【正文】 在此，謹(jǐn)向我最尊重的周老師老師致以最誠(chéng)摯的謝意!感謝泰科院的老師們?cè)谖仪髮W(xué)期間給予的關(guān)心和幫助。(4)具有成熟的搭載系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在整體系統(tǒng)的各各方面積累了比較豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，相信經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展和改進(jìn)移動(dòng)機(jī)器人將走向成熟和實(shí)用化。這個(gè)以后可以作為后續(xù)學(xué)習(xí)的方向。通過(guò)各零件之間最優(yōu)配合，使機(jī)械運(yùn)動(dòng)在實(shí)現(xiàn)功能前提下，實(shí)現(xiàn)最高傳動(dòng)效率，將能量消耗降到最低。但是在模塊各零件設(shè)計(jì)過(guò)程中，各參數(shù)計(jì)算選擇主要從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度要求出發(fā)，很多零件為了匹配，比實(shí)際需求尺寸大很多。并對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行了性能分析。又因?yàn)榧绮繛橐患?jí)傳動(dòng)，而且旋轉(zhuǎn)部分很重，體積較大，進(jìn)行肩部旋轉(zhuǎn)定位時(shí)，回轉(zhuǎn)慣性也就較大，同時(shí)也沒(méi)有消除回轉(zhuǎn)慣性力矩的緩沖機(jī)構(gòu)，這種回轉(zhuǎn)慣性也就敏感地、直接地反映到電機(jī)上來(lái)。裝配時(shí)，蝸輪中心與回轉(zhuǎn)中心不易重合，存在較大的偏差。肩部是蝸輪蝸桿傳動(dòng)，蝸桿固定于蝸輪箱內(nèi)，蝸輪位于蝸輪箱內(nèi)，通過(guò)軸套與轉(zhuǎn)軸相連，與蝸桿嚙合。蝸輪蝸桿副自鎖條件：蝸桿螺旋角小于折合摩擦角和要可靠自鎖必須比至少小1度。蝸輪蝸桿在裝配前經(jīng)過(guò)研磨檢查，裝配后又經(jīng)過(guò)調(diào)整，使其兩齒的接觸面沿齒高達(dá)60%，沿齒寬達(dá)50%.蝸桿為右旋，頭數(shù)=1，蝸輪齒數(shù)=32，配套減速器的減速比=156，齒輪副傳動(dòng)比= 1，因此肩部的總傳動(dòng)比 (63)又 (64）式中。同時(shí)蝸輪蝸桿間的摩擦系數(shù)較大，也易于磨損。（a）為了提高方向移動(dòng)精度，減小移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的變位，要求保證在肩部傳動(dòng)輕便靈活的情況下，空回量要小，保證臂部裝置在肩部上總的配合間隙所產(chǎn)生的方向移動(dòng)改變量要小于一定值。所謂蝸輪蝸桿式肩部，是指在肩部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，主要通過(guò)蝸輪蝸桿的傳動(dòng)，使肩部回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂方向移動(dòng)的。同時(shí)還要考慮各傳動(dòng)件之間的磨損問(wèn)題，應(yīng)盡量減小磨損，磨損以后能夠調(diào)整。如自鎖器、固定盤、電磁閘等。移動(dòng)機(jī)械臂的關(guān)節(jié)的自鎖性很重要，它不僅保證移動(dòng)位置不被破壞，而且也保證了因?yàn)閿嚯姸l(fā)生機(jī)械臂下落撞擊本體。所以要根據(jù)移動(dòng)機(jī)械臂的移動(dòng)抓取技術(shù)要求，在滿足一定移動(dòng)速度的情況下，減小驅(qū)動(dòng)力，以便移動(dòng)機(jī)械臂操作輕便、平穩(wěn)、靈活。這樣為了減少驅(qū)動(dòng)力，就必須增加傳動(dòng)比，而增加傳動(dòng)比，會(huì)引起移動(dòng)速度減小。移動(dòng)機(jī)械臂的在穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力可按下列公式求出: （61）式中: M—移動(dòng)關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)部分阻力矩 R—移動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸半徑—移動(dòng)臂總效率i—移動(dòng)臂總傳動(dòng)比而 (62）—驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 —肩或臂回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度即移動(dòng)速度由(61)式可知： i與P成反比，i愈大，則P愈小。另外各傳動(dòng)件的加工、裝配質(zhì)量的情況等對(duì)于移動(dòng)精度都有影響。反之，工作空間小，機(jī)械臂移動(dòng)的范圍就小。下面對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)定義幾個(gè)性能參數(shù)，這幾個(gè)性能參數(shù)是反映移動(dòng)過(guò)程中抓取的精度、速度和難易程度的指標(biāo)(1)抓取速度移動(dòng)機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)電機(jī)以一定速度驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂時(shí)，機(jī)械臂的角速度。傳感器處理模塊利用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)采集，然后利用移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制卡的I/O接口和主控計(jì)算機(jī)相連。移動(dòng)控制器有通用的I/O接口，限位信號(hào)接在數(shù)字量輸入端。對(duì)伺服電機(jī)采用閉環(huán)控制，電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)編碼器反饋給控制卡，每個(gè)軸均采用PID濾波算法，P, I, D參數(shù)各自獨(dú)立調(diào)節(jié)，互不影響。運(yùn)動(dòng)控制卡可以控制多軸聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)等運(yùn)動(dòng)。(6) 功耗低。(2) 轉(zhuǎn)速控制范圍大，低速力矩大。電機(jī)的角位移正比于所給的脈沖數(shù)，電機(jī)的速度正比于脈沖的頻率，所以對(duì)步進(jìn)電機(jī)的位置最終可歸結(jié)為對(duì)脈沖數(shù)的控制，速度控制可歸結(jié)為對(duì)脈沖頻率的控制。 假設(shè)系統(tǒng)負(fù)載為10kg，系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量人，負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，旋轉(zhuǎn)加速度，設(shè)計(jì)時(shí)要求為/s， 為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)要求參考值，為傳動(dòng)效率， = =，電機(jī)最大加速力矩為： (52) 電機(jī)的最大連續(xù)力矩為，據(jù)此求得電機(jī)最大功率為 (53) 根據(jù)上面的計(jì)算，所選電機(jī)能達(dá)到要求。 肩部電機(jī)的選擇 移動(dòng)機(jī)械臂的肩關(guān)節(jié)選用驅(qū)動(dòng)電機(jī)為瑞士MAXON公司的直流無(wú)刷電機(jī)136211EC40250W 。(3)蝸桿模數(shù)m=2，分度圓直徑d1=28。這種蝸桿加工方便，應(yīng)用廣泛，但導(dǎo)程角大時(shí)加大困難，齒面磨損較快。漸開(kāi)線圓柱蝸桿(ZI型):端面齒廓為漸開(kāi)線。通過(guò)采用空心軸的方法，電機(jī)的電源接線與運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)線便可以從空心軸中通過(guò)。移動(dòng)機(jī)械臂肩關(guān)節(jié)采用了蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)自由度。如不采用自鎖的蝸輪副，就要增加停止旋轉(zhuǎn)時(shí)的自鎖機(jī)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜。主要缺點(diǎn)：效率低，需要貴重的減摩性有色金屬。蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)：蝸桿傳動(dòng)用于交錯(cuò)軸傳遞運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力。螺旋機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)還有:制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴，且不宜用于傳動(dòng)距離過(guò)大的場(chǎng)合。移動(dòng)機(jī)械臂的肩部。機(jī)械手表面還裝有緩沖墊，當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置出現(xiàn)故障或供電電池耗盡時(shí)，可以起到緩沖作用，避免手臂沖擊造成損壞。即 。 將以上系數(shù)和中的小值代入公式得 （42）大端模數(shù) （43） 按照表4－7齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，選取第一系列模數(shù)值。A齒輪：45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)HB240～270（T255）；B齒輪：45號(hào)鋼，正火HB180～210（Z195）；兩輪均為軟齒面（HB350）。調(diào)整齒隙后，要檢查齒背不平齊差，即配對(duì)圓錐齒輪的錐頂要重合。 臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 臂部結(jié)構(gòu) 大臂部工字鋼結(jié)構(gòu)圖： 小臂部工字鋼結(jié)構(gòu)圖： 肘關(guān)節(jié)三維爆炸圖： 肘關(guān)節(jié)三維零件圖： 肘關(guān)節(jié)剖視圖1一圓錐齒輪A 2一圓錐齒輪B 3一軸套 4一滾動(dòng)軸承 5一緊定螺釘6一螺釘 7一大臂 8一螺釘 9一軸承端蓋 10一軸11一小臂 12一電機(jī)圓錐齒輪的嚙合面和齒隙是相互影響的，在檢查調(diào)整時(shí)不能單一地檢查調(diào)整嚙合面或齒隙，而應(yīng)綜合檢查調(diào)整，一般是先檢查調(diào)整嚙合面，然后檢查調(diào)整齒隙。在手臂上加設(shè)定位裝置和檢測(cè)機(jī)構(gòu)，能較好的控制位置精度。為減少手臂運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。所以，機(jī)械手常采用無(wú)縫鋼管作為導(dǎo)向桿，用工字鋼（）或槽鋼作為支撐鋼，這樣既提高了手臂的剛度，又大大減輕了手臂的自重，而且空心的內(nèi)部還可以布置驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置以及管道，這樣就使結(jié)構(gòu)緊湊、外形整齊。臂部運(yùn)動(dòng)的目的:把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂各零部件所要求的強(qiáng)度、剛度等都不同，應(yīng)該選用不同的材料來(lái)制造加工。聚甲醛與其他塑料相比，具有自潤(rùn)滑性及低摩擦系數(shù)、低磨耗等特點(diǎn)。： 聚甲醛成型材料的一般性質(zhì)(23℃)這樣每個(gè)導(dǎo)向軸受到的重量有3Kg。聚甲醛材料是一種相當(dāng)便宜的材料。聚甲醛(POM)是一種比較常用的工程塑料。 (4)本體支撐件材料的選擇和校核（a）材料的選擇機(jī)械臂支撐件由于與連接件之間為滑動(dòng)摩擦,需要選取一種耐摩擦,同時(shí)要求強(qiáng)度大,質(zhì)量輕,價(jià)格便宜的材料來(lái)制造。這有利于材料的購(gòu)買，同樣這種材料是滿足設(shè)計(jì)要求的。 (3)殼體件材料的選擇機(jī)械手臂的殼體可以全部選用硬鋁合金分段鑄造加工而成。 從而求得： =將所有已知量帶入(36)式，求得： == 從齒面接觸疲勞強(qiáng)度上來(lái)說(shuō)，齒輪是合格的。對(duì)于制造精度較低的傳動(dòng)齒輪，由于制造誤差大，實(shí)際上多由在齒頂處咬合的輪齒分擔(dān)較多的載荷，為便于計(jì)算，通常按全部載荷作用于齒頂來(lái)計(jì)算齒根的彎曲強(qiáng)度。軟齒面齒輪的齒面硬度低于350HBS，熱處理方法為調(diào)制或正火，常用材料有45號(hào)鋼和40Cr等。采用這兩種結(jié)構(gòu)使整個(gè)末端執(zhí)行器體積小、質(zhì)量輕。 傳動(dòng)方式的選擇機(jī)械傳動(dòng)是主要的傳動(dòng)裝置，常用的有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)等。在確定握力時(shí)，除考慮抓取物體重量外，還應(yīng)考慮傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證夾持安全可靠。(f ) 采用模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)功能模塊之間相互獨(dú)立裝配，互不干擾。(b) 零件結(jié)構(gòu)便于加工、測(cè)量。(2)機(jī)械系統(tǒng)是移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂性能的基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)直接影響到移動(dòng)機(jī)械臂性能指標(biāo)。因此，結(jié)合三動(dòng)桿原理，確定機(jī)械手的各部分尺寸長(zhǎng)度為大臂380mm、小臂420m,手爪160mm。該原理的內(nèi)容是:人體手臂、腿部及動(dòng)物四肢從機(jī)構(gòu)原理上分析都可以看作三自由度平面三動(dòng)桿演化來(lái)，因?yàn)闆Q定它們的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征的最基本的部分是平面運(yùn)動(dòng)，這部分運(yùn)動(dòng)被稱為三動(dòng)桿的主運(yùn)動(dòng)，它是瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)軸線平行的三動(dòng)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，三自由度面的動(dòng)桿機(jī)構(gòu)可以作為上述機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化模型，該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則同樣可以用來(lái)衡量手臂機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)?？紤]到還有底盤的移動(dòng)以及機(jī)械臂的重量。系統(tǒng)自重≤7kg。論文以實(shí)際工程為背景，結(jié)合移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂研究設(shè)計(jì)過(guò)程中遇見(jiàn)的問(wèn)題，進(jìn)行分析。將移動(dòng)機(jī)械臂安裝在是一個(gè)小型多用途移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人智能移動(dòng)平臺(tái)，可以用于執(zhí)行爆炸物處理、偵察、通訊、探測(cè)系統(tǒng)或其他特殊任務(wù)。這兩項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人臂之間的通信和信息共享，以及移動(dòng)機(jī)械臂與外部的聯(lián)系。在移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂的早期研究工作中，專用硬件結(jié)構(gòu)為多數(shù)研究者所采用，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)市場(chǎng)上的通用硬件不能滿足諸如實(shí)時(shí)圖像處理所需的計(jì)算能力。(6)多傳感集成和數(shù)據(jù)融合技術(shù)。而且，視覺(jué)信息處理的能力、處理速度、處理的可靠性和準(zhǔn)確性是決定智能機(jī)器人整體性能的決定性因素。該技術(shù)主要包括基于地理信息的全局路徑規(guī)劃技術(shù)和基于傳感信息的局部路徑規(guī)劃技術(shù)。(2)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)。機(jī)械臂機(jī)械結(jié)構(gòu)形式的選型和設(shè)計(jì)，是根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行的。此外還有香港城市大學(xué)智能設(shè)計(jì)自動(dòng)化及制造研究中心的自動(dòng)導(dǎo)航車和服務(wù)機(jī)器人、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所研發(fā)了具有自主產(chǎn)權(quán)的激光導(dǎo)引AGV和用于公安防暴的“靈晰一B”型移動(dòng)機(jī)器人、中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所自行設(shè)計(jì)制造的全方位移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)等。目前已能夠在校園的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下，進(jìn)行道路跟蹤和避障礙自主行駛。由差分GPS、磁羅盤和光電碼盤組成的組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)等。下面是國(guó)內(nèi)的主要研究成果。車上裝有兩個(gè)鹵氣探照燈，可在夜間或能見(jiàn)度很低的地區(qū)使用。機(jī)械臂不伸長(zhǎng)時(shí)可吊重80kg，伸直時(shí)最長(zhǎng)為1. 5m，此時(shí)可吊重16kg。羅卡公司研制的“羅德”輪式機(jī)器人。他的大腦是一臺(tái)高速計(jì)算機(jī)，車體靠自身具有的六個(gè)輪子在火星地面運(yùn)動(dòng)，視覺(jué)系統(tǒng)采用一對(duì)全景照相機(jī)來(lái)拍攝火星表面和天空的全景視圖，也用于形成著陸點(diǎn)附近的地形圖、搜索感興趣的巖石和土壤，來(lái)完成尋找火星遠(yuǎn)古時(shí)期存在液態(tài)水的證據(jù)的工作。例如2002年IRobot研制的金字塔探測(cè)機(jī)器人—“金字塔漫游者”，身長(zhǎng)30厘米，寬12厘米，高度可在11至28厘米之間調(diào)節(jié)。軍品級(jí)別的可靠性。未來(lái)移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂將有以下主要特點(diǎn):更優(yōu)的性能質(zhì)量比。微小型無(wú)人移動(dòng)機(jī)器人的機(jī)械臂特別適用于城市和惡劣環(huán)境下(如核、生、化戰(zhàn)場(chǎng)等)的局部戰(zhàn)爭(zhēng)和信息戰(zhàn)爭(zhēng)，具有重大戰(zhàn)略意義和效益。因此特別適用于城市和惡劣環(huán)境下的局部戰(zhàn)爭(zhēng)和信息、戰(zhàn)爭(zhēng)，具有重大意義和軍事效益。隨著二十世紀(jì)末的幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)和二十一世紀(jì)初期席卷全球的反恐戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)程，特種戰(zhàn)爭(zhēng)以及城市戰(zhàn)爭(zhēng)日益成為戰(zhàn)爭(zhēng)一類型的主角，這一轉(zhuǎn)變直接推動(dòng)了各國(guó)地面移動(dòng)作戰(zhàn)平臺(tái)即軍用地面移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展。近年來(lái)，對(duì)移動(dòng)機(jī)器