【正文】 次序的。 機械手種類繁多，在不同的操作方式，動力來源，坐標結(jié)構(gòu)，自由度搭配中又有無數(shù)種排列組合，下文便是通過對各種模式的比對，排除，來選擇出最適合的機械臂模式與結(jié) 構(gòu)。 它具有中心支架附近工作范圍大、兩個轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置容易密封、覆蓋工作區(qū)間較大的優(yōu)點。但是他的操作范圍小，手臂收縮的同時，又向相反的方向伸出，不僅妨礙工作，而且占地面積大，運動速度低，密封性也不好。 幾種機械臂運動方式的對比 表 21 幾種機械臂運動形式的性能對比 Table 21 Performance parison of several forms of arm movement 工作范圍 所占空間 運動慣性 操作直觀性 重要優(yōu)點 圓柱坐標系 較大 較小 大 強 極坐標系型 大 較小 小 差 能抓取死角 直角坐標系 小 大 大 強 多關(guān)節(jié)型 最大 較小 小 差 能繞過障礙 SCRA 大 小 小 差 總結(jié)以上各種類型的運動方式， 1，工作范圍的角度考慮，拆彈機器人需要一定的范圍，以拆除高出地面或者是障礙物后的爆炸物。 機械臂的驅(qū)動方式選擇 幾種機械臂的驅(qū)動方式 機械手的驅(qū)動方式主要為以下五類 a液壓式 液壓式系統(tǒng)使用的比較廣泛，尤其是大功率機械臂上基本都是使用液壓式，比如馬路上常見的吊車，挖掘機等都是液壓式機械臂的一種。缺點是操作力小，體積大，由于空氣的壓縮性差，速度不易控制，響應慢，動作不平穩(wěn)，有沖擊等。 機械臂驅(qū)動方式的對比與選擇 表 22 幾種不同驅(qū)動方式的機械臂的性能對比 Table 22 The performance parison of several different arm 機械臂體積 輔助設(shè)備體積 響應速度 結(jié)構(gòu)復雜性 操作力 操縱精準性 液壓式 小 大 較慢 較復雜 大 較高 氣壓式 大 大 慢 簡單 小 極低 機械式 大 中 高 極復雜 中 高 電氣式 大 無 高 簡 單 中 高 綜合比對以上幾種驅(qū)動方式： 1，機械臂的體積，雖然相對以上幾種體積差別較大，但是對于機器人來說，臂需要一定的界面面積來保證強度，所以相對較大的尺寸對整體設(shè)計影響不大。強度對于拆彈 機器人尤為重要，拆彈機器人不僅僅需要在復雜的路面上行駛，而且在負載沉重的蓄電池和電動馬達的同時還需要在移除相當重量的爆炸物，所有需要額外的強度。下底盤輪架與數(shù)量眾多的支撐輪便是解決這一問題的方法。 圖 310 軸承部件 Figure 310 Bearing ponents 主承重輪 圖 311 主輪 Figure 311 Main wheel 限于空間比較緊而沒采用懸掛設(shè)備，所以改進了輪子的輻條， 弧形的輻條能提供額外的彈性使機器人在翻越障礙的時候不至 于震動過大。 圖 317 前輪架的安裝方法 Figure 317 Front rack installation method 履帶 作為履帶機器人，履帶是最重要的特征。 圖 322 動力模塊框架 Figure 322 Power Module frame 圖 323 動力模塊安裝方法 Figure 323 Power Module Installation 動力模塊的軸起到維持鏈條傳動的作用，而且是一個經(jīng)常高速旋轉(zhuǎn)的軸，因此有著完備的軸承模塊，軸承使用的是與支撐輪相同的 61800 深溝球軸承，內(nèi)徑10mm 外徑 19mm 厚 5mm。 機械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 機械臂是拆彈機器人的功能部件，不僅需要精準，而且需要較大的負載能力，一般的實驗型機器人多采用航模標準的伺服電機，雖然技術(shù)成熟通用性高但是功率不足。圖 330 很好的顯示了腕關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)，從左到又分別是，機械爪的末端框架、軸承內(nèi)部支撐、 10mm 推力軸承、 30mm 滾針軸承、軸承外部支撐、機械臂前臂框架。 圖 338 折疊狀態(tài) Figure 338 Folded state 這樣設(shè)計雖然會有更高的自由度范圍，但是會相應的降低結(jié)構(gòu)的強度，所以僅僅是后臂與中臂的連接處使用了 這種設(shè)計 ，前臂與中臂的自由度范圍足夠應付大部分工作情況所以并沒有采用這種設(shè)計 。機器人傳感器的精度直接影響機器人的工作質(zhì)量。 4，重量輕、體積小，安裝方便可靠。 當履帶機器人安裝上偵測模塊執(zhí)行偵查任務的時候，對視頻系統(tǒng)有著更高的要求，為了執(zhí)行夜間或者在黑暗的建筑物中的偵查任務，微光夜視儀是必備的，紅外攝像頭在觀察人員與汽車等設(shè)備的時候也會非常的有用。 步進電機驅(qū)動模塊 圖 41 四軸數(shù)控車床步進電機驅(qū)動模塊 Figure 41 Fouraxis CNC lathe Stepper Motor Driver Module 步進電機因為工作原理的原因也需要特殊的驅(qū)動模塊，為了提供全方位的操控性，加上前輪架的俯仰動作，履帶機器人總計使用了 8個步進電機，如果每個步進電機使用單獨的驅(qū)動模塊的話體積會非常龐大，而且難以控制，通過對市面上各種步進電機的驅(qū)動板的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了一種用于小型雕刻機的四軸數(shù)控車床驅(qū)動板非常合適，在一塊電 路板是集成了是四個步進電機的驅(qū)動，而且作為數(shù)控車床的驅(qū)動板，軟件方面也非常的全面技術(shù)相當成熟，價格比 8個獨立的驅(qū)動板便宜許多。 圖 43 單片機整合控制模塊 Figure 43 Integrated control module SCM 表 42 單片機整合控制模塊的性能參數(shù) Table 42 SCM integrated control module performance parameters 工作頻率 431MHz to 478MHz 頻率間隔 200KHz 接收靈敏度 117dBm1200bps 接口速率 1200 19200bps 工作溫度 20℃ 70℃ 電源 – (177。履帶機器人中所使用都是技術(shù) 成熟 并且相對價格較低的產(chǎn)品。比如，小型稀有金屬 馬達的效率一般在 80%到 90%。與普通有刷馬達的相比，它產(chǎn)生的電子干擾較小，摩擦小。通過網(wǎng)絡(luò)可以在世界任何一點遙控履帶機器人。 圖 42 步進電機驅(qū)動模塊的在底盤的安裝位置 Figure 42 Stepper motor drive modules installed in the chassis location 圖 42顯示了兩個步進電機控制模塊在底盤上的安裝位置，下文中的表 41則是 4軸步進電機驅(qū)動板的一些重要數(shù)據(jù)。底座的壓力傳感器是判斷出爆炸物的重量，如果在抓取抬升的過程中發(fā)現(xiàn)重量過大便需要停止工作，否則會對機械部件造成損害。 a視頻傳感器 作為人遙控的機器人，視頻是最重要的傳感器之一，操作者幾乎所有的操作與判斷都是通過視頻傳感器而進行的。軍用機器人就是以在惡劣環(huán)境中工作而設(shè)計的，所以穩(wěn)定性對軍用機器人來說至關(guān)重要，如果機器人在工作中故障，也將造成財產(chǎn)損失與人員傷亡。 軸承座與支架是 通過 焊接連接的。 圖 331 中臂 Figure 331 In arm 圖 332 中臂的透視圖 Figure 332 Perspective of the in arm 中臂框架的結(jié)構(gòu)圖 Figure 333 Framework structure in the arm 圖 333 所示的 部件與后臂相同位置的部件 是 通用的，圓 柱 形的空間里 裝著蝸桿機構(gòu)，旋轉(zhuǎn)軸的軸承部件與主軸的軸承部件相同。圖 328中能看出內(nèi)部安裝的三個 42部件電機，行星減速機構(gòu)與后部的蝸桿機構(gòu)。整個部件在運轉(zhuǎn)的時候會承擔較大的法向力，所以在行星減速器的兩端都有支撐的框架。之所以把這些部件整合在一起是為了便于更換與維護。 內(nèi)軸的材質(zhì)也是使用35鋼，車床車制，表面需進行熱處理以提高耐磨性。 圖 37 主軸 Figure 37 Main shaft 后軸，是固定的，并不會轉(zhuǎn)動，為了減少零件和更換方便所以采用了和主軸相同的軸承部件，但是原來安裝軸承的部位安裝了一個與 61805 軸承相同尺寸的軸瓦，以此提供支撐力。使用方管加工簡單，也有相當優(yōu)秀的截面形狀便于往底盤上追加其他設(shè)備。 4，操作力對于拆彈工作非常重要，許多爆炸物的重量非常驚人，某些由炮彈改造的路邊炸彈的重量可以達到幾十公斤，所以對操作力度有較高的要求。機械式機械臂也是需要輔助設(shè)備提供動力的。 雖然液壓系統(tǒng)的體積小，但是僅限于在有壓力源的情況下，如車間，大型機械等，對于小型移動設(shè)備來說，需要單獨的機構(gòu)提供壓力，這需要額外的空間。 3，慣性對拆彈工作影響并不大，因為拆彈過程中所有的動作都非常緩慢，為了搬運重量較大的物體機械臂的各處驅(qū)動留下的功率余量比較大，可以很好的解決慣性的問題。雖然國內(nèi)多數(shù)文獻對關(guān)節(jié)的個數(shù)和自由度有一定的要求，但是我認為，所有的有較多臂關(guān)節(jié)的機器臂都可以叫做多關(guān)節(jié)型機械臂。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，定位精度高，運動直觀性強，但是占地面積大而工作范 圍小，慣性大靈活性差。他的直線驅(qū)動部分如果采用液壓驅(qū)動，則可以輸出較 大的動力，能夠伸入腔式機器人的內(nèi)部，但是他的手臂到達的空間受到限制，不能到達靠近立柱或者地面的空間；直線驅(qū)動部分難以密封、防塵、及防御腐蝕性物質(zhì)；后縮手臂工作時，手臂會碰到工作范圍內(nèi)的其 他物體。后來，隨著 40 年代原子能工業(yè)的產(chǎn)生，出現(xiàn)了半自動化抓取搬運裝置，也就是所謂的操 作機。 向量 UVWP 在 OX、 OY、 OZ 軸的投影分量可用下列分量的點積定義wwxvvxuuxU V Wxx pkipjipiiPip ???????? wwyvvyuuyUVWyy pkjpjjpijPjp ???????? wwzvvzuuzU V Wzz pkkpjkpikPkp ???????? 寫成矩陣的形式： ????????????1pzpypx=?????????????????????1000000wzvzuzwyvyuywxvxuxkkjkikkjjjijkijiii????????????1wvuppp 式中 UXR =????????????1000000wzyzuzwyvyuywxvxuxkkjkikkjjjijkijiii UXR 陣中第一列元素分別為 Iu 在 Ix,Jy,Kz 方向的投影分量；第二、三列元素分別為 Jv,Kw 在方向 Ix,Jy,Kz 的投影分量。他為機器人的分析與綜合提供了一種有效的手段。 如果進行長時間的偵查或者戰(zhàn)斗任務的話，電池的使用時間與重量便變得比較重要。在高功率環(huán)境下會產(chǎn)生爆炸危險的鋰離子電池便被首先排除。然而，在 大流量放電的時候，電壓會下降很快。它在無電存儲的時候沒有記憶效應，也就是說可以在有電或者沒電的情況下儲存，不需要像鎳鎘電池那樣提前放電或者像鉛酸蓄電池那樣提前充電 。 c金屬氫化物鎳電池 (NiMH) 雖然這里說的金屬氫化物鎳電池和真正的鎳氫電池有本質(zhì)的不同，但是日常生活中我們都把金屬氫化物鎳電池稱之為鎳氫電池。但是從另一角度講，它也只能在不充電的情況下儲存，否則會產(chǎn)生記憶效應，這會大大降低電池的容量。如果在沒電的情況下存儲一段時間的話電池會報廢。這對于偶爾進行大功率輸出的設(shè)備來說非常重要。這其中有些完全不適合機器人使用，有些的性能非常相近，以下便對這些產(chǎn)品進行詳細的分析與比對。所以傳動精度非常重要，這一過程需要反復的改變傳動方向，同步性較低的傳動方式顯得不是很合適。行星減速與蝸桿減速在履帶機器人的各個部分都有使用。它沒有齒間隙 , 所以成為了理想的精確的自動化機器人機械部件。繃緊力越大，傳動能量就越強。這一張緊過程會對軸承產(chǎn)生較大的載荷。 幾種常見的傳動方式 a鏈條傳動： 鏈條的長度可以自行選擇，所以對軸的距離要求不是很精準，這個可以降低安裝難度。 表 11 活塞內(nèi)燃機與電動馬達的性能對比 Table 11 Piston engine and electric motor performance parison 單位質(zhì)量功率 再啟動難度 對空氣依賴性 噪音震動 發(fā)熱量 電磁干擾 活塞式內(nèi)燃機 高 難 高 高 高 無 電動馬達 中 易 無 低 中 有 在這兩個選擇之間，電動馬達唯一的缺點便是在運轉(zhuǎn)的時候會產(chǎn)生電磁 干擾，雖然這對負責拆彈工作的機械臂的控制極為不利，但是從現(xiàn)實角度出發(fā)，拆彈工作 一般 不會在機器人行進中進行，而是在停止的狀態(tài)下進行的，所以主動力馬達的電磁干擾對履帶機器人來說也可以忽略。 2， 熱源小，面對爆炸物來說熱量越小越好。內(nèi)燃機單位質(zhì)量產(chǎn)生的能量較大，例如， 一個微型 的 航模用甲醇二沖程發(fā)動機就能爆發(fā)出驚人的能量和轉(zhuǎn)速。所以在設(shè)計這個拆