履带式机器人与轮式机器人的异同分析

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图 1.1 军事用途的履带式机器人(图片来源: https://www.online-sciences.com/tag/heavy-duty-robot-tracks/)

1.运动性能分析

履带式机器人的行进机构是履带，这是与轮式机器人最大的不同，轮子与地面的可简化视为点接触，而履带与地面的接触面积更大且跨度较长，也就是说，履带对机器人的支撑面更大，对地面的压强较小，因此采用履带的优点是：

越障及跨沟能力更强
运动平稳且不易打滑
爬坡能力强且不易倾翻
负载能力强且不易陷入软质地面

上述这些优点是轮式机器人不可比拟的，但也存在一些缺点：

滑动转向阻力大。因为履带与地面的接触面更大，滑动转向过程中，需要克服的阻力比轮式机器人大，也意味着对轮轴产生的扭矩更大。
运动损耗大。轮子与地面是点接触，而履带式面接触，所以机器人直行过程中，履带式机器人的滚动摩擦损耗更大。

2. 运动控制分析

履带式机器人的运动控制模型和四轮驱动机器人(SSMR)的几乎是一样的，其运动难以精确控制，因为存在严重的滑移情况（不可预测），所以需要配合其他传感器来辅助检测机器人的运动情况。

履带式机器人的质心和几何中心不重合，且质心位置难以确定，这也会导致控制模型不精确，因此在设计过程中，需要尽可能保证质心与几何中心相重合，可采用配置块来调节。

由于履带式机器人通过滑动摩擦实现转向，其受到的影响因素众多，这是对履带式机器人实现精确精确轨迹跟踪的一大挑战，需要考虑动力学进行综合分析。

3.应用分析

基于履带式机器人的特点，其常见的适用场景主要包括：

军事机器人：可搭载各种末端执行器，被应用于野外军事侦察等活动，几乎能够适应所有的野外场景，沙漠、乱石及废墟等场景；反观采用轮式机器人，则会存在陷入沙土中，或无法越过沟壑的情况。

消防机器人：搭载高压水枪的履带式机器人，高压水枪的后坐力强，而履带与地面接触面积大，恰好可以分摊后坐力，以保持机身姿态的稳定。

总体来讲，履带式机器人多用于野外非结构化场景，最好为土质松软的地面（降低磨损），执行侦察、运输等任务。

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