【正文】 成履帶。 對(duì)于履帶接地段而言，推力 為： 推力 驅(qū)動(dòng)履帶移動(dòng)載體向前，同時(shí)克服履帶移動(dòng)載體的滾動(dòng)阻力 ，以 v速度向前。張力沿著履帶驅(qū)動(dòng)段傳到支撐段，向后拉動(dòng)履帶，使支撐段的土壤變形，同時(shí)土壤對(duì)履帶支撐區(qū)域向前的水平反力 （即推力）： 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 式中： 驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力半徑或稱為驅(qū)動(dòng)半徑； 其行駛原理如圖 31所示。在驅(qū)動(dòng)力矩Ｍ。 在驅(qū)動(dòng)力矩的作用下，驅(qū)動(dòng)輪齒與履帶的節(jié)銷嚙合并帶動(dòng)履帶作繞驅(qū)動(dòng)輪的傳動(dòng)，使履帶不斷鋪設(shè)軌道，引導(dǎo)輪、支撐輪沿所鋪設(shè)的軌道不斷向前滾動(dòng)而行使作業(yè)。 行駛原理 履帶式行走機(jī)構(gòu)電機(jī)的功率 以高轉(zhuǎn)速（角速度 ）和低轉(zhuǎn)矩（ ）的形式經(jīng)傳動(dòng)系 傳到驅(qū)動(dòng)輪，變成了低轉(zhuǎn)速（角速度 ）和大扭矩（ ）。 爬樓機(jī)器人的機(jī)械手的主要作用是夾持扶梯支架，進(jìn)行夾取，通過查閱資料，車載機(jī)械手決定選用氣動(dòng)機(jī)械手。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 3 章 機(jī)器人履帶和氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì) 擺臂式爬樓機(jī)器人從功能上講隸屬于移動(dòng)機(jī)器人，具有較大的自主性和靈活性。 圖 23 控制模塊結(jié)構(gòu)框圖 本章小結(jié) 本章介紹了爬樓機(jī)器人的基本性能，對(duì)機(jī)體的行走模塊、車體模塊和動(dòng)力裝置等進(jìn)行了方案選擇和設(shè)計(jì)，提出了一種安裝維護(hù)方便且成本低的履帶結(jié)構(gòu)。ＧＰＳ全球定位系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)確定機(jī)器人的絕對(duì)位置，高精度的ＧＰＳ系統(tǒng)可以作為機(jī)器人路徑跟蹤中的位置檢測信號(hào)?？刂颇K結(jié)構(gòu)框圖如下，機(jī)器人的控制系統(tǒng)可以分為傳感器信號(hào)處理、ＧＰＳ全球定位系統(tǒng)、遙控裝置、車載設(shè)備運(yùn)動(dòng)控制和行走驅(qū)動(dòng)控制等主要部分組成。 機(jī)器人是用于危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)的移動(dòng)機(jī)器人，本課題中機(jī)器人系統(tǒng)的控制目標(biāo)：使機(jī)器人按照操作員指定的平均速度和方向前進(jìn)。在主從式控制結(jié)構(gòu) 中，有上下兩級(jí)計(jì)算機(jī)，其中上位機(jī)利用它的運(yùn)算能力和龐大的系統(tǒng)資源，如：內(nèi)存容量，磁盤容量等等，完成坐標(biāo)變換，軌跡插補(bǔ)運(yùn)算等功能；下位機(jī)可以由多個(gè)微控制器組成，每個(gè)微控制器控制一個(gè)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，它們并行地完成控制任務(wù)，從而提高了工作速度和處理能齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 力。集中控制方式是指用一臺(tái)功能比較強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)其全部控制功能，在早期的機(jī)器人控制系統(tǒng)中較多的采用此種控制方式。而控制系統(tǒng)是機(jī)器人的核心部分，控制系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)直接關(guān)系到機(jī)器人的性能要求，更是機(jī)器人智能的主要表現(xiàn)之一。目前國內(nèi)外蓄電池的研究應(yīng)用主要集中二次電池方面，它維護(hù)少，環(huán)境污染小，但容量有限，連續(xù)使用時(shí)間短。 鑒于蓄電池的優(yōu)越性，采用蓄電池作為原動(dòng)力。 動(dòng)力裝置 的設(shè)計(jì) 行走機(jī)械的動(dòng)力源主要有內(nèi)燃機(jī)和蓄電池兩種。 根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，機(jī)體應(yīng)具有良好的轉(zhuǎn)彎性能，尤其是在爬梯過程中易于調(diào)整前進(jìn)方向。綜上所述，履帶結(jié)構(gòu)參數(shù) L／ B不能取得太小，通常 L齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 ／ B＝ ~。 由式 21可知， L增大使轉(zhuǎn)向阻力矩增大，對(duì)轉(zhuǎn)向不利。履帶式機(jī)械的轉(zhuǎn)向能力，不僅取決于地面條件和履帶結(jié)構(gòu)，而且與履帶的支撐面長度Ｌ和軌距Ｂ（兩側(cè)履帶中點(diǎn)的距離）的比值有關(guān)。底盤是車體承載平臺(tái)，底盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮與驅(qū)動(dòng)輪、支撐輪、引導(dǎo)輪和擺臂的聯(lián)接，內(nèi)部電器、云臺(tái)和殼體的安裝。在主驅(qū)動(dòng)履帶之間設(shè)計(jì)了數(shù)個(gè)支撐輪，主 要作用是越障時(shí)起支重作用，是履帶保持原有輪廓，另外在跨溝、越障等行駛過程中起支重作用，兩個(gè)支持輪為一組，支撐輪的結(jié)構(gòu)具有一定的柔性和抗沖擊性。虛線圓部分為車輪的有效直徑Ｄ，ｄ表示實(shí)際車輪直徑。但是由于尺寸以及電機(jī)輸出功率的限制，不可能無限加大車輪直徑。 為了提高機(jī)體越障能力，在傳統(tǒng)履帶式移動(dòng)載體上安裝前擺臂，即采用關(guān)節(jié)式擺臂結(jié)齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 構(gòu)。在一定條件下，鏈節(jié)距越大，承載能力越高，但傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)也要增大，震動(dòng)、沖擊、噪聲也越 重。 這種方案具有如下優(yōu)點(diǎn)： ◆ 無需開模具，成本低； ◆拼接組裝方便，易于更換維護(hù)，剛性好； ◆履帶長度可以按需確定； 2） 合適的履帶鏈節(jié)距Ｐ是選擇的另一個(gè)關(guān)鍵。 驅(qū)動(dòng)輪后置履帶張力分布圖 驅(qū)動(dòng)輪前置履帶張力分布圖 圖 21 驅(qū)動(dòng)輪履帶 履帶 的選擇 1) 要求履帶的各種材料要具有 良好的物理機(jī)械性能，耐動(dòng)態(tài)疲勞和耐氣候老化等性能。驅(qū)動(dòng)輪的主要作用是機(jī) 器人基本功能方案前或向后卷繞履帶 ，同時(shí)承擔(dān)著機(jī)器人的部分重量。結(jié)合國內(nèi)外機(jī)器人的性能特點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用的要求．綜合考慮多方面因素 ：選用履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。 通過上述移動(dòng)行走結(jié)構(gòu)比較，可知履帶式移動(dòng)行走機(jī)構(gòu)相對(duì)于輪式機(jī)構(gòu)具有支撐面積齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 大，接地比壓小，越野機(jī)動(dòng)性能好，爬坡、越障、跨溝能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)：且履帶的牽引附著性能好，不易打滑，有利于發(fā)揮較大的牽引力。 優(yōu)點(diǎn)：在粗糙路面性能較好，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，較好的牽引力。 缺點(diǎn)：只能慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)，速度和方向不能單獨(dú)控制，能量損耗大，需保持履帶拉緊。 缺點(diǎn)：不能在原地轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)有點(diǎn)復(fù)雜，需要后面有差速器來避免打滑，需要等量操縱兩個(gè)前輪。 輪式一汽車結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)：一個(gè)馬達(dá)作為動(dòng)力，通過后面的差速器驅(qū)動(dòng)，～個(gè)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)前面的兩個(gè)輪子來改變方向。 優(yōu)點(diǎn)：通過旋轉(zhuǎn)輪子來轉(zhuǎn)向，四個(gè)或更多的輪子可以更好適應(yīng)粗糙路 面。表 21例舉了幾種典型行走結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。下面就移動(dòng)載體的設(shè)計(jì)選擇及特點(diǎn)進(jìn)行分別闡述。 機(jī)器人移動(dòng)載體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了滿足該機(jī)器人的應(yīng)用要求，對(duì)其移動(dòng)載體有一些基本的要求，這些要求是后面設(shè)計(jì)的依據(jù)和準(zhǔn)則，具體內(nèi)容如下： １、結(jié)構(gòu)形式：采用履帶式移動(dòng)載體； ２、驅(qū)動(dòng)方式：首選蓄電池為動(dòng)力，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)； ３、結(jié)構(gòu)：底盤最小離地間隙大于 30mm ４、自重： 60Kg（包括車載系統(tǒng)）； ５、基本性能：最高行駛速度 ； ６、具有一定的爬坡、爬梯和越溝能力； ７、操作方式：遙控； ８、機(jī)器人安裝有機(jī)械手。車載控制系統(tǒng)主要完成移動(dòng)載體的驅(qū)動(dòng)控制，是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人行走的關(guān)鍵，直接影響到路徑跟蹤、操作指令的實(shí)現(xiàn)和機(jī)器人工作時(shí)的安全等問題，加上凹凸不平的路面狀況造成得沖擊載荷等外因，使合理、穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)成為機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 機(jī)器人系統(tǒng)方案 該機(jī)器人的系統(tǒng)主要由移動(dòng)載體，車載控制系統(tǒng)，車載設(shè)備系統(tǒng)安全與輔助系統(tǒng)，地面控制臺(tái)，通訊系統(tǒng)組成。 第 2 章 擺臂式爬樓機(jī)器人 系統(tǒng)方案構(gòu)成與設(shè)計(jì) 本課題的研究對(duì)象為爬樓機(jī)器人，重點(diǎn)集中在其移動(dòng)載體的設(shè)計(jì)上。 （ 2）著重設(shè)計(jì)擺臂式爬樓機(jī)器人的機(jī)械手。但是對(duì)于智能控制的研究還遠(yuǎn)沒有達(dá)齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 到人類期望的目標(biāo)。 (4) 智能控制 隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于無法精確解析建模的物理對(duì)象以及信息不足的病態(tài)過程，傳統(tǒng)控制理論暴露出缺點(diǎn)，近年來許多學(xué)者提出了各種不同的機(jī)器人智能控制系統(tǒng)。多傳感器信息融合就是指綜合來自多個(gè)傳感器的感知數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生更可靠、更準(zhǔn)確或更全面的信息。針對(duì)不同的載體結(jié)構(gòu)（如輪式、履帶式、關(guān)節(jié)式或者腿式等）和驅(qū)動(dòng)設(shè)備，運(yùn)動(dòng)控制的研究會(huì)進(jìn)一步的細(xì)化。并且為達(dá)到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的要求，控制上也需要更為精細(xì)，所以此型機(jī)器人的移動(dòng)速度不會(huì)很快。腿式機(jī)器人的機(jī)構(gòu)較輕巧，富撓 性。利用輪子行走可說是最簡單的處理方式，一般而言，輪式機(jī)器人操縱容易，其穩(wěn)定性較好，移動(dòng)距離所需的能量也較小，但此型機(jī)器人像汽車一樣，僅適用于一般路面行走，受地形和地質(zhì)限制較大。這方面的研究主要集中在各種運(yùn)動(dòng)載體結(jié)構(gòu)的性能和實(shí)現(xiàn)方式上。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)于 1996年研制成功的導(dǎo)游機(jī)器人等。 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。 在國內(nèi)，移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的研究起步較晚，現(xiàn)北京、上海等地的相關(guān)大學(xué)在進(jìn)行本項(xiàng)目的研究開發(fā)，但大多數(shù)研究尚處于某個(gè)單項(xiàng)研究階段，主要研究工作有： 清華大學(xué)智能移動(dòng)機(jī)器人于 1994年通過鑒定。 德國成功研制了一種輪椅機(jī)器人，該輪椅機(jī)器人在公共場所擁擠的、有大量乘客的環(huán)境中，進(jìn)行了超過 36 個(gè)小時(shí)的考驗(yàn)，表現(xiàn)出了無以倫比的優(yōu)越性。丹蒂計(jì)劃的主要目標(biāo)是為了實(shí)現(xiàn)在月球或其他星球的表面提供一種機(jī)器人的解決方案?？梢钥闯觯S著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力得到了顯著提高，機(jī)器人用傳感器正逐步走向成熟，機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)的到深而廣泛的研究。一大批世界著名的公司開始研制移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，這些機(jī)器人主要作為大學(xué)實(shí)驗(yàn)室及研究機(jī)構(gòu)的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái) ，從而促進(jìn)了機(jī)器人學(xué)多種研究方向的出現(xiàn)。 70 年代末，隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和傳感技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人研究又出現(xiàn)了新的高潮。與此同時(shí)，齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 最早的操作式步行機(jī)器人也研制成功，從而開始了機(jī)器人步行機(jī)構(gòu)方面的研究，以解決機(jī)器人在不平整地域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)問題，設(shè)計(jì)并研制出了多足步行機(jī)器人。斯坦福研究院（ SRI）的 Nils Nilsseo和 Charles Rosen等人，在 1996年至 1972年中研發(fā)出了取名 Shakey的自主移動(dòng)機(jī)器人。 但是基于爬樓時(shí)機(jī)器人的穩(wěn)定性較差，本文從新設(shè)計(jì)了爬樓機(jī)器人的履帶，并在車體結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了抓樓梯扶手支架的機(jī)械手，以此來增強(qiáng)其穩(wěn)定性。機(jī)器人所面臨的是未知的、不可預(yù)測的、非人為構(gòu)造的環(huán)境，機(jī)器人所完成的任務(wù)也越來越復(fù)雜。人們期望機(jī)器人在許多人類所不能及的區(qū)域代替人類勞動(dòng)完成更復(fù)雜的任務(wù)。機(jī)器人已經(jīng)能夠使用工具，能看、能聽、能說，并且 開始能進(jìn)行一些決策和思考等智能行為，其應(yīng)用也從傳統(tǒng)的加工制造業(yè)逐漸擴(kuò)展到海軍、海洋檢測、宇宙探索等領(lǐng)域，并開始進(jìn)入家庭和服務(wù)行業(yè)。從機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展過程中可以看到，它不僅推動(dòng)了自身技術(shù)的迅速發(fā)展，而且促進(jìn)了一大批相關(guān)技術(shù)的突飛猛進(jìn)。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒論 本文研究的目的及意義 機(jī)器人技術(shù)的研究屬于多學(xué)科相互交叉，相互滲透的前沿課題，對(duì)它的研究具有很大的理論價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。 結(jié) 論 ........................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 手部模型的建立 ........................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 虛擬樣機(jī)技術(shù) ........................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 本章小結(jié) .......................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 手臂伸縮汽缸尺寸的校核 .................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 手臂慣性力的計(jì)算 ................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 手臂直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 ................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 回轉(zhuǎn)汽缸的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 .................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 腕部設(shè)計(jì) ................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 手抓 夾持范圍計(jì)算 ................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 手部的設(shè)計(jì) ............................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 Development 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 hook claw。 關(guān)鍵詞 : 爬樓機(jī)器人 履帶 機(jī)械手 Abstract The wall climbing robot of hook claw is a climbing r