【正文】 ，有著成熟的技術(shù)配套設(shè)備與軟件。除了機械爪與前臂以外，機械臂的后部等扭矩需求較大的地方使用的是57步進電機。都配合了相應(yīng)的行星減速機構(gòu)與蝸桿減速器，以提高扭矩和精準度。 42步進電機 42步進電機的性能參數(shù)電機型號42BYGH4425步矩角相電壓相電流靜力矩重量42步進電機主要是作為機械爪與前臂的動力。在機械爪中，經(jīng)過減速比為30的蝸桿減速后。當機械爪的連桿與機械臂的軸線平行的時候得到最大的法相夾緊力，此時的力矩為100mm。則根據(jù)公式（52）機械爪中部的法向加持力為：當機械爪的連桿運動到垂直于機械臂軸線的時候，機械爪張開度最大，夾緊力最小，此時的力矩為72 mm，機械爪中部的法向夾持力為：作為前臂的動力時，42步進電機先經(jīng)過減速比為20的行星減速器，再經(jīng)過減速比為20的蝸桿減速器，減速比共計400，靜力矩提升為192Nm。前臂從卡爪中部到前臂軸的距離為330mm。則，臂端在水平狀態(tài)下可承受的拉力為： 即在水平狀態(tài)下前臂步進電機可使前臂抬起50kg以上的重物，完全能移除一般爆炸物。前臂的腕關(guān)節(jié)采用的步進電機與減速機構(gòu)與之相同，而且力矩非常短，故不進行校核。 57步進電機 57步進電機的性能參數(shù)電機型號57BYGH56401A步矩角相電壓相電流靜力矩重量57步進電機是作為中臂和后臂的馬達，承受扭矩要大于前臂，同樣先經(jīng)過減速比為20的行星減速器，再經(jīng)過減速比為20的蝸桿減速器，減速比共計400，靜力矩提升為504Nm。機械臂的幾個部分中，中臂軸距933mm，后臂軸距610mm，卡爪中部到前臂軸距為330mm。當機械臂完全展開并且平行于地面的時候，后臂末端的步進電機承受的扭矩最大。此時力矩d為： 根據(jù)公式（52）末端法向力為: 即臂端可以承擔26kg以上的重物，而且運行中，機器人很少會將機械臂完全展開而且處于水平位置，一般是在一米的半徑上工作，此時的力矩d為1m，則此時的末端法向力為： 即普通位置抓取物體的情況下，也可以將50kg的物體抓起?？紤]到機械臂自重10kg左右，外加各種運轉(zhuǎn)阻力，與機械爪的握力，機械臂的額定抓取重量為20kg左右。 鉛酸蓄電池 LCX127CH型鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池的型號很多，目前市面上普遍的電壓數(shù)為6V或者12V，履帶機器人使用的是48V電動馬達，所以需要將四塊12V鉛酸蓄電池串聯(lián)使用。四塊鉛酸蓄電池中，兩塊安裝在底盤框架中部，兩塊外掛在下底盤模塊的外側(cè)。四塊鉛酸蓄電池也起到配重的作用，使機械臂在工作中機體保持平衡。 蓄電池在底盤上的安裝位置 LCX127CH型鉛酸蓄電池的性能參數(shù)型號LCX127CH標準電壓12V標準容量12AH內(nèi)阻17mhms重量履帶機器人的主動力是兩個330W電動馬達，，運轉(zhuǎn)在額定工作狀態(tài)下的無刷馬達的效率一般為75%。則實際輸入功率約為440W，兩個無刷馬達共計880W。，普通的鉛酸蓄電池便可以滿足[17]。7 履帶機器人的功能與擴展 底盤特性作為履帶機器人，底盤是最為重要的，履帶機器人主要是執(zhí)行軍事任務(wù)，所以對底盤的要求比一般的機器人大賽要高的多。尤其是拆彈工作與狙擊工作需要絕對的精準。所以底盤的穩(wěn)定性尤為重要。為了有更好的地形通過性，履帶機器人采用了主履帶加輔助履帶的模式。兩組履帶尺寸相同，不僅僅是出于通用性的考慮。機器人雖然是重要的反恐輔助工具，但是輪式機器人和履帶式機器人往往不是很高大，而現(xiàn)實中人們設(shè)置圍欄桌椅往往是以人的高端為參照的，所以趴在地上的機器人并不是很好完成一些放在位置較高地方的任務(wù)。比如許多炸彈是安裝在汽車后備箱中的，這就需要機器人有一定的高度。而兩組尺寸相同的履帶可以使機器人在必要的時候立起來。這會提升機器人50cm左右的高度，可以應(yīng)付一般的汽車炸彈[18]。作為偵查機器人，這一優(yōu)勢便更為明顯，立起來的機器人能躲在較高的障礙物后面通過升起的觀察模塊進行觀察，不容易被發(fā)現(xiàn)。 底盤抬高狀態(tài)拆彈工作中，爆炸物一般是在機器人的前部，這樣有著最好的視野。當機械臂抓取爆炸物的時候，整體的中心會因為前伸的機械臂和爆炸物改變，這是如果將前輪架展開支撐好，則可以防止機器人翻倒。 底盤展開狀態(tài)在不需要調(diào)整重心的時候，前伸的前輪架使機器人的長度達到120cm，這降低了機器人的通過性。所以在非越野狀態(tài)下，機器人可以將前輪架收起。這樣使結(jié)構(gòu)更加緊湊。轉(zhuǎn)向更靈活，在戰(zhàn)斗模式下的突擊工作中會得心應(yīng)手。 底盤折疊狀態(tài) 拆彈模式 拆彈模式履帶機器人所有的設(shè)計都是以拆彈模式為根本，定位于多功能中性拆彈機器人。所有的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)先為拆彈工作而考慮。在發(fā)現(xiàn)可疑物體以后進行先期的觀察，一般爆炸物外部有覆蓋物遮蓋，不能判斷內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這時需要小心移除爆炸物的偽裝。七個自由度的機械手可以很好的完成這一工作，在移除爆炸物的偽裝后通過攝像頭對爆炸物進行近距離的觀察，判斷爆炸物類型與起爆方式，遙控方式等。a如果爆炸物結(jié)構(gòu)簡單而且起爆方式也非遙控類型，則由人工進行排爆。b如果爆炸物起爆方式與遙控方式不明，但是體積較小可由拆彈機器人將其移動到安全位置進行引爆。c如果爆炸物為遙控炸彈，而且體積較大無法移動位置，并且周圍環(huán)境空曠，可以采用拆彈機器人將小型引爆器放在炸彈附近，強制引爆?？梢娫谳^簡單的情況下，排爆機器人可以完成大部分的拆彈工作，只有在某些特殊的情況下才需要進行人工排爆，而實際反恐戰(zhàn)爭中，高科技大型炸彈不是很多，大部分是土法制造的小型炸彈，拆彈機器人的引入可以大大的降低風險。 偵查模式 偵查模式把機械臂的中臂進行改造，原來連接中臂桿的位置連接了一個偵查插件。此時的機械臂依然有三個自由度，能把偵查插件指向任何角度進行偵查。偵查狀態(tài)下，機器人的負載大大減小，主動力模塊的減速比將從100改為75。以提高行進速度。對功率的要求也降低了，電池模塊將更換為鎳氫電池組，可以使履帶機器人工作更長的時間。除了執(zhí)行戰(zhàn)斗偵查任務(wù)以外，也可以在有輻射或者危險氣體的工廠中進行檢修工作。這時在搭配視頻偵查模塊的同時也需要搭載化學物品與輻射傳感器。 偵查插件既然作為偵查機器人，內(nèi)部的光學儀器必須全面，偵查插件配備如下白光攝像頭，一個大口徑的高倍數(shù)白光攝像頭，便于遠距離觀察，或者對情況進行全景掃描。微光夜視儀的原理是使用微弱的夜間光源，比如星光，大氣漫反射的光，經(jīng)過放大而看見夜間的情況，可以夜晚得到良好的視野。成像效果良好。作為另一個夜間觀察設(shè)備，紅外夜視儀雖然在功能上與微光夜視儀有點沖突，但是它的工作特性使他能在夜晚更快速的找到汽車，人員等發(fā)熱的目標。而且在完全沒有光的山洞和地下室內(nèi)，微光夜視儀會無法工作，紅外夜視儀成為了微光夜視儀很好的補充。激光測距儀，作為偵查機器人，對距離的測量非常重要，如發(fā)現(xiàn)目標可在遠處通過激光測距儀計算出目標的坐標，引導炮兵或者空軍進行精確打擊。 戰(zhàn)斗模式 戰(zhàn)斗模式作為多功能履帶機器人平臺，可以方便的通過更換插件來完成不同的任務(wù)，這次將中臂改造成戰(zhàn)斗插件，其中包含一只G36突擊步槍，選擇它作為戰(zhàn)斗模塊的武器主要考慮了以下幾個優(yōu)點。 戰(zhàn)斗模式插件G36外部一體化較高，幾乎沒什么外置部件，所以可以快速的完成建模工作。機器人很難自主完成更換彈夾工作，使用彈鏈供彈的輕機槍是戰(zhàn)斗機器人的首選，但是輕機槍的部件更多更難畫，而且長度過大，重量也比較驚人。而德國的這款突擊步槍提供一個90發(fā)彈鼓，雖然比不上輕機槍使用的200發(fā)彈鏈，但是解決了其他突擊步槍僅僅30發(fā)的彈夾供彈不足的問題。突擊步槍取了輕機槍和步槍的優(yōu)點，既可以像輕機槍那樣掃射，也可以像步槍那樣精準的設(shè)計，G36在同行業(yè)中是佼佼者，精度，射程，射速表現(xiàn)都非常出色。三個自由度的機械臂可以使戰(zhàn)斗狀態(tài)下的履帶機器人可以在800米的范圍內(nèi)進行精準的狙擊工作，也可以在前方突入未知建筑配合特種部隊作戰(zhàn)。動力模塊的減速比與電池模塊的配置與拆彈狀態(tài)相同。8 總論本文主要完成了以下工作:本論文開始簡要介紹了國內(nèi)外有關(guān)履帶機器人領(lǐng)域內(nèi)的研究背景和發(fā)展狀況，并闡述了履帶機器人的設(shè)計理念。本論文重點分析介紹了不同傳動方式、驅(qū)動模式、機械臂形式等，并進行了詳細的對比與選擇。根據(jù)履帶機器人的特點，詳細的對機器人的各個結(jié)構(gòu)部件進行了設(shè)計與建模。通過對履帶機器人的使用情況與需求，在市面上選擇了合適的電器部件。對履帶機器人的功能進行了拓展設(shè)計，使之能在不同的需求下完成不同的任務(wù)。對下一步工作的展望:目前已經(jīng)完成全部的結(jié)構(gòu)設(shè)計，操作軟件與視頻遙控設(shè)備還未進行設(shè)計。下一步將完善履帶機器人的遙控系統(tǒng)與操作系統(tǒng)。參考文獻[1] 開創(chuàng)新的輝煌——機器人技術(shù)與應(yīng)用[J].[2] 秦蘊秀. 遼寧省機床產(chǎn)品水平及發(fā)展趨勢[J]. 遼寧機械,1985,02:4549.[3] [M].北京：機械工業(yè)出版社,1997,12:6768.[4] 楊玲玲,王小娟. 基于SolidWorks的CA6140主軸箱三維建模[J]. 機械工程師,2012,11:8082. 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[18] 陳淑艷，[M].機電工程. （12）109112.致 謝在本題的選題和研究過程中我得到指導老師的親切關(guān)懷和悉心指導。指導老師嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。很感謝老師從選題到論文的最終完善中自始至終給予我細心的指導和不懈的支持。在論文本題的研究過程中指導老師也在理論、思想上不斷的教導，使我的觀念更加廣闊，在此謹向兩位指導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。第 67 頁 共 68 頁