【正文】 R一為車(chē)輪組中心軸到小車(chē)輪圓心的距離。VL=Ra2+b2/Ra ω (3 .14)VR=R+a2+b2/R+a ω ()將以上三種情況的計(jì)算結(jié)果帶入式(),()，即可得到所有情況下的4個(gè)車(chē)輪組在二維平面的速度大小與方向?？梢灾溃辛俗赞D(zhuǎn)、直線(xiàn)前進(jìn)、圓弧前進(jìn)這三組基本的運(yùn)動(dòng)單元，就可以實(shí)現(xiàn)任意曲線(xiàn)的行走。圖3. 1機(jī)器人小車(chē)坐標(biāo)系， a表示兩側(cè)輪子與原點(diǎn)O的橫向距離。(3)每個(gè)車(chē)輪組的四個(gè)小車(chē)輪簡(jiǎn)化成一個(gè)車(chē)輪且車(chē)子底盤(pán)重心與中心重合。轉(zhuǎn)子慣量:209gcm2.3爬樓梯機(jī)器人小車(chē)的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模及通過(guò)性分析3. 1爬樓機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析爬樓機(jī)器人在平地及越障等運(yùn)動(dòng)軌跡從宏觀上看是曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，但是從微觀上它可以看成是由很多直線(xiàn)與圓弧、不同方向的直線(xiàn)、不同方向圓弧之間的擬合。驅(qū)動(dòng)輪最大角速度：Ω2=2πn260=電機(jī)所需的功率為：P2=Ω2M2η= 我們所選的電機(jī)是瑞士MAXON公司的空心杯無(wú)刷直流電機(jī)EC45 (136207)，電機(jī)性能參數(shù)如下:額定電壓:24V。(2)爬樓所需功率 裝置在爬樓時(shí)需要克服車(chē)體和負(fù)載的重力做功，估算重力作用線(xiàn)與驅(qū)動(dòng)軸之間的垂直距離L為300mm。驅(qū)動(dòng)輪的附著力:Fφ=Nφ=小車(chē)輪的直徑d為160mm，輪組半徑R為180mm。 根據(jù)裝置平地和爬樓兩種不同的運(yùn)動(dòng)情形，分別計(jì)算驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的功率。車(chē)輪組半徑:r=80mm。車(chē)體重心高度:h=100mm。 根據(jù)以上條件可知:bmin =220, a min =140, a max =190mm。圖2. 2輪組機(jī)構(gòu)示意圖 2. 2. 2爬樓機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)輪組單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 輪組的結(jié)構(gòu)尺寸范圍根據(jù)樓梯的踏步高a和踏步寬b兩個(gè)參數(shù)來(lái)確定。本論文設(shè)計(jì)的輪組式爬樓梯機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)由兩部份組成，包括位于機(jī)器人中間部位由四個(gè)輪組驅(qū)動(dòng)的主車(chē)架，以及輪組機(jī)構(gòu)。機(jī)器人要適應(yīng)規(guī)定的尺寸范圍，能夠順利的上下樓梯，即強(qiáng)調(diào)它的強(qiáng)適應(yīng)性。 (3)對(duì)于多功能爬樓梯裝置，如何實(shí)現(xiàn)平地模式與爬樓模式之間的平滑切換也是重要的問(wèn)題。 2 爬樓機(jī)器人結(jié)構(gòu)原理2. 1爬樓梯機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)比較現(xiàn)有爬樓梯裝置，綜合分析其各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)。但是各種機(jī)構(gòu)的復(fù)合也給控制方面提出了更高的要求，而且爬樓過(guò)程中的穩(wěn)定性、如何適應(yīng)不同尺寸的樓梯、如何實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作省力與省時(shí)的問(wèn)題以及反向自鎖等問(wèn)題仍然存在。但它對(duì)控制的要求很高，操作比較復(fù)雜，在平地行走時(shí)運(yùn)動(dòng)幅度不大，動(dòng)作緩慢。 (3)步行式 早期的爬樓梯裝置一般都采用步行式，其爬樓梯執(zhí)行機(jī)構(gòu)由鉸鏈桿件機(jī)構(gòu)組成。且平地使用所受阻力較大，而且轉(zhuǎn)彎不方便，這些問(wèn)題限制了其在日常生活中的推廣使用。法國(guó)Topchair公司生產(chǎn)的電動(dòng)爬樓梯輪椅，它的底部有四個(gè)車(chē)輪供正常情況下平地運(yùn)行使用，當(dāng)遇到樓梯等特殊地形時(shí)，用戶(hù)通過(guò)適當(dāng)操作將兩側(cè)的橡膠履帶緩緩放下至地面，然后把這四個(gè)車(chē)輪收起，依靠履帶無(wú)需旁人輔助便能自動(dòng)完成爬樓等功能。 總結(jié)目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的爬樓梯裝置和專(zhuān)利，按爬樓梯功能實(shí)現(xiàn)的原理主要分為履帶式、輪組式、步行式爬樓梯裝置。越障機(jī)器人的研究，對(duì)擴(kuò)展機(jī)器人的作業(yè)空間，在人不能到達(dá)或不便到達(dá)的環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)，具有重要的意義。 機(jī)器人作為一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器。 移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)重要分支，是一類(lèi)能夠通過(guò)傳感器感知環(huán)境和自身狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下，動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多項(xiàng)功能于一體的高智能化機(jī)器系統(tǒng)。有的具有視覺(jué)和觸覺(jué)功能，能夠進(jìn)行獨(dú)立操作、自動(dòng)裝配和產(chǎn)品檢驗(yàn)。機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展，已對(duì)許多國(guó)家的國(guó)防工業(yè)生產(chǎn)、太空和海洋探索、以及整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活產(chǎn)生了重大影響，而且這種影響必將進(jìn)一步擴(kuò)大。就目前各種定義的共同之處來(lái)說(shuō)，即認(rèn)為機(jī)器人(1)像人或人的上肢，并能模仿人的動(dòng)作。查培克的劇本《羅薩姆的萬(wàn)能機(jī)器人》中，劇中機(jī)器人((Robot)這個(gè)詞的本意是苦力，即劇作家筆下的一個(gè)具有人的外表、特征和功能的機(jī)器，是一種人造的勞力。另外，越障機(jī)器人還可用于工業(yè)中的一些險(xiǎn)難作業(yè)，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。在軍事領(lǐng)域，機(jī)器人的廣泛應(yīng)用也成為了不可阻擋的軍事變革趨勢(shì)，在新的歷史條件和世界格局下，可以說(shuō)機(jī)器人正在也必將代替人類(lèi)完成更多軍事任務(wù)。從古代的神話(huà)傳說(shuō)，到現(xiàn)代的科學(xué)幻想小說(shuō)，戲劇，電影和電視，都有許多關(guān)于機(jī)器人的精彩描繪。論文所作的工作，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)性能更優(yōu)，控制智能更高的爬樓機(jī)器人搭建了良好平臺(tái)。本文介紹了具有四角行星輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的爬樓小車(chē)，在路況良好的情況下，運(yùn)動(dòng)子輪平穩(wěn)行駛，遇到小型障礙四角機(jī)構(gòu)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)輕松翻越障礙。中國(guó)人民解放軍炮兵學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 軍用爬樓機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及遙控裝置的設(shè)計(jì)姓 名： 張 鑫 學(xué) 號(hào)： 03052007025 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械工程及其自動(dòng)化 選題方向：特種作戰(zhàn)裝置設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教員： 李玉亮 胡立明 教 研 室： 機(jī)械工程教研室 設(shè)計(jì)提交日期： 設(shè)計(jì)答辯日期： 答辯委員會(huì)主席： 評(píng) 閱 人： 2011年 月 日摘 要樓梯是人造環(huán)境中的最常見(jiàn)的障礙，也是機(jī)器人移動(dòng)作戰(zhàn)最難跨越的障礙之一。對(duì)機(jī)器人小車(chē)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行分析，論證。設(shè)計(jì)了小車(chē)的遙控裝置，對(duì)車(chē)載可附屬設(shè)備進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。 “機(jī)器人”這人名詞對(duì)許多人來(lái)說(shuō)，并不陌生。在“機(jī)器人王國(guó)”日本，一直擁有全世界60%左右的機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于最多的工業(yè)部部門(mén)依次為家用電器制造、汽車(chē)制造、塑料成型、通用機(jī)械制造和金屬加工等工業(yè)，而且正應(yīng)用于更多的新領(lǐng)域中。越障機(jī)器人的研究，對(duì)適應(yīng)未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)需要，擴(kuò)展作戰(zhàn)空間，完成廣袤戰(zhàn)場(chǎng)的偵查，順應(yīng)瞬息萬(wàn)變的高技術(shù)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境具有重大意義。1. 2移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展概況 機(jī)器人一詞最早使用是在1920年捷克作家卡雷爾 要給機(jī)器人下個(gè)合適的和為人們普遍同意的定義是困難的?！爸悄軝C(jī)器人”是一種集數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、機(jī)械、電子、材料、能源、計(jì)算機(jī)硬件、軟件、人工智能等眾多領(lǐng)域的科學(xué)與技術(shù)知識(shí)于一身的綜合技術(shù)平臺(tái)。這些智能機(jī)器人，有的能夠模擬人類(lèi)用兩條腿走路，可在凹凸不平的地面上行走移動(dòng)。21世紀(jì)的機(jī)器人智能水平將提高到更高的水平，令人贊嘆。國(guó)內(nèi)在移動(dòng)機(jī)器人方面的研究起步較晚，主要的研究工作有:清華大學(xué)的THMRV自駕駛小車(chē)，香港城市大學(xué)的自動(dòng)導(dǎo)航車(chē)和服務(wù)機(jī)器人，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所的防爆機(jī)器人，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所自行設(shè)計(jì)和制造的CASIAI全方位移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)等。但是非結(jié)構(gòu)環(huán)境給移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)造成了自主決策和路徑規(guī)劃的困難。針對(duì)各種不同的運(yùn)動(dòng)環(huán)境，一直以來(lái)移動(dòng)機(jī)器人所采用的運(yùn)動(dòng)方式大體包括輪式、履帶式、足式等。英國(guó)Baronmead公司開(kāi)發(fā)的一種電動(dòng)輪椅車(chē)，底部是履帶式的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，可爬樓梯的最大坡度為350，上下樓梯速度為每分鐘1520個(gè)臺(tái)階。但是這類(lèi)裝置仍存在很多不足之處:重量大、運(yùn)動(dòng)不夠靈活、爬樓時(shí)在樓梯邊緣造成巨大的壓力，對(duì)樓梯有一定的損壞。而雙輪組式雖能實(shí)現(xiàn)自主爬樓，但由于其體積龐大且偏重，影響了它的使用范圍。步行式爬樓梯裝置爬樓時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，適合不同尺寸的樓梯。機(jī)器人擺臂在一定范圍可上下擺動(dòng)，輔助越障、攀爬，具有較強(qiáng)的越障性能、路面通過(guò)性和上下臺(tái)階能力。由此可見(jiàn)，為了解決移動(dòng)機(jī)器人使用受限的問(wèn)題，同時(shí)考慮到我國(guó)經(jīng)濟(jì)承受能力，需要研究一種價(jià)格低廉、功能多樣的爬樓梯裝置。 (2)使用安全性。樓梯踏步高與寬的關(guān)系式:2a + b _ 600(“a踏步高，b踏步寬)。爬樓機(jī)器人要求具有在平面行駛和爬樓梯的功能(樓梯規(guī)格:140_a_210, 220_b_320)，當(dāng)然也具備轉(zhuǎn)向避障和良好的行走線(xiàn)性軌跡。 當(dāng)小車(chē)遇上臺(tái)階時(shí)，由于臺(tái)階與車(chē)輪的摩擦力，行星輪的齒輪系都被鎖住，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)整個(gè)行星輪板在中心齒輪的驅(qū)動(dòng)下，變成一個(gè)類(lèi)輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小車(chē)爬上臺(tái)階。樓梯踏步高與寬的關(guān)系式:2a + b _ 600 ( a一踏步高b一踏步寬)。車(chē)體寬:Y=660 mm。車(chē)輪組中心軸到小車(chē)輪圓心的距離R=180mm。小車(chē)輪驅(qū)動(dòng)齒輪半徑:r3=60mm。驅(qū)動(dòng)輪承受的正壓力:N=[1/8(mb+mg