【正文】 彈機(jī)器人的時(shí)候，所有的結(jié)構(gòu)部件在考慮強(qiáng)度的同時(shí)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(qiáng)度或者重量的參數(shù)。這次的設(shè)計(jì)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(jìn)行理論的論證與各種結(jié)構(gòu)模式的選擇，用來(lái)尋找最合適的 設(shè)計(jì)方案。國(guó)內(nèi)對(duì)該類機(jī)器人研究起步較晚 ,但近期取得了一定成果 ,如沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研制的 CLIMBER 機(jī)器人 ,北京理工大學(xué)研制的四履腿機(jī)器人 ,北京航空航天大學(xué)研制可重構(gòu)履帶機(jī)器人等。 偵查模式 ........................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 5 履帶機(jī)器人的動(dòng)力部件 ................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 前臂 .........................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 前輪架 .......................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 底盤框架 .....................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)形式選擇 ................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 動(dòng)力傳動(dòng)模式的選擇 .................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 關(guān)鍵詞： 通用機(jī)械 ； 機(jī)器人平臺(tái)；拆彈機(jī)器人 ； 偵查機(jī)器人 ； 戰(zhàn)斗機(jī)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(jì)）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)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(jì)）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與該論文（設(shè)計(jì)）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，單位署名為 。 robot platform。 幾種常見(jiàn)的傳動(dòng)方式 ...........................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)方式 .............................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 支撐輪底 盤 ...................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 履帶 .........................................錯(cuò)誤 !未 定義書簽。 中臂 .........................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 電動(dòng)馬達(dá) ............................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 戰(zhàn)斗模式 ........................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，尤其是反恐戰(zhàn)爭(zhēng)中履帶機(jī)器人無(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，都發(fā)揮著越來(lái)越重要的的作 用。一個(gè)優(yōu)良的拆彈機(jī)器人擁有通過(guò)性與載重性很強(qiáng)的底盤，精準(zhǔn)強(qiáng)力的機(jī)械臂，與完備的遠(yuǎn)程監(jiān)控操作能力。機(jī)器人的的每一個(gè)零件，從螺母到軸承到方形鋼管，完全符合我國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)的后期我也切身體會(huì)到標(biāo)準(zhǔn)化帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，許多零件因?yàn)榻y(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可以互相替換，使設(shè)計(jì)周期大大縮短。但是同時(shí)帶來(lái)的也有 強(qiáng)烈 的震動(dòng)，熱量和廢氣。而作為戰(zhàn)斗機(jī)器人的參加任務(wù)的話熱源會(huì)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(wú)刷電動(dòng)馬達(dá)可以將電磁干擾造成的影響降到最低。因?yàn)殒湕l齒輪與鏈條之間存在間隙，所以傳遞過(guò)程并不是很精準(zhǔn)，尤其是在傳動(dòng)方向轉(zhuǎn)變的時(shí)候有一定的滯后性。不同步問(wèn)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(huì)短時(shí)間超載的場(chǎng)合。從某種意義上講， V型傳動(dòng)帶是平帶的一種改進(jìn)型，保持了平帶所有的優(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(duì)平行的安裝環(huán)境，否則也會(huì)在運(yùn)轉(zhuǎn)中飛出誘導(dǎo)輪。 傳動(dòng)方式的綜合對(duì)比 表 12 幾種傳動(dòng)方式的性能對(duì)比 Table 12 Transmission performance parison of several methods 傳遞扭矩 傳動(dòng)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(dòng)都是良好的傳動(dòng)方式。 3，安裝 的復(fù)雜程度 雖然對(duì)于精密的機(jī)器人來(lái)說(shuō)不是什么問(wèn)題，但是許多傳動(dòng)方式在兩個(gè)軸不絕對(duì)平行的情況下會(huì)無(wú)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(jiàn)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。 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(hào)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(guò)程也并不需要經(jīng)常進(jìn)行。 以下是鎳鎘電池的缺點(diǎn)： 1，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)。 4，他不含鎘等危險(xiǎn)的元素所以沒(méi)有相關(guān)的健康問(wèn)題，也不會(huì)污染環(huán)境。在電池大流量放電的時(shí)候電池可能會(huì)損壞。 2，從能量密度方面分析，因?yàn)槭锹?帶式機(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(guò)大的話會(huì)對(duì)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很好的選擇。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(lái)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(lái)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(dòng)是獨(dú)立的，其運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(jìn)步，電腦模擬技術(shù)的完善，直觀性差可以通過(guò)軟件與程序來(lái)彌補(bǔ)，所以直觀性不強(qiáng)對(duì)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(huì)不好分配空間。 d電氣式 由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是電源方便，信號(hào)傳遞容易運(yùn)算，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)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。 圖 32 底盤框架 Figure 32 Chassis frame 框架配件 方形鋼管雖然加工簡(jiǎn)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。 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(jī)器人全部的重量但是在某 些復(fù)雜的地形下履帶會(huì)承受額外的拉力，所以需要支撐輪來(lái)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。 圖 319 動(dòng)力模塊與減速器 Figure 319 Power module with reducer 圖 320 動(dòng)力模塊與馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器 Figure 320 Power module with motor driver 減速器 履帶機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)阻力較大，轉(zhuǎn)速不能過(guò)高，而電動(dòng)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。 圖 325 輔助動(dòng)力模塊的安裝位置 Figure 325 Auxiliary power module installation location 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(dòng)作 ，另一個(gè) 42步進(jìn)電機(jī) 負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn) 動(dòng)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(gè)推力軸承和一個(gè)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(gè)自由度的動(dòng)作。 圖 344 整體視圖 Figure 344 whole body view 4 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(chǎng)的評(píng)測(cè)。 3，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(guò)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(guò)氣味對(duì)爆炸物的化學(xué)成分進(jìn)行判斷，對(duì)不同種類的爆炸物使用不同的拆除方法。車床步進(jìn)電機(jī)控制板并非為移動(dòng)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(chǎng)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(wú)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。 市面上在這一功率范圍內(nèi)的電動(dòng)馬達(dá)的電壓分為 24V 和 48V 兩種，這對(duì)于非移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)可能僅僅只是更換變壓器這么簡(jiǎn)單，但是對(duì)于移動(dòng)的平臺(tái)， 48V 意味著四個(gè) 12V 蓄電池，這對(duì)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(huì)大大提升。這其中種類與型號(hào)繁多。 方案一 在國(guó)內(nèi)機(jī)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(gè)單片機(jī)，配備大量傳感器與步進(jìn)電機(jī)控制板，缺點(diǎn)是視頻需要通過(guò)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