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毕业设计答辩,履带式机器人移动底盘的设计,答辩人：翁潇敏,指导老师：代素梅,履带机器人的介绍,从20世纪60年代到70年代，迅速普及并实用化的工业机器人给人的印象只是自动机械手。广泛开展机器人移动功能的研究和开发是进入20世纪80年代以后的事。现在作为移动机器人而开发试制的移动机械种类已远远超过了机械手。特别是履带式机器人，它不仅是生物体中没见过的移动形态，而且能够在复杂的底面行进。,履带式机器人因采用履带传动方式而得名。履带传动方式又叫循环传动方式，其最大特征是将圆状的循环轨道履带卷绕在若干车轮上，使车轮不与地面直接接触，利用履带缓冲地面而带来的冲击，使机器人能够在各种路面条件下行进。,履带机器人底盘的的结构设计,1,履带机器人底盘的运作原理,2,结论,3,履带机器人底盘的结构设计,1.后摆臂及履带 2.齿轮 3.永磁式直流电机 4. 减速器 5. 蓄电池 6.微控制器及组件 7.步进电机 8. 主履带 9.前摆臂及履带,履带机器人底盘的性能设计参数,总体结构:六节履带式结构,自重：50KG,结构尺寸：1205*764*380mm,平地最大速度：0.5m/s,一般速度：0.3m/s,通过最大坡度：30,续航能力：4小时,履带机器人的运作原理,减速传动机构电动机构电动机通过减速器的减速，以增大转矩，实现调速。减速器是行星轮减速器，电动机安装在减速器旁，通过直齿轮改变轴的方向，输出后轴转矩，为机器人提供主要动力。,后轴驱动机构,后轴驱动机构驱动后轴位于传动系的末端。其基本功用增增扭、降速和改变转矩的传递方向，即增大由传动轴或者直接从变速器传来的转矩，并将转矩合理的分配给左右驱动车轮。,履带驱动机构其动力部分采用电机，通过齿轮副降速后带动低速轴的转动，轴与履带驱动机构通过导杆滑块机构连接，从而使履带驱动机构各自绕前后轴的中心线转动，实现机器人不同角度的爬坡和越障能力。,履带驱动机构,机器人跨越台阶,总结,本次设计过程中涉及到所学知识的方方面面。通过本次设计，对所学知识进行了一次温故，同时也为日后从事工程实践工作打下了一些基础。 设计中，我对履带式机器人底盘的工作原理、基本结构、性能的要求进行了比较详细的分析，针对履带机器人中采用的履带、减速器、电动机等也进行必要的阐述。 通过对履带机器人的相关性能要求的验算，得出设计的结果基本上符合设计要求。,致谢,THANKS!,大学生活即将结束，在此，我要感谢所有教导我的老师和陪伴我一齐成长的同学，他们在我的大学生涯给予了很大的帮助。本论文能够顺利完成，要特别感谢我的导师代素梅老师，代老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计！ 最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢！,感谢各位老师的观看和指正！,图书分类号：密 级： 毕业设计说明书履带式机器人移动底盘的设计学生姓名学 号班 级指导教师专业名称学院名称年月日 毕业设计原创性声明本人郑重声明： 所呈交的毕业设计，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本设计说明书不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日毕业设计版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用毕业设计的规定，即：本校学生在学习期间所完成的毕业设计的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交设计说明书的纸本复印件和电子文档拷贝，允许说明书被查阅和借阅。可以公布说明书的全部或部分内容，可以将说明书的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本说明书。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要此设计是设计结构新颖，能实现过坑、越障等动作的机器人底盘。通过在机器人机架上加装其他功能的模块来实现不同的使用功能，本设计的目的是为机器人提供一个动力输出平台，为开发各种功能的机器人提供基础平台。此设计移动方案的选择是采用了履带式驱动结构。结构整体使用模块化设计，以便后续拆卸维修，可以适应于各种复杂的路面，并可主动控制前后两侧摇臂的转动来调节机器人的运动姿态，从而达到辅助过坑、越障等动作。经过合理的设计后机器人将具有很好的环境适应能力、机动能力并能承受一定的掉落冲击，此设计的移动机构主要由四部分组成：主动轮减速机构、翼板转动机构、自适应路面执行机构、履带及履带轮运动机构。关键词 移动式；机器人；履带式；底盘；模块化设计AbstractThisdesignisaroboticchassiswithanoveldesignstructurethatenablespitsandobstaclestomove.Throughtheadditionofotherfunctionalmodulestotherobotracktoachievedifferentusagefunctions,thepurposeofthisdesignistoprovideapoweroutputplatformfortherobotandtoprovideabasicplatformforrobotsthatdevelopvariousfunctionsThedesignofthisdesignmobilityschemeistheuseofatrackeddrivestructure.Theentirestructureusesamodulardesignforsubsequentdemolitionandmaintenance,whichcanbeadaptedtovariouscomplexroadsurfaces,andcanactivelycontroltherotationoftherockerarmsonbothsidestoadjustthemovementpostureoftherobottoachieveauxiliaryover-holeandobstacle-overactions.Afterareasonabledesign,therobotwillhavegoodenvironmentaladaptability,mobilityandcanwithstandacertaindropimpact.Thisdesignofthemobilemechanismismainlycomposedoffourparts:theactivewheeldecelerationmechanism,theflaprotationmechanism,adaptiveroadsurfaceActuator,crawlerandtrackwheelmovementagencies.Keywords robot tracked mobile mechanism modular design27毕业设计说明书目 录摘要IAbstractII1 绪论21.1 机器人的现状及发展21.2 履带式机器人的概述31.3 本设计的目的及意义32 移动机构的分析及其选择52.1 典型移动机构52.1.1履带式移动机构的特点52.1.2轮式移动机构的特点52.1.3腿式移动机构的特点63 设计方案73.1 行走机构的选择73.2 履带机器人功能、性能指标与设计83.3 主要机构的工作原理94 机器人移动底盘主履带电机的选择104.1 机器人在平直的路上行驶104.2 机器人在30坡上匀速行驶104.3 机器人的多姿态阶跃115 履带部分设计135.1 履带的选择135.2 确定主从动轮直径145.3 确定节线长度155.4 计算所需的带宽165.5 功率验算185.6 履带主从动轮设计185.7 副履带部分设计206 履带翼板部分设计236.1 履带翼板的作用236.2 履带翼板的设计23结论24致谢25参考文献261 绪论1.1机器人的现状及发展机器人是集合了机械、电子、传感、控制、人工智能等多个学科先进技术于一体的自动化装备。自1956年机器人产业诞生后，经过近60年发展，机器人已经被广泛应用在装备制造、新材料、生物医药、智慧新能源等高新产业。机器人与人工智能技术、先进制造技术和移动互联网技术的融合发展，推动了人类社会生活方式的变革。当前，我国机器人市场进入高速增长期，工业机器人连续五年成为全球第一大应用市场，服务机器人需求潜力巨大，核心零部件国产化进程不断加快，创新型企业大量涌现，部分技术已可形成规模化产品，并在某些领域具有明显优势。机器人行业不断发展，机器人在生产人们日常生活中的应用范围不断扩展，其种类也逐渐增多。按照不同的分类方法，可以对机器人进行不同类型的分类，如，根据其功能可以分为操作机器人、移动机器人、信息机器人、人机机器人。按照用途机器人可分为工业机器人、农业机器人、服务机器人、军用机器人四大类。近十几年来，我国有关部门过分强调工业机器人的系统研发，而忽视了机器人关键技术突破，使得工业机器人某些核心技术仍处于实验阶段，严重制约了我国机器人的产业化进程。另外，对核心元件的过分依赖和创新能力的缺乏致使机器人生产的技术含量难以得到质的提升，从而导致工业机器人在诸多技术方面仍然停留在仿制层面。目前，机器人产业在我国正处于强劲发展的状态，各种类型正快速发展。工业机器人作为制造业皇冠顶端的明珠，其性能优势决定了其在工业生产中的优势地位。近年来，随着经济危机阴影的消退，工业机器人的生产需求量不断上升，市场销量也保持快速增长。未来，一方面由于我国劳动力人口不断减少，对劳动力需要不断提升，会增加对工业机器人的需求；另一方面随着产品加工精度不断提高等，也会提升对工业机器人的需求。对于服务机器人，有机构预测未来服务机器人将像家用电器一样普及，它将大量进入人们的生活，走进千家万户3。特别是随着我国人口老龄化加速，未来医疗服务机器人、陪伴机器人等的需要有可能会出现爆炸式增长。凭借其重要的战略意义，未来军事机器人也将越来越受到重视，其智能化将会越来越高。军事机器人本身也将会呈现“两级分化”的发展趋势。一方面，为满足新形势下急难险重任务的需求，提高工作效率，未来军事机器人将越来越偏向大型化；另一方面，为提高隐蔽性，方便士兵携带，未来军事机器人将越来越小，呈微型化发展。履带式机器人因采用履带式传动而得名。其最大特征是将圆状的循环轨道履带套在若干车轮上，使车轮不与地面直接接触，利用履带缓冲地面带来的冲击，使机器人能够适应各种路面状况。目前六履带摆臂式搜救机器人还是局限于单个或两个自由度。其主要由机械本体、控制系统、导航系统等部分组成。六履带摆臂式搜救机器人的研究涉及以下几个方面，首先是移动方式的选择，对于履带式移动机器人，可以是两履带式、四履带式、六履带式等。其次，考虑驱动器的控制，以使机器人达到期望的功能。再者，必须考虑导航或路径规划，如传感信息融合，特征提取，避碰以及环境映射。最后，考虑摆臂角的原理，这方面需要重点考虑，通过控制摇臂的角度来改变自身高度以达到越障过坑功能是这种机器人的最大特点。对于这些问题可归结为：机械结构设计、控制系统设计、运动学与动力学建模、导航与定位、多传感器信息融合等。1.2履带式移动机器人的概述随着人类社会的不断发展进步，在日常生活的方方面面都越来越需要移动机器人。移动机器人是一种由机械传动装置、高精度传感器以及电机伺服控制器所构成的综合系统 ，能将动态决策与分析、环境感知与规划、行为控制与执行等多种功能集于一体 ，同时对环境适应能力较强，能够方便操作具有人工智能的复杂控制系统。近年来移动机 器人 的 发 展有了明显的进步，它的应用也涉及 到 人们的各方面，农业、工业、农业 、 医疗 、交通运输等行业中，移动机器人都得到了广泛的应用。民用领域，移动机器人能完成家庭清洁、指路导引、运输货物、医疗救援等任务。军事领域，移动机器人可以侦 查军情、排爆反恐、防核扫雷等危险任务。因此，移动机器人的技术研究己经得到全世界的广泛关注。履带式移动机器人是指能够在各种复杂环境或路面中行驶并执行某项任务的履带式车。它集中了机械制造技术、自动化控制技术、传感器技术、和通信技术等多学项科的研究成果，是目前科技发展的前沿领域之一。美、英、德、法、日等发达国家，在履带式移动承载平台的研究方面走在世界的前列，典型的有美国卡耐基梅隆大学研制的 Crusher大范围复杂越 野的无人机动平台，德国的“犀牛”(Rhino)履带式 遥控车，英国的“地雷探测、标识和处理计划 (MINDER)”等。与世界发达国家相比，我国在这方面的研究起步较晚，履带平台的技术含量低、导航定位和传感等关键技术相对落后，在设计和制造上还存在差距。1.3 本设计的目的和意义机器人在现代化的生产行业里面用的频率越来越高，不管是生产汽车，还是加工各种电器，现在很多都是由机器人来完成。工业发展如此迅速，在这样的大背景下，机器人的很多要求就变得更多了，精度比之前高很多，复杂程度也高很多。总书记在两院院士大会中曾提到，“机器人是制造业皇冠顶端的明珠”。近年来，机器人行业的快速发展不仅创造了巨大的经济价值，也提高了人们的生活质量，促进着人类社会的发展。目前，在机械加工与电子电气等行业生产中，工业机器人的批量使用，使生产流程工序自动化、简洁化，显著降低了生产成本，提高了生产利润。同时，作为智能制造的主力军，工业机器人不断从汽车制造领域向机械、建材、物流、食品乃至航空、航天、船舶制造等领域渗透，带动相关产业的发展。此外，机器人在医疗、餐饮服务等方面的应用，也提高了人们的生活质量，便捷了人们日常的生产生活。在我国人口红利减弱的背景下，随着产业转型升级的不断深入，机器人应用范围越来越广，我国机器人产业将迎来战略发展黄金期。工业4.0正在加快推进，在进行生产加工的时候，不管是强度还是精度，自动化程度以前相比提高了很多，现在在很多地方都可以看到机器人加工产品，这一点是其他的加工方式实现不了的。在进行加工生产的时候，最重要的就是机器人的质量，质量好了，加工的产品就好，质量差，加工的产品就不行；机器人底盘对产品生产时间影响很大，产品质量还受到加工效率的影响，另外加工出来的东西是不是满足要求，可以生产多少，这些都关系到产品的造价。移动机器人系统主要分移动平台以及上层搭载两大部分，由于移动平台要求具有通用性、越野性，这就要求进行系统设计时，需要多方面的优化，即在满足越障、渉水、爬楼梯、行进速度等规定动作的同时，对系统进行可靠性分析、结构优化、重量优化等等。底盘结构是履带平台设计中最重要部分之一，直接决定了车辆行驶时的稳定性和越障能力。在分析了国内外移动承载平台技术发展的基础上，参考了各种地面承载平台及其底盘机构的设计，研究设计了一种小型履带式移动承载平台的底盘， 并对其各项性能进行理论与仿真分析。仿真结果表明，该履带底盘具有可靠的承载能力、爬坡性能优越等特点。2移动机构的分析及其选择由电动机输出的动力，需要通过传动系统传递到机器人移动平台的后轮上，以便驱动机器人运动。可见传动系统是整个移动平台实现是运动功能的纽带和关键。2.1典型移动机构履带式、轮式、腿足式三种是机器人的三种主要移动方式。另外还有步进移动式、蠕动式、混合移动式、蛇行移动式等。2.1.1 履带式移动机构特点履带式移动机构分为l条履带、2条履带(履带可车体左右布置或者车体前后布置)、3条履带、4条履带6条履带，机动性能好、越野性能强是履带移动方式的优点，缺点是结构重量大、复杂、机械效率低，摩擦阻力大，在自重比较大的情况下会对路面造成一定程度的破坏。履带式移动机构和轮式移动机构相比有以下几个特点：(1)越野机动性能好，爬坡越障等性能均好于轮式结构；(2)支撑面积大、接地比压小、滚动阻尼小、通过性比较好；(3)履带支撑面上有履齿，不打滑，附着牵引性能好；(4)结构较复杂重量大，运动惯性大，减震功能差，零件易损坏。(5)六履带移动机器人车体前后各有一对履带鳍，可以辅助越障，运动性能十分好。图2-1六履机器人底盘2.1.2轮式移动机构特点轮式移动机构是最普通的运动方式，结构简单、速度快、节能、灵活是轮式机器人移动机构普遍的特点，同时具有自重轻、不损坏路面、作业循环时间短和效率高、编程简单可靠性高，每个轮子都可以独立驱动等优点。当跨越不平坦地形时，与履带式移动机器人相比，轮式机器人则有着明显的不足，其稳定性和对环境的适应性则完全依赖于环境本身，对于进入复杂的环境完成既定任务存在严重的困难。按轮的数量轮式移动机构可分为2轮、3轮、4轮、6轮、8轮。此种结构有着一定的局限性，只能在相对平坦、表面较硬的路面上行驶，如遇到软性地面环境，容易打滑、沉陷，但也可以根据具体地面环境采取一些预防措施来缓解此类情况的出现。2.1.3腿式移动机构的特点腿足式移动机构的形式有2腿、4腿、6腿、8腿等。腿式移动机构优点有：(1)对地形有较强的适应能力。 (2)机器人的腿部有多个自由度，运动更具有灵活性。机器人重心位置可以通过调节腿的长度来控制，因而不易翻倒，有更好的稳定性；(3)腿式机器人的身体与地面分离，该机械结构的优点在于机器人身体可以平稳地运动而不必考虑腿的所放位置和地面的租糙程度，8腿移动机器人如图7-2所示，特点是越野能力强，稳定性好。腿式移动机构缺点有：1.此类型机器人机动性较差，移动速度慢，负载较小；2.需要进一步提高腿式机器人运动灵活性和对地面适应性；3.控制系统较为复杂，需要完善控制方法；4.尚未进入实用化阶段。车轮式，履带式、腿足式移动系统性能比较见表2-1示：表2-1典型移动机构的性能对比表移动方式轮式履带式腿式移动速度快较快慢越障能力差一般好复杂程度简单一般复杂能耗量小较小大控制难易易一般复杂3 设计方案3.1 行走机构的选择本文履带机器人移动系统采用的是履带式结构，总体设计思路如图4-1所示。图 3-1 机器人的车体的履带作为履带式移动机构，与前臂和后臂转动相协调，增加了机器人运动灵活性。机器人的前臂和后臂各由一个伺服电机驱动，和控制系统相互配合，完成前臂和后臂的灵活转动，在机器人爬坡和越障时发挥更大作用。机器人前臂和后臂协调作用，将获得更好的稳定性。永磁式直流电机驱动机器人车体左右两边履带，与控制系统协调配合，实现对前轴和后轴的速度、力矩的控制，能实现前进时的自由转向， 360原地转向，随时调整爬坡时的力矩大小。惯性轴位于车体主履带前端，配合主动轴，实现机器人运动的平稳。1. 后摆臂及履带 2.齿轮 3.永磁式直流电机 4.减速器 5.蓄电池 6.微控制器及组件 7.步进电机 8. 主履带 9.前摆臂及履带 图3-2 履带式机器人结构组成3.2 履带机器人的功能、性能指标与设计履带机器人的主要设计性能参数如下：表4-1 性能参数总体结构六履腿式结构自重50KG载荷50KG结构尺寸1205*624*380搭载接口二维随动搭载平台平地最大速度0.5 m/s正常速度0.3m/s最大通过坡度30通过能力能通过复杂行道续航能力4小时以上转向能力自由转向履带高度200mm前壁履带末端直径80mm后壁履带末端直径80mm 机器人车体具体尺寸如图3-3：图3-3 机器人车体结构尺寸3.3 主要机构的工作原理转向机构：在行驶过程中，机器人需要经常改变行驶方向，通过两个电机的差速比来实现机器人的转向。减速传动机构：通过行星轮减速器的降速，减速传动机构能实现增大转矩、调速，轴的方向通过直齿轮改变，输出后轴转矩，为机器人提供主要动力。后轴驱动机构驱动后轴位于传动系的末端。实现增扭、降速和改变转矩的传递方向等的基本功能。动力部分采用电机，低速轴的转动由齿轮副降速后带动，通过导杆滑块机构对轴与履带驱动机构进行连接，使履带驱动机构各自绕前后轴的中心线转动，使机器人能在不同角度完成爬坡和越障。4 机器人移动底盘主履带电机的选择动摩擦因数，摩擦力实际上只是表示起动时车轮所处的滑动状态对应的摩擦力，车轮一旦开始转动，所受的滚动摩擦力总是要小于滑动摩擦力。因此可取大一点。4.1机器人在平直的路上行驶 履带式机器人在跨越平面的沟槽或在平面移动，假设其速度最大，且匀速前进，则取 履带式机器人共有两个输出轴，每个输出轴前端都有一个电机，对机器人其中一个输出轴分析:图4-1 平直路线分析 又 则在最大的行驶速度下，驱动电机经过减速箱减速后需要提供的极限转速为4.2 机器人在30坡上匀速行驶机器人在最大行驶坡度上匀速行驶，设定行驶速度为,在行驶过程中轮子作纯滚动，不考虑空气阻力的影响，机器人爬坡受力情况如图 图4-2 30坡度分析又，则 则在最大坡度下需提供极限转矩为 4.3 机器人的多姿态越阶通过对上述几种姿势分析，在跨越台阶时，机器人的直流电机只驱动主履带，在实际跨越台阶过程中，机器人的速率不大，因此机器人所需要提供的输出功率也不大。由上述分析可知，在平面做直线运动时，机器人所要求的驱动电机输出的转速较大，需要驱动电机的输出转矩则在爬坡时较大。所以，在选择电机时，应该由平地直线运动所求的最大转速和爬坡所求的转矩进行选择。根据机器人爬坡情况的分析，,机器在平面状况下， 因而选取P=80W作为机器人的最大输出功率。 根据计算的履带式机器人的最大输出功率为80W, 输出转矩为22.1N.M, 输出转速为56.2r/min因为直流电机启动性能好，过载性能强，可承受频繁冲击、制动和反转，允许冲击电流可达额定电流的3到5倍。另外在使用过程中可携带或可移动的蓄电池，干电池作为供电电源，操作轻巧与方便。根据直流电机这些性能，满足主履带频繁受冲击，制动和反转的要求，满足机器人要携带移动电池的要求，因而则选择90ZY54型号的直流永磁电机表4-1 直流电机数据额定功率/W额定转矩/N.M额定转速/r.min电流/A电压/V允许正反转差速/r/min920.61500712150因为 则因为, 则又则选取 5 履带部分设计5.1 履带的选择基于履带标准化的思考，选择梯形双面齿同步带作为设计履带，其兼具带链传动、传动、和齿轮传动的优点。因为带轮与带之间是通过啮合来传递运动和动力的，因此带轮与带之间无相对滑动，能保证准确的传动比。同步带通常以氯丁橡胶为材料，这种带薄而且轻，故可用于较高速度。传动时的传动比可达10，线速度可达50m/s，传动效率可达98。传动噪声比带传动、链传动和齿轮传动小，耐磨性好，不需油润滑，使用寿命也比摩擦带长。准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大是同步带传动具有的优点，所以传递功率可以从几瓦到百千瓦值不等。传动效率高，结构紧凑，适宜于多轴传动，无污染，在比较恶劣的环境下可以正常工作。从以上对同步带性能的分析中可以得出结论，选用梯形双面齿同步带作为移动装置设计履带能够满足设计性能及工作的环境条件要求。由已知后轴输出功率为(即）；由已知设计装置移动速度，根据公式，可得主动轮转速，预先设计履带主动轮直径=169mm，履带从动轮直径=169mm，由公式，可得=59.71r/min.。故可以得到设计的已知条件如下：传递名义功率.主动轮转速r/min从动轮转速中心距.5.1.1 功率的计算式中K-载荷修正系数（由工作机性能和运转时间查相关数据可以得到为1.7）5.1.2确定带的型号和节距由设计功率=0.1377kw和=59.71r/min，考虑到可以用双面交错梯状齿形同步带作为履带使用，由相关资料查得选用XH型，对应节距=22.225mm，图5-1为双面交错梯状齿形同步带的结构图，双面齿同步带的节距和齿形等同与单面齿同步带的齿形和节距，图A为DA型双面齿同步带，其两面带齿呈对称排列，图B为DB型双面齿同步带，其两面带齿呈交错位置排列，本装置设计履带选择DB型。 图5-1梯形齿形状图5.2 确定主从动轮直径 对于梯形标准同步带来说小带轮的齿数是有要求的，能够保证同步带运转是最为基本的，履带选用的XH形同步带一样有齿数最小要求，由表5-1查得 表5-1小带轮的最小齿数小带轮转速XLLHXHXHH9001012142222900-120010121624241200-180012141820261800-36001216202230 由上面得到 可以代入公式 为了增大摩擦力，应考虑增大履带与接触地面的有效接触面积，所以履带离地面的高度不易过大，故取履带主动轮直径=169mm，履带从动轮直径=169mm。查表5-2，选择履带主动轮型号为24XH，履带从动轮型号为24XH，就近圆整带轮直径，查得履带主动轮直径=169.79mm，履带从动轮直径=169.79mm。表5-2XH型同步轮尺寸表（节距=22.225mm）规格齿数节径d外径do档边直径df档边内径db档边厚度h22XH22155.64152.841671384.523XH23162.71159.921741454.524XH24169.79166.991811524.525XH25176.86174.071881594.526XH26183.94181.141951664.527XH27191.01188.222021734.528XH28198.08195.292091804.5 同步带都有自己的极限速度，如果速度过大会使皮带轮机构的不稳定性增强，有较大的波动现象，并且在单位时间的转动次数会增加，不利于带的寿命的提高，所以有同步带的速度校核如下 查表5-1得 表5-3梯形齿同步带极限速度型号MXL,XXL,XL,T2.5，T5，3ML,H,T10，8M,14MXH,XXH,T20，20M模数1,1.5,2,2.53,4，57,1040-5035-4025-305.3确定节线长度确定中心距。增大中心距，可以增加带轮的包角，减少单位时间内履带的循环次数，可以提高带的使用寿命，但是过大的中心距，则会导致带的波动，降低带的传动稳定性。如果增大带传动的整体尺寸，中心距太小，则有相反的利弊，取带传动的中心距为由=169.79mm，=169.79mm.代入上式有由于环境对履带机器人工作的限制，所尺寸设计不宜太大，选择中心距的尺寸偏小，初选取=380mm。根据带传动总体尺寸和中心距的要求，带的节线长度可由带围绕两带轮的周长来计算，由下式可得：代入=400mm，=169.79mm，=169.79mm有1350.79mm，根据表5-4就近圆整=1422.40mm型号为560XH，同步带齿数为64。表5-4 XH型同步带节线型号（节距=22.225mm）规格节线长mm 齿数463XH1177.9353508XH1289.0558560XH1422.4064570XH1444.6365580XH1466.8566630XH1600.2072700XH1778.0080735XH1866.9084752XH1911.3586770XH1955.8088785XH2008.70905.4计算所需的带宽5.4.1计算同步带的基准额定功率kw 式中许用工作拉力，查表5-2得=4048.90N单位长度质量，查表5-5得=1.484Kg/m线速度m/s表5-5七种同步带型号的主要参数带型号节距基准宽拉力质量G带宽MXL2.036.43.0，4.8，6.4XXL3.1756.4310.0103.0，4.8，6.4XL5.0809.550.170.0226.4，7.9，9.5L9.52525.4244.460.09512.7，19.1，25.4H12.7076.22100.850.44825.4，38.1，50.8XH22.225101.64048.901.48450.8，76.2，101.6XXH31.75127.06398.032.47376.2，101.6，127.0 带入上式得 5.4.2算主动轮啮合齿数小带轮的啮合齿数为5.4.3定实际所需带宽其中为啮合系数，查表5-6数据可得=1表5-6啮合齿数系数5410.80.6上式中带所传递的功率=2.024kw本履带选用为XH带，可以由表7-9查的基准带宽如下表5-7周节制梯形齿同步带的宽度型号MXLXXLXLLHXHXXH基准宽度mm6.46.49.525.476.2101.6127许用拉力T273150.17244.462100.854048.906398.03带的质量m0.0070.010.0220.0950.4481.4842.473所以以上公式算得带宽为72.44mm，所以以此选取标准带宽，取标准值5.5功率验算 ,额定功率大于设计功率，说明带的传动能力已足够，所选参数合理。同时得到作用在轴上的力 5.6履带主从动轮设计5.6.1履带轮材料选择为了减轻履带驱动装置的重量，选择硬铝合金作为履带主、从动轮的材料，密度小，质量低，强度高，硬度高，耐热性好是硬铝合金的优点，能够满足设计性能要求。5.6.2及主要尺寸的确定履带和带轮的啮合方式见图5-2所示，图中为同步带轮节圆或同步带节线上测得相邻两齿的距离即节距。XH型节距=22.225mm，为同步带轮的节圆直径，主动轮节圆型号为24XH，=169.79mm，从动轮节圆型号为24XH，=169.79mm.为同步带轮实际外圆直径，主动轮=166.99mm，从动轮=166.99mm。图5-2同步带轮外径径节示意图同步带分为AS型，BS型，AF型，BF型，WS型，其中AF型和BF型为双边档边，由于本设计采用的是电动机、减速器动力总成放在翼板内，直接通过锥齿轮传递用后驱动轮轮轴。所以，主动轮选择两个单边单圈，从动轮选择一个无挡圈，选WS型同步带轮。主动轮24XH，齿数24，径节=169.79mm，外径=166.99mm主动轮初选两个双边挡圈的带轮，用于设计中将其组合。5.6.3齿面宽度的选择根据图5-3可以查得XH型梯形双面齿同步带轮齿形尺寸如下图5-3齿形尺寸节距=22.225mm，齿槽=mm，齿深=7.14mm，槽角=，倒角=，=，=3.048mm，根据表5-8可以查出以上数据。表5-8梯形双面齿同步轮齿形尺寸型号节距MXL2.0320.840.050.69200.350.130.508XL5.0801.320.051.65250.410.640.508L9.5253.050.102.67201.191.170.762H12.74.190.133.05201.601.61.372XH22.2257.900.157.14201.982.392.794XXH31.75012.170.1810.31203.963.183.048根据前面确定的宽度为76.2，及所选择的无档边带轮查相关参数可得到梯形双面齿同步带轮齿面宽度=83.8。5.6.4两轮允许的公差两轮所允许的公差如表5-9所示表5-9允许公差表项目小轮大轮外径偏差+0.150+0.150外圆径向圆跳动0.130.15外圆端面圆跳动0.190.26轮齿与轴线平行度齿顶圆柱面的圆柱度0.090.11轴孔直径偏差H7或H8H7或H8外圆及两齿侧表面粗糙度3.23.25.7副履带部分设计因为同步带传动具有确定的传动比，传动平稳，无滑差，能吸振，噪音小，传动比范围大等优点，所以传递功率可以从几瓦到百千瓦。结构紧凑，传动效率高，适宜于多轴传动。具有无污染的特点，因此可在工作环境较为恶劣和不允许有污染的场所下正常工作。其性能的优越性从以上对同步带性能的分析中可以看出，因此选用梯形双面齿同步带作为移动装置副履带能够满足设计性能及工作的环境条件要求。依照主履带的设计对副履带进行设计，具有相似之处。而副履带对主履带来说，起到辅助作用，能使移动平台获得更出色的越野性能，更擅长于越沟和攀爬。它的工作环境没有主履带恶劣，并且所承受的载荷也比主履带小一些，所以我选择H带。其设计方法参照主履带如下: 介于副履带的主动轮的直径选择应与主履带的从动轮的相当，则参照相关数据可选择副履带主动轮直径。 根据任务推出副履带从动轮直径 副履带主动轮齿数 副履带从动轮齿数 5.7.1计算副履带的带宽 根据前面的表5-5查得到：H带 选择标准带由表8-9差查得H带 5.7.2基准额定功率 计算所选用型号同步带的基准额定功率 其中 得出 而由 反推得到设计功率为5.7.3中心距的选择则确定中心距5.7.4带节线长度 根据带传动总体尺寸和中心距的要求，带的节线长度可由带围绕两带轮的周长来计算，根据下式求得： 代入数据根据表8-16可选带长为表5-10周节制梯形齿同步带节线长度及齿数长度代号基本尺寸极限偏差LHXHXXH345876.300.6692-360914.40-72-367933.4598-390990.6010478-4201066.800.7611284-6 履带翼板部分设计6.1履带翼板的作用履带翼板是整个履带驱动装置中的基础部分，主要起支撑张紧作用，履带从动轮，张紧轮和过度轮分别安装在翼板上。翼板的材料应满足质量轻，高强度，高硬度，易加工的优点，综合选择，所以翼板的材料选择硬铝合金。6.2 履带翼板设计翼板的主要尺寸见图6-1所示，履带主动轮，从动轮，张紧轮和调节轮在翼板上的位置见图6-1上部的一个圆孔和下部的两个圆孔所示，张紧轮翼板设计厚度为18mm。图6-1翼板主要尺寸 结论本设计移动底盘采用履腿式复合结构，前臂和后臂转动相协调，可增加机器人的运动灵活性。基于履带标准化的思考，选择梯形双面齿同步带作为设计履带，其兼具带链传动、传动、和齿轮传动的优点。因为带轮与带之间是通过啮合来传递运动和动力的，因此带轮与带之间无相对滑动，能保证准确的传动比。选择90ZY54型直流永磁电机作为动力源。其启动性能好，过载性能强，可承受频繁冲击、制动和反转，允许冲击电流可达到额定电流的3到5倍。另外在使用过程中可携带能移动的干电池，干电池作为供电电源，操作轻巧与方便。根据直流电机这些性能，满足主履带频繁受冲击，制动和反转的要求，满足机器人要携带移动电池的要求。通过对履带式机器人底盘的相关性能要求的验算，设计成果符合设计要求。相信这次设计获得的经验和处理问题的能力将会对日后的学习和工作都会有帮助致谢这里还要特别感谢我的指导老师代素梅老师。在我毕业论文的写的过程中，指导老师给我提供了相当大的帮助和指导。从一开始选课题再到修正，最后定稿，指导老师的建议是相当关键重要的。也要感谢那些曾经教导过我的老师，不光传授了专业知识，还让我懂得了对待学习以及生活的态度，让我们受益匪浅。此外，还要感谢朋友以及同学们在论文编写中带给的大力支持和帮忙，给我带来极大的启发。也要感谢参考文献中的作者们，透过他们的研究文章，使我对研究课题有了很好的出发点。最后还要感谢自己的父母，你们是我奋斗的动力，只要有你们，面对各种困难，都不会感到畏惧，不会退缩。最后对各位专家、教授还有各位老师对我毕业设计的评审和指导表示我最衷心的感谢！谢谢！自己的专业水平还有限，这次设计并不是没有漏洞，作为一名机械专业的学生，能把所学的专业知识用来解决实际工作中的问题才是检验掌握知识的最好的途径。参考文献1 徐灏.机械设计手册（第4卷）2版M.北京：机械工业出版社，20002 江志.机器人的历史.中国青年科技. 2003(11):36-373 章小兵.宋爱国.地面移动机器人研究现状及发展趋势. 机器人技术与应用.2005(2):19-234 徐国华,谭民.移动机器人的发展现状及其趋势. 机器人技术与应用.2001(3):7-145张明路,丁承君，段萍.移动机器人的研究现状与趋势.河北工业大学学报. 2004（2）： 110-1156 吉洋.林用履带机器人底盘