【導(dǎo)讀】擺臂式爬樓機器人是一種能夠在多種特殊地形上進行作業(yè)的移動式機器人。域研究的熱點之一。析與比較，論述了爬樓機器人的運動方式、控制系統(tǒng)等。機器人研究現(xiàn)狀，闡明本課題研究的目的、意義。然后進一步介紹了本爬樓機器。本文在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了抓扶手支架機械手，著重闡述了爬樓機器。人夾持機械手主要問題及其解決方法，并對關(guān)鍵部件進行設(shè)計和分析。師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(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算 分析： 摩擦力的計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)具體情況進行估算。下圖是機械手的手臂示意圖 . 圖 35 機械手臂部受力示意圖 計算如下： 由于導(dǎo)向桿對稱配置，兩導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個導(dǎo)向桿計算。 0AM ?? bG L aF?總 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（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 — — 參與運動的零部件所受的總重力（含工件）（ N）； L—— 手臂與運動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)的計算 。 a—— 導(dǎo)向支撐的長度（ m） 。 39。? —— 當量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)。 對于圓柱面： ? —— 摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時： 鋼對青銅：取 鋼對鑄鐵：取 計算： 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)計為 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進行計算 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（論文） 1 手臂慣性力的計算 本設(shè)計要求手臂平動是 V=5 minm ,在計算慣性力的時候 ,設(shè)置啟動時間 ?? ，啟動速度 ? 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準氣缸，查各種型號的結(jié)構(gòu)特點，尺寸參數(shù)，結(jié)合本設(shè)計的實際要求，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，只需校核氣缸內(nèi)徑 1D =63mm,半徑 R=可 ,設(shè)計使用壓強 MPaP ? , 則驅(qū)動力： 2RPF ??? )(12 46 03 26N? ???? 測定手腕質(zhì)量為 50kg,設(shè)計加速度 )/(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（論文） 1 所以標準 CTA氣缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求要求。 手臂回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計與校核 （ 1）尺寸設(shè)計 氣缸長度設(shè)計為 mmb 120? ,氣缸內(nèi)徑為 mmD 2101 ? ,半徑 R=105mm,軸徑mmD 402 ? 半徑 mmR 20? ,氣缸運行角速度 ? = s/90? ，加速度時間 t? ? ,壓強MPaP ? , 則力矩： 2 )( 22 rRpbM ?? ).(2 55 2)0 ( 226mN????? 測定參與手臂轉(zhuǎn)動的部件的質(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半徑 mmr 200? 的圓盤上，那么轉(zhuǎn)動慣量： 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)動力矩 摩慣驅(qū) MMM ?? ）（ ? ?? MM〈驅(qū) ? 設(shè)計尺寸滿足使用要求。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 本章小結(jié) 本章設(shè)計了機械手的手臂結(jié)構(gòu)，手臂采用雙導(dǎo)桿手臂伸縮機構(gòu)，對驅(qū)動的液壓缸的驅(qū)動力進行了詳細的計算，并對液壓缸的基本尺寸進行了設(shè)計。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 4. ADAMS 模型的建立與仿真 虛擬樣機技術(shù) （ 1） 虛擬樣機技術(shù)的基本概念 虛擬樣機技術(shù)是指在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程中 , 將分散的零部件設(shè)計和分析技術(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 , 在計算機上創(chuàng)建出產(chǎn)品的整體模型 , 并針對該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進行仿真分析 , 預(yù)測產(chǎn)品的整體性能 , 進而改進產(chǎn)品設(shè)計、提高產(chǎn)品性能的一種新技術(shù)。 （ 2） 虛擬樣機技術(shù)常用軟件 虛擬樣機技術(shù)在工程中的應(yīng)用是通過界面友好、功能強大、性能穩(wěn)定的商業(yè)化虛擬樣機軟件實現(xiàn)的。國外虛擬樣機相關(guān)技術(shù)軟件的商業(yè)化過程已經(jīng)完成。目前有二十多家公司在這個日益增長的市場 上競爭 , 比較有影響的有美國機械動力學(xué)公司 (M echan ical Dy2nam ics Inc1) 的 ADAM S、比利時 LM S 公司的 DADS以及德國航天局的 S IM PACK。其中美國機械動力學(xué)公司的 ADAM S 占據(jù)了市場的 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。由于機械系統(tǒng)仿真提供的分析技術(shù)能夠滿足真實系統(tǒng)并行工程設(shè)計要求 , 通過建立機械系統(tǒng)的模擬樣機 , 使得在物理樣機建造前便可分析 出它們的工作性能 , 因而其日益受到國內(nèi)外機械領(lǐng)域的重視。 ADAMS 軟件 該軟件己在全世界數(shù)以千計的著名大公司中得到成功的應(yīng)用。國外的一些著名大學(xué)也已開設(shè)了介紹 ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)軟件，是由美國機械動力公司 (Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的最優(yōu)秀的機械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件，是世界上最具權(quán)威性的，使用范圍最廣的機械系統(tǒng)動力學(xué)分析軟件。用戶使用 ADAMS軟件，可以自動生成包括機 —— 電 —— 液一 體化在內(nèi)的、任意復(fù)雜系統(tǒng)的多體動力學(xué)數(shù)字化虛擬樣機模型，能為用戶提供從產(chǎn)品概念設(shè)計、方案論證、詳細設(shè)計、到產(chǎn)品方案修改、優(yōu)化、試驗規(guī)劃甚至故障診斷各階段、全方位、高精度的仿真計算分析結(jié)果，從而達到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量及競爭力的目的。由于 ADAMS具有通用、精確的仿齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 真功能，方便、友好的用戶界面和強大的圖形動畫顯示能力，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軟件作為機械專業(yè)學(xué)生必須了解的工具軟件。根據(jù)1999年機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析軟件國際市場份額的統(tǒng)計資料， ADAMS軟件占據(jù)了銷售總額近8千萬美元的 51%份額。 ADAMS一方面是機械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件的應(yīng)用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬樣機進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析。另一方面，又是機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進行特殊類型機械系 動態(tài)仿真分析的二次開發(fā)工具平臺。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，工程師通過應(yīng)用 ADAMS軟件會收到明顯效果 : (1)分析時間由數(shù)月減少為數(shù)日； (2)降低工程制造和測試費用； (3)在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計錯誤，完善設(shè)計方案； (4)在產(chǎn)品開發(fā)過程中，減少所需的物理樣機數(shù)量； (5)當進行物理樣機測試有危險、費時和成本高時，可利用虛擬樣機進行分析和仿真； (6)縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。 使用 ADAMS建立虛擬樣機非常容易。通過交互的圖形界面和豐富的仿真單元庫，用戶快速地建立系統(tǒng)的模型。 ADAMS與先進的 CAD軟件 (UG, PRO/E)以及 CAE軟件 (ANSYS)可以通過計算機圖形交換格式文件相互交換以保持數(shù)據(jù)的一致性。 ADAMS軟件支持并行工程環(huán)境，節(jié)省大量的時間和經(jīng)費。利用 ADAMS軟件建立參數(shù)化模型可以進行設(shè)計研究、試 驗設(shè)計和優(yōu)化分析。為系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化提供了一種高效開發(fā)工具。 ADAMS軟件包括 3個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合應(yīng)用的附加程序模塊，例如 :ADAMS/Car(轎車模塊 )、 ADAMS/Rail(機車模塊 )、 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(高速動畫模塊 )等。 在 3個基本解題程序模塊中， ADAMS / View提供了一個直接面向用戶的基本操作對話環(huán)境和虛擬樣機分析的前處理功能，其中包括樣機的建模和各種建模工具、樣機模型數(shù)據(jù)的輸入與編輯、與求解器和后處理等程序的自動連接、虛擬樣機分析參數(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（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:是求解機械系統(tǒng)運動和動力學(xué)問題的程序。完成樣機分析的準備工作以后， ADAMS/View程序可以自動地調(diào)用 ADAMS / Solver模塊，求解樣機模型的靜力學(xué)、運動學(xué)或動力學(xué)問題，完成仿真分析以后再自動地返回 ADAMS / View操作界面。因此，一般用戶可以將 ADAMS/Solver的操作視為一個“黑匣子”，只需熟悉 ADAMS / View的操作，即可完成建模和整個分析過程。 ADAMS仿真分析結(jié)果的后處理，可以通過調(diào)用后處理模塊 ADAMS/ Postprocessor來完成。 ADAMS / Postprocessor:模塊具有相當強的后處理功能，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還可以對仿真分析曲線進行一些數(shù)學(xué)和統(tǒng)計計算 ?？梢暂斎雽嶒灁?shù)據(jù)繪制試驗曲線，并同仿真結(jié)果進行比較 ?？梢赃M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構(gòu)的運動與力。例如可以利用 ADAMS來模擬作用在輪胎上的垂直、轉(zhuǎn)向、陀螺效應(yīng)、牽引與制動、力與力矩 。還可應(yīng)用 ADAMS進行整個車輛或懸架系統(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，而且可進行線性近似。 (3)可分析運動學(xué)靜定 (對于非完整的束或速度約束一般情況的零自由度 )系統(tǒng)。 (4)對于一個或多自由度機構(gòu)， ADAMS可完成某一時間上的靜力學(xué)分析或某一時間間隔內(nèi)的靜力學(xué)分析。 (5)有線性系統(tǒng)模態(tài)分析、力輸入運動以及模擬控制系統(tǒng)的能力。 (6)利用 ADAMS/VIEW提供的控制工具箱或 ADAMS/Control與 MATLAB一起可以方便地進行機電一體化系統(tǒng)仿真。 DADS與 ADAMS同屬機械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件，兩者的原理和功能相似。但 ADAMS軟件是專門針對汽車及懸架開發(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（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 .所以對所建立的模型做如下簡化和假設(shè)： （ 1）機械手中所有零部件都認為是剛體。（ 2）零部件之間的所有連接都簡化為鉸鏈。內(nèi)部間隙不計；（ 2）各運動副內(nèi)的摩擦力忽略不計。 由于本文所設(shè)計的手部機構(gòu)難以用來建模，因此選用它的等效機構(gòu)進行運動仿真。將機械手