摘要
履带式消防机器人能够协助和替代消防员进入火场中进行灭火和救援作业，从而
降低救援的风险。为了最大限度地保证消防员的安全，对消防机器人性能的要求越来
越高。因此，对履带式消防机器人的行驶性能、稳定性等进行分析研究，对提高履带
式消防机器人的救援效率有着不可或缺的作用。本文以履带式消防机器人为研究对象，
通过建立其多体动力学模型，对机器人进行动力学分析、行驶性能分析、稳定性分析
以及机器人悬架参数优化等问题展开相应的研究。本文研究重点放在以下几个方面：
1）为便于对履带式消防机器人进行研究，本文以履带式消防机器人实体样机为对
象，构建机器人的三维模型，对机器人样机的关键部件进行试验分析获取相应参数，
运用拉格朗日法构建动力学模型，并通过动力学软件构建履带式消防机器人的多体动
力学模型，最后结合样机试验结果验证了模型的有效性和可信度。
2）为确保履带式消防机器人能够顺利到达指定点作业，对履带式消防机器人不同
工况的行驶性能进行分析，本文基于所构建的履带式消防机器人的多体动力学模型，
主要从直线行驶、转向行驶和越障行驶三种运动形式来研究，通过对机器人以三种运
动形式在不同工况下的行驶性能进行仿真分析，改变机器人行驶速度、路面参数以及
机器人质心位置等主要参数，来研究参数变化对履带机器人行驶性能的影响。
3）为保证履带式消防机器人在服役工况下的稳定性，对履带式消防机器人的稳定
性进行理论及仿真分析，本文主要从以下三种情况进行研究：坡地纵向稳定性、横向
稳定性及平地静止作业时稳定性。通过理论推导机器人工作时消防水炮后坐力的计算
公式，并建立机器人坡地静态稳定性数学模型，分析计算机器人坡地稳定性的评价指
标极限滑移角和倾翻角。基于动力学模型研究了机器人在不同坡度下的坡地稳定性以
及后坐力对平地稳定性的影响。
4）为提高履带式消防机器人云台稳定性及机器人行驶性能，对履带式消防机器人
的悬架参数进行优化设计。本文基于动力学模型，通过构建优化模型对悬架参数进行
优化设计。通过机器人悬架主要部件油压减震器的试验分析，确定优化的设计变量，
以油压减震器的刚度为设计变量，以机器人的垂向振动加速度和俯仰角加速度为目标
值，通过动力学分析获取样本数据并构建代理模型，确定优化模型的约束条件，并利
用非支配排序遗传算法进行优化，获得刚度的最优参数，从而提高机器人的稳定性。
关键词：履带式消防机器人；多体动力学模型；动力学分析；稳定性；悬架优化
I
II
ABSTRACT
Thetrackedfire-fightingrobotcanassistandreplacefirefighterstoenterthefirescene
forfirefightingandrescueoperations,therebyreducingtheriskofrescue.Inordertoensure
thesafetyoffirefighterstothegreatestextent,theperformancerequirementsoffire-fighting
robotsaregettinghigherandhigher.Therefore,theanalysisandresearchonthedriving
performanceandstabilityoftherobotplaysanindispensableroleinimprovingtherescue
efficiencyofthetrackedfire-fightingrobot.Inthisthesis,thetrackedfire-fightingrobotis
takenastheresearchobject.Byestablishingitsmulti-bodydynamicsmodel,thedynamic
analysis,drivingperformancesimulationanalys