2019年1月份,国家煤矿安监局公告《煤矿机器人重点研发目录》指出:鼓励支持煤矿企业与国内外科研单位、机器人制造企业开展合作,推进煤矿安全发展,目录中第三十七类为矿井救援机器人。针对复杂矿井环境对救援机器人的运动要求,设计了一种新型腿轮复合式矿井救援机器人,并将其命名为Mine-Titan。Mine-Titan机器人具有可伸缩的前、后轮腿和腰部转动功能,可跨越大多数矿井巷道常见的障碍物,具有良好的矿井地形适应能力。矿难发生后,救援机器人可以协助人类完成复杂救援任务,及时了解灾后现场情况,缩减救援时间,提高救援效率,减少伤亡事故。首先,对移动机器人不同车轮数目的优缺点剖析,指出不同构型机器人的优缺点,确定了 Mine-Titan矿井救援机器人的结构方案为六腿轮复合式,并列出Mine-Titan机器人结构特点。根据机器人的结构特点,详细描述了机器人对不同障碍物的越障过程,推导出台阶式越障高度公式,并建立了稳定锥模型,对斜坡状态下的静态稳定进行分析。其次,根据矿井环境和Mine-Titan机器人的结构特点,对机器人的运动学和动力学进行研究。针对矿井环境的不规则地形,运用轮心建模法可以更快速、更准确地对机器人车体运动学进行建模。无法跨越环境下,机器人依靠转向完成移动,采用六个车轮均为驱动轮,前后四轮也作为转向轮的驱动方式,建立了机器人驱动运动学和驱动动力学模型,并分析影响驱动性能的关键因素,为后期的轨迹跟踪、空间定位和越障规划提供了依据。根据轮子对机器人运动施加的实质性约束,建立了用来描述整个机器人运动学约束的模型,分析了机器人的机动性能和活动性能。根据环境对机器人动力学特性的影响,采用牛顿-欧拉方程建立了整个台阶越障过程动力学模型,并对该过程进行了虚拟样机仿真验证。车轮与地面的接触动力学分析是基于轮腿之间协调调整的需要,也是复杂环境下机器人准确移动控制的前提,并对轮地接触进行虚拟样机仿真分析。最后,利用Solidworks在三维造型方面的优越性,建立了 Mine-Titan机器人的三维模型。通过ADAMS建立了该机器人的虚拟样机,完成了机器人在台阶式、沟槽式和斜坡式三种不同障碍环境下的运动过程仿真,生成了仿真结果和曲线,对仿真结果进行分析,验证了机器人对矿井中不同障碍物的越障可行性和合理性。