行星轮式越障运输车的结构设计与运动分析

摘要

我国有很多以山地地形为主的风景旅游区，其中很大一部分为了保持景区美丽的自然风光，没有修建可以行驶汽车等交通工具的公路，而只是修建了可以供行人徒步游览，拾级而上的台阶。这样就造成了很多景点虽然风光秀丽，但却交通闭塞，各种日用物资难以运到。目前，主要靠人力挑夫来供应这些景点的物资需求。由于人的运输能力有限，效率又不高，所以急需要一种能够适应以台阶为主要障碍的景区地形的越障运输装备。
　　能够克服台阶等障碍的越障机构主要有轮组式、履带式、腿足式、复合式等形式。本文以“黄山越障运输装备”项目为课题背景，在紧密结合野外的台阶地形条件和运载的功能需求的前提下，首先对各种越障机构以及车体形式进行优缺点对比权衡分析，选定三轮式行星轮组为越障机构，采用双节车体前后横向铰接的车体形式。
　　尽管以行星轮组为越障机构的各类越障装备在很多场合已经有了比较广泛的应用，常见于帮助残疾人的爬楼梯轮椅、行星表面探测的月球车以及小型地面移动机器人等。但目前鲜有可用于野外台阶地形的可以装载大量货物的行星轮式运载装备。本文紧密结合黄山的实际地形条件和运载的功能需求，讲述了如何探索性地开展行星轮式越障运输车结构设计的全过程。结构设计以行星轮组关键参数的优化设计和横梁可偏转式的悬架的设计为主要内容，横梁和车体的铰接是结构设计上的一个主要创新点。
　　然后，结合所设计的行星轮式越障运输车的结构特点，对其转向运动和越障运动分别进行分析研究。横梁相对与车体的转动自由度使得该行星轮式越障运输车可以通过两种不同的方式进行转向，分析得出了两种不同转向形式下的运动学关系，并总结了各自的特点。通过对两种不同越障形式进行受力分析，得出了对应的临界状态时的受力平衡方程。
　　最后，通过实验来测试样机的性能以及验证运动分析的正确性。实验结果表明所设计的行星轮式越障运输车的最大越障高度和克服连续台阶的能力达到了预期，车辆的转向运动以及越障形式也都与理论分析相吻合。

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1 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

2 方案选型及结构设计

2.1 引言

2.2 确定总体方案

2.3 电机选型和初选减速器减速比

2.4 行星轮组的详细设计

2.5 悬架、横梁、车体及总体布局的设计

2.6 本章小结

3 转向运动和越障分析

3.1 引言

3.2 转向运动分析

3.3 越障分析

3.4 本章小结

4样机实验

4.1 引言

4.2 平地直线行驶

4.3 平地转向

4.4 单级台阶越障

4.5 连续台阶越障

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献