【正文】 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。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)。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。尤其是拆彈工作與狙擊工作需要絕對的精準。需要電池輸出 的電流，普通的鉛酸蓄電池便可以滿足。 圖 56 蓄電池在底盤上的安裝位置 Figure 56 Battery location on the chassis 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 53 表 55 LCX127CH 型鉛酸蓄電池的性能參數(shù) Table 55 LCX127CH leadacid batteries Performance parameters 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，經(jīng)過 ，馬達在額定狀態(tài)下的實際輸出功率為 ，運轉(zhuǎn)在額定工作狀態(tài)下的無刷馬達的效率一般為 75%。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)?？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。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。 圖 54 57步進電機 Figure 54 57 Stepping Motor 表 54 57 步進電機的性能參數(shù) Table 54 57 Stepper motor performance parameters 電機型號 57BYGH56401A 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 51 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。則，臂端在水平狀態(tài)下可承受的拉力為： 192 5 8 1 .8 10 .3 3T N mFNdm? ? ? 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。則根據(jù)公式（ 52）機械爪中部的法向加持力為： m a x 1 4 .4 1440 .1T N mFNdm? ? ? 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： m i n 0 .0 4 1 4 .4si n 1 1 1 .10 .0 7 2 0 .0 7 2T N mFNdm?? ? ? ? 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。在機械爪中，經(jīng)過減速比為 30 的蝸桿減速后，靜力矩提升為 。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。 圖 52 DBLS01馬達驅(qū)動器 Figure 52 DBLS01Motor drive 表 52 DBLS01 馬達驅(qū)動器的性能參數(shù) Table 52 DBLS01 Motor drive Performance parameters 型號 DBLS01 標準輸入電壓 48VDC 最大輸入過載保護電流 5A/15A 加速時間常數(shù) 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 49 步進電機 為了產(chǎn)生足夠的扭矩，同時又要將其容納在局促的機械臂中，履帶機器人采用了兩種步進電機，機械爪的張合與前臂旋轉(zhuǎn)與俯仰使用的是工業(yè)上常用的42步進電機，它們被大量的應(yīng)用在數(shù) 控車床上，有著成熟的技術(shù)配套設(shè)備與軟件。 完全符合履帶機器人對任務(wù)的需求。 DBLS01 為閉環(huán)速度型控制器，采用 IGBT 和 MOS 功率器，利用直流無刷電機的霍爾信號進行倍頻后進行閉環(huán)速度控制，控制環(huán)節(jié)設(shè)有 PID 速度調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)控制穩(wěn)定可靠，尤其是在低速下總能達到最大轉(zhuǎn)矩，速度控制范圍1506000rpm。履帶機器人使用的是市面上銷售的 48V330W的無刷馬達，所以需要一個能夠在 48V 下輸出 10A 以上的馬達驅(qū)動。將信號以每秒數(shù)千次的頻率發(fā)送到一個特殊的控制器，并在每次線圈變換位置的時候激發(fā)它。因此履帶機器人的動力系統(tǒng)即使在額定狀態(tài)下也可以應(yīng)付各種障礙物。最終的理論推力是 。 主動輪半徑為 150mm，根據(jù)扭矩公式： TF d? （ 52） 則在主輪與履帶之間最大可產(chǎn)生的推力為： 1 0 5 N m 7000 .1 5TFNr?? ? ? 兩套 86 無刷馬達經(jīng)傳動后可以使主輪產(chǎn)生 1400N 的推力。主動力馬達在 3000RPM 的轉(zhuǎn)速下的保持力矩 T 為，根據(jù)功率公式： PT??? (51)則此時的實際輸出 功為： 3 0 0 0 21 . 0 5 3 2 9 . 760r p mP T N m W?? ?? ? ? ? ? 動力模塊中的蝸桿減速器減速比為 20，鏈條齒輪的減速比為 5，共計 100。但是通過調(diào)查，市面上的稀有金屬馬達的售價過高，所以履帶機器人并沒有采用這種稀有金屬磁體馬達。而且不管多高的電壓和高熱他都不會退磁。 雖然數(shù)據(jù)顯示使用稀有金屬磁體馬達的話，馬達的性能會大大提升。 市面上在這一功率范圍內(nèi)的電動馬達的電壓分為 24V 和 48V 兩種，這對于非移動設(shè)備來說可能僅僅只是更換變壓器這么簡單，但是對于移動的平臺， 48V意味著四個 12V 蓄電池，這對空間和質(zhì)量上都是一種挑戰(zhàn)。和普通馬達相反，無刷馬達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與詳細參數(shù)。這其中種類與型號繁多。 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 小時以上的電力。因為 PC 有著強大的計算能力所以可以方便的解決控制問題，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 3G 網(wǎng)絡(luò)可以在有手機信號的任意范圍內(nèi)操作機器人，在沒有 3G 信號的地方可以通過計算機無線網(wǎng)卡使用的 200米范圍內(nèi)進行操作并傳遞高清視頻信號。 方案一 在國內(nèi)機器人大賽中經(jīng)常被使用的整合系統(tǒng)，主要控制系統(tǒng)為一個單片機，配備大量傳感器與步進電機控制板，缺點是視頻需要通過另一路系統(tǒng)傳輸，可以滿足一般的拆彈任務(wù)與訓(xùn)練的需求。車床步進電機控制板并非為移動設(shè)備而設(shè)計，所以需要額外的防護措施以適應(yīng)惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境。盡管這是體積縮小的優(yōu)化設(shè)計，但是兩塊步進電機的驅(qū)動板面積仍然非常大，并且主控芯片對散熱有一定的要求，不能安裝的太緊密，也不能安裝在機器人的內(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 42,57,86步進電機。所以我采用了國內(nèi)機器人競賽中使用的操作模塊，集成了 usb 遙控，大量步進電機與傳感器接口，使用方便而且成本也相對較低。 c爆炸物傳感器 原理上講是高敏感度的氣味傳感器，通過氣味對爆炸物的化學(xué)成分進行判斷，對不同種類的爆炸物使用不同的拆除方法。 b壓力傳感器，機械爪末端與機械臂的底座處需要安裝這樣的傳感器，目的是調(diào)解機械手的壓緊力，否則過大的夾持力會使爆炸物的外殼變形而壓迫內(nèi)部的危險物品。為了滿足偵查的需求，激光測距儀也需要被裝備。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)計的時候考 慮到風吹日曬的因素，結(jié)構(gòu)簡單可靠，種類型號繁多，可以很好的適應(yīng)這一工作。解決方案如下，機器人的前后各安裝一個較低分辨率的固定攝像頭，以在行進或者倒退過程中判斷障礙物的形狀以改變機器人的履帶狀態(tài)或者轉(zhuǎn)向。 考慮到以上因素，給履帶機器人在不同使用環(huán)境與不同的任務(wù)配備如下傳感器。對于安裝在機器人手臂等運動部件上的傳感器，重量要輕，否則會加大運動部件的慣性，影響機器人的工作性能。作為拆彈機器人不但要克服自身各種電動馬達傳感器產(chǎn)生的干擾，也要做好克服來自恐怖分子的惡意干擾的準備。 3，抗干擾能力強。機器人傳感器的穩(wěn)定性和可靠性是保證機器人能夠長期穩(wěn)定的可靠工作的必要條件。尤其是危險的拆彈工作與戰(zhàn)斗工作，任何誤差都會導(dǎo)致財產(chǎn)損失甚至人員傷亡，機器人是否能夠準確無誤的正常工作取決于傳感器的測量精度。 1，精度高，重復(fù)性好。 圖 344 整體視圖 Figure 344 whole body view 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 41 4 履帶機器 人的控制與傳感器 傳感器 拆彈機器人不僅僅是一個工廠里的組裝機器人，作為遙控設(shè)備他需要人進行觀察，需要一些傳感器進行現(xiàn)場的評測。 圖 340 機械臂底座 Figure 340 Arm base 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 39 圖 341 機械臂底座框架結(jié)構(gòu) Figure 341 frame of Arm base 圖 342 機械臂底座在底盤的安裝位置 Figure 342 Arm base position in the chassis 履帶機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計與建模 40 圖 343 機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，因為器材與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，比如延長或縮短桿的長度，或者使用圓管等。 履帶機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計與建模 36 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 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 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，因為在行進過程中，整個機械臂會折疊起來，所以有一定的死角，這樣提高一定的高度使機械臂可以完全收起。 圖 334 支撐架 Figure 334 Backstop 支撐架，在中臂前端連接前臂的部件，負責傳遞兩個自由度的動作。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軸向力，滾針軸承承擔法相力，可以對機械臂產(chǎn)生足夠的支持力。可以應(yīng)付較大的載荷。 圖 328 前臂的透視圖 Figure 328 Forearm perspective 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 圖 329 前臂框架結(jié)構(gòu)圖 Figure 329 Forearm frame structure 腕關(guān)節(jié)，使用了一個推力軸承和一個 滾針軸承。 前臂 包含機械手和兩個自由度的控制，因為在整個機械臂的末端，所以采用了重量較輕的 42 步進電機。履帶機器人使用的是步進電機與蝸桿的結(jié)合，在蝸桿和步進電機之間還加了一級行星減速系統(tǒng)，這樣不僅能在高負載的情況下提供足 夠的扭矩，也可以在精心的拆彈工作中提供足夠的微調(diào)精準度。 圖 326 機械爪 Figure 326 Mechanical Claw 圖 327 機械爪的分解視圖 Figure 327 Deposition view of mechanical claw 因為零件太小，再考慮到機械爪不是一個經(jīng)常運轉(zhuǎn)的部件，所以并沒有安裝軸承，這要求機械爪在運作的時候需要進行充分的潤滑，否則運行阻力會過大，并且造成磨損。 圖 325 輔助動力模塊的 安裝位置 Figure 325 Auxiliary power module installation location 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 機械爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 抓取爆炸物的夾緊部件，由一個 42 步進電機負責夾緊動作，另一個 42 步進電機負責旋轉(zhuǎn)動作。 圖 324 輔助動力模塊 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，安裝的時候便于固定。 履帶機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計與建模 30 輔動力模塊 控制前輪架俯仰的動力來源，使用的與機械臂相同的 57 步進電機。將電動馬達的驅(qū)動也整合在其中，在緊急狀態(tài)下