【文章內(nèi)容簡介】 方面來考慮，輪子寬 度越短越好，但為了提高輪子對地面的適應(yīng)能力和為輪內(nèi)零件設(shè)計和選型方便，最 后的設(shè)計 目標(biāo)定為輪寬 B=120mm。 腿臂的設(shè)計 因設(shè)計要求中機器人能夠要越過 250mm 高的臺階，所以，機器人的底盤高度不能太低。由于底盤的高度是由腿臂的位置來決定的，因此設(shè)長臂與短臂的總的直線長度為 L1，則 腿的直線長度 L1 應(yīng)該滿足如圖 31所示的要求。 圖 31 翻越臺階時尺寸關(guān)系圖 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 15 頁 共 42 頁 (33) 考慮到腿臂的抬起角度應(yīng)該在一定的范圍之內(nèi) ,取α =β =450,得 L1≥ 177mm,即長臂和短臂長度之和長于 177mm. 考慮到安裝 平行四邊形機構(gòu)的方便 ,短臂部分長度應(yīng)長于 100mm,長臂部分長度應(yīng)該不短于 300mm,所以驅(qū)短臂長度為 120mm,長臂長度為 300mm,這樣 ,正常行駛時 ,車架距離地面的高度為 80+120+300=500mm。 車底盤設(shè)計 采用了自由運動的底盤后，箱體的安裝就必須重新設(shè)計。具體的要求是，第一箱體的安裝必須在一定的范圍之內(nèi)，并不減少底盤的自由度。第二，箱體的安裝要有助于箱體的抗震性能，這樣有助于保護(hù)箱體內(nèi)的控制系統(tǒng)和儀器等設(shè)備。 由于以上的考慮車底盤用鑄件。 機器人在正常行駛中， 為保證其穩(wěn)定性，必須有足夠的支撐面積。則輪間距離不能過短。從整車的協(xié)調(diào)與穩(wěn)定性來考慮，設(shè)計車架的尺寸為 720mm X 400mm（鑄件） ，而車輪軸線之間的距離為 250mm 則車架的簡圖如圖 32 所示： 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 16 頁 共 42 頁 圖 32 車架底盤簡圖 機構(gòu)受力分析與計算 機構(gòu)重力估計 為了降低總體的車重，除了一些受力情況較為惡劣和出于加工需要的零件，其他零件都采用鋁合金。因此，初步估計輪子的重量為 2Kg，車架和整個箱體的重 量為15Kg，腿臂重量為 1Kg，電機和渦輪處的重量為 4Kg。總重 57kg,加上螺紋緊固件設(shè)總重為 60Kg. 受力分析 如圖 33，設(shè)腿呈水平狀態(tài)（這樣算對關(guān)節(jié)力矩最長，重心也最容易失衡，較為安全）。則列出下表達(dá)式： 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 17 頁 共 42 頁 圖 33 重心位置計算簡圖 (34) 其中 L 為重心距離關(guān)節(jié)中心的位置 L1=300mm 長臂的長度 L2=120mm 短臂 的長度 G1=10N 腿臂的重量 G2=20N 輪子的重量 算得 L=350mm 前排輪翻越臺階時車身受力分析 受力如圖 34 所示，由于考慮兩側(cè)輪子動作相同，故仍然把受力簡化成三排輪子進(jìn)行分析。這樣并不影響結(jié)果。設(shè)后排輪輪中心距離后排關(guān)節(jié)為 140mm。后排腿呈直線，則與垂直方向夾角正弦值 sinθ ==140/420=，此時可以算出前排輪關(guān)節(jié)與輪心距離 h 為 350 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 18 頁 共 42 頁 圖 34 前排輪翻越臺階時受力分析 h=錯誤 !未找到引用源。 + 80 – 250 80 = 142mm （ 35） 則前排輪輪心與關(guān)節(jié)水平距離 L1 為 L1=錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 =395mm (36) 則列表達(dá)式如下 : G4*210*sinθ +G2*(320+150)+G3*(320+150)+ G3*(320+錯誤 !未找到引用源。 +320+150)=N*(L1+320+320+150) (37) 其中 ,G1=80N 前腿和輪總重量 G2=150N 箱體重量 G3=60N 中腿和輪總重量 G4=20N 后腿重量 算得 N=200 N 則每條腿受力為 100N，關(guān)節(jié)處扭矩 T1為 T1=錯誤 !未找到引用源。 *L1=200/2*395=39030 N*mm=40Nm (38) 腿臂的受 力分析 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 19 頁 共 42 頁 （ 1） 長臂固定，短臂運動 如圖 35所示，當(dāng)機器人受力均衡時，每條腿受力為 160N，當(dāng)爬臺階時，每條腿受力 120，所以取機器人每條腿受力 N=200N 來對腿臂受力進(jìn)行計算，如圖 35 所示： 圖 35 短臂和拉桿受力分析 對 0 點列出力矩平衡方程 N*120sinθ =100*Fcosθ （ 39） 可以看出，當(dāng) θ =90 錯誤 !未找到引用源。 時，機構(gòu)進(jìn)入死點，因此，在控制機器人腿臂運動時候應(yīng)該避免短臂和長臂處于一條直線上。因此，假設(shè) θ =80 錯誤 !未找到引用源。 時， F=1362N，當(dāng) θ =60錯誤 !未找到引用源。 時， F=415N，當(dāng) θ =45 錯誤 !未找到引用源。 時， F=440N?？梢钥闯?，當(dāng) θ 增長時， F 增長越快，因此，在控制時一定要注意避免 θ 長于一定角度，從計算看， θ 取值應(yīng)短于 80錯誤 !未找到引用源。 。 2）短臂和長臂一起轉(zhuǎn)動 當(dāng)短臂與長臂夾角保持不變時，則，短臂和長臂相當(dāng)于焊死。則可以將短臂和長臂看出整體受力。在關(guān)節(jié)出受力 矩最長，其最長值為 Tmax為 Tmax= N（ 120sinθ+300） （ 310） 代入 N=200， θ=80 錯誤 !未找到引用源。 ，得 Tmax = 車輪驅(qū)動功率 理論行走驅(qū)動功率 Pε （ Kw）為 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 20 頁 共 42 頁 P ε = 錯誤 ! 未 找 到 引 用 源 。 （ 311） 其中 G=1000N f= 滾動摩擦阻力系數(shù) Ua=10Kw/h 時速，最高時速為 10Kw/h 代入得 Pε ==139w 關(guān)節(jié)功率計算 假設(shè)關(guān)節(jié)處轉(zhuǎn)速為 2r/m，由上述計算可知關(guān)節(jié)在攀爬臺階時受扭矩為 40Nm，取 T 為 40Nm，則關(guān)節(jié)理論功率 Pε 為 Pε =T*w=40*2*2π /60=(w) （ 312） 輪子驅(qū)動轉(zhuǎn)矩計算 從前面計算結(jié)果可以看出，輪子與地面之間的最長正壓力設(shè)為 N，則 N 為： N=G/6=600/6=100N （ 313） 取其與地面滾動摩擦阻為 f=，則摩擦力為 ,則滾動摩擦力產(chǎn)生的力矩為 Tf=f*R=*= （ 314） 其中， R= 輪子半徑 在斜坡上所需的制動力 在斜坡上受力如圖 36 所示，當(dāng)車在斜坡上制動時，假設(shè)每個輪子均受力 F，則 F 為 F=600*sin15 /6= （ 315） 則每個輪子所需的制動力矩 Ts 為 Ts=F*R=*= (316） 最高時速下輪子轉(zhuǎn)速，則輪子轉(zhuǎn)速 n與最高時速 Vmax 的關(guān)系 n= 錯誤 ! 未 找 到 引 用 源 。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 21 頁 共 42 頁 （ 317） 其中 Vmax 為最高時速 ,D=150mm,n=353r/min 圖 36 車體在斜坡上的受力 驅(qū)動裝置的設(shè)計 驅(qū)動方式概述 在機械系統(tǒng)中 ,驅(qū)動裝置起到舉足輕重的作用 ,驅(qū)動器作為微型機器人 的核心部件 .一直是廣長研究人員的熱點和突破點 .微驅(qū)動器在微型機器人的 關(guān)節(jié)驅(qū)動 ,微短光盤和磁盤以及微短航天儀器中有著廣泛的應(yīng)用前景 ,并且 在 一 定的程度上衡量微驅(qū)動器發(fā)展水平的重要標(biāo)志 . 由于受到結(jié)構(gòu)尺寸和作業(yè)空間的限制 ,微型機器人驅(qū)動器主要是電動機 驅(qū)動 ,形狀記憶合金 ,電磁方式和壓電方式驅(qū)動等等 . (1) 電動機驅(qū)動 電動機驅(qū)動應(yīng)用的比較廣泛 ,電機尤其是伺服電機已經(jīng)成為機器人最 常用的驅(qū)動器 .電機控制性能好 ,而且具有較高的柔性和可靠性 ,十分適合于高 精度 ,高性能機器人 .伺服電機包括帶有反饋的直流。交流電機，無刷電機等 等。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 22 頁 共 42 頁 （ 2）靜電驅(qū)動 靜電力也是微型機器人常 用的