【正文】 而且不管多高的電壓和高熱他都不會(huì)退磁。 雖然數(shù)據(jù)顯示使用稀有金屬磁體馬達(dá)的話，馬達(dá)的性能會(huì)大大提升。 市面上在這一功率范圍內(nèi)的電動(dòng)馬達(dá)的電壓分為 24V 和 48V 兩種，這對(duì)于非移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)可能僅僅只是更換變壓器這么簡(jiǎn)單，但是對(duì)于移動(dòng)的平臺(tái)， 48V 意味著四個(gè) 12V 蓄電池，這對(duì)空間和質(zhì)量上都是一種挑戰(zhàn)。和普通馬達(dá)相反，無(wú)刷馬達(dá)的線圈是固定的而磁體是旋轉(zhuǎn)的。以下是所選部件的型號(hào)與詳細(xì)參數(shù)。這其中種類與型號(hào)繁多。 市面上銷售的以 Atom為核心的微型筆記本可以很好的完成這一任務(wù)，它們都內(nèi)置無(wú)線網(wǎng)卡與 3G 網(wǎng)卡，整合性高，自帶的電源可以供給 6 小時(shí)以上的電力。因?yàn)?PC有著強(qiáng)大的計(jì)算能力所以可以方便的解決控制問(wèn)題，與自主偵查等。50mV 紋波 ) 發(fā)射電流 ≦ 35mA10mW 接收電流 ≦ 30mA 傳輸距離 1000m 備用方案 通過(guò) 3G網(wǎng)絡(luò)可以在有手機(jī)信號(hào)的任意范圍內(nèi)操作機(jī)器人，在沒(méi)有 3G 信號(hào)的地方可以通過(guò)計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)卡使用的 通訊協(xié)議在 200 米范圍內(nèi)進(jìn)行操作并傳遞高清視頻信號(hào)。 方案一 在國(guó)內(nèi)機(jī)器人大賽中經(jīng)常被使用的整合系統(tǒng)，主要控制系統(tǒng)為一個(gè)單片機(jī)，配備大量傳感器與步進(jìn)電機(jī)控制板，缺點(diǎn)是視頻需要通過(guò)另一路系統(tǒng)傳輸，可以滿足一般的拆彈任務(wù)與訓(xùn)練的需求。車床步進(jìn)電機(jī)控制板并非為移動(dòng)設(shè)備而設(shè)計(jì)，所以需要額外的防護(hù)措施以適應(yīng)惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。盡管這是體積縮小的優(yōu)化設(shè)計(jì)，但是兩塊步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)板面積仍然非常大，并且主控芯片對(duì)散 熱有一定的要求，不能安裝的太緊密，也不能安裝在機(jī)器人的內(nèi)部，只能將其安置在底盤的底部。 12 36V 直流電源供電，輸出電流 3A，可驅(qū)動(dòng) 42,57,86 步進(jìn)電機(jī)。所以我采用了國(guó)內(nèi)機(jī)器人競(jìng)賽中使用的操作模塊，集成了 usb 遙控，大量步進(jìn)電機(jī)與傳感器接口，使用 方便而且成本也相對(duì)較低。 c爆炸物傳感器 原理上講是高敏感度的氣味傳感器，通過(guò)氣味對(duì)爆炸物的化學(xué)成分進(jìn)行判斷，對(duì)不同種類的爆炸物使用不同的拆除方法。 b壓力傳感器，機(jī)械爪末端與機(jī)械臂的底座 處需要安裝這樣的傳感器，目的是調(diào)解機(jī)械手的壓緊力，否則過(guò)大的夾持力會(huì)使爆炸物的外殼變形而壓迫內(nèi)部的危險(xiǎn)物品。為了滿足偵查的需求，激光測(cè)距儀也需要被裝備。目前市面上非常普遍的室外監(jiān)視器的攝像頭便是很好的選擇，它們被設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮到風(fēng)吹日曬的因素，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，種類型號(hào)繁多，可以很好的適應(yīng)這一工作。解決方案如下，機(jī)器人的前后各安裝一個(gè)較低分辨率的固定攝像頭，以在行進(jìn)或者倒退過(guò)程中判斷障礙物的形狀以改變機(jī)器人的履帶狀態(tài)或者轉(zhuǎn)向。 考慮到以上因素，給履帶機(jī)器人在不同使用環(huán)境與不同的任務(wù)配備如下傳感器。對(duì)于安裝在機(jī)器人手臂等運(yùn)動(dòng)部 件上的傳感器，重量要輕，否則會(huì)加大運(yùn)動(dòng)部件的慣性，影響機(jī)器人的工作性能。作為拆彈機(jī)器人不但要克服自身各種電動(dòng)馬達(dá)傳感器產(chǎn)生的干擾，也要做好克服來(lái)自恐怖分子的惡意干擾的準(zhǔn)備。 3，抗干擾能力強(qiáng)。機(jī)器人 傳感器的穩(wěn)定性和可靠性是保證機(jī)器人能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的可靠工作的必要條件。尤其是危險(xiǎn)的拆彈工作與戰(zhàn)斗工作，任何誤差都會(huì)導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失甚至人員傷亡，機(jī)器人是否能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的正常工作取決于傳感器的測(cè)量精度。 1，精度高，重復(fù)性好。 圖 344 整體視圖 Figure 344 whole body view 4 履帶機(jī)器人的控制與傳感器 傳感器 拆彈機(jī)器人不僅僅是一個(gè)工廠里的組裝機(jī)器人，作為遙控設(shè)備他需要人進(jìn)行觀察，需要一些傳感器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的評(píng)測(cè)。 圖 340 機(jī)械臂底座 Figure 340 Arm base 圖 341 機(jī)械臂底座框架結(jié)構(gòu) Figure 341 frame of Arm base 圖 342 機(jī)械臂底座在底盤的安裝位置 Figure 342 Arm base position in the chassis 圖 343 機(jī)械臂底座軸承部件的分解視圖 Figure 343 Manipulator base bearing ponents deposition view 從圖 343 中可以清楚的看到推力軸承，和軸承的安裝順序， 從左到右分別是，后臂支架，軸承支架， 30mm 推力軸承，軸承支架， 25mm 深溝軸承，底座軸，底座架。 框架 整體采用的仍然是不銹鋼的方管，因?yàn)槠鞑呐c零件全部整合在臂端的模塊中，所以除了臂端模塊以外的部分可以根據(jù)情況隨意改變，比如延長(zhǎng)或縮短桿的長(zhǎng)度，或者使用圓管等。 后臂 圖 335 后臂 Figure 335 After arm 圖 336 后臂的內(nèi)部結(jié)構(gòu) Figure 336 The internal structure of the after arm 圖 337 后臂支撐架 Figure 337 After arm support frame 配件與中臂基本相同，唯一不同的是尾部，因?yàn)樵谛羞M(jìn)過(guò)程中，整個(gè)機(jī)械臂會(huì)折疊起來(lái)，所以有一定的死角，這樣提高一定的高度使機(jī)械臂可以完全收起。 圖 334 支撐架 Figure 334 Backstop 支撐架，在中臂前端連接前臂的部件，負(fù)責(zé)傳遞兩個(gè)自由度的動(dòng)作。中臂也是改裝成偵查臂與戰(zhàn)斗臂的基礎(chǔ)。這樣由推力軸承承擔(dān)軸向力，滾針軸承承擔(dān)法相力，可以對(duì)機(jī)械臂產(chǎn)生足夠的支持力?？梢詰?yīng)付較大的載荷。 圖 328 前臂的透視圖 Figure 328 Forearm perspective 圖 329 前臂框 架結(jié)構(gòu)圖 Figure 329 Forearm frame structure 腕關(guān)節(jié)，使用了一個(gè)推力軸承和一個(gè)滾針軸承。 前臂 包含機(jī)械手和兩個(gè)自由度的控制，因?yàn)樵谡麄€(gè)機(jī)械臂的末端，所以采用了重量較輕的 42步進(jìn)電機(jī)。履 帶機(jī)器人使用的是步進(jìn)電機(jī)與蝸桿的結(jié)合，在蝸桿和步進(jìn)電機(jī)之間還加了一級(jí)行星減速系統(tǒng)，這樣不僅能在高負(fù)載的情況下提供足夠的扭矩，也可以在精心的拆彈工作中提供足夠的微調(diào)精準(zhǔn)度。 圖 326 機(jī)械爪 Figure 326 Mechanical Claw 圖 327 機(jī)械爪的分解視圖 Figure 327 Deposition view of mechanical claw 因?yàn)榱慵?，再考慮到機(jī)械爪不是一個(gè)經(jīng)常運(yùn)轉(zhuǎn)的部件，所以并沒(méi)有安裝軸承，這要求機(jī)械爪在運(yùn)作的時(shí)候需要進(jìn)行充分的潤(rùn)滑，否則運(yùn)行阻力會(huì)過(guò)大，并且造成磨損。 圖 325 輔助動(dòng)力模塊的安裝位置 Figure 325 Auxiliary power module installation location 機(jī)械爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 抓取爆炸物的夾緊部件，由一個(gè) 42 步進(jìn)電機(jī)負(fù)責(zé)夾緊 動(dòng)作 ，另一個(gè) 42步進(jìn)電機(jī) 負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn) 動(dòng)作 。 圖 324 輔助動(dòng)力模塊 Figure 324 Auxiliary power module 框架，主要受力部分使用 5mm 鋼板，為了方便安裝和固定，與底盤相接的地方設(shè)置了彎角，安裝的時(shí)候便于固 定。 輔動(dòng)力模塊 控制前輪 架 俯仰的動(dòng)力來(lái)源，使用的與機(jī)械臂相同的 57 步進(jìn)電機(jī)。將電動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)也整合在其中，在緊急狀態(tài)下便于更換。 圖 319 動(dòng)力模塊與減速器 Figure 319 Power module with reducer 圖 320 動(dòng)力模塊與馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器 Figure 320 Power module with motor driver 減速器 履帶機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)阻力較大，轉(zhuǎn)速不能過(guò)高，而電動(dòng)機(jī)的最佳效率轉(zhuǎn)速往往高達(dá)數(shù)千轉(zhuǎn)每分所以需要減速器減速，同時(shí)考慮到馬達(dá)在機(jī)器人中于輸出軸的位置正好呈 90 度，所以采用了蝸 桿減速裝置。 圖 318 履帶 Figure 318 Track 動(dòng)力模塊的設(shè)計(jì) 動(dòng)力部分包含兩個(gè) 86 無(wú)刷電動(dòng) 馬達(dá)，配套的馬達(dá) 驅(qū)動(dòng) 器，蝸桿減速器，與軸承部件。履帶機(jī)器人的履帶采用整體的橡與纖維組成的復(fù)合材料。 圖 315 支撐輪 Figure 315 Support wheel 圖 316 支撐輪的安裝方法 Figure 316 Installation methods support wheel 前輪架 前輪架需要由步進(jìn)電機(jī)通過(guò)蝸桿 抬起，而且在翻越障礙的時(shí)候需要承擔(dān)部分負(fù)載，所以對(duì)強(qiáng)度和重量的要求都很高，這里 仍然采用了單位質(zhì)量強(qiáng)度較高的聚酰胺材質(zhì)。 圖 313 主輪與輔輪內(nèi)襯 Figure 313 Lined of main wheel and auxiliary wheel 圖 314 主輪安裝方法 Figure 314 main wheel Installation methods 支撐輪 雖然主輪可以輕松的支撐機(jī)器人全部的重量但是在某 些復(fù)雜的地形下履帶會(huì)承受額外的拉力，所以需要支撐輪來(lái)維持履帶的形狀，和在高負(fù)載時(shí)提供額外的支撐力，另外在履帶斷裂的情況下仍可提供一定的行駛能力。 圖 312 輔輪 Figure 312 Auxiliary wheel 輔輪與主輪相比 直徑 較小， 出于 通用性 的考慮 許多 尺寸與主輪 是相同的 內(nèi)軸，聚甲醛雖然有著很好的強(qiáng)度和韌性，但是硬度不高，抗磨損能力差， 如果直接將 軸承安裝在塑料輪內(nèi)，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)磨損輪子，所以在輪子中心使用了鋼制的內(nèi)襯，提供額外的強(qiáng)度，和足夠的抗磨損能力。輪子的材質(zhì)使使用聚甲醛，因?yàn)槿绱舜蟮捏w積如果使用金屬材料的話重量會(huì)非常的巨大。 圖 39 軸帽 Figure 39 Shaft cap 軸承部件 軸承采用了 61805 深溝球軸承，內(nèi)徑 25mm 外徑 35mm 厚 7mm，也專門為這個(gè)軸承設(shè)計(jì)了軸承套等配件，加工過(guò)程中需考慮到公差與安裝斜面等因素。 前軸，比較短而所以強(qiáng)度要求不大，但是出于通用性的考慮采用了與主軸相 同的直徑尺寸。 圖 34 支撐輪底盤 Figure 34 Support wheel Chassis 圖 35 支撐輪底盤與步進(jìn)電機(jī)模塊 Figure 35 Support wheel Chassis and stepper motor module 圖 36 支撐輪輪架的安裝位置 Figure 36 Installation location of Support wheel Chassis 輪軸模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸 主軸支撐著機(jī)器人大部分的重量，而且負(fù)責(zé)傳動(dòng)前輪架 的動(dòng)作，所以分段較多。同時(shí)，下底盤輪架內(nèi)的空間也是履帶機(jī)器人的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊與兩塊蓄電池的安裝架。 圖 33 底盤框架部件 Figure 33 Chassis frame ponents 支撐輪底盤 底盤電動(dòng)機(jī)與蓄電池的重量較大 。 圖 32 底盤框架 Figure 32 Chassis frame 框架配件 方形鋼管雖然加工簡(jiǎn)單價(jià)格便宜而且單位質(zhì)量的強(qiáng)度很高，但是要在其上安裝高精度的輪架并不容易，第一，方形鋼管不同于方鋼，在 強(qiáng)力的夾持下容易變形，鉆貫穿的大孔的時(shí)候非常費(fèi)力。材料采用了 30X60mm 厚 度為 5mm 的 304 不銹鋼方管，這種合金鋼非常普遍，在具有不銹鋼優(yōu)秀的特質(zhì)的同時(shí)也相對(duì)較容易焊接。另一方面，在某些情況下，爆炸物突然爆炸或者起火，甚至是通過(guò)拆彈機(jī)器人改造的戰(zhàn)斗機(jī)器人或者偵測(cè)機(jī)器人遭遇敵人火力的襲擊的情況下，底盤不但要承受極端的負(fù)載而且要在緊急戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境下快速更換。 底盤設(shè)計(jì) 底盤是車型機(jī)器人的重要的骨架，而且是所有其他設(shè)備的平臺(tái)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候不僅僅要提供一個(gè)堅(jiān)固的框架，也要便于把其他設(shè)備安裝上。 結(jié)合以上分析，電氣式的機(jī)械臂完全符合拆彈工作的需求。 3，響應(yīng)速度對(duì)拆彈工作來(lái)說(shuō)，會(huì)影響操作的節(jié)奏，發(fā)出指令后能付快速執(zhí)行對(duì)拆彈工作還是有一定的影響的。 2，輔助設(shè)備對(duì)拆彈機(jī)器人來(lái)說(shuō)很重要，如果是在車間中，有液壓氣壓源的情況下，可以忽略，但是作為一個(gè)移動(dòng)平臺(tái)，履帶機(jī)器人能隨時(shí)提供的只有電壓與電流，如果安裝液壓或氣壓源的話，對(duì)整體設(shè)置來(lái)說(shuō)難以實(shí)現(xiàn)。相對(duì)其他設(shè)備而言，因?yàn)榭梢允褂脵C(jī)器人自帶的主動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電池，所以可以認(rèn)為沒(méi)有輔助設(shè)備。 d電氣式 由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是電源方便，信號(hào)傳遞容易運(yùn)算，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力較大，非常是適用于中小型機(jī)械臂，這也正是拆彈機(jī)器人所需要的。 c機(jī)械式 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)，凸輪，齒輪齒條，連桿等機(jī)械裝置組成，傳動(dòng)可靠，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)于簡(jiǎn)單的機(jī)械臂來(lái)說(shuō)非常合適，但是對(duì)于有 6個(gè)自由度的拆彈機(jī)器人來(lái)說(shuō)，其間的機(jī)械結(jié)構(gòu)將非常復(fù)雜精細(xì)。而且同樣的也需要空氣壓縮機(jī)作為氣源，不便于小型移動(dòng)設(shè)備隨時(shí)攜帶。特點(diǎn)是氣源方便，維修簡(jiǎn)單，速度高，成本低，防火防爆，漏氣對(duì)設(shè)備影響不大。小型的液壓設(shè)備不容易設(shè)計(jì)管線等在局促的空間內(nèi)會(huì)不好分配空間。缺點(diǎn)是漏油對(duì)系統(tǒng)工作性能影響很大，成本高。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含油缸， 電磁閥，油泵，油箱。 綜上所述，多關(guān)節(jié)機(jī)械臂最適合履帶機(jī)器人的拆彈工作。 4，從操作直觀性的方面出發(fā)，雖然以上幾種有較大的差別，但是隨著科技的進(jìn)步，電腦模擬技術(shù)的完善，直觀性差可以通過(guò)軟件與