【正文】 但是在相同的功率下48V的馬達(dá)更短，更輕，效率更高，發(fā)熱更小，綜合以上多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，最終還是選擇了 48V 馬達(dá)。 5 履帶機(jī)器人的動(dòng)力部件 除了結(jié)構(gòu)部件以外，有許多難以加工的部件比如電氣類(lèi)和遙控類(lèi)部件等，仍然需要向供貨商購(gòu)買(mǎi)。 表 41 四軸數(shù)控車(chē)床步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的性能參數(shù) Table 41 Fouraxis CNC lathe stepper motor drive module performance parameters 輸入電源 12 36V直流電源供電 輸出電流 3A(峰值 ) 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 42,57,86 步進(jìn)電機(jī) (4 線 6 線 8 線步進(jìn)電機(jī) ) 重量 300g 使用溫度 0℃ 50℃ 最大震動(dòng) 遠(yuǎn)程遙控與傳感器系統(tǒng) 履帶機(jī)器人有多組傳感器，有包含多路步進(jìn)電機(jī)的控制，需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 d遙控設(shè)備，雖然軍方有完備的系統(tǒng)，但是民用機(jī)器人大賽里也有很完備的系統(tǒng)。在機(jī)械臂的前端安裝一個(gè)清晰度較高的攝像頭，跟隨機(jī)械 臂前臂的動(dòng)作來(lái)精準(zhǔn)的觀察機(jī)械手附近的狀態(tài)。機(jī)器人傳感器的工作環(huán)境往往比較惡劣，機(jī)器人傳感器應(yīng)該能夠承受，當(dāng)有強(qiáng)電磁干擾，強(qiáng)震動(dòng)，并能在一定的高溫、高壓、高污染環(huán)境下工作。 作為軍用機(jī)器人，對(duì)傳感器的要求非常高。 上端的開(kāi)口時(shí)為了安裝前臂而設(shè)置的，否則前臂軸無(wú)法裝入，裝入后由螺栓固定。提供兩個(gè)方向的足夠的支撐。通過(guò)平行四邊形的框架結(jié)構(gòu)使兩個(gè)爪塊可以平行移動(dòng)將爆炸物抓緊，爪端可根據(jù)不同的任務(wù)更換橡膠片，橡膠釘或者其他符合爆炸物形狀的預(yù)制配件。 圖 321 蝸桿減速器 Figure 321 Worm Reducer 動(dòng)力模塊框架 將以上幾個(gè)部件結(jié)合起來(lái)的框架，承受扭矩的地方使用 5mm 的 35鋼板，其他地方使用 3mm 鋼板，依附底盤(pán)的位置或者不承擔(dān)扭矩的地方進(jìn)行了挖空處理，以減輕重量。為了減輕重量支撐輪采用的材質(zhì)也是 聚甲醛 ，內(nèi)部軸承采用了 61800 深溝球軸承，內(nèi)徑 10mm 外徑 19mm 厚 5mm。 圖 38 副軸 Figure 38 Countershaft 軸帽 主要功能是在軸的兩端將其間的部件夾緊，同時(shí)對(duì)于主軸來(lái)說(shuō)還負(fù)責(zé)將動(dòng)力傳遞至前輪架的功能 。第二，在其上鉆孔會(huì)造成應(yīng)力集中大大降低底盤(pán)的強(qiáng)度，所以利用的方管的截面設(shè)計(jì)了一個(gè)框架的插件，因?yàn)樾枰^高的精度所以需要使用數(shù)控加工中心進(jìn)行加工。 3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 今天，三維設(shè)計(jì)已經(jīng)成為工業(yè)設(shè)計(jì)的主流，為了更好的完成對(duì)履帶機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我全程使用 PROE 作為三維設(shè)計(jì)工具，對(duì)履帶機(jī)器人所有的零部件進(jìn)行建模和設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)是，伺服電機(jī)需要安裝在機(jī)械臂內(nèi)部，所以機(jī)械臂的尺寸較 大。 b氣壓式 與液壓式原理相同，由氣缸，氣閥，空氣壓縮機(jī)組成。 5， 考慮到拆彈過(guò)程中可能會(huì)遇到在箱子中或者是在汽車(chē)底下的爆炸物，繞過(guò)障礙與路徑這一特點(diǎn) 會(huì)使拆彈工作非 常方便 。其實(shí)是多關(guān)節(jié)機(jī)器人的一種特定的形式。同時(shí)方程又是線性的，因此對(duì)這類(lèi)機(jī)器人進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制很簡(jiǎn)單；它可以?xún)啥酥危虼藢?duì)于給定的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，其剛性最大。 這種機(jī)械臂由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)與兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成，由一個(gè)伸縮一個(gè)俯仰機(jī)構(gòu)組成。因此有人將這類(lèi)操作機(jī)器人稱(chēng)為遙控操作機(jī)，操縱機(jī)器人。 OUVW 繞 OXYZ 單個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)變換矩陣稱(chēng)為基本變換矩陣。我們把構(gòu)件坐標(biāo)系嵌入機(jī)器的每一個(gè)連桿中，便可以用齊次坐標(biāo)來(lái)描述這些坐標(biāo)系之間相對(duì)位置和方向。 2 機(jī)械臂的坐標(biāo)變換與運(yùn)動(dòng)分析 齊次坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換 機(jī)械臂作為履帶機(jī)器人的重要組成部分，其運(yùn)動(dòng)方程決定了以后的計(jì)算分析等工作，而對(duì)于機(jī)械臂的控制來(lái)說(shuō)，坐標(biāo)計(jì)算公式更是至關(guān)重要，以下是對(duì)多自由度機(jī)械臂的自由度坐標(biāo)換算方法。 3，壽命，拆彈工作與反恐任務(wù)并不是經(jīng)常發(fā)生，所以并不需要多高的充電 循環(huán)，但是要求有很高的存儲(chǔ)壽命，而且需要在短時(shí)間內(nèi)迅速出動(dòng)，所以鎳鎘電池等雖然存儲(chǔ)壽命長(zhǎng)，但是需要在空電狀態(tài)存儲(chǔ)下這一屬性便不適用于隨時(shí)可能發(fā)生的拆彈任務(wù)，優(yōu)先排除。我們也從新聞中得知，許多使用鋰離子電池的筆記本在溫度較高功率較大的情況下使用發(fā)生爆炸事故。 以下是 NiMH 電池的缺點(diǎn)： 1，成本較高，一般作為隨身設(shè)備的小型電源，而不是這種大功率的場(chǎng)合。目前市面上的 5 號(hào)或者 7 號(hào)充電電池基本上都是鎳氫電池。 C 存儲(chǔ)的 時(shí)候，每天會(huì)損失 1%的能量。 b鎳鎘電池 (NiCad) 鎳鎘電池是一個(gè)很成熟的技術(shù)，而且他的價(jià)格和性能仍然在不斷的改進(jìn)中。 5，他的電壓與電量的相關(guān)性很高，對(duì)于一個(gè) 12V 電池，電池的電壓會(huì)從充滿(mǎn)電的 慢慢的降低到無(wú)電狀態(tài)的 10V，這樣可以快速的判別電池的剩余電量，而決定什么時(shí)候該更換電池或者進(jìn)行充電。從技術(shù)上講鉛酸蓄電池是一種電池組。有些傳遞方式需要繃緊力，這樣會(huì)對(duì)馬達(dá)輸出軸和動(dòng)力模塊的軸承產(chǎn)生更多的負(fù)載。下面針對(duì)以上各種傳動(dòng)方法進(jìn)行比對(duì)。 e 變速箱傳動(dòng)： 變速箱是緊湊的連接馬達(dá)和輪子的方法。 d同步帶傳動(dòng)： 同步帶也被稱(chēng)作齒帶。適用的溫度范圍有限 ，性能與工作環(huán)境掛鉤（灰塵，污漬，機(jī)油等）。但是低廉的成本和和加工成本與較低的安裝精度使他成為一種非 常方便迅捷的解決方案。 綜上所述，相對(duì)于活塞引擎來(lái)說(shuō)，電動(dòng)馬達(dá)在各項(xiàng)指標(biāo)中都有所勝出。 3， 安靜，震動(dòng)小，對(duì)于拆彈任務(wù)來(lái)說(shuō)，震動(dòng)會(huì)沿著機(jī)械臂傳導(dǎo)至爆炸物，可能會(huì)引爆爆炸物，或激發(fā)爆炸物的起爆裝置，這會(huì)導(dǎo)致災(zāi) 難性的后果。經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)的四沖程汽油引擎可以相應(yīng)的降低震動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)與控制模塊等需要由專(zhuān)業(yè)廠商提供的部件，全部先進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查，確定市面上有銷(xiāo)售并且價(jià)格合理后才予以采用。以上這些優(yōu)點(diǎn)使拆彈機(jī)器人成為了一個(gè)很好的機(jī)器人平臺(tái)，可以通過(guò)更換功能插件而產(chǎn)生系列產(chǎn)品，如偵查機(jī)器人，搜救機(jī)器人，戰(zhàn)斗機(jī)器人等。履帶式機(jī)器人雖然行動(dòng)較慢，運(yùn)轉(zhuǎn)阻力大，但是通過(guò)性強(qiáng)，可以翻越障礙物，爬樓梯，負(fù)載能力高使之能裝載許多設(shè)備與武器。 7 總結(jié) ................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 馬達(dá)驅(qū)動(dòng) ........................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 后臂 .........................................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 動(dòng)力模塊的設(shè)計(jì) ...................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 輪軸模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 幾種機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)方式的對(duì)比 .....................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 傳動(dòng)方式的綜合對(duì)比 ...........................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 bomb disposal robot。 論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日 履帶機(jī)器人 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建模 摘 要 機(jī)器人 在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，尤其是反恐戰(zhàn)爭(zhēng)中 有著不可替代的地位，無(wú)論是作為拆彈機(jī)器人，偵查機(jī)器人還是戰(zhàn)斗機(jī)器人，都能極大的簡(jiǎn)化任務(wù)過(guò)程 ，減少人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。 論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。最終設(shè)計(jì)出一種以完成拆彈任務(wù)為主的中型履帶機(jī)器人平臺(tái)，在擁有一切履帶機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，可以通過(guò)更換不同的插件完成偵查，戰(zhàn)斗 任務(wù)。 驅(qū)動(dòng)模式的選擇 ...................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 齊次坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換 .................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 底盤(pán)設(shè)計(jì) ............................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 支撐輪 .......................................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 遠(yuǎn)程遙控與傳感器系統(tǒng) ................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 拆彈模式 ........................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。此外 , 美國(guó) iRobot 公司生產(chǎn)的 Negotiator機(jī)器人和 Warrior 排爆機(jī)器人，英國(guó)研制的super2wheelbarrow 排爆機(jī)器人、加拿大謝布魯克大學(xué)研制的 AZI2MUT 機(jī)器人、日本的 HeliosVII 機(jī)器人都屬于小型履帶機(jī)器人 ,因其各自用途不同 ,在結(jié)構(gòu)上各具特點(diǎn)。機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接關(guān)系到拆彈的效率與成功率。 在獲得數(shù)控車(chē)床中級(jí)技師資格后我更加體會(huì)到設(shè)計(jì)便于加工的產(chǎn)品的重要性，有些零件雖然從設(shè)計(jì)上達(dá)到了理論上的最優(yōu)結(jié)構(gòu)但 是加工起來(lái)卻比較復(fù)雜，比如需要掉頭加工或需要切換各種刀具，這都加大了生產(chǎn)成本并且降低了加工精度，而對(duì)性能的提升往往不明顯，從整體上講是得不償失的。 作為一個(gè)小型的移動(dòng)平臺(tái)，常用的動(dòng)力只有活塞式內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)馬達(dá)兩種。與之相比，電動(dòng)機(jī)可以瞬間啟動(dòng)，瞬間停止，并且配有自鎖剎車(chē)功能，而內(nèi)燃機(jī)還需要另外配備剎車(chē)部件。第二，拆彈機(jī)器人是需要移除爆炸物的，沉重的底盤(pán)可以保證重心的穩(wěn)定防止機(jī)器人翻倒。因此在將動(dòng)力傳遞到輪子的同時(shí)也需要對(duì)電動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行減速，目前工業(yè)上普遍采用的方法如下。平帶需要繃緊力來(lái)使能量從一個(gè)輪子傳遞到另一個(gè)，因此需要一個(gè)張力調(diào)整設(shè)備。傳遞的能量取決于 V型帶的繃緊力和滑輪 V型口的角度。同步帶能比普通的平帶傳遞更大的扭矩。普遍的方法是使用直齒輪，行星齒輪，蝸桿齒輪或者這些齒輪的結(jié)合體。在工作中會(huì)為了抓取物體或者為了瞄準(zhǔn)目標(biāo)而進(jìn)行武器系統(tǒng)進(jìn)行精確的微調(diào)。 能量源的選擇 作為一個(gè)電氣化的機(jī)器人，高效穩(wěn)定的能量源非常重要，目前世界上廣泛使用的并且 技術(shù)成熟的是， 鉛酸蓄電池，鎳鎘電池，金屬氫化合物鎳電池，鋰離子電池這幾種。 3，它在所 有的電池中能提供的電流是最高的。 4，因?yàn)樗鼉?nèi)部的酸液會(huì)在放電時(shí)腐蝕極板，所以它必須在充滿(mǎn)電的情況下儲(chǔ)存，并且要經(jīng)常充電。 3，鎳鎘電池在存儲(chǔ)的時(shí)候可以不充電并且不會(huì)受到損害。 3，鎳鎘電池含有鎘，雖然被很安全的封在電池中，但是鎘是有毒的化學(xué)元素，必須妥善的處理。 3，它可以在不充電的情況下無(wú)損害的存儲(chǔ)。如果進(jìn)行緩慢的功率輸出的話，它的能量密度很大。 幾種充電電池的綜合對(duì)比 表 13 幾種充電電池的性能對(duì)比 Table 13 Performance parison of several rechargeable batteries 功率 能量密度 壽命 維護(hù)難度 自放電 電池價(jià)格 鉛酸蓄電池 大 小 長(zhǎng) 低 中 低 鎳鎘電池 中 大 長(zhǎng) 高 中 中 金屬氫化物鎳電池 中 最大 中 高 高 中 鋰離子電池 小 大 短 低 低 高 綜上所述對(duì)以上幾種常見(jiàn)的充電電池進(jìn)行對(duì)比， 1，從功率角度考慮，履帶機(jī)器人有兩個(gè) 330W 的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力，另外有 8個(gè)步進(jìn)電機(jī)作為機(jī)械臂等設(shè)備的動(dòng)力，所以對(duì)功率要求很高。 通過(guò)以上對(duì)各種電池的分析，履帶機(jī)器人應(yīng)該配備兩種電池來(lái)應(yīng)付不同的任務(wù)，如果進(jìn)行拆彈工作，需要同時(shí)使用數(shù)個(gè)步進(jìn)電機(jī)而且工作時(shí)間一般不長(zhǎng)，再考慮到對(duì)底盤(pán)穩(wěn)定性的要求，所以將采用鉛酸蓄電池。 空間機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析有許多方法，齊次變換是其中較為直觀地、較方便的一種， Paul 首次將 DH 矩陣應(yīng)用于機(jī)器人的軌跡的計(jì)算，從此，齊次變 換在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)中和動(dòng)力學(xué)分析中廣為應(yīng)用。 在 OXYZ 坐標(biāo)系中向量 P 記為 zzyyxxX YZ kpjpipP ??? 即 ? ?TzyxXYZ pppP 1,? 我們希望找出旋轉(zhuǎn)變換矩陣 UXR ，以使 UVWP 的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為 XYZP 的坐標(biāo)，既存在 UVWUXXYZ PRP ?? 實(shí)際上， OUVW 按一定的關(guān)系繞 OXYZ 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定于 OUVW 的向量 UVWP 隨 OUVW一齊轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng) OUVW 與 OUVW 重合時(shí)， UVWP 與 XYZP 重合，其轉(zhuǎn)動(dòng) 關(guān)系由 UXR 描述。所以，當(dāng)時(shí)的機(jī)械手是作為自動(dòng)機(jī)，自動(dòng)線的附屬裝置出現(xiàn)的。 它可以繞中心軸轉(zhuǎn)一個(gè)角度，因此其工作范圍可以擴(kuò)大，且計(jì)算簡(jiǎn)單。運(yùn)動(dòng)范圍的圖形為立方體。機(jī)械臂末端由多個(gè)回轉(zhuǎn)角確定，定位精度不高。 2，所占空間必須 小，拆彈機(jī)器人是一個(gè)可移動(dòng)的操作點(diǎn)，而不是一個(gè)空間，所以占用空間較大的直角坐標(biāo)系便被排除。缺點(diǎn)是漏油對(duì)系統(tǒng)工作性能影響很大，成本高。 c機(jī)械式 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)，凸輪，齒輪齒條，連桿等機(jī)械裝置組成，傳動(dòng)可靠，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)于簡(jiǎn)單的機(jī)械臂來(lái)說(shuō)非常合適，但是對(duì)于有 6個(gè)自由度的拆彈機(jī)器人來(lái)說(shuō)，其間的機(jī)械結(jié)構(gòu)將非常復(fù)雜精細(xì)。 3，響應(yīng)速度對(duì)拆彈工作來(lái)說(shuō)，會(huì)影響操作的節(jié)奏，發(fā)出指令后能付快速執(zhí)行對(duì)拆彈工作還是有一定的影響的。材料采用了