【正文】 輸出的設(shè)備來(lái)說(shuō)非常重要。但是從另一角度講，它也只能在不充電的情況下儲(chǔ)存，否則會(huì)產(chǎn)生記憶效應(yīng)，這會(huì)大大降低電池的容量。它在無(wú)電存儲(chǔ)的時(shí)候沒(méi)有記憶效應(yīng)，也就是說(shuō)可以在有電或者沒(méi)電的情況下儲(chǔ)存，不需要像鎳鎘電池那樣提前放電或者像鉛酸蓄電池那樣提前充電 。在高功率環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)的鋰離子電池便被首先排除。他為機(jī)器人的分析與綜合提供了一種有效的手段。后來(lái)，隨著 40 年代原子能工業(yè)的產(chǎn)生，出現(xiàn)了半自動(dòng)化抓取搬運(yùn)裝置，也就是所謂的操 作機(jī)。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位精度高，運(yùn)動(dòng)直觀性強(qiáng)，但是占地面積大而工作范 圍小，慣性大靈活性差。 3，慣性對(duì)拆彈工作影響并不大，因?yàn)椴饛椷^(guò)程中所有的動(dòng)作都非常緩慢，為了搬運(yùn)重量較大的物體機(jī)械臂的各處驅(qū)動(dòng)留下的功率余量比較大，可以很好的解決慣性的問(wèn)題。機(jī)械式機(jī)械臂也是需要輔助設(shè)備提供動(dòng)力的。使用方管加工簡(jiǎn)單，也有相當(dāng)優(yōu)秀的截面形狀便于往底盤(pán)上追加其他設(shè)備。 內(nèi)軸的材質(zhì)也是使用35鋼，車(chē)床車(chē)制，表面需進(jìn)行熱處理以提高耐磨性。整個(gè)部件在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)承擔(dān)較大的法向力，所以在行星減速器的兩端都有支撐的框架。 圖 331 中臂 Figure 331 In arm 圖 332 中臂的透視圖 Figure 332 Perspective of the in arm 中臂框架的結(jié)構(gòu)圖 Figure 333 Framework structure in the arm 圖 333 所示的 部件與后臂相同位置的部件 是 通用的，圓 柱 形的空間里 裝著蝸桿機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)軸的軸承部件與主軸的軸承部件相同。軍用機(jī)器人就是以在惡劣環(huán)境中工作而設(shè)計(jì)的，所以穩(wěn)定性對(duì)軍用機(jī)器人來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，如果機(jī)器人在工作中故障，也將造成財(cái)產(chǎn)損失與人員傷亡。底座的壓力傳感器是判斷出爆炸物的重量，如果在抓取抬升的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)重量過(guò)大便需要停止工作，否則會(huì)對(duì)機(jī)械部件造成損害。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以在世界任何一點(diǎn)遙控履帶機(jī)器人。比如，小型稀有金屬 馬達(dá)的效率一般在 80%到 90%。 圖 43 單片機(jī)整合控制模塊 Figure 43 Integrated control module SCM 表 42 單片機(jī)整合控制模塊的性能參數(shù) Table 42 SCM integrated control module performance parameters 工作頻率 431MHz to 478MHz 頻率間隔 200KHz 接收靈敏度 117dBm1200bps 接口速率 1200 19200bps 工作溫度 20℃ 70℃ 電源 – (177。 當(dāng)履帶機(jī)器人安裝上偵測(cè)模塊執(zhí)行偵查任務(wù)的時(shí)候，對(duì)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(chē)等設(shè)備的時(shí)候也會(huì)非常的有用。機(jī)器人傳感器的精度直接影響機(jī)器人的工作質(zhì)量。圖 330 很好的顯示了腕關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)，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。 圖 322 動(dòng)力模塊框架 Figure 322 Power Module frame 圖 323 動(dòng)力模塊安裝方法 Figure 323 Power Module Installation 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)常高速旋轉(zhuǎn)的軸，因此有著完備的軸承模塊，軸承使用的是與支撐輪相同的 61800 深溝球軸承，內(nèi)徑10mm 外徑 19mm 厚 5mm。 圖 310 軸承部件 Figure 310 Bearing ponents 主承重輪 圖 311 主輪 Figure 311 Main wheel 限于空間比較緊而沒(méi)采用懸掛設(shè)備，所以改進(jìn)了輪子的輻條， 弧形的輻條能提供額外的彈性使機(jī)器人在翻越障礙的時(shí)候不至 于震動(dòng)過(guò)大。強(qiáng)度對(duì)于拆彈 機(jī)器人尤為重要，拆彈機(jī)器人不僅僅需要在復(fù)雜的路面上行駛，而且在負(fù)載沉重的蓄電池和電動(dòng)馬達(dá)的同時(shí)還需要在移除相當(dāng)重量的爆炸物，所有需要額外的強(qiáng)度。缺點(diǎn)是操作力小，體積大，由于空氣的壓縮性差，速度不易控制，響應(yīng)慢，動(dòng)作不平穩(wěn)，有沖擊等。 幾種機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)方式的對(duì)比 表 21 幾種機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)形式的性能對(duì)比 Table 21 Performance parison of several forms of arm movement 工作范圍 所占空間 運(yùn)動(dòng)慣性 操作直觀性 重要優(yōu)點(diǎn) 圓柱坐標(biāo)系 較大 較小 大 強(qiáng) 極坐標(biāo)系型 大 較小 小 差 能抓取死角 直角坐標(biāo)系 小 大 大 強(qiáng) 多關(guān)節(jié)型 最大 較小 小 差 能繞過(guò)障礙 SCRA 大 小 小 差 總結(jié)以上各種類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)方式， 1，工作范圍的角度考慮，拆彈機(jī)器人需要一定的范圍，以拆除高出地面或者是障礙物后的爆炸物。 它具有中心支架附近工作范圍大、兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置容易密封、覆蓋工作區(qū)間較大的優(yōu)點(diǎn)。但是有矩陣乘法可知，我們必須按照關(guān)節(jié)的次序一次相乘，因?yàn)榫仃嚨某?法是有次序的。 D－ H 矩陣是一個(gè)４ X４矩陣，它把一個(gè)矢量從一個(gè)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到另一個(gè)坐標(biāo)系。另一個(gè)缺點(diǎn)是，鋰離子電池的框架壽命在 25176。在良好的保養(yǎng)和存儲(chǔ)下，NiMH 電池可以完成 500 多次充放電循環(huán)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，這一數(shù)值在不斷的被刷新中。雖然購(gòu)買(mǎi)鎳鎘電池的成本沒(méi)有鉛酸蓄電池那么低，但是在長(zhǎng)時(shí)間使用的情況下，如果保養(yǎng)得當(dāng)，鎳鎘電池最終會(huì)更省錢(qián)，甚至比鉛酸蓄電池還要便宜。以下幾點(diǎn)是它的優(yōu)點(diǎn)： 1，價(jià)格最便宜，成本低。但是如果機(jī)器人在行進(jìn)中遇到不可翻越的障礙物的話，電動(dòng)馬達(dá)便會(huì)卡死，產(chǎn)生非常大的熱量，這很有可能瞬間燒毀電動(dòng)馬達(dá)，平帶與 V型帶會(huì)在卡死后產(chǎn)生相對(duì)的滑動(dòng)以減少熱量的產(chǎn)生。同步帶在安裝上與平帶 類(lèi)似，是平帶傳動(dòng)的另一種注重精準(zhǔn)性的改進(jìn)型。 b平帶傳動(dòng)： 平帶傳動(dòng)被廣泛使用在高速，小直徑，低噪音的場(chǎng)合。 4， 運(yùn)行起來(lái)不需要新鮮空氣，這對(duì)于在比如集裝箱，室內(nèi)這樣的狹窄空間中的拆彈任務(wù)極為重要，否則會(huì)使機(jī)器人無(wú)法工作。 1 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(lèi)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。各國(guó)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)。 鉛酸蓄電池 ......................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 動(dòng)力模塊框架 .................................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 幾種機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)方式 .........................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 fighting robot。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論 文） 題 目 __________________________________ __________________________________ 履帶機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建模 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信聲明 本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果及已獲得 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)使用過(guò)的材料。 目 錄 前言 ................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)方式的對(duì)比與選擇 ...................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 輔動(dòng)力模塊 ...................................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 6 履帶機(jī)器人的功能與擴(kuò)展 ............... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 以上三種軍用機(jī)器人中，拆彈機(jī)器人使用的最為廣泛。這一章便是對(duì)各種機(jī)器人工作模式之間進(jìn)行對(duì)比與選擇。 5， 雖然電動(dòng)機(jī)加上蓄電池的重量可能非常大，這樣會(huì)導(dǎo)致在爬樓梯和上坡中會(huì)比較費(fèi)力，但是對(duì)于履帶式機(jī)器人來(lái)說(shuō)根本沒(méi)有問(wèn)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(guò)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(guò)大這一問(wèn)題。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)。同步帶的導(dǎo)輪上有牙槽。但是如果使用先進(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。 2，壽命長(zhǎng)，可以在 300 次充放電循環(huán)后可能仍然有 80%的容量。在良好的儲(chǔ)存和保養(yǎng)下，鎳鎘電池可以完成 1000 次充電循環(huán)。 2，直到完全放電前，電壓會(huì)一直保持穩(wěn)定。C 下僅為兩年。每一個(gè)矩陣可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)作用：旋轉(zhuǎn)和平移。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(duì)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(lái)控制機(jī)械臂的位置。但是他的坐標(biāo)復(fù)雜，較難控制；其直線驅(qū)動(dòng)裝置仍存在密封和工作死區(qū)問(wèn)題。這幾種機(jī)械臂的的操作范圍都可以滿足這一需求。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(dòng)設(shè)備隨時(shí)攜帶。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(guò)拆彈機(jī)器人改造的戰(zhàn)斗機(jī)器人或者偵測(cè)機(jī)器人遭遇敵人火力的襲擊的情況下，底盤(pán)不但要承受極端的負(fù)載而且要在緊急戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境下快速更換。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(huì)非常的巨大。 輔動(dòng)力模塊 控制前輪 架 俯仰的動(dòng)力來(lái)源，使用的與機(jī)械臂相同的 57 步進(jìn)電機(jī)。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(duì)機(jī)械臂產(chǎn)生足夠的支持力。尤其是危險(xiǎn)的拆彈工作與戰(zhàn)斗工作，任何誤差都會(huì)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(wú)誤的正常工作取決于傳感器的測(cè)量精度。為了滿足偵查的需求，激光測(cè)距儀也需要被裝備。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(guò) 3G網(wǎng)絡(luò)可以在有手機(jī)信號(hào)的任意范圍內(nèi)操作機(jī)器人，在沒(méi)有 3G 信號(hào)的地方可以通過(guò)計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)卡使用的 通訊協(xié)議在 200 米范圍內(nèi)進(jìn)行操作并傳遞高清視頻信號(hào)。而且不管多高的電壓和高熱他都不會(huì)退磁。因?yàn)?PC有著強(qiáng)大的計(jì)算能力所以可以方便的解決控制問(wèn)題，與自主偵查等。 b壓力傳感器，機(jī)械爪末端與機(jī)械臂的底座 處需要安裝這樣的傳感器，目的是調(diào)解機(jī)械手的壓緊力，否則過(guò)大的夾持力會(huì)使爆炸物的外殼變形而壓迫內(nèi)部的危險(xiǎn)物品。機(jī)器人 傳感器的穩(wěn)定性和可靠性是保證機(jī)器人能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的可靠工作的必要條件。中臂也是改裝成偵查臂與戰(zhàn)斗臂的基礎(chǔ)。 圖 324 輔助動(dòng)力模塊 Figure 324 Auxiliary power module 框架，主要受力部分使用 5mm 鋼板，為了方便安裝和固定，與底盤(pán)相接的地方設(shè)置了彎角，安裝的時(shí)候便于固 定。 圖 312 輔輪 Figure 312 Auxiliary wheel 輔輪與主輪相比 直徑 較小， 出于 通用性 的考慮 許多 尺寸與主輪 是相同的 內(nèi)軸，聚甲醛雖然有著很好的強(qiáng)度和韌性，但是硬度不高，抗磨損能力差， 如果直接將 軸承安裝在塑料輪內(nèi)，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)磨損輪子，所以在輪子中心使用了鋼制的內(nèi)襯，提供額外的強(qiáng)度，和足夠的抗磨損能力。材料采用了 30X60mm 厚 度為 5mm 的 304 不銹鋼方管，這種合金鋼非常普遍，在具有不銹鋼優(yōu)秀的特質(zhì)的同時(shí)也相對(duì)較容易焊接。 c機(jī)械式 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)，凸輪，齒輪齒條，連桿等機(jī)械裝置組成，傳動(dòng)可靠，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)于簡(jiǎn)單的機(jī)械臂來(lái)說(shuō)非常合適，但是對(duì)于有 6個(gè)自由度的拆彈機(jī)器人來(lái)說(shuō)，其間的機(jī)械結(jié)構(gòu)將非常復(fù)雜精細(xì)。 2，所占空間必須 小，拆彈機(jī)器人是一個(gè)可移動(dòng)的操作點(diǎn)，而不是一個(gè)空間，所以占用空間較大的直角坐標(biāo)系便被排除。運(yùn)動(dòng)范圍的圖形為立方體。所以，當(dāng)時(shí)的機(jī)械手是作為自動(dòng)機(jī)，自動(dòng)線的附屬裝置出現(xiàn)的。 空間機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析有許多方法，齊次變換是其中較為直觀地、較方便的一種， Paul 首次將 DH 矩陣應(yīng)用于機(jī)器人的軌跡的計(jì)算，從此，齊次變 換在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)中和動(dòng)力學(xué)分析中廣為應(yīng)用。 幾種充電電池的綜合對(duì)比 表 13 幾種充電電池的性能對(duì)比 Table 13 Performance parison of several rechargeable batteries 功率 能量密度 壽命 維護(hù)難度 自放電 電池價(jià)格 鉛酸蓄電池 大 小 長(zhǎng) 低 中 低 鎳鎘電池 中 大 長(zhǎng) 高 中 中 金屬氫化物鎳電池 中 最大 中 高 高 中 鋰離子電池 小 大 短 低 低 高 綜上所述對(duì)以上幾種常見(jiàn)的充電電池進(jìn)行對(duì)比， 1，從功率角度考慮，履帶機(jī)器人有兩個(gè) 330W 的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力，另外有 8個(gè)步進(jìn)電機(jī)作為機(jī)械臂等設(shè)備的動(dòng)力，所以對(duì)功率要求很高。 3，它可以在不充電的情況下無(wú)損害的存儲(chǔ)。 3，鎳鎘電池在存儲(chǔ)的時(shí)候可以不充電并且不會(huì)受到損害。 3，它在所 有的電池中能提供的電流是最高的。在工作中會(huì)為