無(wú)人駕駛履帶車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)

履帶式無(wú)人運(yùn)輸平臺(tái)底盤(pán)設(shè)計(jì)摘要隨著社會(huì)的發(fā)展，為了應(yīng)對(duì)軍事目的以及特種作業(yè)需求，做好未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，高技術(shù)裝備的發(fā)展和推新尤為引人注目，并呈現(xiàn)出向無(wú)人化發(fā)展的趨勢(shì)。傳統(tǒng)車(chē)輛系統(tǒng)因其帶來(lái)的交通事故、人力資源浪費(fèi)和許多特殊場(chǎng)合無(wú)法操控等缺點(diǎn)，越來(lái)越不能滿(mǎn)足人類(lèi)需求，無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)可以克服這些缺點(diǎn)。地面無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)作為智能交通系統(tǒng)和未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)的一個(gè)重要組成，在軍用和民用兩方面都有巨大的應(yīng)用前景。其通過(guò)外部掛載不同的功能模塊，可以達(dá)到代替人類(lèi)完成不同的作戰(zhàn)、偵察、救護(hù)、消防和爆炸物拆除等特種作業(yè)的目的。發(fā)展無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)減少人類(lèi)直面危險(xiǎn)的可能，從而減少人員傷亡和資金投入。履帶式底盤(pán)是構(gòu)成履帶式無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)，也是其重要組成部分。本文介紹了國(guó)內(nèi)外各種履帶式底盤(pán)的結(jié)構(gòu)和發(fā)展，研究其機(jī)動(dòng)性能，設(shè)計(jì)出一種較簡(jiǎn)易的遙控小型履帶無(wú)人車(chē)的履帶式底盤(pán)。關(guān)鍵詞：履帶式底盤(pán)，機(jī)動(dòng)性能，遙控駕駛，無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)，搭載裝置

目錄摘要…………ⅠAbstract………………………Ⅱ目錄…………Ⅲ1．緒論………………………1履帶無(wú)人平臺(tái)研究背景……………1履帶無(wú)人平臺(tái)發(fā)展概況……………2履帶無(wú)人平臺(tái)研究目的…………………4履帶無(wú)人平臺(tái)底盤(pán)發(fā)展……………履帶底盤(pán)的關(guān)鍵技術(shù)………………43．幾種履帶無(wú)人平臺(tái)底盤(pán)方案……………5設(shè)計(jì)方案遵循原則…………………5設(shè)計(jì)要求及主要參數(shù)………………6具體設(shè)計(jì)方案………履帶無(wú)人平臺(tái)底盤(pán)總體設(shè)計(jì)………………底盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………9懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)………9驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)………9設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算………95．履帶無(wú)人平臺(tái)底盤(pán)設(shè)計(jì)總體圖6．履帶無(wú)人平臺(tái)底盤(pán)主要零件圖7．結(jié)束語(yǔ)8．參考文獻(xiàn)致謝

1.緒論履帶無(wú)人平臺(tái)的研究背景隨著高新技術(shù)的迅猛發(fā)展引發(fā)了社會(huì)各領(lǐng)域的一系列重大變革，作為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，高技術(shù)裝備也在不斷發(fā)展和推新中，并呈現(xiàn)出向無(wú)人化發(fā)展的趨勢(shì)。傳統(tǒng)車(chē)輛系統(tǒng)因?yàn)槠鋷?lái)的交通事故、人力資源浪費(fèi)和許多特殊場(chǎng)合無(wú)法操控等缺點(diǎn)，越來(lái)越不能滿(mǎn)足人類(lèi)需求，無(wú)人驅(qū)動(dòng)平臺(tái)可以克服這些缺點(diǎn)。無(wú)人平臺(tái)就是人不在平臺(tái)的一套系統(tǒng)。按照使用場(chǎng)景的不同，可分為海上、地面、空中以及深空探測(cè)無(wú)人平臺(tái)。所謂地面無(wú)人平臺(tái)就是在地面上行駛的能執(zhí)行特定任務(wù)的機(jī)器人，是機(jī)械化、信息化、智能化高度融合的機(jī)動(dòng)平臺(tái)。同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、人工智能、導(dǎo)航定位等技術(shù)的深入發(fā)展，無(wú)人化技術(shù)取得了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并迅速涌現(xiàn)出如地面無(wú)人車(chē)、無(wú)人機(jī)、無(wú)人反潛戰(zhàn)潛水機(jī)等各種類(lèi)型的無(wú)人產(chǎn)品。比如軍用的地面移動(dòng)機(jī)器人在各種復(fù)雜環(huán)境下具有較高的機(jī)動(dòng)性，可以代替人類(lèi)進(jìn)入一些危險(xiǎn)和未知的環(huán)境，適用于國(guó)防和民用等多個(gè)領(lǐng)域，而且在反恐斗爭(zhēng)中也可以發(fā)揮很大作用。地面無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)作為智能交通系統(tǒng)和未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)的一個(gè)重要組成，在軍用和民用兩方面都有巨大的應(yīng)用前景。其通過(guò)外部掛載不同的功能模塊，可以達(dá)到代替人類(lèi)完成不同的作戰(zhàn)、偵察、救護(hù)、消防和爆炸物拆除等特種作業(yè)的目的。發(fā)展無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)可以解放人力，減少人類(lèi)直面危險(xiǎn)的可能，從而減少人員傷亡和資金投入。無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)不僅在軍事上有重大作用，在交通運(yùn)輸中也可以有很廣泛的應(yīng)用。且其所涉及的精密機(jī)械、微電子與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制與驅(qū)動(dòng)、新能源與材料、傳感與信息處理以及人工智能等基礎(chǔ)技術(shù)都可以輻射到很多場(chǎng)合，推動(dòng)很多產(chǎn)業(yè)與技術(shù)的進(jìn)步。因此世界各國(guó)對(duì)開(kāi)展無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)都很積是重視和支持。其中美國(guó)的技術(shù)尤為領(lǐng)先與其他國(guó)家。我國(guó)對(duì)于這方面的研究起步較晚，一些基礎(chǔ)技術(shù)也不夠成熟，開(kāi)展地面無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)的研究對(duì)于我國(guó)有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要針對(duì)履帶式無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)底盤(pán)進(jìn)行研究，履帶式底盤(pán)具有牽引力大、接地比壓低、爬坡能力強(qiáng)和轉(zhuǎn)彎半徑小等特點(diǎn)。穿越沙石、泥濘及崎嶇地形的能力較強(qiáng)。其在裝甲車(chē)和運(yùn)輸車(chē)中都有較廣泛的應(yīng)用，大大加強(qiáng)了這些車(chē)輛的越障能力。履帶無(wú)人平臺(tái)發(fā)展概況履帶式無(wú)人運(yùn)輸平臺(tái)是指在車(chē)內(nèi)沒(méi)有駕駛者的情況下，能夠在各種復(fù)雜路面或野外環(huán)境中行駛并執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)的履帶式車(chē)。最初對(duì)于無(wú)人車(chē)的研究是源于軍事應(yīng)用的需要，但科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使得無(wú)人車(chē)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用前景也日益增長(zhǎng)。無(wú)人車(chē)在軍事領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于偵察巡邏、火力攻擊、戰(zhàn)場(chǎng)運(yùn)輸、掃雷和導(dǎo)彈發(fā)射等，民用領(lǐng)域中則可以完成消防、排爆、救援、安保等工作。在無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)的研究方面，美、英、德、法、日等軍事發(fā)達(dá)國(guó)家走在世界的前沿，其中美國(guó)更為領(lǐng)先。這些國(guó)家都有自己獨(dú)立的無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)計(jì)劃，目前主要投入于軍事應(yīng)用方面。在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)到伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)這些現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，無(wú)人平臺(tái)的作用日益凸顯，并逐漸成為現(xiàn)代信息化戰(zhàn)場(chǎng)上不可或缺的重要角色。無(wú)人地面機(jī)動(dòng)平臺(tái)如今已成為世界各國(guó)爭(zhēng)相研制的“熱點(diǎn)”兵器。國(guó)外履帶無(wú)人平臺(tái)發(fā)展概況關(guān)于地面無(wú)人平臺(tái)、“遙控戰(zhàn)車(chē)”的最早發(fā)展甚至是可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)期間納粹德國(guó)在東線(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)上投入了幾類(lèi)“歌利亞”遙控爆破坦克，用于對(duì)付碉堡工事和盟軍的“謝爾曼”等坦克。20世紀(jì)50年代后期開(kāi)始，蘇聯(lián)也展開(kāi)了大規(guī)模的無(wú)人地面車(chē)輛研究。在冷戰(zhàn)另一方的美國(guó)，美國(guó)斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院等研究機(jī)構(gòu)在政府部門(mén)的支持下開(kāi)展了無(wú)人地面車(chē)輛的研究。但是無(wú)人化車(chē)輛真正作真正開(kāi)始飛速發(fā)展是在20世紀(jì)80年代，西方國(guó)家大力投入人力物力，將傳感技術(shù)、自動(dòng)控制、人工智能、機(jī)器視覺(jué)、導(dǎo)航定位、信息融合處理等技術(shù)匯于一體，無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)取得跨越式進(jìn)步。30多年來(lái)，美國(guó)在無(wú)人地面機(jī)動(dòng)平臺(tái)的裝備、研究和應(yīng)用上始終處于國(guó)際領(lǐng)先水平。美國(guó)國(guó)防部鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)各團(tuán)體大力發(fā)展無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)，其中卡耐基梅隆大學(xué)率先研制出Crusher大范圍復(fù)雜越野的無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)。而美國(guó)的小型無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)已經(jīng)趨近于實(shí)用化，在阿富汗和海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中已經(jīng)得到一定程度的實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)。截至2009年，美國(guó)在伊拉克和阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)上使用了約3500輛無(wú)人地面車(chē)輛，主要用于爆炸物的探測(cè)與處理，如“魔爪”機(jī)器人、MPR-800型多用途無(wú)人地面作戰(zhàn)平臺(tái)、通用機(jī)器人運(yùn)輸系統(tǒng)(ARTS)、MKMOD系列爆炸物處理機(jī)器人等。圖1-1“魔爪”履帶無(wú)人平臺(tái)圖圖1-2爆炸物處理履帶無(wú)人平臺(tái)美軍目前有100多項(xiàng)戰(zhàn)斗任務(wù)可由機(jī)器人承擔(dān)，如機(jī)器人彈藥裝填手、機(jī)器人排雷車(chē)、火力支援機(jī)器人等。美軍曾于2000年提出，到2015年將有1/3的地面作戰(zhàn)車(chē)輛實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛?！奥?lián)合機(jī)器人計(jì)劃”(JRP)和“戰(zhàn)術(shù)移動(dòng)機(jī)器人”(TMR)是其主要研究的內(nèi)容，目前已取得很大成果。英國(guó)現(xiàn)裝備的機(jī)器人車(chē)輛主要有“土撥”和“野牛”機(jī)器人、“手推車(chē)”爆炸物處理車(chē)、“獨(dú)眼巨人”Mk3輕型通用機(jī)器人、“哈德潤(rùn)“爆炸物處理機(jī)器人、”搜索者“排爆機(jī)器人、RAVEN爆炸物銷(xiāo)毀機(jī)器人等。目前主要研究項(xiàng)目有：“未來(lái)工程坦克”（FET）、“小獵犬”戰(zhàn)斗工程牽引車(chē)

、“地雷探測(cè)、標(biāo)識(shí)和處理計(jì)劃”(MINDER)

。法國(guó)現(xiàn)裝備的機(jī)器人平臺(tái)有：SAEMC800爆炸物探測(cè)機(jī)器人、RM35機(jī)器人、TSR200機(jī)器人、Minirob微型爆炸物處理機(jī)器人(可在機(jī)場(chǎng)及艦船的狹窄過(guò)道中使用)等。在研項(xiàng)目主要有:“自主式快速運(yùn)動(dòng)偵察車(chē)”(DARDS)

、

SYRANO戰(zhàn)場(chǎng)偵察機(jī)器人。德國(guó)智能機(jī)器人研究和應(yīng)用在世界上處于領(lǐng)先地位。現(xiàn)裝備的主要車(chē)型以?huà)呃缀捅ㄎ锾幚頇C(jī)器人為主，如“清道夫”2000掃雷車(chē)、“犀?！睊呃总?chē)、Rode爆炸物處理機(jī)器人、MV4系列機(jī)器人、GARANT-3多用途機(jī)器人等。目前實(shí)施的最重要無(wú)人地面車(chē)輛項(xiàng)目是1985年啟動(dòng)的“智能機(jī)動(dòng)無(wú)人系統(tǒng)大綱”(PRIMUS)，其主要目標(biāo)是為半自主無(wú)人車(chē)輛開(kāi)發(fā)和集成先進(jìn)技術(shù)，使用的試驗(yàn)平臺(tái)是數(shù)字化“鼬鼠”2裝甲車(chē)。除上述國(guó)家外，其他國(guó)家也在開(kāi)展地面無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)的研制工作，如加拿大的“改進(jìn)型地雷探測(cè)計(jì)劃”、意大利、法國(guó)和西班牙聯(lián)合開(kāi)展的“先進(jìn)移動(dòng)機(jī)器人”項(xiàng)目、瑞士的Pemex輪式地面無(wú)人平臺(tái)項(xiàng)目、比利時(shí)的HUDEM項(xiàng)目、西班牙的“羅德”輪式地面無(wú)人平臺(tái)以及俄羅斯的“越野車(chē)”-M3超輕型移動(dòng)式機(jī)器人等。而近年來(lái)，由于反恐、反地道戰(zhàn)以及城市巷戰(zhàn)的需要，小型遙控地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)的研制工作受到了美國(guó)軍方的高度重視，在戰(zhàn)術(shù)移動(dòng)機(jī)器人計(jì)劃TMR和聯(lián)合機(jī)器人計(jì)劃JRP的支持下，該研究方向取得了突破性的進(jìn)展，研制出一批小型無(wú)人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)，如iROBOT公司的Packbot，F(xiàn)oster-Miller公司的Solem、Talon等。目前，美國(guó)是無(wú)人武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)發(fā)展規(guī)劃最完備、技術(shù)水平最高、投入經(jīng)費(fèi)最多的國(guó)家，亦是軍用無(wú)人車(chē)輛研制方面最積極，進(jìn)展最快，技術(shù)發(fā)展最全面的國(guó)家。圖1-3“角斗士”戰(zhàn)術(shù)履帶無(wú)人平臺(tái)圖1-4國(guó)產(chǎn)履帶無(wú)人平臺(tái)加裝81式步槍國(guó)內(nèi)履帶無(wú)人平臺(tái)發(fā)展及其現(xiàn)狀目前國(guó)外的遙控?zé)o人車(chē)輛技術(shù)已趨于成熟，而我國(guó)在80年代末才開(kāi)始無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)的研究，加上我國(guó)的傳感技術(shù)、導(dǎo)航定位、自動(dòng)控制等關(guān)鍵技術(shù)還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于先進(jìn)國(guó)家的水平，這大大制約了我國(guó)無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)的發(fā)展速度。目針對(duì)國(guó)內(nèi)危險(xiǎn)行業(yè)與部門(mén)實(shí)際需求，在國(guó)家863計(jì)劃的大力扶持下，也取得了一批不小的成果。像吉林大學(xué)的JLUIV-3、JLUIV-4，清華大學(xué)的THMR-V，上海消防所的“消防機(jī)器人”，廣東衛(wèi)富機(jī)器人公司的“防爆機(jī)器人”。某些技術(shù)上也已達(dá)到了世界先進(jìn)水平。我國(guó)基于視覺(jué)導(dǎo)航的地面智能機(jī)器人在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的自主行駛速度最高達(dá)到了90km/hr，視覺(jué)導(dǎo)航等技術(shù)有所突破。但整體研究水平進(jìn)展不大，在一定程度上得益于計(jì)算機(jī)等硬件設(shè)備的改善，但是由于某些關(guān)鍵技術(shù)無(wú)法突破，以及一些研究仍處于空白期，對(duì)這方面的了解有相當(dāng)部分停留在文獻(xiàn)上，無(wú)人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)的傳感器、導(dǎo)航定位、控制及本體設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)方面的研發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于先進(jìn)國(guó)家，嚴(yán)重制約了國(guó)內(nèi)無(wú)人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)的發(fā)展步伐。小型無(wú)人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)在機(jī)動(dòng)性、越野性等方面與有人車(chē)輛有很大的不同，國(guó)外在這方面做了較深入的研究，但國(guó)內(nèi)尚未開(kāi)展這方面的研究。所以我國(guó)的無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)研究仍有很長(zhǎng)的路要走。圖1-5我國(guó)正在測(cè)試的某型號(hào)小型無(wú)人履帶平臺(tái)中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)公司下屬中國(guó)北方車(chē)輛研究所成立兵器地面無(wú)人平臺(tái)研發(fā)中心。其主要任務(wù)是開(kāi)發(fā)軍民用無(wú)人車(chē)輛和相關(guān)裝備。這是中國(guó)目前規(guī)格最高的無(wú)人地面車(chē)輛研發(fā)機(jī)構(gòu)。無(wú)人地面車(chē)輛是近年來(lái)各國(guó)軍方研制和裝備的重要裝備。圖“龍衛(wèi)士X3B”反恐履帶無(wú)人平臺(tái)圖所示是由上海廣茂達(dá)伙伴機(jī)器人有限公司研制的“龍衛(wèi)士DragonGuardX3B反恐機(jī)器人”，是我國(guó)第一臺(tái)單兵反恐機(jī)器人。機(jī)器人重5Okg，行駛速度為0-1m/s，可以通過(guò)27°樓梯、30°斜坡，可以跨越20cm高的障礙物，可在草地、沙地、碎石地、雪地運(yùn)行，適應(yīng)全天候、全地形，展開(kāi)迅速、操作方便，廣泛用于爆炸物處理、偵察、特種作業(yè)等反恐領(lǐng)域，綜合指標(biāo)接近國(guó)際水平。根據(jù)我國(guó)的現(xiàn)有國(guó)情，小型無(wú)人地面機(jī)動(dòng)平臺(tái)的研究以實(shí)際應(yīng)用為主要研究方向，當(dāng)前對(duì)小型無(wú)人地面機(jī)動(dòng)平臺(tái)的研究與應(yīng)用大多是基于遠(yuǎn)程遙控操作或者監(jiān)控為前提下的平臺(tái)自主行進(jìn)。隨著科技的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)完全意義下的自主行進(jìn)已經(jīng)成為小型無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)的未來(lái)目標(biāo)，因此，為了減少我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距，乃至在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中能夠保持與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的武器平衡，研究小型無(wú)人機(jī)動(dòng)平臺(tái)的路徑規(guī)劃技術(shù)具有重大的戰(zhàn)略意義。

履帶無(wú)人平臺(tái)研究目的雖然當(dāng)下無(wú)人地面車(chē)輛的發(fā)展和使用已經(jīng)涉及多個(gè)領(lǐng)域，甚至有統(tǒng)計(jì)稱(chēng)可執(zhí)行任務(wù)已有百余項(xiàng)，但因自主化程度較低，無(wú)人地面車(chē)輛的發(fā)展還不足以取代有人地面車(chē)輛。目前各國(guó)選擇的基本上都是一條遙控?zé)o人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)與自主無(wú)人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)相結(jié)合的發(fā)展道路，實(shí)力較強(qiáng)的國(guó)家都制定自己的近期和長(zhǎng)期計(jì)劃，同時(shí)開(kāi)展遙控及自主無(wú)人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)的研制工作，不斷地將自主無(wú)人武器地面機(jī)動(dòng)平臺(tái)研制的成果用于小型遙控?zé)o人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)，以促進(jìn)小型遙控?zé)o人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)的實(shí)用化，而小型遙控?zé)o人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)的應(yīng)用反過(guò)來(lái)又促進(jìn)自主無(wú)人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)的發(fā)展。美國(guó)等一些發(fā)達(dá)國(guó)家在小型遙控?zé)o人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)的研制中取得了突破性的進(jìn)展，在一些危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)中已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用，部分小型遙控?zé)o人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)已經(jīng)裝備部隊(duì)用于戰(zhàn)場(chǎng)。對(duì)小型無(wú)人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)自主性的挑戰(zhàn)來(lái)自要求完成的任務(wù)和高度非結(jié)構(gòu)化與變化的環(huán)境。野外環(huán)境中，要求小型無(wú)人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)完全自主地完成任務(wù)，目前還有一定的困難。履帶無(wú)人平臺(tái)發(fā)展當(dāng)下，各國(guó)地面無(wú)人車(chē)輛的研發(fā)上，主要就是力圖完善其自主化水平。具備更高自主化水平的地面無(wú)人車(chē)輛成為具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和多種功能，能夠在危險(xiǎn)地域執(zhí)行任務(wù)和直接作戰(zhàn)的機(jī)動(dòng)平臺(tái)。雖說(shuō)目前地面無(wú)人平臺(tái)在自主化和聯(lián)合協(xié)同作戰(zhàn)方面的發(fā)展仍存有眾多技術(shù)難題，比如說(shuō)自主行駛操作、高速環(huán)境感知、不規(guī)整路的通過(guò)、信息化通信網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)交互等諸多技術(shù)難題。但隨著人工智能、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和新材料技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，地面無(wú)人車(chē)輛必將對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)力的發(fā)展產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響，在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中小型無(wú)人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)將發(fā)揮重要作用。一段時(shí)間內(nèi)來(lái)看，未來(lái)的地面無(wú)人車(chē)輛的發(fā)展將：小型化，通過(guò)小型化的地面無(wú)人車(chē)輛來(lái)成熟性能、驗(yàn)證技術(shù)，再實(shí)用化的小型地面無(wú)人車(chē)輛向中型、大型自由發(fā)展；戰(zhàn)斗武裝化，地面無(wú)人車(chē)輛已經(jīng)脫離了偵察、運(yùn)輸?shù)茸鲬?zhàn)保障的概念，戰(zhàn)斗化已成必然的趨勢(shì)，也是終極目標(biāo)之一；通用化，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的思路發(fā)展無(wú)人裝備，能提高無(wú)人裝備和其它裝備之間零部件互換和信息互通能力，降低成本，加快研制進(jìn)度。無(wú)人地面車(chē)輛是隨著不斷增長(zhǎng)的減少人員傷亡需求而產(chǎn)生的，因此世界各國(guó)立足本國(guó)需求，發(fā)展了形形色色的無(wú)人地面車(chē)輛。隨著新材料技術(shù)和納米技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人地面車(chē)輛的小型化將有新的突破，采用隱身技術(shù)提高生存能力，是無(wú)人地面車(chē)輛發(fā)展的重要方向；依靠自身的人工智能來(lái)完成預(yù)定的動(dòng)作和任務(wù)，采用許多先進(jìn)而可靠的傳感器和高速計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的高自主性無(wú)人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)必須具有高度的自適應(yīng)能力和學(xué)習(xí)能力。目前遠(yuǎn)程操作的半自主(監(jiān)控自主式)小型無(wú)人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)是一段時(shí)期內(nèi)的發(fā)展方向。采用商業(yè)現(xiàn)貨技術(shù)和開(kāi)放式系統(tǒng)，即采用最新的商業(yè)器件、“開(kāi)放”型的系統(tǒng)硬件和軟件，使無(wú)人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)能更好更快地利用快速發(fā)展變化的工業(yè)技術(shù)，并可減少?lài)?guó)防預(yù)算、研制和生產(chǎn)時(shí)間。近年來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)有了較大的進(jìn)展，電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)應(yīng)用于小型無(wú)人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)也是必然趨勢(shì)。圖2-1“利爪1型”無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)由于無(wú)人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)在軍事和民用上的巨大作用，世界發(fā)達(dá)國(guó)家多年來(lái)進(jìn)行廣泛深入的研究，取得了較為成熟的研究成果，研制出的無(wú)人地面武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)在軍事和民用方面得到了一定的應(yīng)用，部分成果已實(shí)用化和產(chǎn)品化。而通過(guò)國(guó)產(chǎn)120公斤級(jí)的“利爪”1型履帶式小型平臺(tái)，我們看到了成熟的小型化、武裝化，通過(guò)1000公斤級(jí)的“利爪”2型6×6輪式平臺(tái)，能看到平臺(tái)的通用化發(fā)展。不過(guò)，雖說(shuō)在地面無(wú)人車(chē)輛這個(gè)領(lǐng)域，我們已經(jīng)在路上，在開(kāi)展這積極務(wù)實(shí)的研發(fā)工作，但從地面無(wú)人車(chē)的作戰(zhàn)任務(wù)需求論證、關(guān)鍵技術(shù)的研究、樣機(jī)的研制和試驗(yàn)，我國(guó)仍是要有很長(zhǎng)的路要踏踏實(shí)實(shí)的一步步走。無(wú)人地面平臺(tái)(亦稱(chēng)“機(jī)器人”)是一種能夠受控或自主完成復(fù)雜地形機(jī)動(dòng)、輔助或取代作戰(zhàn)人員完成特定作戰(zhàn)/保障任務(wù)的無(wú)人地面機(jī)動(dòng)平臺(tái)，是信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)高度復(fù)合發(fā)展的產(chǎn)物，是人類(lèi)傳統(tǒng)作戰(zhàn)行動(dòng)在陸戰(zhàn)場(chǎng)上的擴(kuò)展二無(wú)人地面車(chē)輛在未爆彈藥處理、簡(jiǎn)易爆炸裝置探測(cè)、預(yù)警偵察、安全巡邏、戰(zhàn)場(chǎng)救護(hù)、探掃雷、城區(qū)輔助作戰(zhàn)和后勤保障等很多戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。而無(wú)人車(chē)底盤(pán)的作用是支承、安裝發(fā)動(dòng)機(jī)及其各部件總成，形成車(chē)輛的整體造型，并傳遞動(dòng)力，使整車(chē)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，保證正常行駛。我國(guó)生產(chǎn)履帶底盤(pán)的歷史較短，與起重機(jī)的發(fā)展基本相同，與世界先進(jìn)國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)履帶底盤(pán)的技術(shù)含量低、系列化程度低，在制造和設(shè)計(jì)上還存在一定的差距。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)履帶起重機(jī)的快速發(fā)展，給履帶底盤(pán)的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇，系列化得以不斷的提高。對(duì)于車(chē)輛、機(jī)器人等地面行走機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，移動(dòng)底盤(pán)的通過(guò)性是最重要的性能之一，尤其是在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下作業(yè)時(shí)，更要求底盤(pán)具備良好的靈活性和適應(yīng)性。因此，提高底盤(pán)在復(fù)雜地形環(huán)境下的通過(guò)性，一直是國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家和學(xué)者研究的熱點(diǎn)。底盤(pán)可以采用履帶式和輪式，輪式底盤(pán)運(yùn)用較廣，但是它的牽引附著性能較差，在坡地、粘重、潮濕地及沙土地的使用受到一定的限制;履帶式底盤(pán)牽引附著性能好，單位機(jī)寬牽引力大、接地比壓低、越野能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好，在沙石、泥濘及崎嶇路面上具有較高的通過(guò)性。該型底盤(pán)廣泛應(yīng)用于大型起重機(jī)、運(yùn)輸車(chē)等工程機(jī)械，現(xiàn)在小型地面無(wú)人運(yùn)輸平臺(tái)也廣泛使用履帶式底盤(pán)，因其突出的全地形通過(guò)能力。本次設(shè)計(jì)就是采用履帶式底盤(pán)。履帶式底盤(pán)是機(jī)器的重要部件，它對(duì)整個(gè)裝置起著支撐作用。所以根據(jù)現(xiàn)有軍工業(yè)的履帶機(jī)械（無(wú)人車(chē)）再結(jié)合民用的履帶（拖拉機(jī)）對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行較完整的配合與加工等一系列的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用現(xiàn)在相關(guān)軍工業(yè)機(jī)械上的一些底盤(pán)設(shè)計(jì)與實(shí)物作為參考，綜合考慮底盤(pán)結(jié)構(gòu)，使其可以在不同的地域都可較好的支撐機(jī)體使其可以正常的工作。本設(shè)計(jì)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪、支重輪、導(dǎo)向輪的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使整個(gè)底盤(pán)結(jié)構(gòu)較好的適應(yīng)復(fù)雜地形。履帶底盤(pán)關(guān)鍵技術(shù)履帶無(wú)人平臺(tái)的研究涉及機(jī)械、控制、傳感器、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，隨著無(wú)人平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展，要求其智能化程度更高，涉及的技術(shù)更廣，難度也越來(lái)越高，其核心技術(shù)主要包括模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)、多傳感器信息融合技術(shù)、導(dǎo)航和定位技術(shù)等?；谀K化設(shè)計(jì)的履帶無(wú)人平臺(tái)的結(jié)構(gòu)構(gòu)型可以根據(jù)工作任務(wù)而改變，不同的無(wú)人平臺(tái)執(zhí)行不同的任務(wù)時(shí)加裝不同的功能模塊，因此對(duì)任務(wù)與環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)。但是無(wú)論而加裝哪種功能模塊，采用的都是同一種底盤(pán)。履帶底盤(pán)作為履帶車(chē)輛的行走系統(tǒng)，是其重要總成之一，行走系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響到履帶車(chē)輛的行駛平順性、穩(wěn)定性和附著性能。對(duì)于工程對(duì)象不同，研究?jī)?nèi)容亦不同。

3.關(guān)于履帶無(wú)人平臺(tái)底盤(pán)的幾種設(shè)計(jì)方案履帶車(chē)輛行走系統(tǒng)與輪式車(chē)輛具有明顯的不同。履帶車(chē)輛不像輪式車(chē)輛那樣用前后輪支承，而是靠?jī)蓷l履帶與地面接觸。履帶車(chē)輛的左、右兩側(cè)各有一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪來(lái)驅(qū)動(dòng)該側(cè)履帶實(shí)現(xiàn)行駛。設(shè)計(jì)方案遵循原則在設(shè)計(jì)履帶底盤(pán)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：總體結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，容易安裝，重量輕；應(yīng)預(yù)留足夠多的空余空間以用來(lái)加裝功能模塊或運(yùn)輸物資；（3)采取模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)功能模塊之間相互獨(dú)立裝配，互不干擾；（4）行駛穩(wěn)定性高，越障能力強(qiáng)。（5）保障可行性和經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)要求及主要參數(shù)技術(shù)要求：（1）履帶式無(wú)人運(yùn)輸平臺(tái)采用無(wú)人駕駛遙控操縱方式；（2）應(yīng)用獨(dú)特?fù)u臂式四連桿懸架系統(tǒng)；（3）采取強(qiáng)電直驅(qū)方式提供動(dòng)力；（4）設(shè)計(jì)通用化程度較高的模塊接口，可滿(mǎn)足執(zhí)行多種軍民用任務(wù)需要。針對(duì)履帶式底盤(pán)設(shè)計(jì)要求，在調(diào)查分析多方面資料的基礎(chǔ)上，對(duì)履帶式底盤(pán)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。通過(guò)總體設(shè)計(jì)對(duì)所設(shè)計(jì)的履帶式底盤(pán)做出初步全面的規(guī)劃，提出相關(guān)數(shù)據(jù)、資料等信息，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)和分析提供理論基礎(chǔ)。在總體設(shè)計(jì)中履帶式底盤(pán)的主要性能參數(shù)必須確定，其代表了履帶式底盤(pán)的主要性能，但其參數(shù)的確定是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，受很多因素影響，而且彼此影響制約，所以各參數(shù)可以通過(guò)一定規(guī)律確定。主要性能參數(shù)：（1）最大載荷：120千克；（2）平地最大速度（空載）：35千米/小時(shí)；（3）垂直越障高度：米；（4）越溝寬度：米；（5）最大爬坡角：45度；（6）抗側(cè)傾角度：約45度。暫定該底盤(pán)重量為200kg。具體設(shè)計(jì)方案根據(jù)底盤(pán)的實(shí)際應(yīng)用，可以從以下結(jié)果方面著手進(jìn)行底盤(pán)的選擇設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)思路：履帶底盤(pán)采用橡膠材料，或者金屬材料。驅(qū)動(dòng)方式選擇機(jī)械驅(qū)動(dòng)，或者電力驅(qū)動(dòng)。底盤(pán)懸掛系統(tǒng)采用彈性懸架或者剛性懸架。方案一：采用橡膠履帶。優(yōu)點(diǎn)是整體重量小；對(duì)路面破壞?。辉肼暤?，緩沖性好；節(jié)約時(shí)間成本。缺點(diǎn)是不耐腐蝕，特種作業(yè)能力較差；不夠堅(jiān)固，容易磨損劃傷。方案二：采用金屬履帶。優(yōu)點(diǎn)是堅(jiān)固耐用，穩(wěn)定性強(qiáng)；使用壽命長(zhǎng)，適應(yīng)范圍廣；重心相對(duì)穩(wěn)定，不宜側(cè)翻。缺點(diǎn)是自重過(guò)大，不能上路行駛；成本較高；抗震能力較差。方案三：采用電力驅(qū)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單，能量傳遞方便，可無(wú)極變速，標(biāo)準(zhǔn)化高，節(jié)能環(huán)保。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)向慢，功率密度小，惡劣環(huán)境下不安全。方案四：采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠，操作簡(jiǎn)單，負(fù)載變化對(duì)傳動(dòng)比影響小及受環(huán)境影響小、價(jià)格低等。缺點(diǎn)是布局固定，尺寸大，重量重，不能無(wú)極變速。方案五：采用彈性懸架。優(yōu)點(diǎn)是牽引力較大；振動(dòng)小。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。方案六：采用剛性懸架。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；耐沖擊性強(qiáng)。缺點(diǎn)是直接受力較大，振動(dòng)大。結(jié)論：從實(shí)際應(yīng)用需求、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、節(jié)能環(huán)保等方面考慮，決定選擇采用金屬履帶、電力驅(qū)動(dòng)和彈性懸架。

4.履帶無(wú)人平臺(tái)底盤(pán)的總體設(shè)計(jì)履帶式無(wú)人運(yùn)輸平臺(tái)底盤(pán)的設(shè)計(jì)思想是將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及懸架系統(tǒng)和鏈輪系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)合理的組合成為一個(gè)整體，通過(guò)無(wú)線(xiàn)遙控的方式來(lái)控制其運(yùn)動(dòng)。底盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)履帶行走裝置有“四輪一帶”（驅(qū)動(dòng)輪，支重輪，導(dǎo)向輪，拖帶輪或張緊輪，以及履帶），張緊裝置和緩沖彈簧，行走機(jī)構(gòu)組成。機(jī)械行走時(shí),驅(qū)動(dòng)輪在履帶緊邊產(chǎn)生一個(gè)拉力，力圖把履帶從支重輪下拉出。處于支重輪下的履帶與地面有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使驅(qū)動(dòng)輪卷繞履帶向前滾動(dòng)，導(dǎo)向輪把履帶鋪設(shè)到地面，從而使機(jī)體借支重輪沿履帶軌道向前運(yùn)行?！八妮喴粠А痹谖覈?guó)已經(jīng)基本標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是在大型、重型機(jī)械方面。因此，本設(shè)計(jì)還是采用傳統(tǒng)模式的設(shè)計(jì)方法。一般常見(jiàn)的底盤(pán)形式有以下三種。第一種是簡(jiǎn)單用剛軸連接兩履帶的底盤(pán)，這種底盤(pán)結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，使用也最為廣泛。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占空間小。缺點(diǎn)是穩(wěn)定性差，復(fù)雜地形的通過(guò)性不是很高。圖4-1簡(jiǎn)單的剛軸連接底盤(pán)第二種是凸起式平臺(tái)連接兩履帶的底盤(pán)，這種底盤(pán)因?yàn)槭峭蛊鹌脚_(tái)，所以對(duì)崎嶇路面的通過(guò)性更強(qiáng)，穩(wěn)定性也較強(qiáng)。但是平臺(tái)結(jié)構(gòu)已經(jīng)定型，空間占用也大，對(duì)整體布局造成很大限制。圖4-2凸臺(tái)連接式履帶底盤(pán)第三種底盤(pán)是采用剛軸加連桿的連接方式，這種底盤(pán)抗震和回整效果較好。并且占空間小，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單。圖4-3剛軸加連桿連接底盤(pán)通過(guò)結(jié)合現(xiàn)有底盤(pán)結(jié)構(gòu)和一定創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出一種新式底盤(pán)結(jié)構(gòu)，通過(guò)獨(dú)特的搖臂式四連桿作為連接。中間用三根軸即一根軸加兩根回正彈簧連接車(chē)架，加上前后的兩根回正彈簧剛好組成一個(gè)菱形結(jié)構(gòu)，即保證了底盤(pán)強(qiáng)度，又是履帶平臺(tái)有了較高的穩(wěn)定性。懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)履帶車(chē)高速行駛在崎嶇的道路上，雖然履帶或車(chē)輪因地面不平而上下跳動(dòng)，但車(chē)內(nèi)的乘員卻感受不到強(qiáng)烈的巔震，究其原因，是懸掛系統(tǒng)起的作用。車(chē)輛的懸掛裝置對(duì)車(chē)輛本身來(lái)說(shuō)是非常重要的組成部分，它能夠很大程度上吸收車(chē)輛由于路面激勵(lì)產(chǎn)生的振動(dòng)。車(chē)輛振動(dòng)是影響車(chē)輛行駛平順性的主要因素。尤其考慮到全地形車(chē)輛高通過(guò)性，合理地設(shè)計(jì)或優(yōu)化車(chē)輛的懸掛裝置，可以很好地改善車(chē)輛的行駛平順性。懸掛系統(tǒng)是履帶車(chē)行動(dòng)裝置的重要組成部分，是將履帶車(chē)的車(chē)體和負(fù)重輪連接起來(lái)的所有零部件的總稱(chēng)，主要包括彈性元件、減振器、限制器、平衡軸等。確保行駛平穩(wěn)，緩和行駛時(shí)的沖擊與振動(dòng)。減輕振動(dòng)對(duì)車(chē)輛各部件的損傷和破壞，增加可靠性，從而確保履帶車(chē)在任何路面上都能充分發(fā)揮動(dòng)力一傳動(dòng)裝置的最大效能，并保證其能以最大車(chē)速行駛，使車(chē)輛具有良好的機(jī)動(dòng)性。履帶車(chē)在惡劣地形上的高速運(yùn)動(dòng)能力取決于懸掛系統(tǒng)，特別是懸掛系統(tǒng)為負(fù)重輪提供的垂直行程。它是評(píng)價(jià)履帶車(chē)戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)動(dòng)性重要的指標(biāo)之一。普通剛性懸架不能有效緩沖沖擊和振動(dòng)，并且運(yùn)動(dòng)速度較低。因此設(shè)計(jì)中底盤(pán)履帶懸架采用彈性懸架的結(jié)構(gòu)。彈性元件是坦克裝甲車(chē)輛懸掛系統(tǒng)的核心部件，它的發(fā)展和結(jié)構(gòu)改進(jìn)會(huì)影響到懸掛系統(tǒng)的發(fā)展步伐。目前，世界各國(guó)坦克裝甲車(chē)輛的懸掛系統(tǒng)中更多地采用扭桿彈簧作為彈性元件。扭桿彈簧是圓截面的細(xì)長(zhǎng)桿，承受純扭轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，橫向布置在車(chē)內(nèi)底甲板上方，占用車(chē)內(nèi)空間小，有利于車(chē)輛的總體布置。尤其是經(jīng)過(guò)工藝改進(jìn)的高強(qiáng)度扭桿彈簧，更是履帶式裝甲車(chē)輛懸掛系統(tǒng)最優(yōu)先考慮的彈性元件。但數(shù)量相對(duì)較少?，F(xiàn)代履帶式裝甲車(chē)用得較多的是高強(qiáng)度扭桿彈簧和減振器并列的獨(dú)立懸掛裝置，也有采用可調(diào)式液氣懸掛和混合式懸掛的，懸掛性能和可靠性均有大幅度提高。液氣懸掛是以油液傳遞壓力，以氣體(一般為氮?dú)?為彈性元件的一種懸掛系統(tǒng)，其最大特點(diǎn)是懸掛特性為“非線(xiàn)性”的。所謂“非線(xiàn)性”是指彈性元件變形越大時(shí)，吸收的沖擊能量就越大，呈非線(xiàn)性增加，這樣就可以使坦克保持較高的平均行駛速度。液氣懸掛的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較高，且易損壞而不易修復(fù)。扭桿彈簧實(shí)際上是一種細(xì)長(zhǎng)的金屬桿，在車(chē)底甲板上橫向安裝。其長(zhǎng)度與車(chē)體寬度差不多，它的一端固定在車(chē)體支架上，另一端與平衡軸導(dǎo)管相連，在行駛過(guò)程中負(fù)重輪的上、下跳動(dòng)使扭桿扭轉(zhuǎn)，以吸收地面對(duì)車(chē)體的沖擊能量。每一個(gè)負(fù)重輪都與一根扭桿相連，扭桿數(shù)目與負(fù)重輪數(shù)目相同。扭桿的直徑和長(zhǎng)度決定著坦克裝甲車(chē)輛的懸掛特性。由于扭桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，單位體積吸收能量較多，在車(chē)體內(nèi)所占容積不大，工作可靠，不易損壞。因此在此選擇扭桿彈簧作為懸掛裝置。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)表4-1無(wú)人履帶車(chē)性能指標(biāo)名稱(chēng)參數(shù)最大載荷120千克平地最大速度（空載）35千米/小時(shí)垂直越障高度米越溝寬度米最大爬坡角45度抗側(cè)傾角度約45度行走方式履帶式駕駛方式無(wú)線(xiàn)電遙控考慮以上要求，傳動(dòng)系統(tǒng)采用動(dòng)力裝置后置、發(fā)動(dòng)機(jī)橫置，此傳動(dòng)系統(tǒng)布置方案有利于傳動(dòng)系統(tǒng)的布置與空間合理利用，可有效降低底盤(pán)高度，減小車(chē)身長(zhǎng)度，有利于其作業(yè)穩(wěn)定性和行駛的機(jī)動(dòng)性。表4-2幾種驅(qū)動(dòng)方式比較性能機(jī)械驅(qū)動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)液力驅(qū)動(dòng)電力驅(qū)動(dòng)輸出力和轉(zhuǎn)矩較大大大小速度低較高較高高質(zhì)量功率比較小小小中等響應(yīng)性中等高中等高無(wú)極調(diào)速較難良好較好良好結(jié)構(gòu)一般較簡(jiǎn)單一般稍復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性一般較好，但易燃較好較差工作壽命一般一般一般較短價(jià)格一般稍高稍高較高表4-2列舉出了幾種驅(qū)動(dòng)方式的綜合比較，通過(guò)對(duì)這幾種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)進(jìn)行分析比較，結(jié)合設(shè)計(jì)要求、實(shí)際使用情況和經(jīng)濟(jì)性等方面的因素，考慮到液壓驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，同時(shí)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、能量傳遞方便、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及遙控，并且比較節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此確定選取電力驅(qū)動(dòng)作為履帶底盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式。為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，增加傳動(dòng)效率，采用強(qiáng)電直驅(qū)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。履帶底盤(pán)采用兩側(cè)履帶差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，兩側(cè)分別安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)履帶輪。該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)使車(chē)前進(jìn)、后退、改變方向等操作靈活自如，能夠?qū)崿F(xiàn)快速自由移動(dòng)和原地自轉(zhuǎn)，穿越狹小空間和復(fù)雜地形的能力大大增強(qiáng)。設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算電機(jī)選取發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率根據(jù)履帶車(chē)以最大功率行駛的工況確定。其在良好道路上以最大速度行駛所需功率可確定為發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率。由于本設(shè)計(jì)是以電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪，所以應(yīng)先算出發(fā)動(dòng)機(jī)功率，以此選取合適的電機(jī)。表4-3無(wú)人履帶車(chē)性能指標(biāo)名稱(chēng)參數(shù)最大載荷120千克平地最大速度（空載）35千米/小時(shí)垂直越障高度米越溝寬度米最大爬坡角45度抗側(cè)傾角度約45度行走方式履帶式駕駛方式無(wú)線(xiàn)電遙控供電方式鋰電池供電，可持續(xù)供電3h當(dāng)知道道路條件，以及車(chē)輛在此道路上所能達(dá)到的最大速度，發(fā)動(dòng)機(jī)功率可由下式確定：（1）式中：G—車(chē)輛的全重（KN）；vmax—在良好道路上行駛，要求達(dá)到的最大速度（km/h）；f0—車(chē)輛在良好道路上行駛的地面阻力系數(shù)；η—車(chē)輛效率。參考現(xiàn)有的履帶車(chē)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，要求的最大速度是在良好道路上行駛所能達(dá)到的，也就是地面變形阻力系數(shù)f很小，坡度也很小的路面能達(dá)到的。履帶車(chē)行駛的地面阻力系數(shù)可表示為：（2）由于坡度很小，所以：式中：i—路面的坡度，即所研究路段上坡高度與水平距離之比。結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)：履帶車(chē)輛效率分別取電機(jī)94%，聯(lián)軸器99%。帶入得，Nfmax=。表4-4常州永沛公司電機(jī)參數(shù)表在確定最大功率時(shí)，由于還要裝載功能模塊或物資，以及未來(lái)發(fā)展預(yù)留空間，所以功率選取要偏大一些，在此選取常州永沛機(jī)電技術(shù)有限公司的YP80B3/型號(hào)的電機(jī)，兩臺(tái)電機(jī)共，大于Nfmax，充分滿(mǎn)足要求。牽引力計(jì)算在道路上行駛或作業(yè)時(shí)，履帶車(chē)上作用著推動(dòng)車(chē)輛前進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力和抵抗車(chē)輛前進(jìn)的各種外部阻力。履帶車(chē)必須克服來(lái)自地面的滾動(dòng)摩擦阻力Ff才能在地面正常行駛；當(dāng)車(chē)輛在坡道上行駛或作業(yè)時(shí)，還必須克服重力沿坡道的分力，即坡度阻力Fi。因此，車(chē)輛行駛的總阻力為:(3)(1)滾動(dòng)阻力Ff履帶滾動(dòng)時(shí)，履帶與路面的接觸區(qū)域產(chǎn)生法向、切向的相互作用力以及相應(yīng)的履帶和支撐路面的變形。這導(dǎo)致阻礙履帶滾動(dòng)的阻力矩Tf的產(chǎn)生。由平衡條件得:(4)式中:W一法向載荷(N)；r一驅(qū)動(dòng)輪半徑(m)；f一滾動(dòng)阻力系數(shù)，如表4-5，根據(jù)履帶車(chē)作業(yè)環(huán)境，這里取。支撐面種類(lèi)?φ鋪石路面～干燥土路～柔軟的巖質(zhì)路面～沼澤地～～細(xì)砂地～收割過(guò)草地～開(kāi)墾的田地～～凍結(jié)的道路～表4-5履帶式機(jī)械的滾動(dòng)阻力系數(shù)?和附著系數(shù)φ(3)坡道阻力Fi車(chē)輛上下坡行駛時(shí)，車(chē)輛重力沿坡道的分力表現(xiàn)為車(chē)輛坡度阻力Fi，即：(5)式中:α—道路坡度角。履帶車(chē)要想正常啟動(dòng)和行駛，其履帶行走裝置的驅(qū)動(dòng)力Ft(也就是車(chē)輛的切線(xiàn)牽引力，由驅(qū)動(dòng)鏈輪上的驅(qū)動(dòng)力矩所產(chǎn)生)必須大于或等于各阻力之和。即要滿(mǎn)足:(6)式中:ηk一履帶驅(qū)動(dòng)段效率，??；Mk一驅(qū)動(dòng)輪輸出力矩(N·m)。由于路面對(duì)履帶車(chē)產(chǎn)生的最大驅(qū)動(dòng)力，即車(chē)輛產(chǎn)生的切線(xiàn)牽引力，發(fā)生在履帶車(chē)滿(mǎn)載時(shí)在最大坡度的路面起動(dòng)時(shí)候需要克服的阻力，因此車(chē)輛產(chǎn)生的最大切線(xiàn)牽引力需要滿(mǎn)足:(7)將數(shù)據(jù)代入得:(8)履帶車(chē)牽引力的校核履帶車(chē)想正常啟動(dòng)或行駛的前提是，不但其牽引力要克服拖拉機(jī)所受到的阻力，而且不能大于地面對(duì)拖拉機(jī)的附著力。否則，當(dāng)車(chē)輛的牽引負(fù)荷超過(guò)地面附著力以后，履帶行走機(jī)構(gòu)將發(fā)生全滑轉(zhuǎn)失速，機(jī)械停止行走而喪失作業(yè)能力。用公式表示為:(9)式中:φ一地面附著系數(shù)，見(jiàn)表3，根據(jù)履帶車(chē)作業(yè)環(huán)境，??；考慮履帶車(chē)滿(mǎn)載情況的地面附著力：(10)因Ftmax<Fφmax,故所求得的驅(qū)動(dòng)力滿(mǎn)足要求，車(chē)輛不會(huì)打滑。履帶車(chē)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析履帶行駛機(jī)構(gòu)是由大節(jié)距鏈輪和鏈軌組成[14]，在履帶車(chē)輛行駛時(shí)，若履帶與地面之間無(wú)滑轉(zhuǎn)，則履帶車(chē)輛的行駛速度就等于驅(qū)動(dòng)鏈輪與鏈軌傳動(dòng)時(shí)動(dòng)力半徑的圓周速度，這時(shí)車(chē)輛的理論行駛速度vt為:(11)(12)實(shí)際行駛速度v為:(13)式中:nk一驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速(r/min)；E0一動(dòng)輪每轉(zhuǎn)卷繞的履帶板塊數(shù)，即有效嚙合齒數(shù)；rd一驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑(m)；lc一鏈軌節(jié)距(m)；nm一電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速(r/min)；im一驅(qū)動(dòng)軸傳動(dòng)比；δ一車(chē)輪相對(duì)地面的滑轉(zhuǎn)率?；D(zhuǎn)率δ是履帶式行駛車(chē)輛設(shè)計(jì)計(jì)算中最重要的參數(shù)之一，它是指車(chē)輪滑移成分占車(chē)輛縱向運(yùn)動(dòng)中的比例，是由阻力和慣性共同產(chǎn)生的?；D(zhuǎn)率滑轉(zhuǎn)率過(guò)大，會(huì)造成車(chē)速損失過(guò)大，制約車(chē)輛牽引功率的發(fā)揮。但從另一方面來(lái)說(shuō)，滑轉(zhuǎn)也可以使車(chē)輛在發(fā)生超載時(shí)避免發(fā)動(dòng)機(jī)熄火和行走系統(tǒng)的損壞，有一定過(guò)載保護(hù)的功能。這里取δ=7%。針對(duì)驅(qū)動(dòng)回路的其中一個(gè)電機(jī)，要計(jì)算單邊直驅(qū)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力。因此按照一般的工程實(shí)際，取整機(jī)行駛阻力的60%作為單邊驅(qū)動(dòng)的行駛阻力，即單邊有效切線(xiàn)牽引力為:（14)(15)設(shè)聯(lián)軸器傳動(dòng)效率為ηM(這里取，則電機(jī)負(fù)載力矩Mm和驅(qū)動(dòng)輪輸出力矩Mk有如下關(guān)系:(16)故(17)結(jié)合式(12)和式(14)，可得在最大切線(xiàn)牽引力作用下，電機(jī)的輸出扭矩為:(18)四輪一帶的計(jì)算與選型[15]以下計(jì)算為參照參考文獻(xiàn)[14][15]計(jì)算過(guò)程和方法。履帶履帶結(jié)構(gòu)有整體式和組成式兩種。整體式每一節(jié)履帶鑄造成整體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、易拆裝，但銷(xiāo)孔間隙大，易進(jìn)泥沙、易磨損，適于高速車(chē)輛。工程車(chē)輛大多采用組合式履帶結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)密封性能好，泥砂不易進(jìn)入相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)面，因此使用壽命長(zhǎng)，但零件多，制造復(fù)雜，拆裝困難。履帶支承長(zhǎng)度Lc，軌距B和履帶板掛寬度b應(yīng)合理匹配，使接地比壓，附著性能和轉(zhuǎn)彎性能符合要求。根據(jù)本機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，確定履帶的主要參數(shù)為整機(jī)的重量。本機(jī)的初定整機(jī)重量為：。令表示為接地長(zhǎng)度，單位m，表示履帶的高度，單位m，G表示機(jī)器整機(jī)重量，單位為t。則有經(jīng)驗(yàn)公式知：(19)履帶板寬度b，一般參照公式為：(20)式中：G—整機(jī)重量，kg。即。履帶節(jié)距和驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)z應(yīng)該滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度要求。在此情況下，盡量選擇小的數(shù)值，以降低履帶高度。根據(jù)節(jié)距與整機(jī)重量的關(guān)系：其中的單位為mm,G的單位為kg。（說(shuō)明：此處的驅(qū)動(dòng)輪方面在驅(qū)動(dòng)輪計(jì)算部分再詳細(xì)說(shuō)明。）(21)則(22)根據(jù)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際的資料：參照橡膠履帶230*48系列自制金屬履帶。驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)輪用以將動(dòng)力傳給履帶。驅(qū)動(dòng)輪和履帶的嚙合質(zhì)量，影響動(dòng)力的傳遞和行駛的均勻性。履帶行走裝置的驅(qū)動(dòng)輪通常放在后部，這樣既可縮短履帶張緊段的長(zhǎng)度，減小功率損失，也可提高履帶的使用壽命。（1）驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)Z。卷繞在驅(qū)動(dòng)輪上的履帶板數(shù)目Z`增加，使履帶運(yùn)動(dòng)速度均勻性好，鉸鏈摩擦損失減少，但使驅(qū)動(dòng)輪直徑增大，引起底盤(pán)高度及重量的增加。一般Z`在12～15之間，可為整數(shù)，也可為的倍數(shù)。為增加驅(qū)動(dòng)輪使用壽命，一般Z＝2Z`，當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)為偶數(shù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪上有一半齒不參加嚙合，待齒面磨損嚴(yán)重后，拆下重裝時(shí)，使未參加嚙合的齒開(kāi)始工作，以增加使用壽命；當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒為奇數(shù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪上各齒輪流與節(jié)銷(xiāo)嚙合，同樣增加使用壽命，且使用方便。因此，一般情況下，驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)為奇數(shù)。（2）驅(qū)動(dòng)輪齒形。按齒面形狀，驅(qū)動(dòng)輪齒形可分為凸形，直線(xiàn)形和凹形，其齒形要求為：使履帶節(jié)銷(xiāo)順利地進(jìn)入和退出嚙合，減少接觸面的沖擊力；齒面接觸應(yīng)力應(yīng)小，以減少磨損；當(dāng)履帶節(jié)距因磨損而增大時(shí)，履帶節(jié)銷(xiāo)與驅(qū)動(dòng)輪齒仍能保持工作。為了減少接觸應(yīng)力，工作面形狀最好用凹形。當(dāng)履帶節(jié)距因磨損而增大時(shí)，節(jié)銷(xiāo)將沿著齒面向上爬，為保證此時(shí)仍能?chē)Ш?，輪齒應(yīng)有一定高度。節(jié)圓直徑Dk：(23)式中：t0—履帶板節(jié)距，mm；Z`—圍繞驅(qū)動(dòng)輪一周的履帶板數(shù)目。支重輪支重輪用來(lái)將整機(jī)重量傳到履帶上，使整機(jī)沿履帶軌道滾動(dòng)，并夾持履帶，不使其橫向滑脫，迫使履帶在地面上滑移。支重輪經(jīng)常在泥水中工作，且承受重載和強(qiáng)烈沖擊，因此要求支重輪強(qiáng)度高，特別是輪緣和滾動(dòng)表面應(yīng)具有高強(qiáng)度和耐磨性，支重輪要具有可靠的密封結(jié)構(gòu)。支重輪的個(gè)數(shù)和布置應(yīng)有利于履帶接地壓力分布均勻。布置時(shí)，應(yīng)盡可能增大履帶的接地長(zhǎng)度，同時(shí)應(yīng)注意防止支重輪間、支重輪與驅(qū)動(dòng)輪、支重輪與引導(dǎo)輪的相互干涉。托鏈輪托鏈輪裝在履帶的上方區(qū)段托住履帶，以減少上方履帶的跳動(dòng)和下垂量，并防止履帶發(fā)生側(cè)向滑脫。托輪的個(gè)數(shù)取決于履帶上方的長(zhǎng)度，一般驅(qū)動(dòng)輪到引導(dǎo)輪的距離≥2m時(shí)，每側(cè)的托鏈輪設(shè)2個(gè)，小于2m時(shí)，一般設(shè)一個(gè)。托鏈輪的高度，應(yīng)使其滾動(dòng)表面和驅(qū)動(dòng)輪、引導(dǎo)輪的滾動(dòng)表面大約在一條直線(xiàn)上。也有一些國(guó)外底盤(pán)，為了減小履帶的振跳，將托鏈輪的高度增加，并保持一定的張緊力。引導(dǎo)輪引導(dǎo)輪用于履帶正確運(yùn)轉(zhuǎn)，可以防止跑偏和越軌。同時(shí)利用張緊裝置使引導(dǎo)輪移動(dòng)調(diào)整履帶的張緊度。所以引導(dǎo)輪既是履帶的引導(dǎo)輪又是履帶的張緊輪。引導(dǎo)輪的移動(dòng)方式分為擺動(dòng)式和滑動(dòng)式，目前工程機(jī)械多采用滑動(dòng)式。張緊裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算履帶的張緊裝置的調(diào)整方式一般有螺桿調(diào)整和液壓調(diào)整。(1)螺桿調(diào)整螺桿調(diào)整是通過(guò)調(diào)節(jié)螺桿和螺母來(lái)改變導(dǎo)向輪的位置，從而達(dá)到張緊的目的，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但調(diào)整費(fèi)力且螺紋易銹死而使調(diào)整更難。螺桿調(diào)整是一種剛性張緊，不具備緩沖作用，張緊力主要由螺桿來(lái)調(diào)節(jié)，只要螺桿直徑足夠大，具有一定強(qiáng)度和剛度。此張緊調(diào)節(jié)型式一般用在小型機(jī)械和超大型機(jī)器上。(2)液壓調(diào)整液壓調(diào)整是借助黃油槍將黃油壓入張緊油缸內(nèi)，使張緊油缸一端移動(dòng)導(dǎo)向輪一端壓縮彈簧，從而使緩沖彈簧獲得一定的預(yù)張緊力。當(dāng)履帶在運(yùn)行中遇到?jīng)_擊時(shí)，通過(guò)油缸的伸縮和履帶的作用力使導(dǎo)向輪前后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)履帶張緊或松弛，從而減少?zèng)_擊，起到緩沖的作用。而彈簧的緩沖作用在很大程度上決定于彈簧的預(yù)張緊力及彈簧的行程。彈簧張緊力計(jì)算彈簧預(yù)緊力是履帶車(chē)后退爬坡時(shí)，緩沖彈簧不產(chǎn)生附加變形來(lái)決定的。如圖所示。圖導(dǎo)向輪受力分析履帶車(chē)兩條履帶所提供的牽引力應(yīng)大于整機(jī)質(zhì)量沿斜面方面上產(chǎn)生的分力Gsinα，每側(cè)履帶所提供的牽引力應(yīng)大于，即：(24)(25)式中：α—最大爬坡角度，°；代入數(shù)據(jù)得，，G—整機(jī)重量，kg。緩沖彈簧安裝時(shí)必須有一定的預(yù)壓縮量，使履帶中產(chǎn)生一定預(yù)緊力，該預(yù)緊力保證緩沖彈簧不會(huì)在受到外來(lái)微小的沖擊時(shí)就產(chǎn)生附加變形而引起履帶振跳，同時(shí)又可保證引導(dǎo)輪在正常工作時(shí)不會(huì)向后移動(dòng)，從而避免脫軌。但緩沖彈簧預(yù)緊力亦不能太大，當(dāng)履帶和各輪之間卡入堅(jiān)硬石塊時(shí)或當(dāng)前方受到較大的沖擊力時(shí)，緩沖彈簧應(yīng)能進(jìn)一步壓縮，以保護(hù)行走系各零件不致?lián)p壞。其計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式如下：(26)緩沖彈簧最大變形時(shí)的彈簧壓力(27)帶入數(shù)據(jù)得，，緩沖彈簧的工作行程S緩沖彈簧的工作行程S是指彈簧預(yù)緊狀態(tài)到最大變形狀態(tài)時(shí)的附加變形量，其對(duì)履帶行走性能有很大影響，如果緩沖彈簧的行程過(guò)小，當(dāng)導(dǎo)向輪受到前方的沖擊載荷或因泥沙、小石頭等潛入驅(qū)動(dòng)鏈輪的齒溝、履帶里時(shí)，就有可能導(dǎo)致剛性碰撞，造成履帶過(guò)載和油缸活塞桿變形，從而影響履帶行走系統(tǒng)的整體性能。因此緩沖彈簧必須具有一定的緩沖行程，其計(jì)算公式為：(28)式中：Dke—驅(qū)動(dòng)輪齒頂圓直徑，mm；Dki—驅(qū)動(dòng)輪齒根圓直徑，mm。連接架連接架一般由中間架與左右履帶梁組成，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為X架與H架，其主要參數(shù)直接影響整機(jī)的性能，包括牽引能力，轉(zhuǎn)彎能力等。（1)履帶軌距B(29)式中：b—履帶板寬度，mm；帶入數(shù)據(jù)得，（2）履帶支撐面長(zhǎng)度Lc一般按總體設(shè)計(jì)及工作條件要求的平均接地比壓P確定：(30)式中：G—整機(jī)重量，kg；b—履帶寬度，mm；P—平均接地比壓，一般工程機(jī)械平均接地比壓為30～70kPa。同時(shí)，計(jì)算所得的Lc應(yīng)滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向要求：(31)式中：Lc—履帶支撐面長(zhǎng)度，mm；B—履帶軌距，mm；φ—牽引附著系數(shù)，具體見(jiàn)表4-6；f—滾動(dòng)阻力系數(shù)，具體見(jiàn)表4-7；μ—回轉(zhuǎn)阻力系數(shù)，具體見(jiàn)表4-8。表4-6履帶機(jī)械不同路面牽