【正文】 在論文本題的研究過(guò)程中指導(dǎo)老師也在理論、思想上不斷的教導(dǎo)，使我的觀(guān)念更加廣闊，在此謹(jǐn)向兩位指導(dǎo)老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。指導(dǎo)老師嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。下一步將完善履帶機(jī)器人的遙控系統(tǒng)與操作系統(tǒng)。對(duì)履帶機(jī)器人的功能進(jìn)行了拓展設(shè)計(jì)，使之能在不同的需求下完成不同的任務(wù)。根據(jù)履帶機(jī)器人的特點(diǎn)，詳細(xì)的對(duì)機(jī)器人的各個(gè)結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與建模。8 總論本文主要完成了以下工作:本論文開(kāi)始簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外有關(guān)履帶機(jī)器人領(lǐng)域內(nèi)的研究背景和發(fā)展?fàn)顩r，并闡述了履帶機(jī)器人的設(shè)計(jì)理念。三個(gè)自由度的機(jī)械臂可以使戰(zhàn)斗狀態(tài)下的履帶機(jī)器人可以在800米的范圍內(nèi)進(jìn)行精準(zhǔn)的狙擊工作，也可以在前方突入未知建筑配合特種部隊(duì)作戰(zhàn)。而德國(guó)的這款突擊步槍提供一個(gè)90發(fā)彈鼓，雖然比不上輕機(jī)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(wèn)題。 戰(zhàn)斗模式插件G36外部一體化較高，幾乎沒(méi)什么外置部件，所以可以快速的完成建模工作。激光測(cè)距儀，作為偵查機(jī)器人，對(duì)距離的測(cè)量非常重要，如發(fā)現(xiàn)目標(biāo)可在遠(yuǎn)處通過(guò)激光測(cè)距儀計(jì)算出目標(biāo)的坐標(biāo)，引導(dǎo)炮兵或者空軍進(jìn)行精確打擊。作為另一個(gè)夜間觀(guān)察設(shè)備，紅外夜視儀雖然在功能上與微光夜視儀有點(diǎn)沖突，但是它的工作特性使他能在夜晚更快速的找到汽車(chē)，人員等發(fā)熱的目標(biāo)。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(guò)放大而看見(jiàn)夜間的情況，可以夜晚得到良好的視野。這時(shí)在搭配視頻偵查模塊的同時(shí)也需要搭載化學(xué)物品與輻射傳感器。對(duì)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(jī)器人工作更長(zhǎng)的時(shí)間。偵查狀態(tài)下，機(jī)器人的負(fù)載大大減小，主動(dòng)力模塊的減速比將從100改為75。 偵查模式 偵查模式把機(jī)械臂的中臂進(jìn)行改造，原來(lái)連接中臂桿的位置連接了一個(gè)偵查插件。c如果爆炸物為遙控炸彈，而且體積較大無(wú)法移動(dòng)位置，并且周?chē)h(huán)境空曠，可以采用拆彈機(jī)器人將小型引爆器放在炸彈附近，強(qiáng)制引爆。a如果爆炸物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且起爆方式也非遙控類(lèi)型，則由人工進(jìn)行排爆。在發(fā)現(xiàn)可疑物體以后進(jìn)行先期的觀(guān)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(shí)需要小心移除爆炸物的偽裝。 底盤(pán)折疊狀態(tài) 拆彈模式 拆彈模式履帶機(jī)器人所有的設(shè)計(jì)都是以拆彈模式為根本，定位于多功能中性拆彈機(jī)器人。這樣使結(jié)構(gòu)更加緊湊。 底盤(pán)展開(kāi)狀態(tài)在不需要調(diào)整重心的時(shí)候，前伸的前輪架使機(jī)器人的長(zhǎng)度達(dá)到120cm，這降低了機(jī)器人的通過(guò)性。 底盤(pán)抬高狀態(tài)拆彈工作中，爆炸物一般是在機(jī)器人的前部，這樣有著最好的視野。這會(huì)提升機(jī)器人50cm左右的高度，可以應(yīng)付一般的汽車(chē)炸彈[18]。比如許多炸彈是安裝在汽車(chē)后備箱中的，這就需要機(jī)器人有一定的高度。兩組履帶尺寸相同，不僅僅是出于通用性的考慮。所以底盤(pán)的穩(wěn)定性尤為重要。7 履帶機(jī)器人的功能與擴(kuò)展 底盤(pán)特性作為履帶機(jī)器人，底盤(pán)是最為重要的，履帶機(jī)器人主要是執(zhí)行軍事任務(wù)，所以對(duì)底盤(pán)的要求比一般的機(jī)器人大賽要高的多。則實(shí)際輸入功率約為440W，兩個(gè)無(wú)刷馬達(dá)共計(jì)880W。四塊鉛酸蓄電池也起到配重的作用，使機(jī)械臂在工作中機(jī)體保持平衡。 鉛酸蓄電池 LCX127CH型鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池的型號(hào)很多，目前市面上普遍的電壓數(shù)為6V或者12V，履帶機(jī)器人使用的是48V電動(dòng)馬達(dá)，所以需要將四塊12V鉛酸蓄電池串聯(lián)使用。此時(shí)力矩d為： 根據(jù)公式（52）末端法向力為: 即臂端可以承擔(dān)26kg以上的重物，而且運(yùn)行中，機(jī)器人很少會(huì)將機(jī)械臂完全展開(kāi)而且處于水平位置，一般是在一米的半徑上工作，此時(shí)的力矩d為1m，則此時(shí)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。機(jī)械臂的幾個(gè)部分中，中臂軸距933mm，后臂軸距610mm，卡爪中部到前臂軸距為330mm。前臂的腕關(guān)節(jié)采用的步進(jìn)電機(jī)與減速機(jī)構(gòu)與之相同，而且力矩非常短，故不進(jìn)行校核。前臂從卡爪中部到前臂軸的距離為330mm。當(dāng)機(jī)械爪的連桿與機(jī)械臂的軸線(xiàn)平行的時(shí)候得到最大的法相夾緊力，此時(shí)的力矩為100mm。 42步進(jìn)電機(jī) 42步進(jìn)電機(jī)的性能參數(shù)電機(jī)型號(hào)42BYGH4425步矩角相電壓相電流靜力矩重量42步進(jìn)電機(jī)主要是作為機(jī)械爪與前臂的動(dòng)力。除了機(jī)械爪與前臂以外，機(jī)械臂的后部等扭矩需求較大的地方使用的是57步進(jìn)電機(jī)。原本為電瓶車(chē)而設(shè)計(jì)的架構(gòu)有著很好的抗震性能[16]。同時(shí)具備電氣剎車(chē)功能，使馬達(dá)反應(yīng)迅速而且省去了剎車(chē)盤(pán)等部件，具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)溫、霍爾信號(hào)非法等故障報(bào)警功能。許多電瓶車(chē)或者電動(dòng)自行車(chē)有完備的驅(qū)動(dòng)解決方案。所以無(wú)刷馬達(dá)需要特制的控制器。 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷馬達(dá)的工作原理是用一個(gè)能偵測(cè)線(xiàn)圈位置的感應(yīng)器。在摩擦力足夠的情況下可以使履帶機(jī)器人爬上垂直的障礙物。則主軸輸出扭矩為105Nm。 86BLF02無(wú)刷直流永磁馬達(dá) 86BLF02無(wú)刷直流永磁馬達(dá)的性能參數(shù)型號(hào)86BLF02額定電壓48V額定轉(zhuǎn)速3000RPM保持力矩輸出功率330W峰值轉(zhuǎn)矩峰值電流重量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，電動(dòng)馬達(dá)銘牌上的功率一般經(jīng)過(guò)取整，而轉(zhuǎn)速和保持力矩是經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)。相對(duì)于普通鐵氧體馬達(dá)會(huì)將33%的能量用于發(fā)熱，稀有金屬馬達(dá)只把10%到20%的功率轉(zhuǎn)化成熱量。比如，小型稀有金屬馬達(dá)的效率一般在80%到90%。但是在相同的功率下48V的馬達(dá)更短，更輕，效率更高，發(fā)熱更小，綜合以上多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，最終還是選擇了48V馬達(dá)。與普通有刷馬達(dá)的相比，它產(chǎn)生的電子干擾較小，摩擦小。 電動(dòng)馬達(dá)主動(dòng)力采用86mm直徑48V的無(wú)刷永磁直流馬達(dá)。履帶機(jī)器人中所使用都是技術(shù)成熟并且相對(duì)價(jià)格較低的產(chǎn)品。6 履帶機(jī)器人的動(dòng)力部件除了結(jié)構(gòu)部件以外，有許多難以加工的部件比如電氣類(lèi)和遙控類(lèi)部件等，仍然需要向供貨商購(gòu)買(mǎi)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以在世界任何一點(diǎn)遙控履帶機(jī)器人。需要在履帶機(jī)器人內(nèi)安裝微型PC系統(tǒng)。 單片機(jī)整合控制模塊 單片機(jī)整合控制模塊的性能參數(shù)工作頻率431MHz to 478MHz頻率間隔200KHz接收靈敏度117dBm1200bps 單片機(jī)整合控制模塊的性能參數(shù)接口速率1200 19200bps工作溫度20℃ 70℃電源 – (177。 四軸數(shù)控車(chē)床步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的性能參數(shù)輸入電源12 36V直流電源供電輸出電流3A()驅(qū)動(dòng)電機(jī)42,57,86步進(jìn)電機(jī) (4線(xiàn)6線(xiàn)8線(xiàn)步進(jìn)電機(jī))重量300g使用溫度0℃50℃最大震動(dòng) 遠(yuǎn)程遙控與傳感器系統(tǒng)履帶機(jī)器人有多組傳感器，有包含多路步進(jìn)電機(jī)的控制，需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的在底盤(pán)的安裝位置，下文中的表51則是4軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的一些重要數(shù)據(jù)。兩塊這樣的電路板正好可以驅(qū)動(dòng)履帶機(jī)器人全部的8個(gè)步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 四軸數(shù)控車(chē)床步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊步進(jìn)電機(jī)因?yàn)楣ぷ髟淼脑蛞残枰厥獾尿?qū)動(dòng)模塊，為了提供全方位的操控性，加上前輪架的俯仰動(dòng)作，履帶機(jī)器人總計(jì)使用了8個(gè)步進(jìn)電機(jī)，如果每個(gè)步進(jìn)電機(jī)使用單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)模塊的話(huà)體積會(huì)非常龐大，而且難以控制，通過(guò)對(duì)市面上各種步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)板的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了一種用于小型雕刻機(jī)的四軸數(shù)控車(chē)床驅(qū)動(dòng)板非常合適，在一塊電路板是集成了是四個(gè)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，而且作為數(shù)控車(chē)床的驅(qū)動(dòng)板，軟件方面也非常的全面技術(shù)相當(dāng)成熟，價(jià)格比8個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)板便宜許多。d遙控設(shè)備，雖然軍方有完備的系統(tǒng)，但是民用機(jī)器人大賽里也有很完備的系統(tǒng)。底座的壓力傳感器是判斷出爆炸物的重量，如果在抓取抬升的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)重量過(guò)大便需要停止工作，否則會(huì)對(duì)機(jī)械部件造成損害。這些設(shè)備無(wú)論是采用民用還是軍用，都有著很好的性能。當(dāng)履帶機(jī)器人安裝上偵測(cè)模塊執(zhí)行偵查任務(wù)的時(shí)候，對(duì)視頻系統(tǒng)有著更高的要求，為了執(zhí)行夜間或者在黑暗的建筑物中的偵查任務(wù)，微光夜視儀是必備的，紅外攝像頭在觀(guān)察人員與汽車(chē)等設(shè)備的時(shí)候也會(huì)非常的有用。在機(jī)械臂的前端安裝一個(gè)清晰度較高的攝像頭，跟隨機(jī)械臂前臂的動(dòng)作來(lái)精準(zhǔn)的觀(guān)察機(jī)械手附近的狀態(tài)。a視頻傳感器 作為人遙控的機(jī)器人，視頻是最重要的傳感器之一，操作者幾乎所有的操作與判斷都是通過(guò)視頻傳感器而進(jìn)行的。對(duì)于工作空間受到某種限制的機(jī)器人，體積和安裝方向的要求也是必不可少的。重量輕、體積小，安裝方便可靠。機(jī)器人傳感器的工作環(huán)境往往比較惡劣，機(jī)器人傳感器應(yīng)該能夠承受，當(dāng)有強(qiáng)電磁干擾，強(qiáng)震動(dòng)，并能在一定的高溫、高壓、高污染環(huán)境下工作。軍用機(jī)器人就是以在惡劣環(huán)境中工作而設(shè)計(jì)的，所以穩(wěn)定性對(duì)軍用機(jī)器人來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，如果機(jī)器人在工作中故障，也將造成財(cái)產(chǎn)損失與人員傷亡。穩(wěn)定性好，可靠性高。機(jī)器人傳感器的精度直接影響機(jī)器人的工作質(zhì)量。作為軍用機(jī)器人，對(duì)傳感器的要求非常高。軸承座與支架是通過(guò)焊接連接的。 機(jī)械臂框架 底座負(fù)責(zé)承擔(dān)全部的壓力和扭矩，所以采用較厚的5mm35鋼板焊接而成，為了在垂直方向有足夠的支撐力，采用了推力軸承。 折疊狀態(tài)這樣設(shè)計(jì)雖然會(huì)有更高的自由度范圍，但是會(huì)相應(yīng)的降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，所以?xún)H僅是后臂與中臂的連接處使用了這種設(shè)計(jì)，前臂與中臂的自由度范圍足夠應(yīng)付大部分工作情況所以并沒(méi)有采用這種設(shè)計(jì)。上端的開(kāi)口時(shí)為了安裝前臂而設(shè)置的，否則前臂軸無(wú)法裝入，裝入后由螺栓固定。 中臂 中臂的透視圖，圓柱形的空間里裝著蝸桿機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)軸的軸承部件與主軸的軸承部件相同。 腕關(guān)節(jié)軸承部件的分解視圖 中臂中臂較長(zhǎng)，提供足夠的操作范圍，因?yàn)閭鬟f的扭矩較大所以使用了較大的57步進(jìn)電機(jī)，作為過(guò)渡階段，許多配件與前臂后臂是通用的。從左到又分別是，機(jī)械爪的末端框架、軸承內(nèi)部支撐、10mm推力軸承、30mm滾針軸承、軸承外部支撐、機(jī)械臂前臂框架。提供兩個(gè)方向的足夠的支撐。行星減速機(jī)構(gòu)與后部的蝸桿機(jī)構(gòu)。分為前臂，中臂，后臂，底座四個(gè)部分。 機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械臂是拆彈機(jī)器人的功能部件，不僅需要精準(zhǔn)，而且需要較大的負(fù)載能力，一般的實(shí)驗(yàn)型機(jī)器人多采用航模標(biāo)準(zhǔn)的伺服電機(jī)，雖然技術(shù)成熟通用性高但是功率不足。通過(guò)框架結(jié)構(gòu)使兩個(gè)爪塊可以平行移動(dòng)將爆炸物抓緊，爪端可根據(jù)不同的任務(wù)更換橡膠片，橡膠釘或者其他符合爆炸物形狀的預(yù)制配件[12]。整個(gè)部件在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)承擔(dān)較大的法向力，所以在行星減速器的兩端都有支撐的框架。在經(jīng)過(guò)行星減速后連接到蝸桿，然后傳動(dòng)到主軸。 動(dòng)力模塊框架 動(dòng)力模塊安裝方法動(dòng)力模塊的軸起到維持鏈條傳動(dòng)的作用，而且是一個(gè)經(jīng)常高速旋轉(zhuǎn)的軸，因此有著完備的軸承模塊，軸承使用的是與支撐輪相同的61800深溝球軸承，內(nèi)徑10mm外徑19mm厚5mm[11]。 蝸桿減速器 動(dòng)力模塊框架將以上幾個(gè)部件結(jié)合起來(lái)的框架，承受扭矩的地方使用5mm的35鋼板，其他地方使用3mm鋼板，依附底盤(pán)的位置或者不承擔(dān)扭矩的地方進(jìn)行了挖空處理，以減輕重量。之所以把這些部件整合在一起是為了便于更換與維護(hù)[10]。履帶外側(cè)設(shè)有明輪片，可以在松軟的地面上產(chǎn)生更強(qiáng)的抓地力。 前輪架的安裝方法 履帶作為履帶機(jī)器人，履帶是最重要的特征。為了減輕重量支撐輪采用的材質(zhì)也是聚甲醛，內(nèi)部軸承采用了61800深溝球軸承，內(nèi)徑10mm外徑19mm厚5mm。內(nèi)軸的材質(zhì)也是使用35鋼，車(chē)床車(chē)制，表面需進(jìn)行熱處理以提高耐磨性。而被譽(yù)為“超鋼”的聚甲醛，有著優(yōu)越的機(jī)械性能和化學(xué)性能，可用作許多金屬