江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目申报表模板.docx
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江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目申报表模板
江苏省高等学校
大学生实践创新训练计划项目申报表
推荐学校：
江苏大学京江学院（盖章）
项目名称：
变结构车轮结构设计
项目类型：
□重点项目
☑一般项目
□指导项目
所属一级学科名称：
工学
项目负责人：
蒋云峰
联系电话：
********
指导教师：
李文超
联系电话：
********
申报日期：
2019年4月26日
江苏省教育厅制
二○一三年三月
项目名称
变结构车轮结构设计
项目所属
一级学科
工学
项目所属
二级学科
机械类
项目类型
（）重点项目（☑）一般项目（）指导项目
项目实施时间
起始时间：
2019年5月完成时间：
2020年5月
项
目
简
介
（100字以内）
在野外，以轮式模式运动的车辆在越障能力上远不及以履带式模运动的车辆，但是履带式运动没有轮式运动快速和灵活。
所以我们想要设计出可在轮式和履带式之间自由进行切换的新型的轮履复合式变形车轮。
申请人或申请团队
姓名
年级
学号
所在院系
/专业
联系电话
E-mail
主
持
人
蒋云峰
17
********
京江学院机电专业
********
********@
胡彪
17
********
京江学院机电专业
********
********@
成
员
徐明师
17
********
京江学院机电专业
********
********@
蒋政
17
********
京江学院机电专业
********
********@
指导教师
第一指导教师
姓名
李文超
单位
江苏大学京江学院
年龄
45
专业技术职务
副教授
主要成果
他主要从事车辆工程及相关领域教学科研工作，迄今发表学术论文30余篇，其中SCI/EI检索论文10余篇，获授权专利三项，主持和参与多项国家和省部级级项目研究，目前主持国家重点实验室和省重点实验室项目各一项。
主持完成江苏省高校自然科学研究项目一项，主要参与完成国家自然科学基金重点项目一项，国家863计划专题基金项目一项，国家自然科学基金面上项目一项、青年项目两项，江苏省自然科学基金项目一项。
第二指导教师
姓名
单位
年龄
专业技术职务
主要成果
一、申请理由（包括自身具备的知识条件、自己的特长、兴趣、已有的实践创新成果等）
我们是机械电子专业的学生，对机器构建充满热情，能够运用AutoCAD、SolidWorks这两种绘图软件来对零件建模、出图、仿真分析、运动分析。
大一时期，我们根据工程图学课程完成了截止阀的设计，对此拥有丰富的经验。
接受过系统化的机械制造工程实训，能够使用车床、铣床生产零件；了解沙型铸造生产工艺流程并且成功合型；在一次偶然的机会下，我们接触了变结构车轮，并从此对它产生了浓厚的兴趣，借此次大学生创新活动，我们希望对变结构车轮有更一步的了解。
二、项目方案
1.1国内外研究现状：
1．国内研究现状
在轮履复合式移动机构方向上，国内已有一些研究成果。
例如北京理工大学的小型轮履腿复合式机器人[1]。
中国科学院沈阳自动化研究所的NE-ZA-I机器人[2]。
这些移动机构由于本身的限制，无法适用于车辆。
其中与我们所研究方向最为相似的是华南理工大学的轮履复合变形车轮的设计与越障性能分析[1]。
如图1所示.他门在驱动方面采用变径轮辋部件上的主轴与汽车半轴通过法兰连接并作为动力输入.作为履带式行进的一个重要部件,履带轮部件上还安装了变形驱动装置,可根据不同的地面条件,可改变变形车轮的运动模式,从而提高车辆的越障性和环境适应性。
图1变形车轮的运动模式
2.国外研究现状
国外对车履复合式移动机构的研究，例如加拿大谢布鲁克大学的AZIMUT机器人[4]，韩国大邱庆北科技研究所的轮履复合机器人[5]等，但是也是因为机构本身的限制，无法适用于车辆。
2018年美国国防先期研究计划局（DARPA）公布了一款“可重新配置的轮轨”（RWT），这款轮胎可在三角形履带式车轮和圆形车轮间自由切换。
RWT变形轮系统由卡内基·梅隆大学国家机器人工程中心（CMUNCREC）开发，车轮轮毂由六块相同的机械结构组成，当机械模块呈三角形的时候，就是常见的越野用履带式轮胎。
通过调节单个机械模块的角度，RWT可以在两秒内从履带转换到圆形轮子，并再次切换回履带,安装了多模式极限行驶悬架系统,多模式极限行驶悬架系统（METS）由不同行程的悬挂组成，其中长行程悬挂可以向上拾升1.06米，也能够向下延伸0.76米。
通过调整每个车轮上的液压悬架，可以让机动车平稳且快速地坡或者高陡坡.
图2RWT变形车轮
参考文献
[1]段星光,黄强,李科杰.小型轮履腿复合式机器人设计及运动特性分析[J].机械工程学报,2005（08）:
108-114.
[2]李智卿,马书根,李斌,王明辉,王越超.具有自适应能力轮—履复合变形移动机器人的开发[J].机械工程学报,2011,47（05）:
1-10.
[3]曲杰,钟伟斌.轮履复合式变形车轮的设计与越障性能分析[J].华南理工大学学报（自然科学版）,2013,41（05）:
119-124.
[4]FranC,MichaudO.Multi-modallocomotionroboticplatformusingleg-track-wheelarticulations.AutonomousRobots,2005;（18）:
137—156
[5]KimYG,KwakJH,KimJ,etal.Adaptivedrivingmodemontrolofmobileplatformwithwheel-trackhybridtypeforroughterraininthecivilenvironment.InternationalConferenceonControl，AutomationandSystems,IEEE,Kintex,2010:
86—90
1.2项目已有基础：
我们在大一期间认真学习了机械制图并取得了优秀的成绩，对AutoCAD,Solidworks绘图软件运用熟练，也得到了SolidWorks的高级证书。
我们对Adams,UG,等机械运动分析软件也有所接触，所以我们有信心能够创造出新型变形车轮。
1.2.1初步设计二维建模
对变结构车轮结构进行初步分析设计，并绘出其二维概念图（未绘滚子和履带）。
（a）车轮运动模式简图
（b）车轮模式结构的剖视图
图3车轮运动模式及其结构
我们的初步设想是用连杆来完成车轮的外形支撑和变形，原理是用控制内部变形主轴的旋转角度来控制变形，这纯机械结构对电子仪器的依赖较低，因此也适用于小型野外侦查机器人，RC模型车和对电子装置干扰强的野外地形。
（a）履带运动模式简图。
（b）履带模式结构剖视图。
图4履带运动模式及结构
对比变形前的剖视图，可以看出当主轴逆时针旋转后最外层的连杆机构在机架的约束下向外伸展，伸展后最外层的三个连杆支撑起整个变形后的轮廓。
内两层之间因齿轮的作用下分别以逆时针和顺时针方向旋转，将除三角形顶点外的部分收缩。
从而达到变形。
这一变形的逆过程就从履带式变为轮式的过程。
1.2.2项目背景技术及常见问题
车辆常常面临着地形复杂的非结构化工作环境，对车辆的运动灵活性越长性和环境适应性等特性提出了更高的要求，针对非结构化工作环境的适应能力而言，履带式行进模式具有越野性好，越障，通过无陆地区能力强的优点，但是同时也存在能耗较大，灵活性较差等缺点。
与之相比，轮式行进具有较好的运动灵活性和较低的能耗。
因此，国内外的科研人员充分结合轮式和履带式运动结构的优点，开始研发多种能够适应复杂路面的移动机构，但是我们查阅了大多数的设计都是为机器人和特殊车辆设计的，虽然这些移动机构能在一定程度上具有较好的环境适应性和通过性，但是，由于机构本身的设计，限制了其在车辆上的应用。
其次,这些移动机构都有比较复杂的电路控制系统,若将其运用于车辆上,将大大增加车辆成本。
所以我们想要设计出一个对越野车辆的结构要求低，同时变形结构要灵活的新型变结构车轮
常见问题
1.因设计经验不足，而导致设计的机构不合理或零件无法加工。
2.成品完成时，因选材不当，导致零件在变形期间断裂。
3.因校区原因，无法及时找到老师寻求帮助，而导致进度拖延。
2.项目研究目标及主要内容
2.1研究目标：
1.设计出一种可替代充气轮胎直接安装于越野车辆上的，并可根据不同路面条件改变其行进模式的新型履带复合式变形车轮。
2.新型变形车轮采用机械变形结构，降低制作成本。
2.2研究内容
1.设计出新型变结构车轮的机械结构
1.初步设计出对电子设备和车辆结构要求低的新型变结构式车轮的最终概念图和机构图，该车轮要有轮式和履带式的优点，同时还要求变形速度快，变形要求条件低。
2．对车轮进行细节设计，最终给出车轮的各个零件图。
3．3D建模阶段，运用SolidWorks,UG等三维软件，建立零件模型，给出装配后的模型。
2.用Adams等仿真软件，对车轮进行运动学分析。
通过Adams等仿真软件的帮助，研究以下内容
1．测试车轮的爬坡性能，越障性能。
2．测试不同负重的条件下，变形车轮各机构的受力数据。
根据数据值优化和改进方案,降低对材料的要求。
3．测试不同负重的条件下，变形车轮的结构稳定性和变形速度，给出合适的车重推荐。
4．辅助分析机构参数，研究其对车轮爬坡性能，越障性能的影响。
根据测试结果，优化设计方案最终达到设计目标。
3.用装备新型车轮的RC模型车进行各种地形测试
运用3D打印，线切割等加工技术，做出小尺寸的模型样本。
将其装配在RC模型车上进行对各种地形车辆通过能力测试。
再对比车轮和纯履带式车轮的RC模型车，检验模型是否达到设计目标。
2.3项目创新特色概述：
车轮内部完全采用机械结构，与电动控制相比，动作更简单可靠，提高机构的传动效率。
在极端的路况下，能从轮胎模式转换成履带式运动，越野能力更为的突出。
2.4项目研究技术路线
2.5研究进度安排：
2019.5-2019.6：
查阅资料，自主设计研究方案.。
2019.7-2019.9：
实验研究，数据统计，处理与分析，得出结果，具体安排如下：
*2019.9-2019.10：
学习使用UG软件的应用，建立简易变结构车轮的模型：
*2019.11-2019.12：
对变结构车轮内部进行分析，优化结构。
*2020.1-2020.3：
在实验室将变结构车轮用3D打印机打印出来，并进行测试。
2020.4:
总结分析，修改不足之处。
2020.5：
填写结题表，总结报告。
2.6项目组成员分工
总体规划与协调：
胡彪
数据收集与整理：
蒋云峰、徐明师、蒋政
数据处理：
蒋云峰、徐明师
计算与模型构建：
胡彪
实证分析：
胡彪、蒋云峰、徐明师、蒋政
三、学校提供条件（包括项目开展所需的实验实训情况、配套经费、相关扶持政策等）
3D打印机
四、预期成果
1.设计出的变结构车轮在不同地形的通过性和灵活性要显著提升。
2.变形机构全为机械机构，不依赖电子设备。
3.变形速度要在3秒以下。
五、经费预算
总经费（元）
6000（元）
财政拨款（元）
0（元）
学校拨款（元）
6000（元）
注：
总经费、财政拨款、学校拨款由学校按照有关规定核定数目进行填写
具体包括：
材料费（4950元）
购置RC小车，3D打印出变结构车轮等一些小型器件
资料费450元
如购置机械原理和力学学习的相关书籍，打印相关资料和实验数据等
调研差旅费650
六、导师推荐意见
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签名：
年月日
七、院系推荐意见
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院系负责人签名：
学院盖章：
年月日
八、学校推荐意见：
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学校负责人签名：
学校公章
年月日
注：
表格栏高不够可增加。
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