【正文】 易，易操控。缺點(diǎn)：不能確保有機(jī)玻璃板能夠被翻開(kāi)后穩(wěn)定地豎立在安全范圍內(nèi)，在后期操作時(shí)很容易倒下使得再次蓋住物塊，造成二次障礙。綜合考慮，方案二在此次競(jìng)賽中高效、簡(jiǎn)便，具有非常大的優(yōu)勢(shì)。 最終方案的確定綜上所得，抗災(zāi)救援機(jī)器人方案確定為履帶式行走方案，配合車(chē)體展開(kāi)式過(guò)橋，使用四連桿機(jī)械手，加上將利用機(jī)械臂和機(jī)械手的配合將③區(qū)有機(jī)玻璃蓋板向一側(cè)頂起翻開(kāi)的方案來(lái)完成任務(wù)。第三章 抗災(zāi)救援機(jī)器人主要結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 抗災(zāi)救援機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu) 抗災(zāi)救援機(jī)器人三維三視圖圖3111 抗災(zāi)救援機(jī)器人主視圖圖3112 抗災(zāi)救援機(jī)器人側(cè)視圖圖3113 抗災(zāi)救援機(jī)器人俯視圖 底盤(pán)結(jié)構(gòu)救援機(jī)器人底盤(pán)由兩個(gè)獨(dú)立的履帶結(jié)構(gòu)①、主底板②、機(jī)械臂水平周轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)③和側(cè)向收展機(jī)構(gòu)④組成，如圖3121和圖3122所示。④①③②④ 圖3121 底盤(pán)俯視圖 3124 底盤(pán)底部視圖側(cè)向收展機(jī)構(gòu)分為：導(dǎo)軌、滑輪、鋼絲繩收放電機(jī)、鋼絲繩四部分組成：（1）導(dǎo)軌固定外殼與主底板固定；（2）主底板與右側(cè)履帶結(jié)構(gòu)剛性連接；（3）導(dǎo)軌移動(dòng)部分末端與左履帶結(jié)構(gòu)剛性連接；（4）鋼絲繩兩端分別與左履帶和右履帶固定。當(dāng)機(jī)器抵近河道時(shí)，鋼絲繩收放電機(jī)正轉(zhuǎn)，導(dǎo)軌左端在鋼絲繩的牽引下，向左側(cè)伸展，推動(dòng)左側(cè)履帶機(jī)構(gòu)向外展開(kāi)至與支撐物間距相等的跨度，使機(jī)器順利通過(guò)河道。機(jī)器到達(dá)彼岸時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，左側(cè)履帶結(jié)構(gòu)收回。如圖3123所示，主底板前端安裝有一撥叉，可以高效的將救援目標(biāo)推送至安全區(qū)域，同時(shí)避免較低矮的救援目標(biāo)進(jìn)入車(chē)體底部，而且方便清理前方可移動(dòng)障礙物。圖3123 撥叉示意圖 機(jī)械臂結(jié)構(gòu)機(jī)械臂分為底盤(pán)齒輪①、支架②、大臂③、小臂④和分別驅(qū)動(dòng)大臂與小臂的行星電機(jī)⑤、蝸輪蝸桿電機(jī)⑥以及固定件、連接件構(gòu)成，如圖3131所示。為減輕重量，減小不必要的力矩，在保證強(qiáng)度的前提下，大臂上開(kāi)有適量通孔。大臂固定電機(jī)的一側(cè)采用厚度為3mm的鋁合金板，既減輕重量，又確保了強(qiáng)度。另一側(cè)為2mm板材。兩塊大臂板材的連接固定通過(guò)M4的絲桿完成。①③⑥⑤④②圖3131 機(jī)械臂結(jié)構(gòu)示意圖機(jī)械臂大臂的俯仰是由大扭矩、自鎖性能較好的行星電機(jī)實(shí)現(xiàn)。機(jī)械臂小臂的俯仰是由小體積、大扭矩、自鎖性能較好的蝸輪蝸桿電機(jī)實(shí)現(xiàn)。蝸輪蝸桿電機(jī)完全固定于機(jī)械臂內(nèi)，無(wú)外露。 機(jī)械臂抓取機(jī)構(gòu)機(jī)械臂的抓手設(shè)計(jì)充分考慮了③區(qū)④區(qū)救援目標(biāo)外形以及③區(qū)救援目標(biāo)質(zhì)量較大需要大的抓取力等因素，采用直流電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而推動(dòng)滑塊移動(dòng)，繼而帶動(dòng)平行四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，使手爪張合。如圖3141所示。圖3141 機(jī)械臂抓取機(jī)構(gòu)采用平行四連桿機(jī)構(gòu)可以保證夾取救援目標(biāo)時(shí)平穩(wěn)。直流電機(jī)與絲桿的連接采用彈性聯(lián)軸器（圖3142），從而避免了抓緊時(shí)由于載荷突然增大導(dǎo)致電機(jī)燒壞的可能。圖3142 彈性聯(lián)軸器 抗災(zāi)救援機(jī)器人傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置是抗災(zāi)救援機(jī)器人的重要組成部分，抗災(zāi)救援機(jī)器人的工作性能在很大程度上決定于傳動(dòng)裝置的優(yōu)劣。機(jī)械傳動(dòng)可分為摩擦傳動(dòng)、嚙合傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)。常用的傳動(dòng)形式有：帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)等。概括地說(shuō)，選擇傳動(dòng)類(lèi)型時(shí)所依據(jù)的主要指標(biāo)是：效率高、外廓尺寸小、質(zhì)量小、運(yùn)動(dòng)性能良好等。齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)形式之一，型式很多，應(yīng)用廣泛。在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，以齒輪傳動(dòng)的效率為最高：結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)比穩(wěn)定，可獲得各種傳動(dòng)比，但是齒輪傳動(dòng)的制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴，且不宜用于傳動(dòng)距離大的場(chǎng)合。鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率高、無(wú)打滑現(xiàn)象、安裝精度低成本低廉等特點(diǎn)，在傳動(dòng)中心距較大的情況下應(yīng)用較多。螺旋傳動(dòng)則具有定位精度高，自鎖能力強(qiáng)，可以承受很大的軸向力，適用于一些機(jī)構(gòu)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。整個(gè)抗災(zāi)救援機(jī)器人的行走部分采用鏈輪傳動(dòng)，避免了由于直流減速電機(jī)尺寸較大不便在狹小空間內(nèi)安裝。機(jī)械臂的水平周轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用齒輪傳動(dòng)，達(dá)到了水平周轉(zhuǎn)定位精度高的要求。機(jī)械臂抓取部分采用螺旋傳動(dòng)。 行走部分抗災(zāi)救援機(jī)器人的行走部分要兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎的功能。因?yàn)榭篂?zāi)救援機(jī)器人左右的履帶結(jié)構(gòu)是獨(dú)立互不干擾的，因此需在左右各安裝一個(gè)減速電機(jī)，通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)各自主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)電機(jī)同向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和后退的功能，當(dāng)兩電機(jī)相互反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就可實(shí)現(xiàn)機(jī)器的轉(zhuǎn)彎功能。 機(jī)械臂部分機(jī)械臂的水平周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)固定在主底板上的減速電機(jī)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。齒輪傳動(dòng)定位性好、精度高。兩齒輪中間嚙合有一齒輪，保證機(jī)械臂的水平周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與電機(jī)的正反轉(zhuǎn)相一致，便于操控。如圖3221所示。圖3221 機(jī)械臂水平周轉(zhuǎn)采用齒輪傳動(dòng)機(jī)械臂的俯仰運(yùn)動(dòng)是通過(guò)行星電機(jī)驅(qū)動(dòng)大臂運(yùn)動(dòng)和蝸輪蝸桿電機(jī)驅(qū)動(dòng)小臂復(fù)合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。 機(jī)械臂抓取部分機(jī)械抓手的張收是通過(guò)一部15 r/min轉(zhuǎn)速的電機(jī)驅(qū)動(dòng)一根M6的粗牙絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而帶動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)械手張開(kāi)，相反，電機(jī)反轉(zhuǎn)，機(jī)械手收攏。如圖3231所示。M6絲桿滑塊 圖3231由于滑塊為鋁制，在隨絲桿運(yùn)動(dòng)時(shí)受到較大的軸向力，攻絲后螺紋容易破壞，所以在滑塊一端銑出一嵌槽，內(nèi)固定一不銹鋼制M6螺母，提高了滑塊的壽命，如圖3232所示。圖3232 嵌有不銹鋼螺母的鋁制滑塊第四章 關(guān)鍵動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)和分析抗災(zāi)救援機(jī)器的設(shè)計(jì)任務(wù)主要可以分為：行走及轉(zhuǎn)彎、穿越“河道”、③區(qū)救援目標(biāo)的取出與放置、④區(qū)救援目標(biāo)的取出與放置四部分?；跁r(shí)間的優(yōu)化考慮，我們四個(gè)任務(wù)的順序依次為：行走及轉(zhuǎn)彎、穿越“河道”、④區(qū)救援目標(biāo)的取出與放置、③區(qū)救援目標(biāo)的取出與放置。下面對(duì)這四個(gè)部分的實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行闡述和分析： 行走及轉(zhuǎn)彎動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)抗災(zāi)救援機(jī)器人在完成整個(gè)任務(wù)過(guò)程中必需要用到直線(xiàn)行進(jìn)和轉(zhuǎn)彎兩個(gè)基本動(dòng)作，這兩個(gè)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)由左右兩個(gè)獨(dú)立的行進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)直流減速電機(jī)通過(guò)鏈傳動(dòng)傳動(dòng)分別帶動(dòng)左右兩條履帶運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)兩電機(jī)同向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)探測(cè)救援機(jī)器人的直線(xiàn)前進(jìn)和后退動(dòng)作；相反，當(dāng)兩電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，就可實(shí)現(xiàn)探測(cè)救援機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎動(dòng)作。 穿越“河道”動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)機(jī)器穿過(guò)350mm寬度的“隧洞”后，將面對(duì)500mm寬的“河道”，“河道”上放置有兩個(gè)可供機(jī)器穿越“河道”用的可左右移動(dòng)的支撐物，即橋，兩橋體之間間距為380mm。受到①區(qū)過(guò)彎和過(guò)“隧洞”的限制，車(chē)體尺寸必須小于375mm350mm350mm。經(jīng)過(guò)不斷的收集資料和討論分析，將實(shí)現(xiàn)抗災(zāi)救援機(jī)器人穿越“河道”的動(dòng)作定位采用可以側(cè)向可伸縮底盤(pán)結(jié)構(gòu)。這樣既可以使車(chē)體在收縮狀態(tài)保證①區(qū)的順利通過(guò)，又能使車(chē)體在展開(kāi)狀態(tài)達(dá)到近400mm的最大寬度，使履帶穩(wěn)穩(wěn)跑在支撐物上，既降低了風(fēng)險(xiǎn)，有大大節(jié)省了時(shí)間。（1）在車(chē)體完全駛出“隧洞”后，車(chē)體保持行進(jìn)狀態(tài)，如圖421所示。圖421 車(chē)體駛出“隧洞”，靠近橋體（2）控制車(chē)體伸縮的直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)鋼絲繩向一側(cè)收縮，進(jìn)而使底盤(pán)橫向?qū)к壣扉L(zhǎng)，推動(dòng)左側(cè)履帶向外伸展，車(chē)體由原先的320mm最大寬度，達(dá)到近400mm最大寬度，其中兩履帶間距380mm。然后抗災(zāi)救援機(jī)器人直接駛上支撐物，即橋，穿越“河道”，如圖422所示。圖422 車(chē)體展開(kāi)，直接駛上橋（3）當(dāng)車(chē)體完全駛過(guò)河道后，控制車(chē)體伸縮的直流電機(jī)反轉(zhuǎn)，車(chē)體收縮，如圖423所示。圖423 通過(guò)河道后，車(chē)體收縮 ④區(qū)救援目標(biāo)的取出與放置基于時(shí)間、路線(xiàn)的優(yōu)化考慮，穿越“河道”后，抗災(zāi)救援機(jī)器人完成車(chē)體收縮，原地轉(zhuǎn)向，先進(jìn)行④區(qū)任務(wù)。④區(qū)的難點(diǎn)在于如何減小有機(jī)玻璃板的阻礙。我們的方案是將可左右移動(dòng)的有機(jī)玻璃板抽出，之后直接將救援目標(biāo)取出。④區(qū)中可左右移動(dòng)的有機(jī)玻璃板與門(mén)檻之間有一定摩擦力，機(jī)械臂直接夾持有機(jī)玻璃板機(jī)械臂將其抽出難度較大，因此利用機(jī)械臂大臂前端固定的掛桿（如圖431所示），調(diào)整機(jī)械臂姿態(tài)（蝸輪蝸桿電機(jī)驅(qū)動(dòng)小臂向上翻轉(zhuǎn)至預(yù)定角度，行星電機(jī)驅(qū)動(dòng)大臂下調(diào)使大臂前端掛桿高度位于④區(qū)可左右移動(dòng)有機(jī)玻璃板下排圓孔圓心高度，周轉(zhuǎn)電機(jī)微調(diào)機(jī)械臂周轉(zhuǎn)角度），車(chē)體前進(jìn)，調(diào)整周轉(zhuǎn)角度將掛桿的有效部位伸進(jìn)有機(jī)玻璃板圓孔內(nèi)，車(chē)體直線(xiàn)后退，將板移出，如圖432所示。板移除后，自然放倒于④區(qū)前。圖431 機(jī)械臂大臂右側(cè)固定有一絲桿，用于拉出有機(jī)玻璃板 圖432 ④區(qū)拉板過(guò)程④區(qū)有機(jī)玻璃板移除后，