡(jiǎn)稱桿)的相對(duì)位置關(guān)系而提出的一種新型張拉變徑步行單元結(jié)構(gòu)。在坐標(biāo)系oxy中，點(diǎn)A、B分別位于x軸上，且點(diǎn)A與坐標(biāo)系原點(diǎn)o重合。在圖1a的基礎(chǔ)上，將點(diǎn)A拆分成固定點(diǎn)A和彈簧，將彈簧連接于點(diǎn)E、F上，將點(diǎn)B拆分成固定點(diǎn)B和彈簧，將彈簧連接于點(diǎn)D、C上，如圖1b所示。在圖1b的基礎(chǔ)上，將兩側(cè)彈簧EF、DC取下，將彈簧分別連接于點(diǎn)D、F和點(diǎn)E、C上。將點(diǎn)F移動(dòng)到y(tǒng)軸上，點(diǎn)C移動(dòng)到與點(diǎn)F同一水平線上，且點(diǎn)C、F的連線平行于x軸。將彈簧ED向下垂直方向移動(dòng)，使得彈簧ED連接在受壓桿AD與BE上，并且將其固定在鉸點(diǎn)H、G上，點(diǎn)H、G與點(diǎn)F、C位于同一水平線上。保證彈簧HG與x軸平行，如圖1c所示。此時(shí)，桿AD與桿BE作為受壓桿的同時(shí)也起到支撐作用。圖1d為點(diǎn)E、D同時(shí)受到向下的力時(shí)，張拉單元形變過(guò)程圖。

(a)基本張拉單元 (b)張拉單元變化過(guò)程 (c)新型張拉單元

完全展開(kāi)狀態(tài)Ⅰ Ⅰ→Ⅱ 完全收攏狀態(tài)Ⅱ(d)張拉單元受力形變過(guò)程圖1 基本張拉單元的變化過(guò)程圖Fig.1 Change process of basic tensegrity unit

圖2為張拉變徑步行輪單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，圖中給出了張拉變徑步行單元完全展開(kāi)和完全收攏狀態(tài)。如圖2所示，在坐標(biāo)系oxy中，點(diǎn)A與坐標(biāo)原點(diǎn)o重合，點(diǎn)F坐落于y軸上，點(diǎn)C、H和點(diǎn)G與點(diǎn)F位于同一水平線上且與x軸平行，點(diǎn)B位于x軸上。步行輪中心點(diǎn)P距離點(diǎn)B的距離為r1，與點(diǎn)A的連線和x軸所成的夾角為μ。

定義桿AD和桿BE的長(zhǎng)度為L(zhǎng)AD和LBE，且LAD=LBE，點(diǎn)A到點(diǎn)H的距離長(zhǎng)度為L(zhǎng)AH。桿AD的長(zhǎng)度為桿AH長(zhǎng)度的n倍。定義每根彈簧的剛度系數(shù)同為K，彈簧FD的原始長(zhǎng)度為l1，彈簧HG的原始長(zhǎng)度為l2，彈簧CE的原始長(zhǎng)度為l3，且l1=l2=l3。定義彈簧FD的穩(wěn)定長(zhǎng)度為l′1，彈簧HG的穩(wěn)定長(zhǎng)度為l′2，彈簧CE的穩(wěn)定長(zhǎng)度為l′3，且l′1=l′3。桿AD與x軸夾角為θ1，桿AD與彈簧FD在點(diǎn)D的夾角為γ，與拉伸彈簧HG在H點(diǎn)的夾角為θ2，因?yàn)槔鞆椈蒆G平行于x軸，因此θ1=θ2。當(dāng)θ1角度最大時(shí)，張拉變徑步行單元處于完全展開(kāi)狀態(tài)，此狀態(tài)下，張拉變徑步行單元的最大半徑為R1，此時(shí)拉伸彈簧FD與x軸所成夾角為α1。如圖2所示，當(dāng)張拉變徑步行單元處于完全收攏狀態(tài)時(shí)，桿AD與x軸夾角為θ′1，張拉變徑步行單元的最小半徑為R2。

完全展開(kāi)狀態(tài)Ⅰ Ⅰ→Ⅱ：θ1→θ′1，θ2→θ′2 完全收攏狀態(tài)Ⅱ圖2 張拉變徑步行單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.2 Schematic diagram of the structure of tensegrity variable-diameter walking unit

由于張拉變徑步行單元是完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所以l′1=l′3，當(dāng)步行單元處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，得到三角函數(shù)關(guān)系如下：

(1)

(2)

l′2=2r1cosμ-2LAHcosθ1

(3)

α1+γ=θ1

(4)

α1≤θ10≤θ1≤60°

(5)

在計(jì)算張拉變徑步行單元的總勢(shì)能U時(shí)，需要知道彈簧的剛度系數(shù)K,因此我們需要對(duì)彈簧進(jìn)行剛度匹配。當(dāng)負(fù)載為F時(shí)，每對(duì)彈簧受到的拉力為Fi(i=1,2,3)，彈簧受到桿AD的壓力為FAD，每根彈簧變化量為Δli，即

Δli=l′i-lii=1,2,3

由胡克定律可知：

Fi=KΔli

(6)

由水平方向受力平衡得

FADcosθ1=F2+F1cosα1

(7)

由垂直方向受力平衡得

F1sinα1=6F+FADsinθ1

(8)

(9)

張拉變徑步行單元的總勢(shì)能U表達(dá)式為

(10)

將式(1)～式(4)、式(9)代入式(10)得

(11)

M2=2r1cosμ-l2

將式(11)中U分別對(duì)θ1、α1求導(dǎo):

(12)

(13)

由式(12)和式(13)得

tanα1+tanθ1=0

(14)

由式(12)～式(14)可知，當(dāng)式(14)成立時(shí)，張拉變徑步行單元處于平衡狀態(tài)，此時(shí)張拉變徑步行單元存在自穩(wěn)定狀態(tài)。

張拉變徑步行輪為多個(gè)相同的張拉變徑步行單元所組成的封閉模型，工作原理為：基于單個(gè)張拉變徑單元的頂點(diǎn)與地面接觸，在車輛整體壓力的作用下，張拉結(jié)構(gòu)單元由極限展開(kāi)狀態(tài)向閉合狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，最后達(dá)到極限閉合狀態(tài)。隨著車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)單個(gè)張拉結(jié)構(gòu)單元離開(kāi)地面時(shí)，張拉結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)受力逐漸減小，張拉結(jié)構(gòu)單元由極限閉合狀態(tài)向展開(kāi)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，最后回到極限展開(kāi)狀態(tài)。

在收縮、展開(kāi)過(guò)程中，各個(gè)張拉變徑步行單元具有相同的運(yùn)動(dòng)性能，因此選取張拉變徑步行輪中兩個(gè)相鄰且相同的張拉變徑步行單元進(jìn)行組合，如圖3所示。

圖3 張拉變徑步行單元連接組合方式Fig.3 Connections and combinations of the tensegrityvariable-diameter walking unit

點(diǎn)Q為張拉變徑步行輪的中心點(diǎn)，桿AD、JE、JD′、BE′為張拉變徑步行輪內(nèi)部支撐桿，點(diǎn)F、C、F′、C′為張拉變徑步行單元中彈簧的固定點(diǎn)。點(diǎn)A、B、J是張拉變徑步行單元在張拉變徑步行輪中的固定點(diǎn)，且點(diǎn)J為兩個(gè)張拉變徑步行單元的連接點(diǎn)。點(diǎn)E、D、E′、D′所組成的外弧面為張拉變徑步行輪的外輪面的一部分。

2 張拉變徑步行輪輪轂的選擇

根據(jù)張拉變徑步行輪展收比最優(yōu)原則對(duì)輪轂結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇。圖4所示分別是“正四邊”、“正五邊”和“正六邊”輪轂結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的角度μ依次為45°、54°和60°。

圖4 不同輪轂的比較圖Fig.4 Comparison diagram of different wheel hubs

張拉變徑步行輪展收比η為步行輪完全展開(kāi)姿態(tài)的最大半徑R1與步行輪完全收攏姿態(tài)的最小半徑R2之比：

(15)

(16)

(17)

根據(jù)張拉變徑步行單元自穩(wěn)定平衡狀態(tài)下的單元邊界約束條件(0≤θ1≤60°)，選取不同的輪轂結(jié)構(gòu)和不同的角度θ1，依次計(jì)算張拉變徑步行輪的展收比，計(jì)算結(jié)果列于表1。由表可知，當(dāng)μ=60°，θ1=60°時(shí)，張拉變徑步行輪的展收比可以達(dá)到最大，因此確定選擇“正六邊”輪轂結(jié)構(gòu)。將n、θ1、r1、r2、li(i=1,2,3)、F代入式(1)～式(17)并利用MATLAB計(jì)算得出張拉變徑步行輪結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)，見(jiàn)表2。

3 張拉變徑步行輪模型建立與自由度約束

張拉變徑步行輪整體是由多個(gè)組合結(jié)構(gòu)組成的陣列結(jié)構(gòu)，這些組合結(jié)構(gòu)是由基本張拉單元和傳動(dòng)限位裝置組成的。每個(gè)張拉變徑步行輪包括6組張拉單元、傳動(dòng)限位結(jié)構(gòu)和弧形胎面。傳動(dòng)限位結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)軌、滑塊、鋼絲繩等。

表1 不同輪轂結(jié)構(gòu)下展收比η的計(jì)算結(jié)果

表2 張拉變徑步行輪結(jié)構(gòu)參數(shù)表

在結(jié)構(gòu)方面，對(duì)原有的張拉變徑步行單元進(jìn)行了改變。為了保證張拉變徑步行單元在變形過(guò)程中的徑向分量不變，將3組彈簧通過(guò)鋼絲繩、定滑輪等原件進(jìn)行組合。首先，將彈簧FD、CE、HG取下，使用鋼絲繩代替彈簧FD和彈簧CE。然后，將兩個(gè)定滑輪分別固定于A點(diǎn)和B點(diǎn)。將一根鋼絲繩的一端固定于E點(diǎn)，另一端向下延伸從固定于A點(diǎn)的定滑輪左側(cè)繞過(guò)連接在彈簧HG左側(cè)。同樣地，另一根鋼絲繩的一端固定于D點(diǎn)，另一端向下延伸從固定于B點(diǎn)的定滑輪右側(cè)繞過(guò)連接在彈簧HG的右側(cè)。此時(shí)，彈簧FD與桿AD重合，彈簧CE與桿BE重合，彈簧HG與AB點(diǎn)的連接線重合。兩根連接于彈簧HF的鋼絲繩代替了彈簧FD和彈簧CE，此時(shí)張拉變徑步行輪單元結(jié)構(gòu)依舊成完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)。改變后的張拉變徑步行單元雖然減少了彈簧的數(shù)量，但它與原始的兩桿三索張拉單元結(jié)構(gòu)等效，此結(jié)構(gòu)下的張拉變徑步行輪同樣為自穩(wěn)定平衡結(jié)構(gòu)。

通過(guò)張拉結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，基于張拉結(jié)構(gòu)建立了輪式機(jī)構(gòu)的框架，實(shí)現(xiàn)了輪式機(jī)構(gòu)的柔性和強(qiáng)適應(yīng)性。但是，當(dāng)輪式機(jī)構(gòu)達(dá)到運(yùn)動(dòng)極限位置時(shí)，由于張拉結(jié)構(gòu)的柔性仍然存在，并且具備多個(gè)方向的自由度，如果不對(duì)其非徑向的自由度進(jìn)行約束，將會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，因此，為了提高機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性并保持輪式機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)性，結(jié)合上文對(duì)輪式結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)方式的分析，設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于張拉結(jié)構(gòu)的輪式結(jié)構(gòu)鎖緊機(jī)構(gòu)來(lái)約束其非徑向自由度。

為限制張拉結(jié)構(gòu)的自由度，在基本張拉單元中添加滑軌滑塊(圖5a)作為傳動(dòng)限位裝置。在點(diǎn)E、D分別增加剛性桿，使其剛性桿一端節(jié)點(diǎn)分別固定于點(diǎn)E、D，另一端節(jié)點(diǎn)向上延伸固定于剛性節(jié)點(diǎn)G。如圖5b所示，令點(diǎn)G與滑軌滑塊相連。此時(shí)張拉變徑單元其運(yùn)動(dòng)方向與滑軌滑塊一致，由于滑軌滑塊的作用，此時(shí)的張拉變徑單元僅有徑向自由度，且僅有一個(gè)受力點(diǎn)G，保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。張拉變徑單元與滑軌滑塊組合后的單元如圖5c所示。通過(guò)圖5c中的張拉變徑步行單元，我們得到張拉變徑步行輪整體模型如圖5d所示。

(a)傳動(dòng)限位機(jī)構(gòu) (b)基本張拉單元

(c)限位后張拉單元(d)張拉變徑步行輪模型圖5 張拉變徑步行輪建模Fig.5 The modeling of tensegrity variable-diameterwalking wheel

4 實(shí)驗(yàn)與分析

為驗(yàn)證張拉變徑步行輪的越障性能以及減振能力，設(shè)計(jì)了一種由4個(gè)相同的張拉變徑步行輪組裝在一起的四輪車輛。該四輪車輛采用輪腿兩種結(jié)構(gòu)，當(dāng)四個(gè)張拉變徑步行輪為全閉合狀態(tài)時(shí)，此時(shí)車輛為輪式結(jié)構(gòu)，適用于車輛在平緩路面行駛，減小路面沖擊，從而可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)車輛遇到不規(guī)則路面時(shí)，張拉變徑步行輪由輪式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成腿式結(jié)構(gòu)，此時(shí)張拉變徑步行輪為展開(kāi)狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)越障能力，提高車輛的通過(guò)性。

4.1 張拉變徑步行輪爬坡實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)旨在驗(yàn)證張拉變徑步行輪在攀爬起伏地面的自適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

車輛前輪與后輪軸心之間距離為400 mm，張拉變徑步行輪理論展開(kāi)最大直徑為189 mm,理論收縮最小直徑為132 mm。當(dāng)車輛在攀爬起伏地面過(guò)程中，車輛前輪與后輪軸心在同一水平線，此時(shí)車輛前輪直徑為理論收縮最小值，后輪直徑為理論展開(kāi)最大值，此時(shí)車輛可爬理論角度β約為4°的斜坡。

在本實(shí)驗(yàn)中，張拉變徑步行輪所組成的車輛前輪處于極限收縮狀態(tài)、后輪處于極限展開(kāi)狀態(tài)時(shí)，采用坡度約為4°的坡體來(lái)測(cè)試車輛攀爬起伏地面的性能，如圖6所示。本實(shí)驗(yàn)證明了張拉變徑步行輪所組成的車輛具有良好的爬坡能力，并且在爬坡過(guò)程中可保持車輛整體水平，如圖7所示。同時(shí)該車輛可根據(jù)所需要爬坡的角度來(lái)調(diào)整整體尺寸以及張拉變徑步行輪大小的尺寸以適應(yīng)不同角度的斜坡，該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了張拉變徑步行輪具有良好的自適應(yīng)性以及爬坡能力。

圖6 車輛爬坡實(shí)驗(yàn)Fig.6 Climbing experiment of vehicle

圖7 車輛在攀爬起伏地面時(shí)保持水平狀態(tài)(mm)Fig.7 The vehicle keeps a horizontal state when climbingthe undulating ground(mm)

4.2 張拉變徑步行輪轉(zhuǎn)彎實(shí)驗(yàn)

普通輪式機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎過(guò)程中通常需要配備完整的控制系統(tǒng)來(lái)幫助其完成該操作，由于控制系統(tǒng)的復(fù)雜性以及機(jī)器人整體質(zhì)量增大，使得機(jī)器人實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎過(guò)程的局限性更大。

張拉變徑步行輪所組成的車輛轉(zhuǎn)彎的實(shí)驗(yàn)原理為：通過(guò)張拉變徑步行輪的輪徑調(diào)整，使得車體兩側(cè)車輪的輪徑尺寸存在差值，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛左右轉(zhuǎn)彎操作。

當(dāng)車輛需要左轉(zhuǎn)時(shí)，車輛左側(cè)車輪變?yōu)槭湛s狀態(tài)，右側(cè)車輪為展開(kāi)狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，車輛在向前行駛過(guò)程中，由于車輛右側(cè)車輪半徑大于左側(cè)車輪半徑，車輛會(huì)向左進(jìn)行轉(zhuǎn)彎。右轉(zhuǎn)同理。圖8顯示了張拉變徑步行輪所組成的車輛通過(guò)其車輪尺寸的差異性來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。圖9所示為張拉變徑步行輪所組成的車輛在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中轉(zhuǎn)彎角度φ的變化。

圖8 轉(zhuǎn)彎實(shí)驗(yàn)Fig.8 Steering experiment

圖9 車輛的角度變化圖Fig.9 Angle change diagram of vehicle

4.3 張拉變徑步行輪彈性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

張拉變徑步行輪由6個(gè)張拉單元構(gòu)成。張拉結(jié)構(gòu)使得張拉變徑步行輪具備一定柔性，擁有良好的彈性及緩沖能力，為張拉變徑步行輪提供了良好的自適應(yīng)能力以及減振性能。

為了驗(yàn)證張拉變徑步行輪具備良好的柔性，我們使用Kistler測(cè)力傳感器對(duì)張拉變徑步行輪進(jìn)行了彈性測(cè)試實(shí)驗(yàn)。將處于極限展開(kāi)狀態(tài)下的張拉變徑步行輪在高度為250 mm的位置墜落在測(cè)力傳感器上，得到張拉變徑步行輪的受力曲線，如圖10所示。由于張拉變徑步行輪為陣列結(jié)構(gòu)，故本實(shí)驗(yàn)僅考慮一個(gè)張拉單元的運(yùn)動(dòng)周期。表3為不同時(shí)間下張拉變徑步行輪的受力情況。從圖10中的受力曲線可以得出，張拉變徑步行輪具備一定柔性且擁有一定的減振能力。

圖10 張拉變徑步行輪受力曲線Fig.10 The force curve of tensegrity variable-diameterwalking wheel

表3 不同時(shí)間下張拉變徑步行輪的受力情況

5 結(jié)論

本文基于兩桿三索平面張拉整體結(jié)構(gòu)提出一種新型張拉變徑步行單元，設(shè)計(jì)出一種輪腿式張拉變徑步行輪。張拉變徑步行輪具有張拉整體結(jié)構(gòu)剛度大、柔順性好、自適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備較大的變徑與抗沖擊能力，并且機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。

與傳統(tǒng)機(jī)器人對(duì)比，張拉變徑步行輪所組成的車輛可以根據(jù)地面條件改變其功能模式，從輪式結(jié)構(gòu)到腿式結(jié)構(gòu)相互轉(zhuǎn)換，既可以作為四輪驅(qū)動(dòng)車輛(輪式模式)，又可以作為足類動(dòng)物(腿式模式)，從而適應(yīng)不用地形條件，且可通過(guò)主動(dòng)改變車輪徑向高度來(lái)實(shí)現(xiàn)在多地形上的穩(wěn)定移動(dòng)，其車輪的展收比可以達(dá)到1.427。

實(shí)驗(yàn)表明，張拉變徑步行輪表現(xiàn)出在結(jié)構(gòu)化地形和非結(jié)構(gòu)化地形上前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、自適應(yīng)的能力，并且可在車輛前后軸間距為400 mm的條件下以整體保持水平的狀態(tài)爬上角度約為4°的斜坡。張拉整體結(jié)構(gòu)拓寬了輪式行走機(jī)構(gòu)自適應(yīng)行走的研究。