【正文】 果使用先進(jìn)的電動(dòng)機(jī)控制模塊的話，內(nèi)部自帶的電流保護(hù)可以有效的保護(hù)電動(dòng)馬達(dá)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(dǎo)輪上有牙槽。V型傳動(dòng)帶是最普遍的傳動(dòng)帶。一般使用在一個(gè)大型馬達(dá)帶動(dòng)許多不同的機(jī)械機(jī)構(gòu)。通過前面的章節(jié)，我們已經(jīng)選擇電動(dòng)馬達(dá)作為履帶機(jī)器人的主要?jiǎng)恿?。雖然電動(dòng)機(jī)加上蓄電池的重量可能非常大，這樣會導(dǎo)致在爬樓梯和上坡中會比較費(fèi)力，但是對于履帶式機(jī)器人來說根本沒有問題，首先作為拆彈機(jī)器人，并不需要高速的移動(dòng)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(dá)可以輸出足夠的扭矩解決阻力與重量過大這一問題。因此，這里為了單位質(zhì)量的功率而使用汽油引擎是得不償失的。2 履帶機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析 驅(qū)動(dòng)模式的選擇機(jī)器人的種類有許多種，要設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器人必須先選擇合適的動(dòng)力，能源，運(yùn)動(dòng)模式，傳動(dòng)模式等。設(shè)計(jì)機(jī)器人是一個(gè)龐大大工程，一個(gè)優(yōu)良的設(shè)計(jì)不僅僅是優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)理論數(shù)據(jù)與華麗的外觀，便于生產(chǎn)和控制加工成本也是成功的關(guān)鍵，這是設(shè)計(jì)能否走出圖紙成為成品的決定性因素。各國目前現(xiàn)役的的拆彈機(jī)器人，偵查機(jī)器人與戰(zhàn)斗機(jī)器人均已履帶機(jī)器人為基礎(chǔ)。從上世紀(jì)八十年代開始，歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家就開始對各種機(jī)器人進(jìn)行系統(tǒng)的研究，隨著科技的進(jìn)步和時(shí)間的推移，取得了大量的研究成果。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，尤其是反恐戰(zhàn)爭中履帶機(jī)器人無論是作為拆彈機(jī)器人，偵查機(jī)器人還是戰(zhàn)斗機(jī)器人，都發(fā)揮著越來越重要的的作用。一個(gè)優(yōu)良的拆彈機(jī)器人擁有通過性與載重性很強(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，完全符合我國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)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?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)帶來的也有強(qiáng)烈的震動(dòng)，熱量和廢氣。安靜，震動(dòng)小，對于拆彈任務(wù)來說，震動(dòng)會沿著機(jī)械臂傳導(dǎo)至爆炸物，可能會引爆爆炸物，或激發(fā)爆炸物的起爆裝置，這會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。綜上所述，相對于活塞引擎來說，電動(dòng)馬達(dá)在各項(xiàng)指標(biāo)中都有所勝出。但是低廉的成本和和加工成本與較低的安裝精度使他成為一種非常方便迅捷的解決方案。適用的溫度范圍有限，性能與工作環(huán)境掛鉤（灰塵，污漬，機(jī)油等）。d同步帶傳動(dòng)：同步帶也被稱作齒帶。e變速箱傳動(dòng)：變速箱是緊湊的連接馬達(dá)和輪子的方法。下面針對以上各種傳動(dòng)方法進(jìn)行比對。有些傳遞方式需要繃緊力，這樣會對馬達(dá)輸出軸和動(dòng)力模塊的軸承產(chǎn)生更多的負(fù)載。從技術(shù)上講鉛酸蓄電池是一種電池組。他的電壓與電量的相關(guān)性很高，對于一個(gè)12V電池，這樣可以快速的判別電池的剩余電量，而決定什么時(shí)候該更換電池或者進(jìn)行充電。b鎳鎘電池(NiCad)鎳鎘電池是一個(gè)很成熟的技術(shù)，而且他的價(jià)格和性能仍然在不斷的改進(jìn)中。C存儲的時(shí)候，每天會損失1%的能量。目前市面上的5號或者7號充電電池基本上都是鎳氫電池。以下是NiMH電池的缺點(diǎn)：成本較高，一般作為隨身設(shè)備的小型電源，而不是這種大功率的場合。我們也從新聞中得知，許多使用鋰離子電池的筆記本在溫度較高功率較大的情況下使用發(fā)生爆炸事故。壽命，拆彈工作與反恐任務(wù)并不是經(jīng)常發(fā)生，所以并不需要多高的充電循環(huán)，但是要求有很高的存儲壽命，而且需要在短時(shí)間內(nèi)迅速出動(dòng)，所以鎳鎘電池等雖然存儲壽命長，但是需要在空電狀態(tài)存儲下這一屬性便不適用于隨時(shí)可能發(fā)生的拆彈任務(wù)，優(yōu)先排除。3 機(jī)械臂的坐標(biāo)變換與運(yùn)動(dòng)分析 齊次坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換機(jī)械臂作為履帶機(jī)器人的重要組成部分，其運(yùn)動(dòng)方程決定了以后的計(jì)算分析等工作，而對于機(jī)械臂的控制來說，坐標(biāo)計(jì)算公式更是至關(guān)重要，以下是對多自由度機(jī)械臂的自由度坐標(biāo)換算方法[7]。我們把構(gòu)件坐標(biāo)系嵌入機(jī)器的每一個(gè)連桿中，便可以用齊次坐標(biāo)來描述這些坐標(biāo)系之間相對位置和方向。OUVW繞OXYZ單個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)變換矩陣稱為基本變換矩陣。因此有人將這類操作機(jī)器人稱為遙控操作機(jī)，操縱機(jī)器人。這種機(jī)械臂由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)與兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成，由一個(gè)伸縮一個(gè)俯仰機(jī)構(gòu)組成。同時(shí)方程又是線性的，因此對這類機(jī)器人進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制很簡單；它可以兩端支撐，因此對于給定的結(jié)構(gòu)長度，其剛性最大。其實(shí)是多關(guān)節(jié)機(jī)器人的一種特定的形式。考慮到拆彈過程中可能會遇到在箱子中或者是在汽車底下的爆炸物，繞過障礙與路徑這一特點(diǎn)會使拆彈工作非常方便。b氣壓式與液壓式原理相同，由氣缸，氣閥，空氣壓縮機(jī)組成。缺點(diǎn)是，伺服電機(jī)需要安裝在機(jī)械臂內(nèi)部，所以機(jī)械臂的尺寸較大。4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)今天，三維設(shè)計(jì)已經(jīng)成為工業(yè)設(shè)計(jì)的主流，為了更好的完成對履帶機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我全程使用PROE作為三維設(shè)計(jì)工具，對履帶機(jī)器人所有的零部件進(jìn)行建模和設(shè)計(jì)。第二，在其上鉆孔會造成應(yīng)力集中大大降低底盤的強(qiáng)度，所以利用的方管的截面設(shè)計(jì)了一個(gè)框架的插件，因?yàn)樾枰^高的精度所以需要使用數(shù)控加工中心進(jìn)行加工。 副軸 軸帽 主要功能是在軸的兩端將其間的部件夾緊，同時(shí)對于主軸來說還負(fù)責(zé)將動(dòng)力傳遞至前輪架的功能。為了減輕重量支撐輪采用的材質(zhì)也是聚甲醛，內(nèi)部軸承采用了61800深溝球軸承，內(nèi)徑10mm外徑19mm厚5mm。 蝸桿減速器 動(dòng)力模塊框架將以上幾個(gè)部件結(jié)合起來的框架，承受扭矩的地方使用5mm的35鋼板，其他地方使用3mm鋼板，依附底盤的位置或者不承擔(dān)扭矩的地方進(jìn)行了挖空處理，以減輕重量。通過框架結(jié)構(gòu)使兩個(gè)爪塊可以平行移動(dòng)將爆炸物抓緊，爪端可根據(jù)不同的任務(wù)更換橡膠片，橡膠釘或者其他符合爆炸物形狀的預(yù)制配件[12]。提供兩個(gè)方向的足夠的支撐。上端的開口時(shí)為了安裝前臂而設(shè)置的，否則前臂軸無法裝入，裝入后由螺栓固定。作為軍用機(jī)器人，對傳感器的要求非常高。機(jī)器人傳感器的工作環(huán)境往往比較惡劣，機(jī)器人傳感器應(yīng)該能夠承受，當(dāng)有強(qiáng)電磁干擾，強(qiáng)震動(dòng)，并能在一定的高溫、高壓、高污染環(huán)境下工作。在機(jī)械臂的前端安裝一個(gè)清晰度較高的攝像頭，跟隨機(jī)械臂前臂的動(dòng)作來精準(zhǔn)的觀察機(jī)械手附近的狀態(tài)。d遙控設(shè)備，雖然軍方有完備的系統(tǒng)，但是民用機(jī)器人大賽里也有很完備的系統(tǒng)。 四軸數(shù)控車床步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的性能參數(shù)輸入電源12 36V直流電源供電輸出電流3A()驅(qū)動(dòng)電機(jī)42,57,86步進(jìn)電機(jī) (4線6線8線步進(jìn)電機(jī))重量300g使用溫度0℃50℃最大震動(dòng) 遠(yuǎn)程遙控與傳感器系統(tǒng)履帶機(jī)器人有多組傳感器，有包含多路步進(jìn)電機(jī)的控制，需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)。6 履帶機(jī)器人的動(dòng)力部件除了結(jié)構(gòu)部件以外，有許多難以加工的部件比如電氣類和遙控類部件等，仍然需要向供貨商購買。但是在相同的功率下48V的馬達(dá)更短，更輕，效率更高，發(fā)熱更小，綜合以上多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，最終還是選擇了48V馬達(dá)。則主軸輸出扭矩為105Nm。許多電瓶車或者電動(dòng)自行車有完備的驅(qū)動(dòng)解決方案。 42步進(jìn)電機(jī) 42步進(jìn)電機(jī)的性能參數(shù)電機(jī)型號42BYGH4425步矩角相電壓相電流靜力矩重量42步進(jìn)電機(jī)主要是作為機(jī)械爪與前臂的動(dòng)力。機(jī)械臂的幾個(gè)部分中，中臂軸距933mm，后臂軸距610mm，卡爪中部到前臂軸距為330mm。則實(shí)際輸入功率約為440W，兩個(gè)無刷馬達(dá)共計(jì)880W。比如許多炸彈是安裝在汽車后備箱中的，這就需要機(jī)器人有一定的高度。這樣使結(jié)構(gòu)更加緊湊。c如果爆炸物為遙控炸彈，而且體積較大無法移動(dòng)位置，并且周圍環(huán)境空曠，可以采用拆彈機(jī)器人將小型引爆器放在炸彈附近，強(qiáng)制引爆。這時(shí)在搭配視頻偵查模塊的同時(shí)也需要搭載化學(xué)物品與輻射傳感器。 戰(zhàn)斗模式插件G36外部一體化較高，幾乎沒什么外置部件，所以可以快速的完成建模工作。根據(jù)履帶機(jī)器人的特點(diǎn)，詳細(xì)的對機(jī)器人的各個(gè)結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與建模。在論文本題的研究過程中指導(dǎo)老師也在理論、思想上不斷的教導(dǎo)，使我的觀念更加廣闊，在此謹(jǐn)向兩位指導(dǎo)老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。對履帶機(jī)器人的功能進(jìn)行了拓展設(shè)計(jì)，使之能在不同的需求下完成不同的任務(wù)。而德國的這款突擊步槍提供一個(gè)90發(fā)彈鼓，雖然比不上輕機(jī)槍使用的200發(fā)彈鏈，但是解決了其他突擊步槍僅僅30發(fā)的彈夾供彈不足的問題。微光夜視儀的原理是使用微弱的夜間光源，比如星光，大氣漫反射的光，經(jīng)過放大而看見夜間的情況，可以夜晚得到良好的視野。 偵查模式 偵查模式把機(jī)械臂的中臂進(jìn)行改造，原來連接中臂桿的位置連接了一個(gè)偵查插件。 底盤折疊狀態(tài) 拆彈模式 拆彈模式履帶機(jī)器人所有的設(shè)計(jì)都是以拆彈模式為根本，定位于多功能中性拆彈機(jī)器人。這會提升機(jī)器人50cm左右的高度，可以應(yīng)付一般的汽車炸彈[18]。7 履帶機(jī)器人的功能與擴(kuò)展 底盤特性作為履帶機(jī)器人，底盤是最為重要的，履帶機(jī)器人主要是執(zhí)行軍事任務(wù)，所以對底盤的要求比一般的機(jī)器人大賽要高的多。此時(shí)力矩d為： 根據(jù)公式（52）末端法向力為: 即臂端可以承擔(dān)26kg以上的重物，而且運(yùn)行中，機(jī)器人很少會將機(jī)械臂完全展開而且處于水平位置，一般是在一米的半徑上工作，此時(shí)的力矩d為1m，則此時(shí)的末端法向力為： 即普通位置抓取物體的情況下，也可以將50kg的物體抓起。當(dāng)機(jī)械爪的連桿與機(jī)械臂的軸線平行的時(shí)候得到最大的法相夾緊力，此時(shí)的力矩為100mm。同時(shí)具備電氣剎車功能，使馬達(dá)反應(yīng)迅速而且省去了剎車盤等部件，具有過壓、欠壓、過流、過溫、霍爾信號非法等故障報(bào)警功能。在摩擦力足夠的情況下可以使履帶機(jī)器人爬上垂直的障礙物。比如，小型稀有金屬馬達(dá)的效率一般在80%到90%。履帶機(jī)器人中所使用都是技術(shù)成熟并且相對價(jià)格較低的產(chǎn)品。 單片機(jī)整合控制模塊 單片機(jī)整合控制模塊的性能參數(shù)工作頻率431MHz to 478MHz頻率間隔200KHz接收靈敏度117dBm1200bps 單片機(jī)整合控制模塊的性能參數(shù)接口速率1200 19200bps工作溫度20℃ 70℃電源 – (177。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 四軸數(shù)控車床步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊步進(jìn)電機(jī)因?yàn)楣ぷ髟淼脑蛞残枰厥獾尿?qū)動(dòng)模塊，為了提供全方位的操控性，加上前輪架的俯仰動(dòng)作，履帶機(jī)器人總計(jì)使用了8個(gè)步進(jìn)電機(jī)，如果每個(gè)步進(jìn)電機(jī)使用單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)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(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)板的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了一種用于小型雕刻機(jī)的四軸數(shù)控車床驅(qū)動(dòng)板非常合適，在一塊電路板是集成了是四個(gè)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，而且作為數(shù)控車床的驅(qū)動(dòng)板，軟件方面也非常的全面技術(shù)相當(dāng)成熟，價(jià)格比8個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)板便宜許多。當(dāng)履帶機(jī)器人安裝上偵測模塊執(zhí)行偵查任務(wù)的時(shí)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(wù)，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(shí)候也會非常的有用。重量輕、體積小，安裝方便可靠。機(jī)器人傳感器的精度直接影響機(jī)器人的工作質(zhì)量。 折疊狀態(tài)這樣設(shè)計(jì)雖然會有更高的自由度范圍，但是會相應(yīng)的降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，所以僅僅是后臂與中臂的連接處使用了這種設(shè)計(jì)，前臂與中臂的自由度范圍足夠應(yīng)付大部分工作情況所以并沒有采用這種設(shè)計(jì)。從左到又分別是，機(jī)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(jī)械臂前臂框架。 機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械臂是拆彈機(jī)器人的功能部件，不僅需要精準(zhǔn)，而且需要較大的負(fù)載能力，一般的實(shí)驗(yàn)型機(jī)器人多采用航模標(biāo)準(zhǔn)的伺服電機(jī)，雖然技術(shù)成熟通用性高但是功率不足。 動(dòng)力模塊框架 動(dòng)力模塊安裝方法動(dòng)力模塊的軸起到維持鏈條傳動(dòng)的作用，而且是一個(gè)經(jīng)常