【正文】 彈機器人的時候，所有的結(jié)構(gòu)部件在考慮強度的同時最大限度的考慮到了易于加工性，因此也犧牲了一部分外觀和 強度或者重量的參數(shù)。這次的設(shè)計能盡可能考慮到需要考慮到的所有的相關(guān)因素，在論文開始的幾章里用了大量的的篇幅進行理論的論證與各種結(jié)構(gòu)模式的選擇，用來尋找最合適的 設(shè)計方案。國內(nèi)對該類機器人研究起步較晚 ,但近期取得了一定成果 ,如沈陽自動化研究所研制的 CLIMBER 機器人 ,北京理工大學(xué)研制的四履腿機器人 ,北京航空航天大學(xué)研制可重構(gòu)履帶機器人等。 偵查模式 ........................... 錯誤 !未定義書簽。 5 履帶機器人的動力部件 ................. 錯誤 !未定義書簽。 前臂 .........................................錯誤 !未定義書簽。 前輪架 .......................................錯誤 !未定義書簽。 底盤框架 .....................................錯誤 !未定義書簽。 機械臂的運動形式選擇 ................ 錯誤 !未定義書簽。 動力傳動模式的選擇 .................. 錯誤 !未定義書簽。 關(guān)鍵詞： 通用機械 ； 機器人平臺；拆彈機器人 ； 偵查機器人 ； 戰(zhàn)斗機器人 ； TRACKED ROBOT DESIGN AND MODELIN ABSTRACT Robots have an irreplaceable status in modern warfare, especially in antiterrorists wars. Bombdisposal robot, detection robot, and fighting robot, for instance, can greatly simplify the task of process, and reduce casualties and property losses. Although the crawler robot moves slowly and has great resistance on running, is has high passability that can climb over obstacles and stairs, and high load capacity. It has bee the first choice for military uses. The thesis carries out demonstrations of theoretical arguments and a list of a variety of options for structure model first by using a considerable space, then defines the best alternative of designs after a detailed parison. In the subsequent chapters, specific structural designs were conducted for each part of robots. In the design process, such as robot’s functionality and structural rationality was sufficiently taken into consideration, as well as the control of processing cost and difficulty. The final design, a bombdisposaltaskoriented mediumsized tracked robot platform was pleted. It has all the advantages of tracked robot, and can be switched to different plugins in order to bomb demolition, detection, and bat missions. KEY WORDS: general machinery。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影 印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計）或與該論文（設(shè)計）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時，單位署名為 。 robot platform。 幾種常見的傳動方式 ...........................錯誤 !未定義書簽。 機械臂的運動方式 .............................錯誤 !未定義書簽。 支撐輪底 盤 ...................................錯誤 !未定義書簽。 履帶 .........................................錯誤 !未 定義書簽。 中臂 .........................................錯誤 !未定義書簽。 電動馬達(dá) ............................ 錯誤 !未定義書簽。 戰(zhàn)斗模式 ........................... 錯誤 !未定義書簽。 在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，尤其是反恐戰(zhàn)爭中履帶機器人無論是作為拆彈機器人，偵查機器人還是戰(zhàn)斗機器人，都發(fā)揮著越來越重要的的作 用。一個優(yōu)良的拆彈機器人擁有通過性與載重性很強的底盤，精準(zhǔn)強力的機械臂，與完備的遠(yuǎn)程監(jiān)控操作能力。機器人的的每一個零件，從螺母到軸承到方形鋼管，完全符合我國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計的后期我也切身體會到標(biāo)準(zhǔn)化帶來的優(yōu)勢，許多零件因為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可以互相替換，使設(shè)計周期大大縮短。但是同時帶來的也有 強烈 的震動，熱量和廢氣。而作為戰(zhàn)斗機器人的參加任務(wù)的話熱源會成為熱敏武器與紅外觀察設(shè)備的目標(biāo)。另一方面，使用無刷電動馬達(dá)可以將電磁干擾造成的影響降到最低。因為鏈條齒輪與鏈條之間存在間隙，所以傳遞過程并不是很精準(zhǔn)，尤其是在傳動方向轉(zhuǎn)變的時候有一定的滯后性。不同步問題使它不能用到需要兩端轉(zhuǎn)速同步的情況下，但是因此可以適用于會短時間超載的場合。從某種意義上講， V型傳動帶是平帶的一種改進型，保持了平帶所有的優(yōu)點的同時加大了傳遞的扭矩。 缺點是，它也需要絕對平行的安裝環(huán)境，否則也會在運轉(zhuǎn)中飛出誘導(dǎo)輪。 傳動方式的綜合對比 表 12 幾種傳動方式的性能對比 Table 12 Transmission performance parison of several methods 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 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。 3，安裝 的復(fù)雜程度 雖然對于精密的機器人來說不是什么問題，但是許多傳動方式在兩個軸不絕對平行的情況下會無法工作，而這種事情在機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，非常適合機器人使用。 4，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)常進行。 以下是鎳鎘電池的缺點： 1，當(dāng)電池在 25176。這是一 個正在發(fā)展并且不斷提升的技術(shù)。 4，他不含鎘等危險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候電池可能會損壞。 2，從能量密度方面分析，因為是履 帶式機器人，而且作為拆彈機器人需要相應(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)計造成不便。這時能量密度最高而且維護方便并且潛力巨大的金屬氫化物鎳電池便是很好的選擇。履帶機器人所使用的多關(guān)節(jié)機械臂可以認(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)進行放射性材料的加工處理和實驗，或者是在兵工廠進行易燃易爆物的加工裝配，這類裝置的特點是不屬于某一工作主機，而且由人來操控。 b極坐標(biāo)系型 極坐標(biāo)機器人又稱為球坐標(biāo)機器人，他與圓柱坐標(biāo)型機器人一樣，可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)。他在 X、 Y、 Z軸上的運動是獨立的，其運動方程可以獨立處理 。 e SCRA 型 一般用于裝配，也叫做裝配機器人，動作靈活，速度快，定位精度高。 4，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，所以直觀性不強對拆彈任務(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)點是電源方便，信號傳遞容易運算，響應(yīng)快，驅(qū)動力較大，非常是適用于中小型機械臂，這也正是拆彈機器人所需要的。 結(jié)合以上分析，電氣式的機械臂完全符合拆彈工作的需求。 圖 32 底盤框架 Figure 32 Chassis frame 框架配件 方形鋼管雖然加工簡單價格便宜而且單位質(zhì)量的強度很高，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 強力的夾持下容易變形，鉆貫穿的大孔的時候非常費力。 前軸，比較短而所以強度要求不大，但是出于通用性的考慮采用了與主軸相 同的直徑尺寸。 圖 313 主輪與輔輪內(nèi)襯 Figure 313 Lined of main wheel and auxiliary wheel 圖 314 主輪安裝方法 Figure 314 main wheel Installation methods 支撐輪 雖然主輪可以輕松的支撐機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。 圖 319 動力模塊與減速器 Figure 319 Power module with reducer 圖 320 動力模塊與馬達(dá)驅(qū)動器 Figure 320 Power module with motor driver 減速器 履帶機器人運轉(zhuǎn)阻力較大，轉(zhuǎn)速不能過高，而電動機的最佳效率轉(zhuǎn)速往往高達(dá)數(shù)千轉(zhuǎn)每分所以需要減速器減速，同時考慮到馬達(dá)在機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。 圖 325 輔助動力模塊的安裝位置 Figure 325 Auxiliary power module installation location 機械爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 抓取爆炸物的夾緊部件，由一個 42 步進電機負(fù)責(zé)夾緊 動作 ，另一個 42步進電機 負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn) 動作 。 圖 328 前臂的透視圖 Figure 328 Forearm perspective 圖 329 前臂框 架結(jié)構(gòu)圖 Figure 329 Forearm frame structure 腕關(guān)節(jié)，使用了一個推力軸承和一個滾針軸承。 圖 334 支撐架 Figure 334 Backstop 支撐架，在中臂前端連接前臂的部件，負(fù)責(zé)傳遞兩個自由度的動作。 圖 344 整體視圖 Figure 344 whole body view 4 履帶機器人的控制與傳感器 傳感器 拆彈機器人不僅僅是一個工廠里的組裝機器人，作為遙控設(shè)備他需要人進行觀察，需要一些傳感器進行現(xiàn)場的評測。 3，抗干擾能力強。解決方案如下，機器人的前后各安裝一個較低分辨率的固定攝像頭，以在行進或者倒退過程中判斷障礙物的形狀以改變機器人的履帶狀態(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)成分進行判斷，對不同種類的爆炸物使用不同的拆除方法。車床步進電機控制板并非為移動設(shè)備而設(shè)計，所以需要額外的防護措施以適應(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 小時以上的電力。 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 12V 蓄電池，這對空間和質(zhì)量上都是一種挑戰(zhàn)。 雖然數(shù)據(jù)顯示使用稀有金屬磁體馬達(dá)的話，馬達(dá)的性能會大大提升。這其中種類與型號繁多。 方案一 在國內(nèi)機器人大賽中經(jīng)常被使用的整合系統(tǒng)，主要控制系統(tǒng)為一個單片機，配備大量傳感器與步進電機控制板，缺點是視頻需要通過另一路系統(tǒng)傳輸，可以滿足一般的拆彈任務(wù)與訓(xùn)練的需求。所