【正文】 有的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)加大了傳遞的扭矩。缺點(diǎn)是，它也需要絕對平行的安裝環(huán)境，否則也會在運(yùn)轉(zhuǎn)中飛出誘導(dǎo)輪。 傳動方式的綜合對比 幾種傳動方式的性能對比傳遞扭矩傳動精度安裝難度加工難度成本鏈條高中低低低平帶低低中低低V型帶中中低低中同步帶較高較高中中中 幾種傳動方式的性能對比變速箱 高高高高高綜上所述，鏈條，同步皮帶，與齒輪傳動都是良好的傳動方式。安裝的復(fù)雜程度雖然對于精密的機(jī)器人來說不是什么問題，但是許多傳動方式在兩個(gè)軸不絕對平行的情況下會無法工作，而這種事情在機(jī)器人翻越障礙物或者受到爆炸物沖擊波的沖擊后很有可能發(fā)生。 常見的可充電電池a鉛酸蓄電池 鉛酸蓄電池的技術(shù)相當(dāng)成熟，非常適合機(jī)器人使用。摩托車，汽車，電瓶車都需要使用這種蓄電池，所以可用的型號非常廣泛，不同的尺寸序列也非常龐大。但是考慮到他的較低的自放電率，這一充電過程也并不需要經(jīng)常進(jìn)行。以下是鎳鎘電池的缺點(diǎn)：當(dāng)電池在25176。這是一個(gè)正在發(fā)展并且不斷提升的技術(shù)。他不含鎘等危險(xiǎn)的元素所以沒有相關(guān)的健康問題，也不會污染環(huán)境。在電池大流量放電的時(shí)候電池可能會損壞。從能量密度方面分析，因?yàn)槭锹膸綑C(jī)器人，而且作為拆彈機(jī)器人需要相應(yīng)的底盤重量，所以能量密度要求不高，但是不可以忽略的是，機(jī)器人的內(nèi)部空間尺寸非常有限，體積過大的話會對設(shè)計(jì)造成不便。這時(shí)能量密度最高而且維護(hù)方便并且潛力巨大的金屬氫化物鎳電池便是好的選擇。履帶機(jī)器人所使用的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂可以認(rèn)為是有一系列關(guān)節(jié)連接起來的連桿所組成。三列分別表示軸OU、OV、OW所在的方向。在原子能工業(yè)中負(fù)責(zé)進(jìn)行放射性材料的加工處理和實(shí)驗(yàn)，或者是在兵工廠進(jìn)行易燃易爆物的加工裝配，這類裝置的特點(diǎn)是不屬于某一工作主機(jī)，而且由人來操控。b極坐標(biāo)系型極坐標(biāo)機(jī)器人又稱為球坐標(biāo)機(jī)器人，他與圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人一樣，可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)。他在X、Y、Z軸上的運(yùn)動是獨(dú)立的，其運(yùn)動方程可以獨(dú)立處理。e SCRA型一般用于裝配，也叫做裝配機(jī)器人，動作靈活，速度快，定位精度高。從操作直觀性的方面出發(fā)，雖然以上幾種有較大的差別，但是隨著科技的進(jìn)步，電腦模擬技術(shù)的完善，直觀性差可以通過軟件與程序來彌補(bǔ)，所以直觀性不強(qiáng)對拆彈任務(wù)的影響不大。小型的液壓設(shè)備不容易設(shè)計(jì)管線等在局促的空間內(nèi)會不好分配空間。d電氣式由電動馬達(dá)驅(qū)動，優(yōu)點(diǎn)是電源方便，信號傳遞容易運(yùn)算，響應(yīng)快，驅(qū)動力較大，非常是適用于中小型機(jī)械臂，這也正是拆彈機(jī)器人所需要的。結(jié)合以上分析，電氣式的機(jī)械臂完全符合拆彈工作的需求。 底盤框架框架配件方形鋼管雖然加工簡單價(jià)格便宜而且單位質(zhì)量的強(qiáng)度很高，但是要在其上安裝高精度的輪架并不容易，第一，方形鋼管不同于方鋼，在強(qiáng)力的夾持下容易變形，鉆貫穿的大孔的時(shí)候非常費(fèi)力。前軸，比較短而所以強(qiáng)度要求不大，但是出于通用性的考慮采用了與主軸相同的直徑尺寸。 主輪與輔輪內(nèi)襯 主輪安裝方法 支撐輪雖然主輪可以輕松的支撐機(jī)器人全部的重量但是在某些復(fù)雜的地形下履帶會承受額外的拉力，所以需要支撐輪來維持履帶的形狀，和在高負(fù)載時(shí)提供額外的支撐力，另外在履帶斷裂的情況下仍可提供一定的行駛能力。 動力模塊與減速器 動力模塊與馬達(dá)驅(qū)動器 減速器履帶機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)阻力較大，轉(zhuǎn)速不能過高，而電動機(jī)的最佳效率轉(zhuǎn)速往往高達(dá)數(shù)千轉(zhuǎn)每分所以需要減速器減速，同時(shí)考慮到馬達(dá)在機(jī)器人中于輸出軸的位置正好呈90度，所以采用了蝸桿減速裝置。 輔助動力模塊的安裝位置 機(jī)械爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抓取爆炸物的夾緊部件，由一個(gè)42步進(jìn)電機(jī)負(fù)責(zé)夾緊動作，另一個(gè)42步進(jìn)電機(jī)負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)動作。 前臂的透視圖 前臂框架結(jié)構(gòu)圖腕關(guān)節(jié)，使用了一個(gè)推力軸承和一個(gè)滾針軸承。 支撐架支撐架，在中臂前端連接前臂的部件，負(fù)責(zé)傳遞兩個(gè)自由度的動作。 整體視圖5 履帶機(jī)器人的控制與傳感器 傳感器拆彈機(jī)器人不僅僅是一個(gè)工廠里的組裝機(jī)器人，作為遙控設(shè)備他需要人進(jìn)行觀察，需要一些傳感器進(jìn)行現(xiàn)場的評測。 抗干擾能力強(qiáng)。解決方案如下，機(jī)器人的前后各安裝一個(gè)較低分辨率的固定攝像頭，以在行進(jìn)或者倒退過程中判斷障礙物的形狀以改變機(jī)器人的履帶狀態(tài)或者轉(zhuǎn)向。c爆炸物傳感器原理上講是高敏感度的氣味傳感器，通過氣味對爆炸物的化學(xué)成分進(jìn)行判斷，對不同種類的爆炸物使用不同的拆除方法[14]。車床步進(jìn)電機(jī)控制板并非為移動設(shè)備而設(shè)計(jì)，所以需要額外的防護(hù)措施以適應(yīng)惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境。市面上銷售的以Atom為核心的微型筆記本可以很好的完成這一任務(wù)，它們都內(nèi)置無線網(wǎng)卡與3G網(wǎng)卡，整合性高，自帶的電源可以供給6小時(shí)以上的電力[15]。市面上在這一功率范圍內(nèi)的電動馬達(dá)的電壓分為24V和48V兩種，這對于非移動設(shè)備來說可能僅僅只是更換變壓器這么簡單，但是對于移動的平臺，48V意味著四個(gè)12V蓄電池，這對空間和質(zhì)量上都是一種挑戰(zhàn)。根據(jù)功率公式： (51)則此時(shí)的實(shí)際輸出功為：動力模塊中的蝸桿減速器減速比為20，鏈條齒輪的減速比為5，共計(jì)100。履帶機(jī)器人使用的是市面上銷售的48V330W的無刷馬達(dá)，所以需要一個(gè)能夠在48V下輸出10A以上的馬達(dá)驅(qū)動。都配合了相應(yīng)的行星減速機(jī)構(gòu)與蝸桿減速器，以提高扭矩和精準(zhǔn)度。 57步進(jìn)電機(jī) 57步進(jìn)電機(jī)的性能參數(shù)電機(jī)型號57BYGH56401A步矩角相電壓相電流靜力矩重量57步進(jìn)電機(jī)是作為中臂和后臂的馬達(dá)，承受扭矩要大于前臂，同樣先經(jīng)過減速比為20的行星減速器，再經(jīng)過減速比為20的蝸桿減速器，減速比共計(jì)400，靜力矩提升為504Nm。 蓄電池在底盤上的安裝位置 LCX127CH型鉛酸蓄電池的性能參數(shù)型號LCX127CH標(biāo)準(zhǔn)電壓12V標(biāo)準(zhǔn)容量12AH內(nèi)阻17mhms重量履帶機(jī)器人的主動力是兩個(gè)330W電動馬達(dá)，運(yùn)轉(zhuǎn)在額定工作狀態(tài)下的無刷馬達(dá)的效率一般為75%。機(jī)器人雖然是重要的反恐輔助工具，但是輪式機(jī)器人和履帶式機(jī)器人往往不是很高大，而現(xiàn)實(shí)中人們設(shè)置圍欄桌椅往往是以人的高端為參照的，所以趴在地上的機(jī)器人并不是很好完成一些放在位置較高地方的任務(wù)。所以在非越野狀態(tài)下，機(jī)器人可以將前輪架收起。b如果爆炸物起爆方式與遙控方式不明，但是體積較小可由拆彈機(jī)器人將其移動到安全位置進(jìn)行引爆。除了執(zhí)行戰(zhàn)斗偵查任務(wù)以外，也可以在有輻射或者危險(xiǎn)氣體的工廠中進(jìn)行檢修工作。 戰(zhàn)斗模式 戰(zhàn)斗模式作為多功能履帶機(jī)器人平臺，可以方便的通過更換插件來完成不同的任務(wù)，這次將中臂改造成戰(zhàn)斗插件，其中包含一只G36突擊步槍，選擇它作為戰(zhàn)斗模塊的武器主要考慮了以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。本論文重點(diǎn)分析介紹了不同傳動方式、驅(qū)動模式、機(jī)械臂形式等，并進(jìn)行了詳細(xì)的對比與選擇。很感謝老師從選題到論文的最終完善中自始至終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。對下一步工作的展望:目前已經(jīng)完成全部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，操作軟件與視頻遙控設(shè)備還未進(jìn)行設(shè)計(jì)。突擊步槍取了輕機(jī)槍和步槍的優(yōu)點(diǎn)，既可以像輕機(jī)槍那樣掃射，也可以像步槍那樣精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，G36在同行業(yè)中是佼佼者，精度，射程，射速表現(xiàn)都非常出色。成像效果良好。此時(shí)的機(jī)械臂依然有三個(gè)自由度，能把偵查插件指向任何角度進(jìn)行偵查。所有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)先為拆彈工作而考慮。作為偵查機(jī)器人，這一優(yōu)勢便更為明顯，立起來的機(jī)器人能躲在較高的障礙物后面通過升起的觀察模塊進(jìn)行觀察，不容易被發(fā)現(xiàn)。尤其是拆彈工作與狙擊工作需要絕對的精準(zhǔn)。考慮到機(jī)械臂自重10kg左右，外加各種運(yùn)轉(zhuǎn)阻力，與機(jī)械爪的握力，機(jī)械臂的額定抓取重量為20kg左右。則根據(jù)公式（52）機(jī)械爪中部的法向加持力為：當(dāng)機(jī)械爪的連桿運(yùn)動到垂直于機(jī)械臂軸線的時(shí)候，機(jī)械爪張開度最大，夾緊力最小，此時(shí)的力矩為72 mm，機(jī)械爪中部的法向夾持力為：作為前臂的動力時(shí)，42步進(jìn)電機(jī)先經(jīng)過減速比為20的行星減速器，再經(jīng)過減速比為20的蝸桿減速器，減速比共計(jì)400，靜力矩提升為192Nm。完全符合履帶機(jī)器人對任務(wù)的需求。因此履帶機(jī)器人的動力系統(tǒng)即使在額定狀態(tài)下也可以應(yīng)付各種障礙物。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(xì)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(luò)可以在有手機(jī)信號的任意范圍內(nèi)操作機(jī)器人。12 36V直流電源供電，輸出電流3A，可驅(qū)動42,57,86步進(jìn)電機(jī)。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(jī)器人手臂等運(yùn)動部件上的傳感器，重量要輕，否則會加大運(yùn)動部件的慣性，影響機(jī)器人的工作性能。尤其是危險(xiǎn)的拆彈工作與戰(zhàn)斗工作，任何誤差都會導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失甚至人員傷亡，機(jī)器人是否能夠準(zhǔn)確無誤的正常工作取決于傳感器的測量精度?？蚣苷w采用的仍然是不銹鋼的方管，因?yàn)槠鞑呐c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(dān)軸向力，滾針軸承承擔(dān)法相力，可以對機(jī)械臂產(chǎn)生足夠的支持力。履帶機(jī)器人使用的是步進(jìn)電機(jī)與蝸桿的結(jié)合，在蝸桿和步進(jìn)電機(jī)之間還加了一級行星減速系統(tǒng)，這樣能在高負(fù)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(diào)精準(zhǔn)度。 輔動力模塊控制前輪架俯仰的動力來源，使用的與機(jī)械臂相同的57步進(jìn)電機(jī)。履帶機(jī)器人采用整體的橡與纖維組成的復(fù)合材料。輪子的材質(zhì)使使用聚甲醛，因?yàn)槿绱舜蟮捏w積如果使用金屬材料的話重量會非常的巨大。同時(shí)，下底盤輪架內(nèi)的空間也是履帶機(jī)器人的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)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(jī)器人改造的戰(zhàn)斗機(jī)器人或者偵測機(jī)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(fù)載而且要在緊急戰(zhàn)爭環(huán)境下快速更換。輔助設(shè)備對拆彈機(jī)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(gè)移動平臺，履帶機(jī)器人能隨時(shí)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(shè)置來說難以實(shí)現(xiàn)。而且同樣的也需要空氣壓縮機(jī)作為氣源，不便于小型移動設(shè)備隨時(shí)攜帶。驅(qū)動系統(tǒng)包含油缸，電磁閥，油泵，油箱。這幾種機(jī)械臂的的操作范圍都可以滿足這一需求。d多關(guān)節(jié)型這種機(jī)器臂和人的手臂比較相似，可以做多個(gè)方向的轉(zhuǎn)動，由多個(gè)臂組成，機(jī)械形式和人的肘關(guān)節(jié)肩關(guān)節(jié)類似。但是他的坐標(biāo)復(fù)雜，較難控制；其直線驅(qū)動裝置仍存在密封和工作死區(qū)問題。 機(jī)械臂的運(yùn)動方式a圓柱坐標(biāo)系這種運(yùn)動形式的機(jī)器臂均具有回轉(zhuǎn)，伸縮，與升降三個(gè)自由度，運(yùn)動范圍為一個(gè)圓柱體。這樣便可以得出機(jī)械臂終點(diǎn)的坐標(biāo)，雖然拆彈機(jī)械臂基本是由人控制，但是對復(fù)雜的環(huán)境或者遮蔽物的環(huán)境下也需要計(jì)算機(jī)輔助來控制機(jī)械臂的位置。空間中一點(diǎn)P的位置可用向量P表示。每一個(gè)矩陣可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)作用：旋轉(zhuǎn)和平移。維護(hù)難度，考慮未來的用途，維護(hù)難度并不是主要的問題，作為重要的軍事裝備會有專人進(jìn)行維護(hù)。C下僅為兩年。當(dāng)充滿電的時(shí)候，NiMH電池會在5天內(nèi)自放電為原來80%的電量，所以需要偶爾進(jìn)行深度放電使電池的內(nèi)阻降低。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(jìn)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)。內(nèi)部有大量液體，所以在高溫或者是高功率工作的時(shí)候會產(chǎn)生氣體，需要安裝排氣孔。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