【導(dǎo)讀】擺臂式爬樓機(jī)器人是一種能夠在多種特殊地形上進(jìn)行作業(yè)的移動(dòng)式機(jī)器人。域研究的熱點(diǎn)之一。析與比較，論述了爬樓機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式、控制系統(tǒng)等。機(jī)器人研究現(xiàn)狀，闡明本課題研究的目的、意義。然后進(jìn)一步介紹了本爬樓機(jī)器。本文在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了抓扶手支架機(jī)械手，著重闡述了爬樓機(jī)器。人夾持機(jī)械手主要問(wèn)題及其解決方法，并對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過(guò)的材料。究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。

　　

【正文】 () 手臂摩擦力的分析與計(jì)算 分析： 摩擦力的計(jì)算不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。下圖是機(jī)械手的手臂示意圖 . 圖 35 機(jī)械手臂部受力示意圖 計(jì)算如下： 由于導(dǎo)向桿對(duì)稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。 0AM ?? bG L aF?總 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 得 b GLF a? 總 0Y?? baG F F??總 得 a LaFG a???? ????總 39。39。a b a bF F F F F??? ? ? ?摩 摩摩 39。 2 LaFG a? ????? ????總摩 () 式中 G總 — — 參與運(yùn)動(dòng)的零部件所受的總重力（含工件）（ N）； L—— 手臂與運(yùn)動(dòng)的零部件的總重量的重心到導(dǎo)向支撐的前端的距離（ m） ,參考上一 節(jié)的計(jì)算 。 a—— 導(dǎo)向支撐的長(zhǎng)度（ m） 。 39。? —— 當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。 對(duì)于圓柱面： ? —— 摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無(wú)潤(rùn)滑時(shí)： 鋼對(duì)青銅：取 鋼對(duì)鑄鐵：取 計(jì)算： 導(dǎo)向桿的材料選擇鋼，導(dǎo)向支撐選擇鑄鐵 39。 ? ? ? ? ， 1070GN?總 ，L==,導(dǎo)向支撐 a設(shè)計(jì)為 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算 39。 2 2 1 . 4 1 0 . 1 61 0 7 0 0 . 3 5 9 7 8 . 60 . 1 6LF G Na? ??? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?總摩 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 手臂慣性力的計(jì)算 本設(shè)計(jì)要求手臂平動(dòng)是 V=5 minm ,在計(jì)算慣性力的時(shí)候 ,設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間 ?? ，啟動(dòng)速度 ? V=V= , GvF gt?? ?總慣 GvFgt?? ?總慣 1 0 7 0 0 .0 8 3 4 5 .59 .8 0 .0 2NS NN K g S???? 手臂伸縮氣缸的選擇 手臂伸縮氣缸采用標(biāo)準(zhǔn)氣缸，查各種型號(hào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，氣缸用 CTA型氣缸，尺寸系列初選內(nèi)徑為 ? 100/63。 手臂伸縮氣缸尺寸校核 在校核尺寸時(shí)，只需校核氣缸內(nèi)徑 1D =63mm,半徑 R=可 ,設(shè)計(jì)使用壓強(qiáng) MPaP ? , 則驅(qū)動(dòng)力： 2RPF ??? )(12 46 03 26N? ???? 測(cè)定手腕質(zhì)量為 50kg,設(shè)計(jì)加速度 )/(10 sma? ，則慣性力 maF?1 )(5001050 N? ?? ，設(shè)定摩擦系數(shù) ?k , ? )(100 N? ?? ? 總受力 mFFF ?? 10 )(600 100500N? ?? FF?0 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 所以標(biāo)準(zhǔn) CTA氣缸的尺寸符合實(shí)際使用驅(qū)動(dòng)力要求要求。 手臂回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 （ 1）尺寸設(shè)計(jì) 氣缸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 mmb 120? ,氣缸內(nèi)徑為 mmD 2101 ? ,半徑 R=105mm,軸徑mmD 402 ? 半徑 mmR 20? ,氣缸運(yùn)行角速度 ? = s/90? ，加速度時(shí)間 t? ? ,壓強(qiáng)MPaP ? , 則力矩： 2 )( 22 rRpbM ?? ).(2 55 2)0 ( 226mN????? 測(cè)定參與手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的質(zhì)量 kgm 1201 ? ,分析部件的質(zhì)量分布情況，質(zhì)量密度等效分布在一個(gè)半徑 mmr 200? 的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 2 21rmJ? 2 2?? ? （ ） tJM ?? ?.慣 ).(108 mN??? 考慮軸承，油封之間的摩擦力，設(shè)定摩擦系數(shù) ?k , 慣摩 MkM .? ）（ ? ?? 總驅(qū)動(dòng)力矩 摩慣驅(qū) MMM ?? ）（ ? ?? MM〈驅(qū) ? 設(shè)計(jì)尺寸滿足使用要求。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 本章小結(jié) 本章設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)，手臂采用雙導(dǎo)桿手臂伸縮機(jī)構(gòu)，對(duì)驅(qū)動(dòng)的液壓缸的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，并對(duì)液壓缸的基本尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 4. ADAMS 模型的建立與仿真 虛擬樣機(jī)技術(shù) （ 1） 虛擬樣機(jī)技術(shù)的基本概念 虛擬樣機(jī)技術(shù)是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中 , 將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù) (指在某單一系統(tǒng)中零部件的 CAD 和 FEA 技術(shù) ) 糅合在一起 , 在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建出產(chǎn)品的整體模型 , 并針對(duì)該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進(jìn)行仿真分析 , 預(yù)測(cè)產(chǎn)品的整體性能 , 進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品性能的一種新技術(shù)。 （ 2） 虛擬樣機(jī)技術(shù)常用軟件 虛擬樣機(jī)技術(shù)在工程中的應(yīng)用是通過(guò)界面友好、功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的商業(yè)化虛擬樣機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的。國(guó)外虛擬樣機(jī)相關(guān)技術(shù)軟件的商業(yè)化過(guò)程已經(jīng)完成。目前有二十多家公司在這個(gè)日益增長(zhǎng)的市場(chǎng) 上競(jìng)爭(zhēng) , 比較有影響的有美國(guó)機(jī)械動(dòng)力學(xué)公司 (M echan ical Dy2nam ics Inc1) 的 ADAM S、比利時(shí) LM S 公司的 DADS以及德國(guó)航天局的 S IM PACK。其中美國(guó)機(jī)械動(dòng)力學(xué)公司的 ADAM S 占據(jù)了市場(chǎng)的 50% 以上。其它的軟件還有 Wo rk ingModel、Fo lw 3D、 IDEA S、 Phoen ics、 A n2sys、 Pam crash 等等。由于機(jī)械系統(tǒng)仿真提供的分析技術(shù)能夠滿足真實(shí)系統(tǒng)并行工程設(shè)計(jì)要求 , 通過(guò)建立機(jī)械系統(tǒng)的模擬樣機(jī) , 使得在物理樣機(jī)建造前便可分析 出它們的工作性能 , 因而其日益受到國(guó)內(nèi)外機(jī)械領(lǐng)域的重視。 ADAMS 軟件 該軟件己在全世界數(shù)以千計(jì)的著名大公司中得到成功的應(yīng)用。國(guó)外的一些著名大學(xué)也已開(kāi)設(shè)了介紹 ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)軟件，是由美國(guó)機(jī)械動(dòng)力公司 (Mechanical Dynamics Inc.)開(kāi)發(fā)的最優(yōu)秀的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件，是世界上最具權(quán)威性的，使用范圍最廣的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件。用戶使用 ADAMS軟件，可以自動(dòng)生成包括機(jī) —— 電 —— 液一 體化在內(nèi)的、任意復(fù)雜系統(tǒng)的多體動(dòng)力學(xué)數(shù)字化虛擬樣機(jī)模型，能為用戶提供從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、方案論證、詳細(xì)設(shè)計(jì)、到產(chǎn)品方案修改、優(yōu)化、試驗(yàn)規(guī)劃甚至故障診斷各階段、全方位、高精度的仿真計(jì)算分析結(jié)果，從而達(dá)到縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量及競(jìng)爭(zhēng)力的目的。由于 ADAMS具有通用、精確的仿齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 真功能，方便、友好的用戶界面和強(qiáng)大的圖形動(dòng)畫顯示能力，所以 ADAMS軟件的課程，而將三維 CAD軟件、有限元軟件和虛擬樣機(jī)軟件作為機(jī)械專業(yè)學(xué)生必須了解的工具軟件。根據(jù)1999年機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析軟件國(guó)際市場(chǎng)份額的統(tǒng)計(jì)資料， ADAMS軟件占據(jù)了銷售總額近8千萬(wàn)美元的 51%份額。 ADAMS一方面是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，又是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析開(kāi)發(fā)工具，其開(kāi)放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型機(jī)械系 動(dòng)態(tài)仿真分析的二次開(kāi)發(fā)工具平臺(tái)。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，工程師通過(guò)應(yīng)用 ADAMS軟件會(huì)收到明顯效果 : (1)分析時(shí)間由數(shù)月減少為數(shù)日； (2)降低工程制造和測(cè)試費(fèi)用； (3)在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，完善設(shè)計(jì)方案； (4)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，減少所需的物理樣機(jī)數(shù)量； (5)當(dāng)進(jìn)行物理樣機(jī)測(cè)試有危險(xiǎn)、費(fèi)時(shí)和成本高時(shí)，可利用虛擬樣機(jī)進(jìn)行分析和仿真； (6)縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。 使用 ADAMS建立虛擬樣機(jī)非常容易。通過(guò)交互的圖形界面和豐富的仿真單元庫(kù)，用戶快速地建立系統(tǒng)的模型。 ADAMS與先進(jìn)的 CAD軟件 (UG, PRO/E)以及 CAE軟件 (ANSYS)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形交換格式文件相互交換以保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。 ADAMS軟件支持并行工程環(huán)境，節(jié)省大量的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。利用 ADAMS軟件建立參數(shù)化模型可以進(jìn)行設(shè)計(jì)研究、試 驗(yàn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化分析。為系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化提供了一種高效開(kāi)發(fā)工具。 ADAMS軟件包括 3個(gè)最基本的解題程序模塊 :ADAMS/View基本環(huán)境、 ADAMS / Solver(求解器 )和 ADAMS / Postprocessor(后處理 )。另外還有一些特殊場(chǎng)合應(yīng)用的附加程序模塊，例如 :ADAMS/Car(轎車模塊 )、 ADAMS/Rail(機(jī)車模塊 )、 ADAMS / Driver(駕駛員模塊 )、 ADAMS / Tire(輪胎模塊 )、 ADAMS/Linear(線性模塊 )、 ADAMS/Flex(柔性模塊 )、 ADAMS/ Controls(控制模塊 )、 ADAMS / FEA(有限元模塊 )、 ADAMS /Hydraulics(液壓模塊 )、 ADAMS / Exchange(接口模塊 )、 Mechanism / Fro(與 Pro / Engineer的接口模塊 )、ADAMS/Animation(高速動(dòng)畫模塊 )等。 在 3個(gè)基本解題程序模塊中， ADAMS / View提供了一個(gè)直接面向用戶的基本操作對(duì)話環(huán)境和虛擬樣機(jī)分析的前處理功能，其中包括樣機(jī)的建模和各種建模工具、樣機(jī)模型數(shù)據(jù)的輸入與編輯、與求解器和后處理等程序的自動(dòng)連接、虛擬樣機(jī)分析參數(shù)的設(shè)置、各種數(shù)據(jù)的輸入和輸出、同其他應(yīng)用程序的接口等。自 ， ADAMS / View采用了齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 Windows風(fēng)格的操作界面和各種操作習(xí) J慣，使得 ADAMS / 常友好。 ADAMS / Solve:是求解機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的程序。完成樣機(jī)分析的準(zhǔn)備工作以后， ADAMS/View程序可以自動(dòng)地調(diào)用 ADAMS / Solver模塊，求解樣機(jī)模型的靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，完成仿真分析以后再自動(dòng)地返回 ADAMS / View操作界面。因此，一般用戶可以將 ADAMS/Solver的操作視為一個(gè)“黑匣子”，只需熟悉 ADAMS / View的操作，即可完成建模和整個(gè)分析過(guò)程。 ADAMS仿真分析結(jié)果的后處理，可以通過(guò)調(diào)用后處理模塊 ADAMS/ Postprocessor來(lái)完成。 ADAMS / Postprocessor:模塊具有相當(dāng)強(qiáng)的后處理功能，它可以回放仿真結(jié)果，也可以繪制 各種分析曲線。除了可以直接繪制仿真結(jié)果曲線以外， ADAMS / Postprocessor還可以對(duì)仿真分析曲線進(jìn)行一些數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)計(jì)算 ?？梢暂斎雽?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制試驗(yàn)曲線，并同仿真結(jié)果進(jìn)行比較 。可以進(jìn)行分析結(jié)果曲線圖的各種編輯。 一般 ADAMS分析功能如下 : (1)可有效地分析三維機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與力。例如可以利用 ADAMS來(lái)模擬作用在輪胎上的垂直、轉(zhuǎn)向、陀螺效應(yīng)、牽引與制動(dòng)、力與力矩 。還可應(yīng)用 ADAMS進(jìn)行整個(gè)車輛或懸架系統(tǒng)道路操縱性的研究。 (2)利用 ADAMS可模擬大位移的系統(tǒng)。 ADAMS很容易處理這種模型的非線性 方程，而且可進(jìn)行線性近似。 (3)可分析運(yùn)動(dòng)學(xué)靜定 (對(duì)于非完整的束或速度約束一般情況的零自由度 )系統(tǒng)。 (4)對(duì)于一個(gè)或多自由度機(jī)構(gòu)， ADAMS可完成某一時(shí)間上的靜力學(xué)分析或某一時(shí)間間隔內(nèi)的靜力學(xué)分析。 (5)有線性系統(tǒng)模態(tài)分析、力輸入運(yùn)動(dòng)以及模擬控制系統(tǒng)的能力。 (6)利用 ADAMS/VIEW提供的控制工具箱或 ADAMS/Control與 MATLAB一起可以方便地進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真。 DADS與 ADAMS同屬機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件，兩者的原理和功能相似。但 ADAMS軟件是專門針對(duì)汽車及懸架開(kāi)發(fā)，在模擬和仿真汽車及懸架系統(tǒng)方面比其它的軟件方便得多。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 手部模型的建立 由于較復(fù)雜的模型在 ADAMS中難以建立 .所以對(duì)所建立的模型做如下簡(jiǎn)化和假設(shè)： （ 1）機(jī)械手中所有零部件都認(rèn)為是剛體。（ 2）零部件之間的所有連接都簡(jiǎn)化為鉸鏈。內(nèi)部間隙不計(jì)；（ 2）各運(yùn)動(dòng)副內(nèi)的摩擦力忽略不計(jì)。 由于本文所設(shè)計(jì)的手部機(jī)構(gòu)難以用來(lái)建模，因此選用它的等效機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。將機(jī)械手