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目 录
1 引言………………………………………………………………………………… 1
1.1 移动机器人机械臂的研究意义及目的………………………………………… 1
1.2 移动机器人的发展现状及研究………………………………………………… 2
1.3 本课题的来源和研究内容…………………………………………………… 5
2 移动机器人机械臂的总体设计…………………………………………………… 7
2.1 机械臂结构的确定 …………………………………………………………… 7
2.2 机械臂设计的主要参数………………………………………………………… 7
3 移动机器人机械臂的手部结构设计……………………………………………… 8
3.1 手部结构设计要求……………………………………………………………… 9
3.2 传动方式的选择………………………………………………………………… 9
3.3 手部结构的设计…………………………………………………………… 9
3.4 电机的计算与型号选择………………………………………………………… 12
3.5 材料的选择与强度校核………………………………………………………… 14
3.6 本章小结…………………………………………………………………… 17
4 移动机器人机械臂的臂部结构设计………………………………………18
4.1 臂部结构设计要求…………………………………………………………… 18
4.2 臂部结构的设计………………………………………………………………… 19
4.3 臂部电机的选择………………………………………………………………… 26
5 移动机器人机械臂的肩部结构设计…………………………………………………… 28
5.1 肩部的传动方式………………………………………………………………… 28
5.2 肩部结构的设计………………………………………………………………… 29
5.3 肩部电机的选择………………………………………………………………… 31
5.4 肩部直流电机的计算……………………………………………………………32
5.5 肩部伺服电机与臂部和手部步进电机的控制………………………………… 33
6 移动机器人机械臂的结构分析………………………………………………………… 30
6.1 机械臂总体结构分析…………………………………………………37
6.2 机械臂的肩部结构分析………………………………………………………… 39
6.2 本章小结………………………………………………………………………… 39
结束语 ……………………………………………………………………………… 42
致谢 ………………………………………………………………………………… 45
参考文献…………………………………………………………………………… 46
1 引言
1.1 移动机器人机械臂的研究意义及目的
本文以实际项目小型地面移动机器人的机械臂为研究对象。设计移动机器人的机械臂的结构。所谓移动机械臂，就是将机械臂安装在是一个小型多用途移动作业机器人智能移动平台，小型多用途移动作业机器人是一个智能移动平台，其上可搭载爆炸物处理、侦察、通讯、探测系统或其他特殊作业系统。移动机械臂用来实现一些动作如抓取，可以在机械臂的末端执行器上安装一定的工具进行作业，通过移动平台的移动来扩大机械臂的工作空间，这种结构使移动机械臂拥有更大的操作空间和高度的运动冗余性，并同时具有移动和操作功能，这使它优于传统的机械臂，则具有了更广阔的应用前景[1]。目前智能移动机器人正向着拟人化、仿生化、小型化、多样化方向发展，其应用也越来越广泛，几乎渗透到各个领域[2]。
移动机器人技术的研究属于多学科相互交叉，相互渗透的，对它的研究具有很大的理论价值和广阔的应用前景。在工业机器人问世40多年后的今天，机器人己被人们看作为一种生产工具，同时随着科学技术的迅速发展和人们生活水平的提高，机器人的功能己不再是只能从事某项简单的操作，而是可以承担多种任务;机器人的工作环境也不再是固定在工厂和车间现场，而是开始走向海洋、太空和户外，有些甚至已经进入医院、家庭和娱乐场所。具有智能特性的自主式移动机器人正在向非制造业方向扩展，这些非制造业包括航天、海洋、军事、建筑、医疗护理、服务、农林、办公自动化和灾害救护等，如飞行机器人、海难救援机器人、化肥和农药喷撒空中机器人、护理机器人等。近年来，对移动机器人的研究受到重视，仿照生物的功能而发明的各种移动机器人越来越多，小到娱乐机器人玩具、家用服务机器人，大到工程探险、反恐防爆、军事侦察机器人等。相应地，这些领域对所应用的移动机器人系统也提出了更高的要求，特别是在机器人的运动速度、灵活性、自主性、作业能力等方面的要求越来越高。因此，无论是在制造业还是在非制造业，具有智能特性的自主式移动机器人成为了国内外研究的热点。
历史上一切高新技术无不首先应用于军事领域，移动机器人机械臂也不例外。随着二十世纪末的几场局部战争和二十一世纪初期席卷全球的反恐战争进程，特种战争以及城市战争日益成为战争一类型的主角，这一转变直接推动了各国地面移动作战平台即军用地面移动机器人的发展。现代战争凸现了局部范围内的信息化，而战场机器人凭借自身的优势特点，已经在本世纪的战争，例如伊拉克战争中成为耀眼的新星。现代战场尤其是城市内反恐怖战争中单兵的生存能力受到了极大的挑战，微小型地面移动机器人由于体积小、隐蔽性好、快速反应、机动性好、生存能力强、成本低等特点，并且可以在远程遥控甚至自主情况下完成部分原本由士兵完成的任务，可以不论白天还是黑夜都能了解周围的楼房里及街道上的敌情。除侦察外，微小型机器人搭载微小型武器系统还可完成诸如扫雷、排除爆炸物、控制武器射击等各项任务，而且不会有人员伤亡，极大减少了伤亡率。因此特别适用于城市和恶劣环境下的局部战争和信息、战争，具有重大意义和军事效益。二十一世纪的战场，战争的初期极可能是一场无人系统的较量。永不疲倦、无所畏惧的微小型无人移动机器人是最理想的士兵。它们已在战争中显示出的作战本领，可以证明它们在未来战场上的重要地位。微小型无人移动机器人的机械臂特别适用于城市和恶劣环境下(如核、生、化战场等)的局部战争和信息战争，具有重大战略意义和效益。
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