【正文】 電動馬達(dá) 主動力采用 86mm 直徑 48V 的無刷永磁直流馬達(dá)。兩塊這樣的電路板正好可以驅(qū)動履帶機器人全部的 8個步進(jìn)電機。對于工作空間受到某種限制的機器人，體積和安裝方向的要求也是必不可少的。 圖 339 機械臂框架 Figure 339 Arm frame 底座 負(fù)責(zé)承擔(dān)全部的壓力和扭矩，所以采用較厚的 5mm35鋼板焊接而成，為了在垂直方向有足夠的支撐力，采用了推力軸承。大體上分為前臂，中臂，后臂，底座四個部分。履帶外側(cè)設(shè)有明輪片，可以在松軟的地面上產(chǎn)生更強的抓地力。 采用 3mm 鋼板切割而成，受力部 件使用 5mm 鋼板。因此液壓氣壓式的機械臂在這里被排除。操作特點是操作力大，體積小，動作平穩(wěn)，耐沖擊，耐振動。優(yōu)點是工作范圍大，動作靈活，通用性強，能抓 取靠近基座的物體，但是運動直觀性差。優(yōu)點是占地小，活動范圍大，結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，能達(dá)到較高的定位精度，應(yīng)用廣泛，運動直觀性較強。 在 OUVW 坐標(biāo)系中，向量 P記為 wuvvuuU V W kpjpipP ??? 即 ? ?TwvuU VW pppP 1,? 式中 wvu ppp , ，分別是 P沿 OU,OV,OW 軸的投影。但是相對較低的使用成本也意味著可以同時裝備較多的機器人。 d鋰離子電池 鋰離子電池是普遍使用的充電電池。 2，鎳鎘電池需要高度的保養(yǎng)，檢測，充電，在低溫下存儲以延長使用壽命。所以大部分的鉛酸蓄電池不能快速充電，否則會有內(nèi)部壓力過大的危險。 考慮到履帶機器人對各項指標(biāo)的需求，使用如下的傳動方式，在電動馬達(dá)輸出軸上安裝蝸桿減速，這種減速方式減速比大，而且可以垂直的改變傳動角度，然后通過鏈條傳動將扭矩傳遞到主輪。變速箱必須由精確設(shè)計的零件組成。因為它有兩個摩擦接觸面，所以它能比傳統(tǒng)的平帶傳遞更大的能量。雖然和活 塞式引擎相比，電動馬達(dá)可以在更廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作而不至于熄火，但是可以并不代表最優(yōu)，電動馬達(dá)在低轉(zhuǎn)速大扭矩下運轉(zhuǎn)效率非常低，也就是說會產(chǎn)生大量的熱量。 1， 不會熄火，這個在緊急狀態(tài)下絕不允許發(fā)生，雖然可以在機器人內(nèi)部設(shè)置啟動電機，但是這在這種小型機器人中實現(xiàn)起來相當(dāng)?shù)穆闊?。起步早但是發(fā)展緩慢的機械行業(yè)與發(fā)展迅猛的電子行業(yè)便很好的詮釋出了通用性的重要程度。這兩種屬于便攜式履帶機器人 ,它們應(yīng)用在伊拉克戰(zhàn)爭和阿富汗戰(zhàn)爭中 ,取得了巨大的成功。 步進(jìn)電機驅(qū)動模塊 .................... 錯誤 !未定義書簽。 主承重輪 .....................................錯誤 !未定義書簽。 2 機械臂的坐標(biāo)變換與運動分析 ............ 錯誤 !未定義書簽。在設(shè)計過程中，充分考慮到了機器人的功能性，機構(gòu)合理性，并且盡量的控制了加工的難度與成本。 履帶式機器人雖然行動較慢，運轉(zhuǎn)阻力大，但是通過性強， 可以翻越障礙物，爬樓梯，負(fù)載能力高， 所以成為了 軍用 機器人的首選。 能量源的選擇 ........................ 錯誤 !未定義書簽。 軸 ...........................................錯誤 !未定義書簽。 底座 .........................................錯誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) 致謝 前言 從機器人的分類上來講，軍用履帶機器人是屬于遙控機器人的一種，既是能在人的操控下在人類難以接近或者遠(yuǎn)距離完成作業(yè)的機器人。這些功能會通過裝備特制的功能插件得以實現(xiàn)?？紤]到即使主動力模塊使用汽油發(fā)動機，仍然需要蓄電池作為機械臂的動力，所以這并不會節(jié)省多少空間和重量。所以電動馬達(dá)對于拆彈機器人是最理想的動力來源。 運轉(zhuǎn)時 會產(chǎn)生靜電。一般大型機械要傳遞很大的扭矩的時候都是使用變速箱的方法，內(nèi)部的金屬齒輪可提供很高的強度來對抗較大的扭矩。較低的安裝精度 對控制機器人的成本和機器人的普及性方面有著很重要的作用。 以下幾點是鉛酸蓄電池的缺點： 1，鉛酸蓄電池產(chǎn)生的時間非常早，技術(shù)相對落后，所以他比其他種類的電池都要重，或者說是單位質(zhì)量下產(chǎn)生的能量最小。當(dāng)充滿電的時候，鎳鎘電池會在三周內(nèi)自行放電到 80%的電量。 2，完成 500 次充放電循環(huán)后，電池的容量就會隨著內(nèi)阻的提高而下降。鉛酸蓄電池的低放電率很適合存儲并隨時應(yīng)付突發(fā)情況。 圖 21 坐標(biāo)系的相對位置和相對方向 Figure 21 Coordinates of the relative position and relative orientation 坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換 坐標(biāo)系 OUVW是坐標(biāo)系 OXYZ經(jīng)過旋轉(zhuǎn)后變換得到的。拆彈機器人可以說就是一個底盤可移動的操縱機器人，而且他平時進(jìn)行的工作與兵工廠中進(jìn)行的易爆物加工與裝配工作如出一轍，都是由操作者進(jìn)行操縱，進(jìn)行危險物的移除工作。他的精度和位置分辨率不隨工作場合而變化，容易達(dá)到高精度。 綜上所述，多關(guān)節(jié)機械臂最適合履帶機器人的拆彈工作。相對其他設(shè)備而言，因為可以使用機器人自帶的主動力驅(qū)動電池，所以可以認(rèn)為沒有輔助設(shè)備。 圖 33 底盤框架部件 Figure 33 Chassis frame ponents 支撐輪底盤 底盤電動機與蓄電池的重量較大 。 圖 315 支撐輪 Figure 315 Support wheel 圖 316 支撐輪的安裝方法 Figure 316 Installation methods support wheel 前輪架 前輪架需要由步進(jìn)電機通過蝸桿 抬起，而且在翻越障礙的時候需要承擔(dān)部分負(fù)載，所以對強度和重量的要求都很高，這里 仍然采用了單位質(zhì)量強度較高的聚酰胺材質(zhì)。 圖 326 機械爪 Figure 326 Mechanical Claw 圖 327 機械爪的分解視圖 Figure 327 Deposition view of mechanical claw 因為零件太小，再考慮到機械爪不是一個經(jīng)常運轉(zhuǎn)的部件，所以并沒有安裝軸承，這要求機械爪在運作的時候需要進(jìn)行充分的潤滑，否則運行阻力會過大，并且造成磨損。 后臂 圖 335 后臂 Figure 335 After arm 圖 336 后臂的內(nèi)部結(jié)構(gòu) Figure 336 The internal structure of the after arm 圖 337 后臂支撐架 Figure 337 After arm support frame 配件與中臂基本相同，唯一不同的是尾部，因為在行進(jìn)過程中，整個機械臂會折疊起來，所以有一定的死角，這樣提高一定的高度使機械臂可以完全收起。作為拆彈機器人不但要克服自身各種電動馬達(dá)傳感器產(chǎn)生的干擾，也要做好克服來自恐怖分子的惡意干擾的準(zhǔn)備。所以我采用了國內(nèi)機器人競賽中使用的操作模塊，集成了 usb 遙控，大量步進(jìn)電機與傳感器接口，使用 方便而且成本也相對較低。這其中種類與型號繁多。 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)。車床步進(jìn)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(hù)措施以適應(yīng)惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境。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(jìn)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。 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(jìn)行觀察，需要一些傳感器進(jìn)行現(xiàn)場的評測。 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 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。 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。 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。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。 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。 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)。三列分別表示軸 OU、 OV、 OW所在的方向。這時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。在電池大流量放電的時候電池可能會損壞。這是一 個正在發(fā)展并且不斷提升的技術(shù)。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。 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。 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。從某種意義上講， V型傳動帶是平帶的一種改進(jìn)型，保持了平帶所有的優(yōu)點的同時加大了傳遞的扭矩。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。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)。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。 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。 電動馬達(dá) ............................ 錯誤 !未定義書簽。 履帶 .........................................錯誤 !未 定義書簽。 機械臂的運動方式 .............................錯誤 !未定義書簽。 robot platform。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(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）。 動力傳動模式的選擇 .................. 錯誤 !未定義書簽。 底盤框架 .....................................錯誤 !未定義書簽。 前臂 .........................................錯誤 !未定義書簽。 偵查模式 ........................... 錯誤 !未定義書簽。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(jìn)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。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。 表 11 活塞內(nèi)燃機與電動馬達(dá)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(dá) 中 易 無 低 中 有 在這兩個選擇之間，電動馬達(dá)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(fù)責(zé)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(jìn)中進(jìn)行，而是在停止的狀態(tài)下進(jìn)行的，所以主動力馬達(dá)的電磁干擾對履帶機器人來說也可以忽略。這一張緊過程會對軸承產(chǎn)生較大的載荷。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。所以傳動精度非常重要，這一過程需要反復(fù)的改變傳動方向，同步性較低的傳動方式顯得不是很合適。這對于偶爾進(jìn)行大功率