将移动机器人这一高性能自动化平台引入林业监测可有效弥补传统作业方式在精确度、实时性和效率方面的缺陷。面向林区巡航监测的轮腿复合式移动平台结合了轮式和腿式运动模式的高速高效及通过性能,在林地复杂非结构化环境下开展近距离目标监测和巡航时具有良好的机动性和通过性。通过分析国内外现有复合式移动平台的结构特点并结合林区实际环境的需求,针对现有移动平台在林区环境下越障性能不佳等问题,本文设计了一种新型轮腿复合式移动平台。该平台采用推杆电机对复合轮腿的四边形结构进行驱动,对传统林用移动平台在越障性与稳定性方面的不足进行了改进。本文针对新型林用轮腿式复合移动平台开展研究,所完成的主要工作如下:1.设计了一种面向林业特种需求的轮腿复合式监测平台。首先对林区环境进行分析并将主要的地形因素进行合理评估,确定平台腿数及自由度、腿部机构方案、轮腿复合方案、驱动方式、运动模式及具体机构设计等。为了应对倒木、斜坡、乱石、涉水等多种林区复杂地形,采用推杆电机控制的开链关节连杆作为腿部设计方案以保证非结构化地形下的越障性能。采用建模软件Inventor完成了所设计平台各机构的三维建模及整机装配。2.推导了轮腿结构的正向运动学。依据D-H矩阵理论建立了单腿机构的正运动学方程,对选定关节角下末端轮体的位姿进行理论计算并在Matlab Robotics Toolbox中进行仿真,验证了运动学推导的准确性。然后基于蒙特卡罗法对所设计移动平台的有效包络域空间进行仿真分析,对轮腿机构的运动空间包络域进行求解以验证相关参数选取及机构设计的合理性。接着对整机平台、髋部、踝部及车轮等处关节角的理论速度进行推导。3.开展了复合移动平台的仿真分析。使用有限元分析软件ABAQUS软件对所设计的轮腿机构进行应力分析,选择轮腿机构在越沟时出现跌落这一极限工况作为其危险工况以校核其强度刚度;对所设计机构在四种运动模式下进行运动仿真,根据所得实验曲线对其稳定性及运行进行评估。最后根据野外林区实际应用需求对其控制系统进行整体设计以保证其在实际使用环境下的工作性能。该新型复合式轮腿机器人可以实现轮式行进、足式跨越和轮足复合式运动等多种运动功能,同时还可以根据实际工况改变轮距、轴距和机身高度从而实现全方位行驶。该机器人环境适应性强、越障能力好,能够在林地的复杂非结构化地形下开展作业并保持机身水平稳定,对林用无人平台的移动平台开发具有一定参考价值。