【正文】 ons adopted crawler drive structure. Structure of the overall use of modular design, in order to followup maintenance, removal can be adapted to various plicated road, and can turn on either side of the rocker arm before and after active control to regulate the robot39。結(jié)構(gòu)整體使用模塊化設(shè)計，以便后續(xù)拆卸維修，可以適應(yīng)于各種復(fù)雜的路面，并可主動控制前后兩側(cè)搖臂的轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動姿態(tài)，從而達(dá)到輔助過坑、越障等動作。其中具有代表性的有中國科學(xué)院研制的復(fù)合移動機(jī)器人“靈晰 B”型排爆機(jī)器人，“龍衛(wèi)士 Dragon Guard X3B 反恐機(jī)器人”，“ JW901 排爆機(jī)器人”等。 我國微小型機(jī)器人的研究和開發(fā)晚于西方的一些發(fā)達(dá)國家，我國是從20 世紀(jì) 80 年代開始機(jī)器人領(lǐng)域的研究的。 此設(shè)計移動方案的選擇是采用了履帶式驅(qū)動結(jié)構(gòu)。履帶移動機(jī)構(gòu) 。the modular design 履帶式機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計 3 目 錄 摘 要 ................................................................................................................1 1 引言 ................................................................................................................4 2 履帶機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展 ..........................................................................5 3 履帶機(jī)器人的運(yùn)動特性 ................................................................................8 4 本研究采用的行走機(jī)構(gòu) ............................................................................ 11 行走機(jī)構(gòu)的選擇 ............................................................................... 11 履帶機(jī)器人的功能、性能指標(biāo)與設(shè)計 ...........................................12 主要機(jī)構(gòu)的工作原理 .......................................................................13 5 機(jī)器人越障分析 ........................................................................................14 跨越臺階 ...........................................................................................14 跨越溝槽 ...........................................................................................15 斜坡運(yùn)動分析 ...................................................................................16 6 機(jī)器人移動平臺主履帶電機(jī)的選擇 ........................................................18 機(jī)器人在平直的路上行駛 ...............................................................18 機(jī)器人在 30176。 但我國對機(jī)器人研究起步較晚，大多數(shù)尚處于某個單項研究階段，主要的研究項目有：清華大學(xué)智能移動機(jī)器人于 1994 年通過鑒定，還有上海交通大學(xué)的地面移動消防機(jī)器人已投入使用。機(jī)器人移動功能的大 力研究和開發(fā)是 20世紀(jì) 80年代以后才開始，現(xiàn)在作為移動機(jī)器人而研制的移動機(jī)械類型已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了機(jī)械手。 目前六履帶擺臂式搜救機(jī)器人還是局限于單個或兩個自由度。再者，必須考慮導(dǎo)航或路徑規(guī)劃，如傳感信息融合，特征提取，避碰以及環(huán)境映射。 圖 23 這種 iRobot SUGV 的機(jī)器人是一種小型地面探測車，重量僅為 30 磅。 履帶式機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計 7 圖 25 telemax 行走姿勢 圖 26 最緊湊姿勢 通過對國內(nèi)外六履帶擺臂式搜救機(jī)器人的分析，可以看出六履帶擺臂式搜救機(jī)器人今后的發(fā)展有以下幾個方面的趨勢： （ 1）結(jié)構(gòu)上，趨向小型、微型。 圖 37（ a）、圖 37（ b）為四擺臂履帶單元同時著地，使機(jī)器人與地面的接觸面積增大，可以使機(jī)器人適應(yīng)松軟、泥濘和凹凸不平等各種地形環(huán)境； 圖 31（ a） 圖 31（ b） 圖 31（ c）、圖 31（ d）、圖 31（ e）中當(dāng)遇到小坡度的斜坡時，可直接爬坡而不必采取其他動作，從而可減少對驅(qū)動控制系統(tǒng)要求； 圖 31（ c） 圖 31（ d） 圖 31（ e） 圖 31（ f） 為四擺臂單元向上擺到中間位置，可實現(xiàn)機(jī)器人小空間轉(zhuǎn)向運(yùn)動。且其以各自不同的擺動角度向下擺動時可使機(jī)器人變換成各種姿態(tài)，從而使中間箱體在允許變化的高度范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)變，從而使機(jī)器人完成涉水的動作。當(dāng)主履帶爬到障礙物上面時，前擺臂向前向下擺動支起車體，機(jī)器人繼續(xù)前進(jìn)，直到其重心越過臺階。機(jī)器人的車體的履帶作為履帶式移動機(jī)構(gòu)，與前臂和后臂轉(zhuǎn)動相協(xié)調(diào)，增加了機(jī)器人運(yùn)動靈活性。轉(zhuǎn)向，前進(jìn)時的自由轉(zhuǎn)向，隨時調(diào)解爬坡時的力矩大小。后 軸 驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動 后軸 位于傳動系的末端。 履帶式機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計 14 5 機(jī)器人越障分析 跨越臺階 當(dāng)機(jī)器人在爬越臺階時，機(jī)器人履帶底線與地面之間的夾角將慢慢增大，當(dāng)重心越過臺階的支撐點(diǎn)時，則完成了爬越臺階的動作。 機(jī)器人加裝后臂，可以大幅提高機(jī)器人跨越臺階的高度，如圖 52所示，在后臂伺服電機(jī)的驅(qū)動下，后臂履帶抬起，成 ?90 直立，在機(jī)器人跨越的高度又要高出 H。履 帶 式移 動 機(jī)器人跨越 溝槽時 ， 當(dāng) 重心越過溝槽邊緣時 ，受重力作用，機(jī)器人 將產(chǎn) 生前 傾現(xiàn) 象， 運(yùn)動不穩(wěn) 定。 當(dāng) maxFF? 時，機(jī)器人受重力的影響將沿斜面下滑。則可取 ? 大一點(diǎn)。 由以上分析可知，機(jī)器人平地直線運(yùn)動時要求的驅(qū)動電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速較大，而爬坡時需要驅(qū)動電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩較大。另外在使用過程中可攜帶或可移動的蓄電池，干電池作為供電電源，操作輕巧與方便。 輪式移動機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 輪式移動機(jī)構(gòu)是最為普 通的運(yùn)動方式，輪式機(jī)器人移動機(jī)構(gòu)普遍具有結(jié)構(gòu)簡單、速度快、節(jié)能、靈活的特點(diǎn)，同時具有自重輕、不損壞路面、作業(yè)循環(huán)時間短和效率高等優(yōu)勢。該結(jié)構(gòu)有一定的局限性，只能在相對平坦、表面較硬的路面上行駛，如遇到軟性地面容易打滑、沉陷，但可根據(jù)具體地面 環(huán)境采用一些預(yù)防措施來緩解該類情況的出現(xiàn)，如圖 71 所示。 腿式移動機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)有： 該類機(jī)器人的移動速度慢，機(jī)動性較差．負(fù)載不能太重； 腿式機(jī)器入對地面適應(yīng)性和運(yùn)動靈活性需要進(jìn)一步提高； 腿式機(jī)器人控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，控制方法還有待完善； 該機(jī)構(gòu)未進(jìn)入實用化階段。 履、腿式移動機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 履腿復(fù)合移動機(jī)構(gòu)結(jié)合了履帶式和腿式兩種移動機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢，在地面適應(yīng)性能、越障性能方面有良好表現(xiàn)。后移動輪為主動輪，前移動輪為從動輪，二者通過移動履帶來傳遞動力，實現(xiàn)同運(yùn)動。傳動時的線速度可達(dá) 50m/s，傳動比可達(dá) 10，效率可達(dá) 98％。 從以上對同步帶性能的分析中可以得出結(jié)論，選用梯形雙面齒同步帶作為移動裝置設(shè)計履帶能夠滿足設(shè)計性能及工作的環(huán)境條件要求。 查表 84，選擇履帶主動輪型號為 24XH，履帶從動輪型號為24XH，就近圓整帶輪直徑，查得履帶主動輪直徑 d1 =，履帶從動輪直徑 d2 =。 同時得到作用在軸上的力 Nv pF dr 2 75 41 00 0 ?? 同步帶的物理機(jī)械性能 本履帶式機(jī)器人選用 XH 帶，其物理機(jī)械如下 表 811 同步帶的物理機(jī)械性能 項目 梯形齒 XH L H XH XXH 拉伸強(qiáng)度 ?mmN/ 80 120 270 380 450 參考力 伸長率 參考力N 60 90 220 300 360 伸長 ?% 40 硬度 75? 5 包布粘合強(qiáng)度?mmN/ 5 8 10 12 芯繩粘合強(qiáng)度?mmN/ 200 380 600 800 1500 齒體剪切強(qiáng)度?mmN/ 50 60 70 75 90 履帶式機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計 38 履帶主從動輪設(shè)計 履帶輪材料選擇 為了減輕履帶驅(qū)動裝置的重量，我們選擇硬鋁合金作為履帶主、從動輪的材料，硬鋁合金具有密度小，質(zhì)量低，強(qiáng)度高，硬度高，耐熱性好的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足設(shè)計性能要求。所以，主動輪選擇兩個單邊單圈，從動輪選擇一個無擋圈，選 WS 型同步帶輪。 表 813 同步帶輪齒面寬 度尺寸參考表 型號 同步帶寬度 齒輪面寬度 代號 帶寬 雙面檔邊帶輪 單面檔邊帶輪 無檔邊帶輪 200 履帶式機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計 41 XH 300 400 履帶輪所允許的公差 兩輪所允許的公差如表 814 所示 表 814 允許公差表 項目 小輪 大輪 外徑偏差 + 0 + 0 任意兩相鄰點(diǎn) 節(jié)距 偏差 90 度弧內(nèi)的累積 ?? ?? ?? ?? 外圓徑向圓跳動 2t 外圓端面圓跳動 1t 輪齒與軸線平行度 3t 齒頂圓柱面的圓柱度 4t 軸孔直徑偏差 1d H7或 H8 H7 或 H8 外圓及兩齒側(cè)表面粗糙度 aR m? m? 副履帶部分設(shè)計 因為同步帶傳動具有準(zhǔn)確的傳動比，無滑差，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大等優(yōu)點(diǎn)，所以傳遞功率可以從幾瓦履帶式機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計 42 到百千瓦。 而副履帶相對了主履帶來說，它是輔助作用，幫助移動平臺具有更出色的越野性能，更擅長于攀爬和越溝。 翼板的材料應(yīng)滿足質(zhì)量輕，高強(qiáng)度，高硬度，易加工的優(yōu)點(diǎn)，綜合選擇，所以翼板的材料選擇硬鋁合金。 2222 ????????? ???V ? ?33850112500585648 ??? ? ?V kgVG 6 9 3 7 ????? ? 履帶式機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計 50 張緊輪，調(diào)節(jié)輪質(zhì)量 由于梯形雙面齒同步帶在工作一定時間后會發(fā)生松弛，為了防止同步帶輪因同步帶松弛而發(fā)生打滑現(xiàn)象，可以通過調(diào)節(jié)張緊輪的高度使履帶繼續(xù)保持張緊。 根據(jù)圖 101 翼板的設(shè)計重心在其中心線，翼板材料均勻，故可以設(shè)其中心在其對稱中心線上。 對履帶驅(qū)動機(jī)構(gòu)建立直角坐標(biāo)系如下圖 103 所示，坐標(biāo)原點(diǎn)O 與翼板對稱中心重合， x 翼板方向， y 從動輪中心軸線方， z 與 x ，y 方向垂直，符合左手定則。1 ??? 從動輪的體積計算 322239。 設(shè)計中，我對 履帶機(jī)器人 的工作原理 、 基本結(jié)構(gòu)、性能要求進(jìn)行了比較 詳細(xì)的分析，針對 履帶機(jī)器人 中采用的 履帶 、 減速器 、電動機(jī)等也進(jìn)行了必要的闡析