【正文】 息，這些信息將幫助操作人員做出進一步的決策。行走驅(qū)動控制是機器人實現(xiàn)行走的底層控制系統(tǒng)和遙控方式 實現(xiàn)的基礎(chǔ)。同時根據(jù)實際應用需要介紹了控制系統(tǒng)的功能組成。移動機器人的載體必須滿足移動和負重承載兩大功能，在履帶設計完成后，對機器人載體上的機械手著重設計，主要設計了手部、腕部和臂部等。 履帶式機械行駛原理 本文中的 機器人采用的 是關(guān)節(jié)式履帶移動機構(gòu)，所以在這里以履帶式移動機構(gòu)為基礎(chǔ)進行分析。 為驅(qū)動力矩。因此，可以認為履帶式行走機構(gòu)實質(zhì)是一種 “ 自攜軌道 ” 的輪式行走機構(gòu)。的作用下，通過驅(qū)動輪輪齒和履帶節(jié)銷的嚙合，使履帶產(chǎn)生張力（未考慮履帶與驅(qū)動輪的嚙合損失）。切入土壤的每個履齒給土壤一個向后的作用力，并卷繞到驅(qū)動輪上，而土壤在水平方向發(fā)生擠壓變形，使履帶發(fā)生滑轉(zhuǎn)，同時給每個履齒一個向前的反作用力 △ 。由于土壤的剪切變形能力有限，所以履帶接地段相對于地面有向后移的運動，不可避免的形成了履帶的滑轉(zhuǎn)，但履帶式移動機構(gòu)的滑轉(zhuǎn)一般較小。 選用短節(jié)距輸送滾子鏈 C208B，節(jié)距 P為 ， = 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 1 三角膠帶與輸送滾子鏈通過 d=； 三角膠帶型號為 B型，高 h=； 設履帶總高為 H=180mm，驅(qū)動輪的節(jié)圓直徑約為： D=H2d2h2 = 根據(jù)驅(qū)動鏈輪分度圓直徑： D= 由于鏈條需要安裝三角膠帶，所以驅(qū)動鏈輪齒數(shù)最好去雙數(shù)，這里取 z為 34，則履帶的總高為 。 （ 2） 手指間應具有一定的開閉角 ， 兩手指張開與閉合的兩個極限位置所 夾的角度稱為手指的開閉角。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。例如圓柱形工件采用帶“ V”形面的手指，以便自動定心。 選擇手抓的類型及夾緊裝置 本設計是爬樓機械手的設計，考慮到所要達到的爬樓時抓取要求：圓柱型支架，假設此支架重量為 5Kg。吸附式常用于抓取物品表面平整、面積較大的板狀物體 ,不適合用于本方案。平移型手指的張開閉合靠手指的平行移動 ,這種手指結(jié)構(gòu)簡單 , 適于夾持平板物料 , 且工件徑向尺寸的變化不影響其軸心的位置 , 其理論夾持誤差零。顯然是不合適的，因此不選擇這種類型。 故手指形狀設計成 V型 手部的設計 圖 32 齒輪齒條式手部 V形手指的角度 ?1202 ?? ， mmRmmb 241 2 0 ??? ,摩擦系數(shù)為 ?f (1)根據(jù)手部結(jié)構(gòu)的傳動示意圖， 其驅(qū)動力為 : Rbp 2? N (2)根據(jù)手指夾持支架 的方位，可得握力計算公式 : )( ?? ?? tgN )(25 )42560(39。若被抓取工件的最大加 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 1 速度取 ga 3? 時，則 : 412 ??? gaK 所以 )( Np ????實際 所以夾持工件時所需夾緊氣缸的驅(qū)動力為 N1563 。根據(jù)力平衡原理，單向作用氣缸活塞桿上的輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為 : zt FFPDF ??? 421 ? 式中 : 1F 活塞桿上的推力， N tF 彈簧反作用力， N zF 氣缸工作時的總阻力， N P 氣缸工作壓力， Pa 彈簧反作用按下式計算 : )1( sGF ft ?? nDGdGf 3141? fG = nDGd31418 式中 : fG 彈簧剛度， N/m L 彈 簧預壓縮量， m S 活塞行程， m 1d 彈簧鋼絲直徑， m 1D 彈簧平均直徑， . n 彈簧有效圈數(shù) . G 彈簧材料剪切模量，一般 取 PaG ?? 在設計中，必須考慮負載率 ?的影響，則 : 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 1 tFpDF ?? 421 ?? 由以上分析得單向作用氣缸的直徑 : ??p FtFD )(4 1 ?? 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，可得 ?fGnDGd31418? 4333915)1030(8 )( ??? ??? ?? )/( 77 mN? )1( sGF ft ?? )( 6 7 73N? ???? 所以 : ?DpnFtF? )1(4 ? ? )(4 ?? ??? )( mm? 查有關(guān)手冊 ，得 mmD 65? 由 ??Dd ,可得活塞桿直徑 : mmDd )( ???? 取活塞桿直徑 mmd 18? 校核，按公式 ][)4//( 21 ?? ?dF 有 : ])[/14( ??Fd ? 其中， [? ] MPa120? ， NF 7501 ? 則 : )120/4904( ??? ?d ?? 滿足實際設計要求。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于 1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算 : 式中 : 缸筒壁厚， mm D 氣缸內(nèi)徑， mm ][2/ ?? pDP?齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 1 pP 實驗壓力，取 ?pP Pa 由 材料為 :ZL3 得 [? ]=3MPa 代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為 : ][2/ ?? pDP? )( )1032/(1066565mm? ????? 取 ?? ，則缸筒外徑為 : )( mmD ???? 手抓夾持范圍計算 為了保證手抓張開角為 060 ，活塞桿運動長度為 34mm。手腕自由度的選用與機械手的通用性、加工工藝要求、工件放置方位和定位精度等許多因素有關(guān)。它的結(jié)構(gòu)緊湊，但回轉(zhuǎn)角度小于 度180 ，并且要求嚴格的密封。 慣M 慣性力矩 ( cmN? )。 下面以圖 34所示的手腕受力情況，分 析各阻力矩的計算 : 手腕加速運動時所產(chǎn)生的慣性力矩 M悅 若手腕起動過程按等加速運動，手腕轉(zhuǎn)動時的角速度為 ? ，起動過程所用的時間為 t? ，則 ： ).(1 cmNtJJM ??? ?）（慣 式中 :J 參與手腕轉(zhuǎn)動的部件對轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動慣量 )..( 2scmN 。 若工件中心與轉(zhuǎn)動軸線不重合，其轉(zhuǎn)動慣量 1J 為 : gGJJ c 11 ?? 21e 式中 : cJ 工件對過重心軸線的轉(zhuǎn)動慣量 )..( 2scmN : 1G 工件的重量 (N)。 t? 起動過程所需的時間 (s)。 手腕轉(zhuǎn)動件和工件的偏重對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 M偏 ?偏M 11eG + 33eG ( cmN? ) 式中 : 3G 手腕轉(zhuǎn)動件的重量 (N)。 f 摩擦系數(shù)，對于滾動軸承 ?f ，對于滑動軸承 ?f 。 回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動力矩計算 在機械手的手腕回轉(zhuǎn)運動中所采用的回轉(zhuǎn)缸是單葉片回轉(zhuǎn)氣缸，它的原理如圖 42所示，定片 1與缸體 2固連，動片 3與回轉(zhuǎn)軸 5固連。反之，輸出軸作順時針方向回轉(zhuǎn)。 根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸。合理布置作用力的位置和方向。提高配合精度。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導向件和定位件布置合理，使手臂運動盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 1 手臂直線運動的驅(qū)動力計算 先進行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，再進行校核計算，修正設計。 做水平伸縮直線運動的液壓缸的驅(qū)動力根據(jù)液壓缸運動時所克服的摩擦、慣性等幾個方面的阻力，來確定來確定液壓缸所需要的驅(qū)動力。 F F F F F? ? ? ?回摩 密 慣 () 手臂摩擦力的分析與計算 分析： 摩擦力的計算不同的配置和不同的導向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進行估算。 0AM ?? bG L aF?總 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 1 得 b GLF a? 總 0Y?? baG F F??總 得 a LaFG a???? ????總 39。a b a bF F F F F??? ? ? ?摩 摩摩 39。 a—— 導向支撐的長度（ m） 。? —— 當量摩擦系數(shù)，其值與導向支撐的截面有關(guān)。 ? ? ? ? ， 1070GN?總 ，L==,導向支撐 a設計為 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入進行計算 39。 手臂伸縮氣缸尺寸校核 在校核尺寸時，只需校核氣缸內(nèi)徑 1D =63mm,半徑 R=可 ,設計使用壓強 MPaP ? , 則驅(qū)動力： 2RPF ??? )(12 46 03 26N? ???? 測定手腕質(zhì)量為 50kg,設計加速度 )/(10 sma? ，則慣性力 maF?1 )(5001050 N? ?? ，設定摩擦系數(shù) ?k , ? )(100 N? ?? ? 總受力 mFFF ?? 10 )(600 100500N? ?? FF?0 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 1 所以標準 CTA氣缸的尺寸符合實際使用驅(qū)動力要求要求。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 1 本章小結(jié) 本章設計了機械手的手臂結(jié)構(gòu)，手臂采用雙導桿手臂伸縮機構(gòu)，對驅(qū)動的液壓缸的驅(qū)動力進行了詳細的計算，并對液壓缸的基本尺寸進行了設計。 （ 2） 虛擬樣機技術(shù)常用軟件 虛擬樣機技術(shù)在工程中的應用是通過界面友好、功能強大、性能穩(wěn)定的商業(yè)化虛擬樣機軟件實現(xiàn)的。目前有二十多家公司在這個日益增長的市場 上競爭 , 比較有影響的有美國機械動力學公司 (M echan ical Dy2nam ics Inc1) 的 ADAM S、比利時 LM S 公司的 DADS以及德國航天局的 S IM PACK。其它的軟件還有 Wo rk ingModel、Fo lw 3D、 IDEA S、 Phoen ics、 A n2sys、 Pam crash 等等。 ADAMS 軟件 該軟件己在全世界數(shù)以千計的著名大公司中得到成功的應用。用戶使用 ADAMS軟件，可以自動生成包括機 —— 電 —— 液一 體化在內(nèi)的、任意復雜系統(tǒng)的多體動力學數(shù)字化虛擬樣機模型，能為用戶提供從產(chǎn)品概念設計、方案論證、詳細設計、到產(chǎn)品方案修改、優(yōu)化、試驗規(guī)劃甚至故障診斷各階段、全方位、高精度的仿真計算分析結(jié)果，從而達到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量及競爭力的目的。根據(jù)1999年機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析軟件國際市場份額的統(tǒng)計資料， ADAMS軟件占據(jù)了銷售總額近8千萬美元的 51%份額。另一方面，又是機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進行特殊類型機械系 動態(tài)仿真分析的二次開發(fā)工具平臺。 使用 ADAMS建立虛擬樣機非常容易。 ADAMS與先進的 CAD軟件 (UG, PRO/E)以及 CAE軟件 (ANSYS)可以通過計算機圖形交換格式文件相互交換以保持數(shù)據(jù)的一致性。利用 ADAMS軟件建立參數(shù)化模型可以進行設計研究、試 驗設計和優(yōu)化分析。 ADAMS軟件包括 3個最基本的解題程序模塊 :ADAMS/View基本環(huán)境、 ADAMS / Solver(求解器 )和 ADAMS / Postprocessor(后處理 )。 在 3個基本解題程序模塊中， ADAMS / View提供了一個直接面向用戶的基本操作對話環(huán)境和虛擬樣機分析的前處理功能，其中包括樣機的建模和各種建模工具、樣機模型數(shù)據(jù)的輸入與編輯、與求解器和后處理等程序的自動連接、虛擬樣機分析參數(shù)的設置、各種數(shù)據(jù)的輸入和輸出、同其他應用程序的接口等。 ADAMS / Solve:是求解機械系統(tǒng)運動和動力學問題的程序。因此，一般用戶可以將 ADAMS/Solver的操作視為一個“黑匣子”，只需熟悉 ADAMS / View的操作，即可完成建模和整個分析過程。 ADAMS / Postprocessor:模塊具有相當強的后處理功能，它可以回放仿真結(jié)果，也可以繪制 各種分析曲線?？梢暂斎雽嶒灁?shù)據(jù)繪制試驗曲線，并同仿真結(jié)果進行比較 。 一般 ADAMS分析功能如下 : (1)可有效地分析三維機構(gòu)的運動與力。還可應用 ADAMS進行整個車輛或懸架系統(tǒng)道路操縱性的研究。 ADAMS很容易處理這種模型的非線性 方程，而且可進行線性近似。 (4)對于一個或多自由度機構(gòu)， ADAMS可完成某一時間上的靜力學分析或某一時間間隔內(nèi)的靜力學分析。 (6)利用 ADAMS/VIEW提供的控制工具箱或 ADAMS/Control與 MATLAB一起可以方便地進行機電一體化系統(tǒng)仿真。但 ADAMS軟件是專門針對汽車及懸架開發(fā)，在模擬和仿真汽車及懸架系統(tǒng)方面比其它的軟件方便得多。（ 2）零部件之間的所有連接都簡化為鉸鏈。 由于本文所設計的手部機構(gòu)難以用來建模，因此選用它的等效機構(gòu)進行運