（机械设计及理论专业论文）dragonⅣ型排险机器人车体驱动装置设计与试验研究.pdf

独剖性声明 本人声明艇黧交的论文爨我个人在譬烬摆导下避褥的研究工l 乍及玻零的珊寇成果。 尽我所知，除了文中特剐加以标注和数谢媳地方外，论文中不包含熟他人已缀发表或撰 写过豹研究减巢，迄不龟含为获得沈阿农鼗丈学我蒺它教育裰构耱学位或证书蜀後瘸遭 的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 袭示了落意。 磅突生签名： 戡堂盒 醇阉：i 洳；冬舞莎罄 寻薅签名： 转聋& 兰_对溺；孙渖孑年g 弼扩翻 关于论文知识产权和使用授权的说明 本论文浆知识产权为沈阳农业大举魇露。本人宠垒了勰、凌阳农业大学有关攥黧、使 糟学位论文的规邂，即：学校有权保掰送交论文的复印件和磁盘，允许论文被蠢阅和借 阕，哥戳采矮影窝、缩印藏扫绉等复副手驳保存、汇编孥覆论文。溺懑沈鬻农鼗大学可 以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的内容。 学位论文中盼所有内容不经沈阿农业大学授权不得以任何方式援岛对外发表。 f 保密麓学徽论文在解密焉瘦遵守斑汝议) 磺究生签名： 鳃学楚 时瓣：丑力歹年g 嚣步鹜 导顺籀察： 姥惫豇k时间；拶昭年f 月，r 霞 沈阳农北大学礤士学位论文 摘癸 枕器a 技术作为世毙人黉最伟丈的发明乏一，自年代栅婀擞隧来，经历4 0 多年蕺敷麓墨澈褥长足的遴步。工业机器a 在经历了鞋垒成篾一诫熟期衙墨成 为粼遮始中不可乡匏核惑装整。特秘机器入俘两机器凡襄藏懿蕊起乏秀， = 予冀耀遮广 泛而大膏后来詹上之势，傍a 辫机器大、农业橇器人、媵务枫器 、承下机器a 、医疗 机嚣a 、军掰糖嚣人、蜞菇褴器a 等各种用途羽特葶孛瓤嚣a 纷纷两蛙，i 爵鼠鹾泓飞捩匏 遘瘦肉窭用佗迈逡。擗险税嚣a 属于黪释机器人的”一耱，主要耀予摊爆鄞反恐。 摊陵机器入能代酱八不能去蹴不适蛊击的地方避静危验佧_ 幢，圭簧癌辫于公安、武 祷翔部队游部门。打击恐蟪分予、瀵灭恐怖主义、檄陈恐榷缀绒，避瓶保护a 民生鞠 黠产寰盎，盘是嚣豁反恐斗争的蔫安。黼她密醺民经济中宥着整要俸耀和重大拽酶意义。 本文研巍了圄内辨军用机器入的发展现状及艘袋趋势，对帆器人的皴术要求及指 檬、】：俸过程殷参数遂行了分橱，邋过磷究平两榄捣综台理论茅 1 z 业槐瓣人桃搀理论， 分橱轮、髓、疆带藏懋移动辍掏麴疲翔特斑，将平霜桃构练台窥工业机器人串翁檄念辨 延到移动橇构上并将机构瓣台的方法廊螭日嚣_ 醯枫构综台上，提出了复合移动枫构躺 练台方法秘复合穆礤税鞫的运动条 i = 。 依攥囊赍移动机卡窀练奁方法，针对祷定任努要求麴嚣翁构环境，设诗了基子笈含斌 掏的前黼摆臀式履带结台轮试非结构环境排硷枕嚣a ，扦对摊陵桃器a 的规樾结绚和逡 动特性俸了舟绣。擞据机器人设计要求选撵了禽适黪电机，瓣时设计了双月转谐波减遮 器的新结构，推导波耘型敢藤乾谐波减涟器减遴诧计簿公式，诧结构中一个辫轮鞠定， 一个刚轮输出，实蕊了受大酌减速沈。 根撼非缭梅环境的特点，采用运动乎掰交换豹方法，建立了搀殓枫嚣a 豁歪随稿笈 秘运动攀模型，捧讨论了建搂误嫠。避避分辑撵羧辊嚣a 在典型地形下的遮磷过程，建 立了复合移动机构的尺度与性能之婀鹃联番，对于嵇动筑梳韵典体设计提供了依据。 最磁在橱建豹寰逡饕缝鞫环境秘基然绩构环境下对辩陵机器a 遗行7 实验研究+ 潋验诫绺陂瓶器入的毪麓并搿实验过程申的1 些联黎进舒掰究井傲癌瓣释。 本骈究能成朋于公安、武警、部腹婷龆门，为军用机器人乖 研和生产提供了先避韵 技术支持，具有攫菇的实用贽馈和学术份值。 奖键落：撵陵税箍人；聿体驱动装鐾；菲结构强壤；穆动机构 矮譬 摘要 a b s 锰a c t t h em b o tt e c h n 蚪e ，矗嚣甜吣o f t 如辫孽t 。s ti n v 瞰蛀o n s 证i i 】甜i k i 摊do f 2 0 n 乜越e 岛8 i n e e 蛙瓣b e 瘿勰臻go f $ o 囊p u b l i 硪，d 甜蕊gm b 瓣m 鲫oy e 热d 州e l 。p 礅e 饿熟a s 舞l f e 嚣d y 。b f a 证e d 糯e8 曲s t 赫t 渊神g r 髓s 1 如i n d 嘲阳蹶氆越e x p 蕊蝴dt ob e 小g r o w 小一m 粕地p 矾o d ， h a v 。b e c o m oo ni n d i 印e n s a m e 。0 r cm a t 耐裔i n 也em 蝴埘撕n gi n 瓣娃y 1 奄es p c c 赫妊丑d r o b 甜w h c hi s 撞游翻e 拄to n e y o 瞄窖e rg 豫材撕o no f 氇er o b 越轴鞋s 曲。堪，d u et oi f sw i & 瑚培e 。fa 弹莪c 矗_ f i o nl r e 嚣端a t l y 协r e s i d e 般洲棚su pi 拓p o w c r s l 烛辩嚣辨掣如玎n m b 鸲a 鲥c u l t u 掉b o s e m c er o b o t ，u n d e 刖a t e rr o b o t ，m 蕊c 越姚矗妇e n tf o b o t ，f o ru s eb y 斑en 匠l i 啦种b o ，锄u s 瞄n 髓t 曲融e 她蟠l e 删m b o to fv 嚣r i a 聃u s 。p 曲越豳船i n s n c e 雌由埤dj u s t 甄j 【o v e 量 o 鄹矗r da tf b t 印l e e d 协p 撼瑚j 眦l 缸r n ，r o wi 黼u r a n c er o b o t 躯a 轴耐o f m es p e c i 甜k i l l dm b o t ，m 蕊d yu s 硝f o rr o w l oe 砷l o 如a n da n 谯t o f t h e 琊w i n g 诖r 拍c er o b o tc a n 。c p l a k h 啪髓如g 。| o 蛀l ep l a c e w h e 糙氆eh 蝴雠e 矩键 g ot oo r 潮掣叼剿t 。d om ed 萨r o n sb 螂e 辅怕r k ，m 建矗口yb ea p p 甄穗如髓l 站s e c t m l s ，飘王c h 器 p u b h cs 蹦u r i t yo 黼d 啦，a m l 。dp 。l i c ca n d 缸o o p s 蛳t o 丘曲tm ei e h o 8 t ，t 0e x t e 咖i i l a tl h e p o “c yo f 涮。r 鳓dt o 粼把躺 雌f 氆e fg r 0 印，氇。np p i 。i i w l 赫。甜i 谗瓤础p 雄p 耐y s 蛔c a n b ep r o 心。t c d ，i 言a l s o 斑ed e m a n d 。f t h en a 垃臼n sa i l t i t 蹦铅rs t m g g i e 1 瓢e 站轴羚i t h a gt 圭l ei t n p o r t a n te 船c ta n di m p o f ；【a 1 1 ts 仃a t e g i cm e a n i n g si nm en a t i 。n a l 钟o n o m y 雹矗s 把x ts 粕击蕊国e 面m e s 垃ca n dl m e 撇a t i o n 越糊i l i 谂f y b o t 出弹d o p m e n te 伽d i t i o n 鞠dt h ed e v 矗o p m e m 订鼢d sa tf r e s e n t ，a n a 【y 也et e c q 辩er e q u e s ta n di n d e xs i g n s t h ew o r k p r 0 s sa | 1 dp a r a m e t e r so f t h cr o b o t o nm cb a s i so f r e 寒棚d m p r e l l d i i l gm ea 枷。硼t o fl i t e 璐f u 端， h e 朗 h 啦s 抛硪尊dm es 妒也e s i s 醢l e o f yo f 癣龟n 舡m 蹦垃g ma n do fi 飘d u s t d 以 r 曲o t s 强dt h e n 黜a | y s e st h ee h 靴c t c d 8 垃g so f y p i c 艇m o v 渤gm 端h 翘i s 廿l ，出ew h e 。l ，l h ei e g m dt h e 廿a c k 。1 _ | ”o u 曲t h ee x t c l l s i o no fc o n c e p t so n f o ri 硼u s 协“r o b o t st om o v i n g m e 巍a n i s m 囊越dt h ea p p i i c 删。赴o f m e m 。d sf 0 。p l a n 盯m e d l a n i s mi om o v i n gm 。c 湖1 i s m ，_ 量1 e a u m o rp 辩1 1 t c d 1 es y n m e s i gm e t h 。d 8 撼dt t 酢m o 谯o n 埘s 轴c o m p o u n d e dm o v 主n g m e c h a 珂s m s a c r d i n 窖轴t h es y n t h e s i sp r i n c i p l 鹳协rc 。m p o h t 堪嬲m o “n gm e c h a n i s ma n dm e 黜a l y s i so f c h a r a c t 。f i s t l c s 。f 如e 龋s t r l i 。u r e d 尊n r 咂h n 8 n t ，n 端a u m o ld e 冀i g n e dt h ef y p e 。f 也e a r r ni n 矗n ta n db a c k 一廿a c k m b i n cw h e e l sr o wi n 洲r a l l c er o b o ta n dp r e s e l l l e 【lt h e 2 沈阳农业大学硕士学位论文 s 嫩】c t u r e 龋瞧o wi 站黝僦c o b o ts y s 融n 撼d e t 酬躺d船a c tc h a r a c i 龋s t i c a o c 锵d i n g 地 m ol 蛩b o td 械g n 愆q 口e s tl 曲o o s e 如e 霸t 矗o c t n o 甜g j m 。l n g ，硅糕i g nan 蝴s 讯l e 瞰f eo f d o u b l ed 套d 鐾船rh a r 诬o n i c 残避u c 目雠如es 】芏玎et i l e ，d e d h c ean e wd e c e l 髓a 鼋e 攮er 融i o c a 王c u l 毹i o n 霞舶程耐8o fd o u b l e 藕西dg e a rh a 打n o 巍er 耐u c 帮，扭獭i ss 蝴越m t 圭l e 糟童8a 螽x 。d 埔垂dg e 氇r 蛐dao n 译砒n 西dg e 出，l o 糟鞋幽班e 牡g e rd 。l e 端培m o 糟垃o t h e 如n v a 蚶a n di n 、，e r s o 聪n e m a h e s 撒壮d 娃f o rt h 尊r 。w 虹s w 黼姥 h em b o l 谗d 峰l 嗣 w 浦商瞎搬髓随do fc h 鼢搿n gp i 瓢e s 缸o n gw 1 矗c h 嘲ef o lm o w sa 1 1 d 也em o d e lt o l 科a n c ei s s t n d i e dw i 瞧c 嘏1 8 l d 髑t i 硼o f 搬ec h a f a e t 瓣蛾c so f 糯3 仃豫f e de n v i 煳e 箍t 瓿e 靴挂l y s i so f m 蹦i o np 坤c 列u r ef b r 埔er 。b 啦o n 铡c a 童t e 拦穗r 搴1 3 姆s 也es i 辞o f 搬o v i 蟪m 幽a 磁觥l 毛。恕 p 躺f n l 翎。岛w h i c hp m v i d e s 俑bd a t a 蠡) f 妇1 ed e s l 毋io f b o t 。 趣h ee 戚，h c 翔wi n 射l 精n c et 酶“蜘t s 椭t e d 把t h 甘黼$ r u # t u r 甜锄v i “m m e n t i i n c l 沁遗g 嫩e 趣d o o f s ，h 博m 鞋d o o 搀黼dv 积萎e s 幽ep 钟翩褂醐c eo f b 醣，e x p l a 聃糕o n s 蕾= h s o m e p h e 舯m 。藿1 8f o u n d 讯t e 8 协戤op r e s 妣t 树。 髓i s 擀如c 8 n b e 獬越e d i n 墩es 蛀o n s ，s u 豳a s p 涵i i c 姒西t yo 雠哦胡鞠崩p 。l i c e 3 n d 细，o p 8 e t 。，p r 。v i 成n gm e 岛r e n m n 鼎把d h n i q u es u 弹艘tf 醣m 擘m l t 8 r y 幽t 托8 剞啦h 甜疆p r o d u 蠛i 徽，b a v 她也ov 蝌挺醇l yp r 8 c 畦c 器1w o r m 粕da c a d 蹦i ev a 】u e 。 y w o r d 辩 r o w n s h r a n e e 搬er 铮b 。t ； b 。d y w 黼kd r 耋v 攮gd 捌神： 硅h g t r 髓娃r e d 雌讲r o 瑚l i 撼t f 拦o v 羹g h a n i s 难：t 糖拣 3 第一章绪论 第一章绪论 国外军用机器人事业已经发展成熟，如美国、日本、英国、德国、法国等国家，而 国内军用机器人事业还处于刚剐起步阶段。只有几家公司和科研机构在研制。随着社会 的发展军用机器人的研究愈显重要。排险机器人的研究对社会和平、对国家安危、对人 民安全，有着重要作用和重大意义。 ( 以下有些图形用机器人整体图形说明) 1 1 论文研究的目的及意义 机器人的应用领域不断扩人，从工业走向农业、服务业；从产业走进医院、家庭 从陆地潜入水下、飞往空间。机器人展示出它们的能力与魅力，同时也表示了它们与人 的友好与合作。“工欲善其事，必先利其器”。人类在认识自然、改造自然、推动社会 进步的过程中，不断地创造出各种各样为人类服务的工具，其中许多具有划时代的意义。 作为2 0 世纪自动化领域的重大成就，机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。 机器人的出现并高速发展是社会和经济发展的必然，是为了提高社会的生产水平和 人类的生活质量，让机器人替人们干那些人干不了、干不好的工作。在现实生活中有些 工作会对人体造成伤害，比如喷漆、重物搬运等：有些工作要求质量很高，人难以长时 间胜任，比如汽车焊接、精密装配等；有些工作人无法身临其境，比如火山探险、深海 探密、空间探索等；有些工作不适合人去干，比如一些恶劣的环境、一些枯燥单调的重 复性劳作等；这些都足机器人大显身手的地方。服务机器人还可以为您治病保健、保洁 保安；水下机器人可以帮助打捞沉船、铺设电缆：工程机器人可以上山入地、开洞筑路； 农业机器人可以耕耘播种、施肥除虫；军用机器人可以冲锋陷阵、排雷排弹一排险机 器人能代替人不能去或不适宜去的地方进行危险作业。反恐战场就是一个急需危险作q k 机器人的地方。排险机器人主要应用于公安、武警和部队等部门，打击恐怖分子、消灭 恐怖主义、根除恐怖组织。进而保护人民生命和财产安全。因此在国民经济中有着重要 作用和重大战略意义。 d r a g o n 型排险机器人是针对公安、核工q t 、军事、化工等危险、恶劣、有害环 境f 应用的特种作、机器人，它不受任何外界电磁干扰，可以代替人在危险、恶劣、有 害环境中进行观察、检查、搬运、清理、操作及安放特殊装置，用以保证人员的安全、 害环境巾进行观察、检查、搬运、清理、操作及安放特殊装置，用以保证人员的安全、 健康。 4 洗赡农蛙大学骥士学位论文 1 ；2 国内夕摔陵章曩髅入发震臻状及憝势 扎2 1簿浚橇嚣太鹩发糯琥耩 慝蘸，纛羧攥作飒嚣人农弱步 鼗经发展躲类型缀多，数量缀犬，域必一个祷缀大市 场的产鼗，器张技术也都经邋凡轮斑纛髑，技术魄较成熟。莺圆琥商鼢类型少，数整少。 大多处予试验与榉梳阶裁，寝掰经验少。溺筛危险揲作机器入韵应用醴经进入安髑化阶 段，荚窝、英霞等国家殴缀开始大爨装餐，耨我匿瓣j l 蓼还处予疆巍，跟蒎与试验除黢。 僬楚我国的秘礴人员经媳努力，在一蹙方鼹穗经接避蓐际先进承警。凇麴已骞凡耪惫殓 搽侔橇器入沿经投入便掰，遗垫都为我们开震下步研究工作打下了鼙实的基础。 枫嚣入燕一秘装冬有访篱极褒各释转感嚣懿怠韵德秘搬，它戆够程燕除、瓣劣褥工 镎环壤下代餐入扶器番静工作。军翅狐嚣人为瓿嚣人家族媳一个分类，不仅鑫帮平时期 胃戬帮助武警公安入受挤豫炸弹及搬运危险可疑物、，在战时述可以代替士兵执行排雷 稚嚣、使褰秘浚辔筹备秘程务。今天茨、蒸、德、注、弱等毽澎避经骈涮餐多释蕊i 莺的 逾蘸攀角撬嚣入。 缝面犁阉税貉入军休豁分一般分为轮式、履带哉和轮履带结合筑，根据其大小又分 为燃濑式秘邀凌式，大型羧果翅然涟方蕊，中小黧般莱爝壤动式，燃潼或特点魏靛 灏鼹供方便，褥绥俸蠛黥力髅，瞧蹙续构嶷杂，露缨妒性较蓑；嗽魂式结褥擦簿篱擎， 机动链好，搽作方便且便于维护，目前大多数采用盾赣。以下为国外几窳公刘黛产的几 秘露熙军恩瓣嚣入。 ( 1 ) 英圜髓艇嵇隰e 公溺生产敕拣器人，热霜i l ，l 一2 ，l 3 ，l 一4 。 蕊卜 $ “r # 醛翠黧辘赫人 f ；g 泔e 一 7 h es q p e rg ；ll t 8 r yr 曲酞 萄 嚏a n d f o $ 鬻o l v e r n e 穗攀用机器a f g 甜e1 - 2 事b 母 抖毋o s 孙 v e r l n em li t a r yr o b o t 5 第“颦绪论 龃1 3 n d r o em i n ；f i 型军用机器圉卜4 攀撼率_ 鹧p l u 3l | 撩控车塑机器 f ；斜f e 卜3 b e 赫罐r 糟鼙i n l m ；t g r 擎r o 赋 f ；墓“r 搴 q 轴踺骶8p 锚i o t f “e $ r r 嫩醅t 隧匿8p l 燃鹱遥控车楚熬器上蠢毽滋黪滁臻簿渤概器大，冀皆髓k 7 登爨器a 予2 0 世嬲7 0 年代装餐英国陆犁，观已为m k 8 测机器人代懿。目前已谢妁3 0 辆出口燮馘欧、 巾塞移嚣黎一魏麓家。谈霉装蒜4 令逛麓斌，并爨鸯敞逡褪城变途鏊，毫韵蕊憩输爨功 攀霸量予气缎撵爨兔2 5 0 搬l ，l 、汽率发熟掇瓣功攀。瀵道车上蔻轮潮隳条辍漆装饕魏蘩 麟移动整举爨心，从而改搬率辆姿态。镬淑变车体资怨时用凸轮裟戡张紧履带。泼蕊遴 4 遵l 巷融l 长筑溆线或溪无线逝遴蔷线鼹逡褥控裁。 2 美嚣嘏0 8 拶 公霹熊产瓣极嚣大，翔图l 5 ，i 一氐 鬻 屿a o k 8 ti 键型攀l 瓿耩天 f ；蝴 e 卜s 下h ep a o k 轴t 。0m i t a r yr o b 口t 沈阳农业大学硕士学位论文 该翠弼机嚣人为美瀚现在装备郝队最先进的机器人之一。采踊前置攥臂疆带式车 体，整车长8 蕊，宽4 0 0 黼，高2 糯n ，手臂 牵袄i 狲，负载5 g 地，可遥控和裔线控翻 两种，配霄红外夜视成像竣铸和各种搽黉蒋设备，蓠电池供电，重量5 0 k g ，由于体积小， 重量轻，机动性强，菇实用性广泛被美攀部队认间，现在美国酃队中装备了大批该型号 攀爝辊器入。 瘸 吨姆耱露撤运p a e 毡截军用掇器大 f i g u r e 卜6t h e8 p e c i a ik in d g od i e r st a k et h ep a c k b o tm i i t a r yr o b o t s ( 3 ) 美国f o 髓辨m i l l e r 公嗣生产的瓤器入，如图l 一? 。 重 一7t t 饿壁军用撬嚣人 f g u r e 7t 哺t 矗l 测m t a r yf 曲o t t a l o n 军用机器入采用履带式缩构，其结构简单，实用悛好，便于维护。 7 第一章绪论 ( 4 ) 德圜t e l # 汹公司生产豹机器入，如图卜8 。 图卜8t e o d o r 型军用机器人 f 孽u r e1 8 了h et o d o rm il i t $ 竹r 曲o t 德国t c i 嚣幽公司趋家专门生产特辩梳器入豹辩溪公司，其产赫已经淑嗣予军酝、 警察、消防以及核工业蹲部门。t e o d o r 机器人长1 3 0 0 啪，筑6 8 0 m m ，高1 1 0 0 黼，速 度o 5 0 i f l m i n ，载重1 0 0 媳，瓠重2 0 1 0 0 垤，操纵方便简单，控制灵活，特剃遗合各 释武器韵搽 乍平台。 ( 5 ) 其他国外挈用机器人，如图l 一9 ，卜1 0 ，卜l l ，l 1 2 。 鍪 一g 美国p r 涮l 姝辊舞太车 露 一 美国海攀醚战鼓撼露谈察援嚣大车 f 秘r e 卜g 玎科 # a np r 0 并l e rf o b o to a r sf 割r el 珊 0 脯r e a n 啪r i n e r p s + g r o u n d sp r o b e 惦er o b o te a r 8 沈阳农业大学硕士学位论文 凿 一 鹾辍牙罗穗轮裁辘器人车灞 一谨鞋惫劐t s | 卜嚣蜂警戒车 f i g u r e 卜 l t y p er o b o t0 a r 礴s p 私 s h “0 s e sf i 割 。 2 粕s s | 卜7 黼r n n ；n 暮0 3 r 蝣l $ r a e l 茵维克厂制造了“独鼹庇”蓬机器人，长o 7 5 m ，宽o 3 6 m ，高o 2 4 m ，光线或肖 线遥控，嚣曦池供电，遮魔o 。5 删s ，京摄像规嬲缓夕 热像纹一i 二 ：l f 寄一个搽铪芋，能瓣 爆炸麓讶翻蠛等| 缮。英麓男一狩m p r 8 0 0 较大型枫器入，6 轮，紫浊搬动力，能举趣l l o 昭 璧耪，襁械辩长2 5 m ，7 个窝蠢度，遥控3 0 m ，能工作9 h ，可在危险街邋巡逻、排 缣、救火。英潮鬟有襄的楚“手雄车”赡黎辘器入，它2 0 世纪7 0 年代开始艘餍，现慈 露裙8 释型号，畅销5 0 多个瀚塞，已佼箱g 多台。其中酣黼漤辩遮8 勋1 b ，蓠魄 池电机为动力，戆上下楼梯，上麟蠢鼹鸯摄像掇，一个规城手，栽囊疆爆妗秘，窿哥 安装霰弹稔，诲羧、孳i 爆缣撵秘。英嗣曾黛它在骂岛清除残蘩舱炸弹、炮弹、越黉。 西雾 黼遗斯公司磷制了一种“遴弥罗讴”的虢燎枫器入，3 0 避夔，变澎履豢廉盘， 嚣线遥控2 0 0 m 。该公司遮硪到了一种“罩鬏s 2 ”款中型极器人，2 6 5 毽，长1 ，2 m ，宽 o 7 m ，离i m ，缆过i 。2 m 淘，i 二4 0 。域，规鞭臀最大 审长2 4 m ，举起7 0 蛭爨物。德 缓u 越蛰e x 公霹研铡了“r o ”爆炸貔怒毽撬嚣入。6 轮，3 台蔽僚机，器发予辩的半自 动截弹枪，机械手能伸出3 1 3 m ，抓璧8 0 堍，速度6 。5 k m h 。美圜在1 9 8 4 年奥运会 上搜蹋了“埝褥蘸”撬器人，6 轮，能上下楼梯，上蕊鹣2 。4 m 长枫械手髓攀缒7 0 埏 羹貔。上嚣鸯支短枪。能凌毁、弓l 爆壹乍弹。男一瓣“旗手”撬嚣人楚轮覆合鳘残盎。 两条梳械鹫。j = 蔼有一挺机枪，隧对4 5 m 肉目标精确击毙恐怖分予。 l 。墨。2 排除飒器人麴发展怒势 醚着计算机技术、丈艇摸集成电路、人工智熊、枫嚣褪觉、馋感技术以及工l 驶瓤器 9 第章绪论 人的飞速发震，军蠲税器入的研制磁受剿许多莺家特髑是发这国家豹重视。现代意义上 瓣举矮瓿器人獗毒最晕跫簌荚国开赡黪，1 9 8 4 年转嚣，荚蓬嚣貉嵩缀研究诗麓萄与蘧军 合作，开始研制世界上第一台地面自主车辆，目的是要造出辆能自主导航的窜辆，它 可以在入不干预的靖魏下自己在道路上行驶葚至越野，从雨为研稍真正的枫器太战车打 下了技术蒸礁。l 鳃9 年缝甏鑫主车搀车瀚毽，它秘翔魏稼谖羯技术浮虢，程较平溪豹越 野环境中，可以1 0 k m h 的速度自主行驶。 凭着螽身豹经济和科技实力，美国军髑机器入礤究进展较快，现在已辑制出魄面机 器夫、永下杭嚣久武嚣、无入规数十糖军弼凝嚣入，帮魏已经开始装备部敬并投入了实 战使用。阏前，美军中肖1 0 0 多项战斗任务可由机器人_ 圈险承掇，如机器人弹药载填手、 穰器入捧嚣苹，无人谯守誊迭等。美军波斯范亚第一装甲师7 台扫鬻机器入，已成功瀑 了1 0 0 舀多较港鬻。美国瓣醣帮打算疑1 9 9 9 2 0 0 3 年霹绣蕊军窝飘器人的研螽投入1 2 5 亿 美元的经赞。 地丽军用枫器入研究的个重要的目标就是，要德机器人走向汝场。目前研究较多 秘氨可能簸荦程战场上寤瑷瓣是无入筷察车辆，它销多数是霹蕊役簸车热阻浚遣，使其 具有道路国动e 鼹踪能力。在越野时，可由操作人员遥控，再装锯上嚣种传感器，便可深 入敬区进行登霰侦察。如果给它们装上不同豹武器，也可成为遥控战车。例如，美国 海攀磅镧鹣g s 挝疆瑟无入偾浆车等。装霆醑翻赘无a 作箍车辆主要露海军陆战酞豹下o v 避控战车、陆军的t a m p 遥控机动反坦克战车、隧军的突击队员遥控车等。这烧率辆都 患通用机器入车，它f f 装上不同的装备就可完成使察、封锁及反坦克等不同的 王务。 专家彳 j 设感，陆军祝嚣入的大小可分为以下死粪：( 1 ) 徽罄枫嚣入：只有琵擞到老 鼠大小。( 2 ) 起小型机器人：像猫那么大。( 3 ) 小型槛嚣人：像大狗到囊行车那么大。( 4 ) 中激机器人：肖轻便马车大小。( 5 ) 大型机器人：像吉普车和卡车郝么大。 由予计算枫、人工餐能、新毒手料、徽锻予和光电等技术目臻成熟，使过去庞大的控 制系统和机械装鼹变得小巧、灵活睫港，这些都为军用桃器人的发殿提供了霹嚣的保证。 我国在地颟军用机器人的发展较魄，我国沈阳自动化研究所研制的p 搿一2 枧器入也 只怒处于试验阶段，后来由予种种按术原因处于停滞状态。由予国内一段时间内没有相 关该产品，蠢魑地方武警公安部门只采购圆外产晶，藤这些产菇均为2 0 世纪7 0 8 0 年代 设计开发，功熊落后，搽作复杂，由予避阐外生产，一恳出现故障，得不到及时鲍维修 甚至无法缝修，造成极大韵浪费。我国褥员辽阔，人国众多，在地筒军用机器入方面存 l n 沈蹦农业大学硕士学位论文 猩大量翡需求，溺予溺岁 一壤国家在这婆攀蠲产晶方蕊实施严稽辩技术产晶黻涮，阊时 黧乡 产晶徐糁甥当昂爨，绣黠霾囊鼹薅辫分少数避方慕麓军阕瓿瓣入。 校据各阐豹发震可以褥戮，捺陵槐器人豹绽蕊趋予微型毽、多功熊化、离秘技纯。 l 。3 谂文研究豹主癸内容 本文斑衽焱蕊大鬣文献豹基础上分析籍、腿、麓带典型移动机构箭虚箱特点，设计 磁摊陵飘瓣入移动机构，依攮复合移动枫拣综合方法，铃羽、特定任务舞求麴嚣拣拣邵壤， 浚诗基予艇合戳构靛嚣缩海砰璃捺瀚杌器爻车体豁沩装甏，投攒枫嚣久设计赘隶逸撵合 邋黢电蠛癸粼帮型号，逸撵减速器类熬帮型号。 其侮磷究内誊如下： ( ) 遮撵驱动装爨鞠魄褫及减遮器； ( 2 ) 工传参数秘燃缒参数确定； 驱动装凝转惫凝褥秘设诗； ( 2 驱动装鬻减港缀褥瀚设诗； ( 3 ) 跨越簿褥，濮横梯撬擒的浚诗： ( 4 ) 激糕酾减速器熬瀵耩； ( 5 ) 王馋参数和蠖能参数绞试验。 第二章非结构环境下移动机构的性熊分析与机构综合 第二章j 暑缝梅环境下移动祝梅的性襞分析与机构练会 在这一章里主要分析非结构环境的特点、移动机构的结构特点和性能、复含移动机 构的结构综合，这些是研究排险机器人车体驱动装鼹的基础。 2 毒 结构环境的特纛分析 2 1 1 非结构环境指： ( 1 ) 原务的自然环境，包括陆上二维、三维环境，海上、海中环境，空中、宇宙环 境。 ( 2 ) 人工干预生成的环境，包括陆上建筑物的内外环境，如楼梯、踏脚石、桩等。 对于撼除枧器人来说，非结构巧境是多样的、复杂的三维地形，一般由平燧豹遮亟、 裁缓、障褥、台阶、壕沟、浅坑等蟪形组成+ 菲结摘环境不包括空闻、水中懋浮环境。 为了便于分析，需要将复杂的三维地形进行近似描述。因为空间曲面可以近似用月个斜 蟊来逼近，所以可以将三缎遮形看成怒由不同方位蛉斜露组成。避过近似处理，可殴将 任意琏形酌葛# 结构环境表示为一系鳓平褥的连接，并据此设计移动机构。 任意斜率的一段平面，与水平面夹角为a ，长度为厶根据上的长度和d 角的范围 可鞋分为以下情 咒，同时用合适的斜霞对其傲近似处理，见表2 一l 鞠露2 一1 袭2 1 圣意辩率平匿的i 荭板处理 t a b i e2 1n e a r ”，p r o c e s so fa r b i t r a r ilv n 0 in e dr a t ef i a t $ u r f a c e s 图2 1 不同斜率平面的近似处理 f l g u f e2 一 n e a r yp r o o e s so fd i f f e r e n t ；n c i n e dr a t ef l a t $ f f a c e s 以上新幸罄酾近儆处理对于篱纯、理解三维地形怒商盏的，毽怒，由于实际三维地形 并不是完全的由以上连续的斜面随机连接构成，而魑由一些具有媳型特征的地形构成， 1 2 沈阳农业大学硕士学位 鄄由乎垣款瓣坡、障碍、除搽、壕沟或浅凌等建形缀戏。露这琴孛溅澎特点可以援为图2 2 所示的三种热型地形的缀合：斜坡，向上台阶，向下台阶。 障碍由向上台阶、斜面和向下台阶连接构成：阶梯由向上台阶、斜面不断霞复联接 魏成；壕沟囊蠢下台除、瓣嚣积自上台狳稳成；戳藏类接，经遐懿表2 一l 懿麓纯蜃，三 维复杂地形可以分解成上述的三种典溅地形。如菜摊险机器人能够以某种动作戚动作序 列适应这几种典型地形，则可以通过动作序列的有效组合达到邋应复杂三维地形的目 瓣。躅2 3 爨示兔 缝稳环境良及运鲻上述楚纯原理处理后豹环壤。 羔r 潮2 2 三种典型地彩 f i g u r e2 2t h r e e k i n d so ft y p i c a l d e ig e o g r a p h j e 8 厂一一一一一一一 乙，+ ，j 图2 _ 。非结构环境疑其觞化处理 f i g u r e2 3u n s t r u c t u r ee n v jr o n m e n t sa n di t ss i m p i f e dp r o c e s s 特鬟簧簧说暖瓣是，强上筵纯嚣瀵与攘陵壤爨入移动蔽穆静尺度是稳关豹。在运矮 过程中根据排险机器人移动机构的尺度选择恰当的墩化标准。 1 3 第二章非结构环境下移动机构盼性能分析与机构综合 2 2 一静基予复合枫梅酌饕绪稳环境移动毫惩器天分耩 r o c k y 7 漫游者移动机器人使用了六轮摇抒一转向架设计。摇臂一转向槊式移动系统魁 一个被动的无弹簧悬挂系统，为左右对称式结椽。由左右两个单侧摇臀一转向架机构缀 成，荦稍摇臀转两黎枫构由一个撂臂和一个转向架组成，籀借两端连接鬣轮和转向絮， 转向架两端装有前轮和中间轮，这样每侧的摇臀一转向架机构上各装有三个车轮。同h 寸 鹾侧的摇臂通过横轴连接阱着到车体上，车体的前后俯仰由麓速连枵系统按制，其俯仲 为两翻据臀的平鹭俯仰，为辩学仪器和传惑器掇侠了一个乎稳的平台。为节省安装空间， 移动机器人应具有拼摄特性，即“蹲坐”这通i 建锁定铰接到率体上的摇臂来实现。移动 机器人警要恢复到工作位置，可邋i 建将前磷2 轮j f 珏中闻2 轮锁定，驱动厝磷2 轮来完成。 当摇瞽恢复到期颦的工作位置潜，将有一个弹簧捕捉机构锁滋该位鼍。移动机器入采用 6 轮独立驱动，前后4 轮独立转舟，共需1 0 个电枫。这样，m c k y 7 漫游者移动机器人的 摇杼一转良架系绞实际上共有3 个燕节，包括一个差动联接的主铰链关节，左右转囱絮 夹角分剐为声z 、髋，掰主摇秆与小褥杼之间的必角分别为p 1 和p 2 。两个转向轮的转向 角分别为m 乳，o 。 张、娩 r ，耱飙掏不能通过鑫身旗转遮动越过障碍。即最大趣障高度为r 。 f e 、争、 一 b ) ( d ) 圈2 5 轮、履带移动机构的工作空间分析 f i g 2 喵# 6 k8 # e 挑8 n a i v s i $ t h t 神e e l t r a e kh o p i n g 黜c h n i o m 默围2 5 妞) 中埘以奄出，当障键的赢度a 小于轮式船拘蚋半径r 时，翔累除熏力谗 用外，轮式移动机构不受水平外力时( 外力朝向前进方向) ，轮式移劫机构能够依靠自身 的辘转运动继续髓避。 孰圈2 一s 抽) 中得到，当障碍的嵩艘小予r 时，轮式移动橇桷霹以只有在承平外力簦 作削下，才能越过障碍：当翰式障碍的高度大于r 时，轮式移动机构不能越过障碍。 腥式移动祝梅韵下作空澜( 功麓空瓣) 眈轮式移动机构的大豹多。腿式移劝机鞫的工 作空间分惦与王监辊嚣a 积分辑完全攘同。工q p 挑器人驰工 擘空闼缎攒手部的垃姿，腿 移劫机构的工作空问分析可以根据运础过程中实际要求确定，辩于开链腿来说，自够提 美) 沈黼农她大学壤士学位 供支点，实现支撂功裁，袋瓤嚣久莉避熊嬲一毅帮为鼹辍褐。 黢帮移动摄搀燕窝嚣兔鑫己镶鼹熬移秘皴鞠，其受力务檬鬻鬼2 一f e ) ，( 国。当薅 褥浆怒痰枣予r 醛，匿2 一( e ) 孛疆蘩蕊稳鹣蘩耱哥鞋麓纯为受乡 力懿耱式枫稳，矮带飘 栩鲢懿驱动轮舔分霹戳蘧遭簿褥，蘩令禧漤瓿搦燕孬戆够越遘障礴瓣要满足冀俺祭件。 爨斑褥藏度大予r 对，缀带旃臻渤轮部分越篱艟够越上醣碍与重心位鬣和摩擦簌觳肖荚。 越她设重心农移动执构黝中点她。掇攘嬲2 一s ( d ) ，涵力矩平褥繁体聪瑚獬； 点( 五e 穗s 端十r ) 书辑 r + 8 i n a ) = g ，2 ( 誊一窑) 承平方渤力平衡褥： 鹄= 五 式中，美一誊甄，磊一露怒。 娄萋- b 翦谯鼙奁莲肇事舔靛翦避方趟土戆避中熹毽鲞鼗；鹱零移动橇羧不虢越避簿 碍；鲞羹心敲袋鬣在疆誉率锩鹣髓遂方尚上没誊越过中熹谴置辩，疆带移动税穗辩裁骧 韵轮程特定祭串下以越过障褥( 其棒祭传乓蘑心钽鼹察摩擦系数有关) 。 从以上分析褥出结论：轮式移动机构芾履带移动孝几构的功能空间瓤鼹障褥斟壤小予 舱半径r 的环境，此处仪从越漳商液方灏定义。 2 。3 2 赛会移臻辘梅逶韵条件 当婚嚣张攀移动椒梅复合后，移淤帆嚣人在非结构环境下豹邋瘦能力婚发生变 纯，笈台方式不同，遥瘦黢力不蕊。下磷努褥菱台移戆捉辫在替结牧繇凌下遥漆器嚣满 楚翁祭佟。 羧轮式摹辍淹溺，势爨移韵辍鞠辩缨瀵是熬螽黪。参是餮 6 。精移动辍麓遵行爨 力分据。蘑2 一s 中瓣辖式移动车辆农赣霜舞a 黪麓壤上 掌避，辩皱一乏逐存在醚褥。幽受 力溪可以看爨，警移动税构满足 釜下两个蓊件时，移功机构髓够跨麓障礴，蜜璐囱幽行 嫩。 2 l 第二章非结构环境下移动机构的性能分析与机构综台 图2 8 移动桃 姆的运动条件矜祈 f i g r e 扣6s p o r tc o n d i t o na n a y s i so f 懈o v i n g 怖e o h a n 8 m ( i ) 位鼹链要求 将移动机构能够接触地袭的部分连接起来得到的镪络曲线( 图2 6 中黑色曲线) 称之 为接遣曲线，将蒸设为f ，穗表萄线设定为翔果移动机构熊够程未知地形下行走， 则移动机构的包络盐线，必须s g 够包禽与此鳆线对应的那部分溉表曲线s s 霹以邋过投 影获得( 在此处汉考虑图示的单铡视圈) 。獭f 不熊包含相对应的s 肘，移动枫构会发生 帮分悬空酌情况。，包络虢线出n 段子曲线缀成& 1 ) ，每段辩线的形式出移动机构的 特点决定，在运渤中可以变化。各段接媳鳆线之闻的连接可以鸯多种形式，如关帮连接， 铰链连接。 下面介绍一下移动机构的接地曲线的定义。对于轮式移动机构，将接地曲线定义为 轮枧拯上邋过轮搬枚转动中心的，与转动中心蘸遴速发方向平搀瞧豢线下方鲍半濑弧蘸 分。对于腿式机构，接媳曲线定义为足端。履带接地魏线为垂赢予鼹带瞬时翦进方囱， 与前后履带褶切的两直线间的接地部分。复合移动机构的接地瀚线出备移动机构攘地曲 线及各移动极梭之闻的逐接纛线构成。见强2 7 中涂黑部分。 沈阳农业大学硕士学位 ， 嬲2 7 轮，髓、擐带移动桃拇的接地曲线 f g u r e2 7c u r v eo fc o n n e c t n gg r o u n do ft h er o u n d s 1e 9 8 t r a c k s ( 2 ) 受力要求 当移动机橡在地袭嚣走羽，地蕊对移动枕构产生婚反作用力势足当髂餍力f 满足 移动要求时，排险机器人可以前进。对复合移动机构而言，地面作用力r 由各移动机构 缝戏。弘酝曩江l ，2 ，辫，其中撵为接皴蛙嚣点的数爨；癌为权骥，取决予移渤粳穆 自缝面接触的方式，墨海接触地面为摊黢机器人移动搬梅提供的馋爆力) 。 通过分析缴现，移动机构在行进过程中如采能够调整接地曲线的形式邋应地形，使 移动捉梅媳珐戆空阕大予任务空闻，著羹簸够提供足够鼹驱魂力，熬够逡癍菲缭梅臻 蟪。复台移动枫擒的设计闻题就是寻找最优的移动机梅组合型式。 第三章d r a g o n 型排险桃器入车体驱动装置设计 笫三章d r a g o n 型排险机器人车体驱动装置设计 本举怒d r a g a n 型排险机器人车体驱动装置的设计过程，怒论文的主要部分， 在分掇综合戆基磷上，确定了凝器入静移动撬稳豹嫒辕绩魏。 3 1 箭艨摆臂式履带结台轮式行走装置的机构综合 移动机构的适应能力直接决定了机器人能否在指定的环境中完成预期任务，研究者 在寻找、分析具有良好性能的移动机构的过程中作了大量研究工作，涉及了有关移动枫 麴懿各个方嚣。 部分学者对移动杌构豹形式做了深入静撵索。文献 5 绘出一种强周履带式或四周 轮式的机器人移动机构。这种移动机构的特点在于当机器人发生倾黼、侧面碰到障碍物、 走在v 形地面上时，均能继续穆动。这种移动机构可以应用到其他移动机器人上。文献 6 提出了一种由蹲个机器入擎元组成救管道形、轮腿式月球探测狡器人。其最大的特 点是采溺输蘧帮警道结构，熬窍摄多独特匏经糍。铡如麓 采持东乎方式蕤瑗，进行客积 和探测功能，并且不受倾翻的影响。文献 7 介绍了气动蠕动式缆索维护机器人的研制 过程，研究了不同运动机理的移动机构。文献 8 提出一种有非正交必节连接的六轮柔 体机器人概念模型，机器人的独特的六轮柔性底擞结构提供了不寻常的关节连接，使机 器人戆够突瑗转囊、越障、邋藏三缍复杂蘧影。文藏 9 】奔绣了霹戮爨动复整懿援器入 机构，讨论了自动复位覆理、机械弱控制系统设计等。下面根据前一章节所述的移动机 构综合方法，设计了一种适用予非结构环境的排除机器人。 3 1 1 前腐摆臀式履带结合轮式行走装置的移动机构综合 根据翡一章的分辑，为了设嚣适合于菲结构环境下羲毒亍饪务的褫嚣天，在充分吸收 了上述凡释瓤器人结穆特点魏蒸础上，乖j 爱震鬻枫构适应软遗露能力强、髓税构适应霞 杂地形、轮机构移动速度快的特点，并对各种移动机构进行了尺度综合，设计了前后撰 臂式履带缩合轮式行走装置。 ( 1 ) 经务空间分析 设计耱麓够在鸯薄潜携、不平缝霆豹蒌缍麴琢境下行驳懿簿羧凝器天，这秘 绪 构环境经过简化处理( 如前节所述) ，可以用三种媳溅的地形构建蔼戚，室内非结构环境 与这种简化的环境基本相似，但是简化成这种形式的野外非结构环境则要复杂的多，具 有相同结构的地形也会大相襁庭。例如简化而成的斜平面，由于土质不同，可以分为沙 2 4 沈霸农业大学联士掌搜论文 j 二、款浮主、碎器遗爱、巍黼的石头等；障褥耪静形式也有缀多，侵魏磊块、土琏、倾 倒的树本、髂渗；羯下鼬套淤筲戳斑狡嚣酌河遂、趣蕊断层、坑、陨石竣等黪藏。在 撵险机器人檄构设计澍，必缀考虑邀熬实际工谗环境，滁当的选择移动裰稳。 经何特豫瀚蟪形都有可麓让任帮秘童以为浚计国鬯的移动飘梅遵受挫爨，不蛰楚 蒺予腿戎逐避轮式。没程一静筒荦鳓设计麓够解决掰裙的移动翘爨，不蛰遮耪竣计怒瓤 械斌线生物式的。对种穗形邋合酌设计不定逡食麓种遗澎。 ( 2 ) 椒构遮黧 设计扮鬻豹怒铡麓耱、穗、履带这三三秘磷究较为深入麴摹穆动极掏嫒诗辩霞合 移韵概构，熬有籀上下矮梯、蹲海、越随、狭小逸羧灏圭彀转弯秘行进中转鸯镣戆为，笺 够适斑饕绩构矫壤。 为了能够突现疆土凌畿，被摇上述复金移动税溺瓣警满跫瓣鞭个参 孛，毙设惠熬够 实溪满是条簿瀚接缝鹤绫。由分辑知道，多段接邋麴线稳成款猡动掘鞫，囊予貔够熨好 翰迸液邋形的外轮纛线，遁艘能力强。傻怒，多段攘逡鼗线纛昧整煲多鲢鹱动装鐾、更 复杂的砖动繇绫，翼大朗藏爨，更加篾聚鞠携铡象绫，髑黠意昧蛰颦盔熬故障翠。戮诧， 袋麓三段彗圭下豹接埴的绫较蕊合理。 可戳遗撩多瓣移动钒鞠，但是冀绥媳趣缕鳎撼成艨警采瘸辫驳溅兰段，檄撰没诗鹣 秘的，为r 嫂移劫机擒熊够囊藤主下楼爨、越簿、狭小地段飘避转弯及幸亍避中转弯等功 糍，稚险椒器入麴接魄魏线深用三段移动蘸线较斑食邋。 势了缒窝越簿髓力，甏鬟选择琏式移渤毫毪掏，鼹蹙必绥考毖霉g 腿枫搀结搦魄鹱蟹祭， 黉黉搀穗摩的变形。为了提麓效率，必惩袋鼹轮式或矮辩式移动梳将。考虑刘蘩求移动 税构熊够程沙媳、簌浮土、襻磊翘锺簿媾凝下行蹙，那么袋蹙矮谬凌移璜撬梭较好。最 慝，遥择蓠磁摆黉式履鬻结会辘式霉亍建装鹫鹅复合移动枫鞠。荧了搜机构麓攀，减少驱 动郄馋，波黠叉