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江 西 农 业 大 学本科毕业论文（设计）完成情况登记表姓 名游毫性 别男学 号20100980学 院工学院专 业农业机械化及其自动化班 级农机1001论文（设计）题目履带式机器人结构设计论文（设计）完成提交时间论文（设计）取得主要成果及学生的诚信承诺 论文（设计）是在指导老师指导下，由本人独立撰写完成，除文中已标注的引用外，本论文（设计）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全了解本声明的法律结果由本人承担。学生（签名）：时 间：教师指导过程情况记录（选题、试验、调研、资料收集及论文撰写等过程） 选题符合要求，认真指导，定期检查工作进度，多次细致修改学生撰写的论文（设计）、图纸等。重点培养学生正确的思维方法、工作方法和科学态度。指导教师（签名）：时 间：指导教师对论文（设计）的审查意见 论文格式规范，逻辑结构合理，内容正确，工作态度端正，无严重抄袭或剽窃现象。达到本科毕业论文（设计）要求，同意参加论文（设计）答辩。指导教师（签名）：时 间：注：本表作为教学档案，随论文由各学院负责保存。履带式机器人机构设计摘 要在微小型履带机器人方面美国走在了世界的前列，代表机器人有Packbot机器人，Talon机器人，NUGV等。 我国微小型机器人的研究和开发晚于西方的一些发达国家，我国是从20世纪80年代开始机器人领域的研究的。其中具有代表性的有中国科学院研制的复合移动机器人“灵晰-B”型排爆机器人，“龙卫士Dragon Guard X3B 反恐机器人”，“JW-901 排爆机器人”等。此设计的目的设计结构新颖，能实现过坑、越障等动作。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，本研究的意义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：履带机器人;履带移动机构;模块化设计 Abstract In terms of micro small crawler robots walk in the forefront of the world in the United States, on behalf of the robot has disposal robot, Talon robot, NUGV, etc.Miniature robot research and development in our country later than some developed western countries, our country from the 1980 s began to research in the field of robot. One of the typical composite mobile robot developed by the Chinese academy of sciences norm of spirit - B type eod robots, Dragon Guard Dragon Guard X3B anti-terrorism robot, JW - 901 eod robot, etc.The design is novel, the purpose of this design can achieve pit, surmounting obstacles. Through in the robot arm with other function modules to realize different use function, the significance of this study is to provide a power output for robot platform, provides the basis for the development of all sorts of function of robot platform.This design is the choice of mobile solutions adopted crawler drive structure. Structure of the overall use of modular design, in order to follow-up maintenance, removal can be adapted to various complicated road, and can turn on either side of the rocker arm before and after active control to regulate the robots motion, so as to achieve auxiliary pit, surmounting obstacles. After reasonable design robots will have good environmental adaptability, mobility and can absorb a certain amount of drop impact, this design of the mobile mechanism is mainly composed of four parts: the driving wheel deceleration institutions, wing rotating mechanism, adaptive pavement actuators, track and track wheel motion mechanism.Keywords: tracked robot; tracked mobile mechanism;the modular design目 录摘 要21 引言52 履带机器人的现状及发展63 履带机器人的运动特性94 本研究采用的行走机构124.1 行走机构的选择124.2 履带机器人的功能、性能指标与设计134.3 主要机构的工作原理145 机器人越障分析155.1 跨越台阶155.2 跨越沟槽165.3 斜坡运动分析176 机器人移动平台主履带电机的选择196.1 机器人在平直的路上行驶196.2 机器人在30坡上匀速行驶206.3 机器人的多姿态越阶217 移动机构的分析及其选择237.1 典型移动机构分析237.2 本研究采用的移动机构278 履带部分设计288.1 履带的选择288.2 确定主从动轮直径318.5 功率验算388.6 同步带的物理机械性能388.7 履带主从动轮设计398.8 副履带部分设计429履带翼板部分设计479.1 履带翼板的作用479.2 履带翼板设计4710 计算履带装置的重心及其各部件重心4910.1 主履带的重心计算4910.2 副履带的重心计算5410.3 主履带及其摇臂也就是副履带总部分的重心计算55总 结56致 谢57参考文献571 引言 随着社会的发展，我们面临的自身能力、能量的局限越来越多，所以我们创造了各种类型的机器人来辅助或代替我们完成任务。履带式机器人包括侦察机器人、巡逻机器人、爆炸处理机器人、步兵支援机器人以及复杂环境下搜救机器人等，用来代替我们进入危险环境下完成一些如侦查、搜集资料、救援等工作，从而减少了我们工作的危险系数，在我们未来的生活与工作中起到非常重要的作用。民用履带式机器人被广泛用于工业生产等各种服务领域，如生产线传输、清扫、导盲和搜救复杂环境下的资料等各个方面。但我国对机器人研究起步较晚，大多数尚处于某个单项研究阶段，主要的研究项目有：清华大学智能移动机器人于1994年通过鉴定，还有上海交通大学的地面移动消防机器人已投入使用。北京理工大学、南京理工大学等单位承担的总装项目“地面军用机器人技术”研究是以卡车、面包车作为平台的，是大型智能作战平台。中国科学院沈阳自动化研究所的AGC和防爆机器人，中国科学院自动化自行设计、制造的全方位移动式机器人视觉导航系统，哈尔滨工业大学于1996年研制成功的导游机器人等。2 履带机器人的现状及发展20世纪60年代到70年代，想到工业机器人印入脑海的便是自动机械手。机器人移动功能的大力研究和开发是20世纪80年代以后才开始，现在作为移动机器人而研制的移动机械类型已远远超过了机械手。尤其是履带式机器人，不仅是生物体中没见过的移动形态，而且能够在复杂的环境下行进。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。下面是各国研发的一些履带式可变形机器人：（1） 美国的拆弹专家：如图2-1、2-2、2-3、2-4所示，这是美国iRobot的一种较小型“PackBot”机器人，现服役于美国军队，它搭配了一个爆炸物感应系统，能有效地探测炸弹。图2-3这种iRobot SUGV的机器人是一种小型地面探测车，重量仅为30磅。4江西农业大学学士学位论文,履带式机器人结构设计,设计：游毫专业：农业机械化及其制动化指导老师：肖丽萍副教授,履带机器人的基本介绍,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。,目录,1.履带机器人的结构设计2.履带机器人的运作原理3.结论,1.履带机器人的结构设计,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,履带机器人主要性能设计参数如表格：,履带机器人的车体尺寸如下图：,2.履带机器人的运作原理,减速传动机构电动机通过减速器的降速，以实现增大转矩，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。,行星轮减速器,后轴驱动机构驱动后轴位于传动系的末端。其基本功用是增扭、降速和改变转矩的传递方向，即增大由传动轴或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。,后轴驱动机构,双电机差速转向机构,转向机构机器人在行驶过程中，经常需要改变行驶方向，本机构是通过两个电机的差速比来实现的。,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：,机器人跨越沟槽：,结论,本次设计过程牵涉到所学知识的方方面面，通过自己的设计思路，一方面对以前所学的知识进行了温故，其次也为日后从事工程实践工作奠定了一定的基础。设计中，我对履带机器人的工