【正文】 30X60mm 厚 度為 5mm 的 304 不銹鋼方管，這種合金鋼非常普遍，在具有不銹鋼優(yōu)秀的特質的同時也相對較容易焊接。 圖 34 支撐輪底盤 Figure 34 Support wheel Chassis 圖 35 支撐輪底盤與步進電機模塊 Figure 35 Support wheel Chassis and stepper motor module 圖 36 支撐輪輪架的安裝位置 Figure 36 Installation location of Support wheel Chassis 輪軸模塊的結構設計 軸 主軸支撐著機器人大部分的重量，而且負責傳動前輪架 的動作，所以分段較多。 圖 312 輔輪 Figure 312 Auxiliary wheel 輔輪與主輪相比 直徑 較小， 出于 通用性 的考慮 許多 尺寸與主輪 是相同的 內軸，聚甲醛雖然有著很好的強度和韌性，但是硬度不高，抗磨損能力差， 如果直接將 軸承安裝在塑料輪內，短時間內就會磨損輪子，所以在輪子中心使用了鋼制的內襯，提供額外的強度，和足夠的抗磨損能力。 圖 318 履帶 Figure 318 Track 動力模塊的設計 動力部分包含兩個 86 無刷電動 馬達，配套的馬達 驅動 器，蝸桿減速器，與軸承部件。 圖 324 輔助動力模塊 Figure 324 Auxiliary power module 框架，主要受力部分使用 5mm 鋼板，為了方便安裝和固定，與底盤相接的地方設置了彎角，安裝的時候便于固 定。 前臂 包含機械手和兩個自由度的控制，因為在整個機械臂的末端，所以采用了重量較輕的 42步進電機。中臂也是改裝成偵查臂與戰(zhàn)斗臂的基礎。 圖 340 機械臂底座 Figure 340 Arm base 圖 341 機械臂底座框架結構 Figure 341 frame of Arm base 圖 342 機械臂底座在底盤的安裝位置 Figure 342 Arm base position in the chassis 圖 343 機械臂底座軸承部件的分解視圖 Figure 343 Manipulator base bearing ponents deposition view 從圖 343 中可以清楚的看到推力軸承，和軸承的安裝順序， 從左到右分別是，后臂支架，軸承支架， 30mm 推力軸承，軸承支架， 25mm 深溝軸承，底座軸，底座架。機器人 傳感器的穩(wěn)定性和可靠性是保證機器人能夠長期穩(wěn)定的可靠工作的必要條件。 考慮到以上因素，給履帶機器人在不同使用環(huán)境與不同的任務配備如下傳感器。 b壓力傳感器，機械爪末端與機械臂的底座 處需要安裝這樣的傳感器，目的是調解機械手的壓緊力，否則過大的夾持力會使爆炸物的外殼變形而壓迫內部的危險物品。盡管這是體積縮小的優(yōu)化設計，但是兩塊步進電機的驅動板面積仍然非常大，并且主控芯片對散 熱有一定的要求，不能安裝的太緊密，也不能安裝在機器人的內部，只能將其安置在底盤的底部。因為 PC有著強大的計算能力所以可以方便的解決控制問題，與自主偵查等。和普通馬達相反，無刷馬達的線圈是固定的而磁體是旋轉的。而且不管多高的電壓和高熱他都不會退磁。以下是所選部件的型號與詳細參數(shù)。50mV 紋波 ) 發(fā)射電流 ≦ 35mA10mW 接收電流 ≦ 30mA 傳輸距離 1000m 備用方案 通過 3G網(wǎng)絡可以在有手機信號的任意范圍內操作機器人，在沒有 3G 信號的地方可以通過計算機無線網(wǎng)卡使用的 通訊協(xié)議在 200 米范圍內進行操作并傳遞高清視頻信號。 12 36V 直流電源供電，輸出電流 3A，可驅動 42,57,86 步進電機。為了滿足偵查的需求，激光測距儀也需要被裝備。對于安裝在機器人手臂等運動部 件上的傳感器，重量要輕，否則會加大運動部件的慣性，影響機器人的工作性能。尤其是危險的拆彈工作與戰(zhàn)斗工作，任何誤差都會導致財產損失甚至人員傷亡，機器人是否能夠準確無誤的正常工作取決于傳感器的測量精度。 框架 整體采用的仍然是不銹鋼的方管，因為器材與零件全部整合在臂端的模塊中，所以除了臂端模塊以外的部分可以根據(jù)情況隨意改變，比如延長或縮短桿的長度，或者使用圓管等。這樣由推力軸承承擔軸向力，滾針軸承承擔法相力，可以對機械臂產生足夠的支持力。履 帶機器人使用的是步進電機與蝸桿的結合，在蝸桿和步進電機之間還加了一級行星減速系統(tǒng)，這樣不僅能在高負載的情況下提供足夠的扭矩，也可以在精心的拆彈工作中提供足夠的微調精準度。 輔動力模塊 控制前輪 架 俯仰的動力來源，使用的與機械臂相同的 57 步進電機。履帶機器人的履帶采用整體的橡與纖維組成的復合材料。輪子的材質使使用聚甲醛，因為如此大的體積如果使用金屬材料的話重量會非常的巨大。同時，下底盤輪架內的空間也是履帶機器人的步進電機的驅動模塊與兩塊蓄電池的安裝架。另一方面，在某些情況下，爆炸物突然爆炸或者起火，甚至是通過拆彈機器人改造的戰(zhàn)斗機器人或者偵測機器人遭遇敵人火力的襲擊的情況下，底盤不但要承受極端的負載而且要在緊急戰(zhàn)爭環(huán)境下快速更換。 2，輔助設備對拆彈機器人來說很重要，如果是在車間中，有液壓氣壓源的情況下，可以忽略，但是作為一個移動平臺，履帶機器人能隨時提供的只有電壓與電流，如果安裝液壓或氣壓源的話，對整體設置來說難以實現(xiàn)。而且同樣的也需要空氣壓縮機作為氣源，不便于小型移動設備隨時攜帶。驅動系統(tǒng)包含油缸， 電磁閥，油泵，油箱。這幾種機械臂的的操作范圍都可以滿足這一需求。 d多關節(jié)型 這種機器臂和人的手臂比較相似，可以做多個方向的轉動，由多個臂組成，機械形式和人的肘關節(jié)肩關節(jié)類似。但是他的坐標復雜，較難控制；其直線驅動裝置仍存在密封和工作死區(qū)問題。 機械臂的運動方式 a圓柱坐標系 這種運動形式的機器臂均具有回轉，伸縮，與升降三個自由度，運動范圍為一個圓柱體。這樣便可以得出機械臂終點的坐標，雖然拆彈機械臂基本是由人控制，但是對復雜的環(huán)境或者遮蔽物的環(huán)境下也需要計算機輔助來控制機械臂的位置?？臻g中一點 P 的位置可用向量 P表示。每一個矩陣可以實現(xiàn)兩個作用：旋轉和平移。 4，維護難度， 考慮未來的用途，維護難度并不是主要的問題，作為重要的軍事 裝備會有專人進行維護。C 下僅為兩年。當充滿電的時候， NiMH 電池會在 5 天內自放電為原來 80%的電量，所以需要偶爾進行深度 放電使電池的內阻降低。 2，直到完全放電前，電壓會一直保持穩(wěn)定。最好每 20 次充放電循環(huán)進行一次深度放電。在良好的儲存和保養(yǎng)下，鎳鎘電池可以完成 1000 次充電循環(huán)。 3，內部有大量液體，所以在高溫或者是高功率工作的時候會產生氣體，需要安裝排氣孔。 2，壽命長，可以在 300 次充放電循環(huán)后可能仍然有 80%的容量。這將大大的影響成本，在對成本不敏感而對精度要求較高的情況下可以忽略。但是如果使用先進的電動機控制模塊的話，內部自帶的電流保護可以 有效的保護電動馬達不被燒毀。變速箱中 是齒輪，軸，軸承，潤滑油，和其他剛性配件。同步帶的導輪上有牙槽。 V 型傳動帶是最普遍的傳動帶。一般使用在一個大型馬達帶動許多不同的機械機構。通過前面的章節(jié)，我們已經(jīng)選擇電動馬達作為履帶機器人的主要動力。 5， 雖然電動機加上蓄電池的重量可能非常大，這樣會導致在爬樓梯和上坡中會比較費力，但是對于履帶式機器人來說根本沒有問題，首先作為拆彈機器人，并不需要高速的移動到爆炸物旁邊，反而需要慢慢的靠近，通過蝸桿減速和鏈條減速的馬達可以輸出足夠的扭矩解決阻力與重量過大這一問題。 另外，相對于活塞式引擎，電動馬達有如下優(yōu)點。這一章便是對各種機器人工作模式之間進行對比與選擇。在論文的準備階段中我了解到“通用機械”這一概念，機械的通用性的好壞不僅決定 了這一個設備的加工難度，而且能決定這一領域的發(fā)展速度。 以上三種軍用機器人中，拆彈機器人使用的最為廣泛。 比較有影響的是美國的 Packbot 機器人和 Talon 機器人 。 6 履帶機器人的功能與擴展 ............... 錯誤 !未定義書簽。 傳感器 .............................. 錯誤 !未定義書簽。 輔動力模塊 ...................................錯誤 !未定義書簽。 軸承部件 .....................................錯誤 !未定義書簽。 機械臂驅動方式的對比與選擇 ...................錯誤 !未定義書簽。 幾種充電電池的綜合對比 .......................錯誤 !未定義書簽。 目 錄 前言 ................................. 錯誤 !未定義書簽。 在后續(xù)的章節(jié)中對機器人的各個部分進行了詳細的結構設計。 本 科 畢 業(yè) 設 計 （論 文） 題 目 __________________________________ __________________________________ 履帶機器人的結構設計與建模 畢業(yè)論文（設計）誠信聲明 本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設計）是在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標注，論文中的結論和成果為本人獨立完成，真實可靠，不包含他人成果及已獲得 或其他教育機構的學位或證書使用過的材料。 論文中先 用 了 大量的的篇幅進行理論的論證與各種結構模式的選擇， 進行了詳細的對比后， 找到最合適的設計方案。 fighting robot。 常見的可充電電池 .............................錯誤 !未定義書簽。 幾種機械臂的驅動方式 .........................錯誤 !未定義書簽。 軸帽 .........................................錯誤 !未定義書簽。 動力模塊框架 .................................錯誤 !未定義書簽。 4 履帶機器人的控制與傳感器 .............. 錯誤 !未定義書簽。 鉛酸蓄電池 ......................... 錯誤 !未定義書簽。從上世紀八十年代開始，歐美等工業(yè)發(fā)達國家就開始對各種機器人進行系統(tǒng)的研究，隨著科技的進步和時間的推移，取得了大量的研究成果。各國目前現(xiàn)役的的拆彈機器人，偵查機器人與戰(zhàn)斗機器人均已履帶機器人為基礎。 設計機器人是一個龐大大工程，一個優(yōu)良的設計不僅僅是優(yōu)秀的結構理論數(shù)據(jù)與華麗的外觀，便于生產和控制加工成本也是成功的關鍵，這是設計能否走出圖紙成為成品的決定性因素。 1 履帶機器人的運動分析 驅動模式的選擇 機器人的種類有許多種，要設計一個機器人必須先選擇合適的動 力，能源，運動模式，傳動模式等。因此，這里為了單位質量的功率而使用汽油引 擎是得不償失的。 4， 運行起來不需要新鮮空氣，這對于在比如集裝箱，室內這樣的狹窄空間中的拆彈任務極為重要，否則會使機器人無法工作。 動力傳動模式的選擇 將發(fā)動機產生的扭矩和轉速可靠精準的傳遞到輪子也是非常重要的。 b平帶傳動： 平帶傳動被廣泛使用在高速，小直徑，低噪音的場合。 c V 型帶傳動： V 型傳動帶的截面很像梯形，導輪的截面也有一個 V 型的口。同步帶在安裝上與平帶 類似，是平帶傳動的另一種注重精準性的改進型。一般機器人上使用的都是減速馬達，也就是一個減速箱和一個電動馬達的結合體。但是如果機器人在行進中遇到不可翻越的障礙物的話，電動馬達便會卡死，產生非常大的熱量，這很有可能瞬間燒毀電動馬達，平帶與 V型帶會在卡死后產生相對的滑動以減少熱量的產生。 4，加工難度與成本，變速箱與同步帶都需要較高的成本，變速箱需要大量的鉆孔與車銑加工，同步帶需要高強度的復合材料和精度。以下幾點是它的優(yōu)點： 1，價格最便宜，成本低。 2，如 前文所說，隨著電量的下降，電壓也會隨之下降，因此產生的能量會隨之下降。雖然購買鎳鎘電池的成本沒有鉛酸蓄電池那么低，但是在長時間使用的情況下，如果保養(yǎng)得當，鎳鎘電池最終會更省錢，甚至比鉛酸蓄電池還要便宜。需要偶爾通過深度放電使電壓降低到 80%來保證電池內阻維持在一個較低水平上。在良好的保養(yǎng)和存儲下，NiMH 電池可以完成 500 多次充放電循環(huán)，隨著技術的不斷發(fā)展，這一數(shù)值在不斷的被刷新中。 3， 當存儲在 25o C 的環(huán)境下， NiMH 電池每天會損失 5%的電量。另一個缺點是，鋰離子電池的框架壽命在 25176。而用來應付長時間工作的鎳氫電池包的較高放電率便顯得比較不利。 D－ H 矩陣是一個４ X４矩陣，它把一個矢量從一個坐標系轉換到另一個坐標系。 令 Ix,Jy,Kz和 Iu,Jv,Kw分別為 OX、 OY、 OZ 軸和沿 OU、 OV、 OW 軸的單位向量。但是有矩陣乘法可知，我們必須按照關節(jié)的次序一次相乘，因為矩陣的乘 法是有