毕业设计（论文）-四轮履复合移动平台设计.doc

摘要：随着我国改革开放的不断开展，我国经济建设和技术应用都得到了高速稳定的发展，机器人已成为制造加工行业必不可少的关键设备，机器人可以分为工业机器人和特种机器人两大类，工业机器人通常应用于制造加工行业，实现工业自动化，多为关节机器人和多自由度机器手；而特种机器人则被广泛应用于各行各业，几乎遍布除工业外的其他领域，包括服务机器人、军用机器人、农业机器人等等，关节机器人通常情况下是固定不动的，所以其工作范围非常局限，而一些特种机器人根据实际情况订制而成，可以实现移动并能够一定程度上翻越障碍物，使得机器人能够更加方便快捷的完成各项任务。可移动式特种机器人相比普通关节机器人增加了移动机构，移动的机构多种多样，有腿式移动机构，轮式移动机构，履带式移动机构等等，履复合移动平台结合了履带式机器人和轮式机器人各自的行走特点，发挥了二者的优点长处，使得整个移动平台行走起来更加平稳快速。本篇论文中提出了一种结构巧妙、机动性好、稳定性能高的四轮履复合移动平台设计方案，本设计对履复合式移动结构进行深入分析研究，其工作原理是：利用行走电机通过减速器带动四轮履带转动，使得整个移动平台向前行进，履带上的复合滚轮跟随着履带转动，利用翻转电机通过减速器带动四轮履带翻转用于实现越障功能。四轮履复合移动平台作为一种新型的移动平台，对此进一步的研究也是不能忽视的。关键词：移动平台；履复合；机器人AbstractWith the continuous development of Chinas reform and opening up, Chinas economic construction and technology applications have been high-speed and stable development, the robot has become a manufacturing and processing industry essential essential equipment, robots can be divided into industrial robots and special robots two categories, Robots are often used in the manufacturing and processing industry, to achieve industrial automation, mostly joint robots and multi-degree of freedom of the robot; and special robots are widely used in all walks of life, almost all over the industrial areas, including service robots, military robots , Agricultural robots, etc., joint robots are usually fixed, so the scope of its work is very limited, and some special robots customized according to the actual situation, can be moved and to a certain extent, over the obstacles, making the robot Can be more convenient and quick to complete the task.The mobile robot has a variety of moving mechanisms, a leg-type moving mechanism, a wheel-type moving mechanism, a crawler-type moving mechanism, etc., and a mobile robot is combined with a crawler-type robot and a mobile robot Wheeled robots of their own walking characteristics, played the advantages of both strengths, making the entire mobile platform to walk up more smoothly and quickly. In this paper, a design scheme of four-wheel-track compound mobile platform with clever structure, good mobility and high stability is proposed. The design of the compound moving structure is studied in detail. The working principle is as follows: The reducer drives the four-wheel track so that the entire moving platform travels forward. The compound rollers on the track follow the rotation of the track, and the four-wheel crawler is driven by the rewinding motor through the reducer to realize the obstacle crossing function. Four rounds of mobile platform as a new mobile platform, this further study can not be ignored.Keywords: mobile platform，Reconciliation, robot目 录AbstractII目 录III第一章 绪论11.1 引言11.2移动平台的发展概况11.3 Solidwork软件的介绍21.4 课题研究的意义及目的3第二章四轮履复合移动平台的设计42.1 四轮履复合移动平台的设计要求42.2四轮履复合移动平台的设计概述52.3四轮履复合移动平台的具体设计52.3.1 四轮履复合移动平台行走机构的设计52.3.1.1行走电动机的设计与选型52.3.1.2行走减速器的设计72.3.1.3齿轮副的设计与计算92.3.1.4链传动的设计132.3.1.5滚轮带传动组件的设计162.3.2 四轮履复合移动平台运动控制的设计202.3.2.1四轮履复合移动平台导航方式对比202.3.2.2四轮履复合移动平台差速运动控制概述212.3.2.3磁导航传感器设计选型212.3.2.4差速运动控制的方式222.3.2.5差速运动控制的实现及PLC程序设计22参考文献23III第一章 绪论1.1 引言随着我国改革开放的不断开展，我国经济建设和技术应用都得到了高速稳定的发展，机器人应用的地方变得越来越多，从单一的生产制造业发展到各行各业，甚至从事危险营救的具体工作。现在国内外都开始了对移动平台的系统研发和设计，而移动平台选择何种移动方式是其设计时最重要的考虑点之一。移动平台按其移动结构可以分为轮式、履带式履复合式三大类，这三种结构形式用途各异。随着移动平台在各个行业的需求量不断加大，目前市场上的移动平台主流仍是轮式机移动平台，我们常见的轮式移动平台多像AGV小车的结构形式，该移动平台移动结构简单，适用于平坦的地面，行走过程较快，但是同样存在着许多缺陷，最大的问题是轮式移动平台对行走地面要求比较高，在松软或者是泥泞的道路上行走时极容易打滑；且移动转向的时候需要整个移动平台本体转动，转弯半径较大，占用的行走空间较多。我们都知道移动结构是移动平台中极为重要的一个构件，因此在整体设计的时候应该考虑移动结构的适用性，稳定性和可靠性。为了让移动平台的各项性能满足其使用要求，我们需要从以下方面要求入手考虑：机动性能好，转弯半径小，翻越障碍能力强，与地面附着力大，稳定可靠性高。本设计中我们选用履复合式作为移动平台的移动结构，所谓履复合式移动结构就是把履带式和轮式结构融合到一起，使其既具备履带式移动平台跨越障碍物行走的优点，又具备轮式移动平台移动过程动作稳定、操作简单的优点；履复合式移动平台能够适用于各种环境下的工作，因此对其进一步的研究是不能忽视的。1.2移动平台的发展概况欧美等国家在移动平台的技术研究方面一直处于世界的前端，他们单独设立有专门的移动平台技术研究小组，且都在努力将移动平台的技术推广到各行各业当中。目前韩国的移动平台的研发已经取得了突破性的进展，他们成功将该移动平台应用到一些危险的环境中实际作业，比如韩国忠南大学CALEB-2机器人，韩国科学技术院VSTR和ROBHAZ-DT系列机器人、韩国全北国立大学SingLE-Tracked机器人、法国VGTV机器人等，其中技术更为稳定的是加拿大谢布鲁克大学研制的AZIMUT履复合式移动平台。目前国内对移动平台的技术研究仍然处于初始阶段，对移动平台的定位传感器、位置导航、运动控制以及主体结构设计等关键层面的研究还远远落后于其他欧美国家。不过现在许多国内研究机构也开始努力开展对移动平台的研究工作，从最基础的主体机械结构设计及运动控制入手。由于移动平台在机动性、越障方式等方面与其他机器人有很大不同，因此国内在移动平台技术研发这条路上还有很长的路程要走。1.3 Solidwork软件的介绍SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的CATIAV5就出自该公司之手，目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸塞州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内，当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今至2010年已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Solidworks被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。SolidWorks的主要模块包括：（1）零件建模 SolidWorks 提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁 特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。通过对特征和草图的动态修改，用拖拽的方式实现实时的设计修改。三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径，或为管道、电缆、线和管线生成路径。(2)曲面建模通过带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控制的相切操作产生复杂的曲面。可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等曲面的操作。（3）钣金设计SolidWorks 提供了顶尖的、全相关的钣金设计能力。可以直接使用各种类型的法兰、薄片等特征，正交切除、角处理以及边线切口等钣金操作变得非常容易。用户化SolidWorks 的API为用户提供了自由的、开放的、功能完整的开发工具。开发工具包括Microsoft Visual Basic for Applications (VBA)、Visual C+，以及其他支持OLE的开发程序。（4）特征识别FeatureWorks是第一个为CAD用户设计的特征识别软件。与其它CAD系统共享三维模型，充分利用原有的设计数据，更快将向SolidWorks系统过渡，这就是特征识别软件FeatureWorks所带来的好处。FeatureWorks同SolidWorks 完全集成。当引入其它CAD软件的三维模型时，FeatureWorks能够重新生成新的模型，引进新的设计思路。FeatureWorks对静态的转换文件进行智能化处理，获取有用的信息，减少了重建模型所化的时间。FeatureWorks最适合识别带有长方形、圆锥形、圆柱形的零件和钣金零件。FeatureWorks提供了崭新的灵活功能，包括在任何时间按任意顺序交互式操作以及自动进行特征识别。FeatureWorks 提供了在新的特征树内进行再识别和组合多个特征的能力，新增功能还包含识别拔模特征和筋特征的能力。1.4 课题研究的意义及目的 从目前全球市场需求布局来看，欧、美地区成为功能全、结构简洁、质量好、性能稳定的移动平台的主要销售市场；中东、非洲地区主要选择老款式、简单实用价格便宜的移动平台；还有以俄罗斯为代表的高寒国家则更喜欢能耐寒，机械结构牢固的移动平台以适应当地的地理气候条件；日韩则主要关注产品的品质与安全；目前国内的移动平台整体研究状况还是比较良好，已由原来单一的移动功能，不注重外观，逐渐演变成为实际使用中的艺术品，以外观精美结构巧妙，操作方便，质量安全稳定等特点成为新的发展方向。为进一步适应各行各业的发展，现如今市场上还出现了移动服务机器人。第二章 四轮履复合移动平台的设计现有市场上常见的移动平台基本上都是轮式移动平台，其基本工作方式为行走电动机带动行走轮转动，行走轮再将动力传递给整个轮式移动平台达到让其自由行走的目的。轮式移动平台主要有以下几个方面的缺点：对行走地面要求比较高，在松软或者是泥泞的道路上行走时极容易打滑；且移动转向的时候需要整个移动平台本体转动，转弯半径较大，占用的行走空间较多；而本设计中的四轮履复合移动平台采用履带加滚轮驱动的工作原理，其基本工作方式为利用行走电机通过减速器带动四轮履带转动，使得整个移动平台向前行进，履带上的复合滚轮跟随着履带转动，利用翻转电机通过减速器带动四轮履带翻转用于实现越障功能。这两种移动平台的工作原理截然不同，两者结构不同、实现方式不同，使用方法也不相同。本篇论文中的四轮履复合移动平台设计运用了巧妙的机械传动结构，利用电动机作为移动平台行走的源动力，再通过稳定的减速器和链传动将电动机的动力传递给前后四轮履带，使得移动平台可以实现自由的行走，且四轮履复合移动平台在遇到障碍物时，通过翻转电机调整整个履带的角度，使得整个运动过程更加平稳。四轮履带上额外增加的滚轮可以更好的帮助移动平台在遇到大型障碍物时，增加动力，增大与地面的摩擦力。我们在现有的履带式机器人的理论基础上改良结构和运动方式，本次设计的四轮履复合移动平台采用四履带式加八滚轮的结构，机械结构更加优化，综合材质的选择、结构的简化，让操作者更加方便稳定的使用该移动平台，这是本篇论文四轮履复合移动平台的设计初衷。2.1 四轮履复合移动平台的设计要求（1）本设计中的四轮履复合移动平台主要在一些人不方便进入的小型场合使用，包括倒塌的建筑物内，灾难现场，危险灾区和坍塌煤矿等。（2）本设计之前综合考虑，该四轮履复合移动平台应该具有以下功能：产品加工生产成本低，质量安全稳定，使用寿命长，结构稳固，使用便捷，方便搬运移动；（3）本设计从四轮履复合移动平台行走机构和运动控制两方面着手进行详细的设计分析及计算阐述。2.2 四轮履复合移动平台的设计概述本设计中四轮履复合移动平台由车体框架、行走机构、蓄电池、充电装置、运动定位系统、通信系统、运动控制装置等组成。本设计中的行走机构由行走电动机、行走减速器、链传动组件、滚轮带传动组件组成。四轮履复合移动平台的设计参数材质：铝合金自身重量：50kG规格(MM)：L860W592H354运行速度：11.5m/s行走电机功率：200W翻转电机功率：200W续航时间：2H2.3 四轮履复合移动平台的具体设计2.3.1 四轮履复合移动平台行走机构的设计本设计中的四轮履复合移动平台行走机构设计主要包括行走电动机的设计与选型，行走减速器的设计，链传动组件的设计与选型，滚轮带传动组件的设计。2.3.1.1行走电动机的设计与选型在本设计中，链传动组件将前后四个履带连接起来，而滚轮带传动组件又分别将单个履带中的两个滚轮驱动起来，相当于四个履带由两个相同的行走电动机驱动，也就是说一个行走电机驱动一侧的履带行走，这样即保证了单侧前后履带速度的同步性，又保证了两侧可以通过两个行走电动机不同的速度造成差速控制使得整个四轮履复合移动平台可以实现自动转弯行走。这里我们按四轮履复合移动平台的自身重量50KG进行行走电动机的设计选型。在本设计中我们设定四轮履复合移动平台的最大牵引线速度V为90m/min。根据公式N = V /D式中：N行走电机经过行走减速器后的转速 V四轮履复合移动平台的牵引线速度 D转动轮的直径已知转动轮的设计直径为105mm，计算得到行走电机经过减速器后的转速：N=90*1000/（*105）272.8r/min取四轮履复合移动平台的履带与地面之间的滚动摩擦系数为0.5，从三维设计图中计算得出整个四轮履复合移动平台自重50KG，得到：整个四轮履复合移动平台在向前行走的过程中与地面的滚动摩擦力f=0.5*50*10=250N我们这里计算时设定四轮履复合移动平台以匀速运动的方式运动，单个行走电机的牵引力F=1/2*f=125N计算可以得到：行走电机经过减速器后的输出扭矩M=F*R=12552.5/1000=6.5625N.M根据公式M=9550/n式中：M行走电动机经过减速器后的输出扭矩 行走电动机的主轴输出功率 n行走电动机经过减速器后的输出转速计算得到：行走电动机的理论主轴功率 =6.5625*272.8/9550=0.18746KW行走电动机所需的功率： 式中： 行走电动机理论主轴功率 传动机构的总传动效率，取0.95行走电动机的功率计算得到行走电机功率pm=0.187460.95KW0.197KW本设计中的行走电机选型采用的是直流无刷电机。作为同步电机的一种，直流无刷电机相对于其它类型的电动机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的优点。根据上面的计算，我们得到四轮履复合移动平台行走电机实际工作时所需要的输出功率为197W，考虑在行走过程中可能遇到复杂地形的情况，我们选定行走电机的品牌为瑞士maxon直流无刷电机，型号为EC-4pole 30，其工作额定功率为200W，额定转速n为16200r/min,行走电机的具体参数见表2.2；表2.2 行走电机详细参数2.3.1.2行走减速器的设计已知行走电机的额定转速n1为16200 r/min，行走电机经过减速器后的转速n2为272.8r/min，计算传动比： i=16200/272.8=59.3860如果我们只选用减速器减速，那么传动比i=40就必须通过多级减速才可以实现，考虑到四轮履复合移动平台的设计要求：结构安装简单，自身重量轻，因此减速器的体积需要尽可能的小，所以本设计中采用行走电机自带减速器的方式先来降低电机自身输出转速。齿轮减速器为行走电机与链传动之间的独立的闭式传动装置，它通过降低转速和增大转矩来满足实际工况的需求。减速器的类型有很多，按照传动方式的不同可以分为齿轮减速器，蜗轮蜗杆减速器和行星减速器；按照传动的级数可以分为单级和多级减速器。我们已知本设计中的齿轮减速器的减速比为1。通常情况下单级齿轮减速器的传动比i810，且齿轮减速器的优点是效率和可靠性高，工作寿命长，维护简单；由于本设计中的履带转动的工作转矩较大，因此选择行星减速器做为本设计中的齿轮减速器。我们这里选用湖北行星传动设备有限公司的精密行星减速机，选用他们的ZJPX系列的精密行星减速机。该减速机主要性能：1.采用行星齿轮传动，输出力矩比直齿圆柱齿轮高30%，噪音更低；2.转动体经动平衡校正确保运行更平稳；3.适配任何伺服电机，输入，输出模块组合，可进行特殊连接设计，安装简便可靠；4.维护简单，在寿命期间无需要换润滑油脂。ZJPX行星减速机技术参数产品型号ZJPX65ZJPX85ZJPX115ZJPX142减速比级数额定输出扭矩13.5399830831级298020560042465137425515378627281542110335122级349023067516349023067520297115546025349023067532297115540040174295305641954142422603级441102969008044110296900100441102969001204411029690016038901955852004411029690025638901953853202252122395512故障停止转矩2倍额定输出转矩产品型号ZJPX65ZJPX85ZJPX115ZJPX142单位级数最大径向力1550305543309480N最大轴向力1220233033006800N满载效率95%1级932级903级平均寿命20000h重量3.36.716.537.0Kg1级3.77.518.243.02级4.27.518.540.03级我们这里选用3级减速比60的减速机型号ZJPX142。2.3.1.3齿轮副的设计与计算在设计时保证直齿轮传动的中心距不变的条件下，增加齿数，不仅可以增大齿轮啮合的重合度、保证传动的平稳性，而且可以减小齿轮模数，降低齿高，减少加工的切削量。为了提高传动的稳定性，减少传动过程中的冲击振动，降低磨损失效。我们已知本设计中的齿轮副传动的减速比为1。根据齿轮副的工作环境选择不同的齿轮齿数，闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的稳定性，减小冲击振动，通常选择齿数多一点的齿轮，小齿轮的齿数可取为Z1=2040，而开式（半开式）齿轮传动，由于轮齿的磨损失效为主要因素，因此小齿轮的齿数通常选用不多，一般可以小齿轮的齿数Z1=1720，且为了防止齿轮啮合时发生根切，应取Z117。本设计中的齿轮副的工作环境为封闭的减速箱内，且齿轮传动的转速较高，因此选定小齿轮的齿数Z1为30。小齿轮齿数确定后，按传动比i=Z2/Z1可以计算出大齿轮齿数Z2也为30。1）确定齿轮的材质，计算出齿轮的许用应力大小 查机械设计手册图10-25（d）选定小齿轮的材质为调质 选定大齿轮的材质为 45钢 参考公式10-14可得，许用接触应力 参考图10-25（d）可得，接触疲劳极限 参考公式10-15得， 应力循环次数 -齿轮的转动速度 齿轮副转动时的啮合次数-齿轮的使用最长时间 -齿轮工作时的最小安全使用系数，取失效率为1%，则 ，接触疲劳寿命系数参考图10-23得 根据上边的公式计算得 齿轮弯曲疲劳许用应力参考图10-24（c）得，弯曲疲劳极限，双向传动乘0.7 参考图10-22得，弯曲疲劳寿命系数 查机械设计手册图10-21得，弯曲强度尺寸系数 为弯曲强度尺寸系数（通常情况下模数m小于5） 计算得到 2）齿轮齿面接触疲劳强度校核计算出齿轮的精度等级， 初步选定，参考表10-6 精度范围选择9级参考公式10-11得，小齿轮分度圆直径， 参考表10-7得，齿宽系数，一般按照不对称 根据齿轮副的工作环境选择不同的齿轮齿数，闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的稳定性，减小冲击振动，通常选择齿数多一点的齿轮，小齿轮的齿数Z1可取为Z1=2040， 这里选定Z1=30大齿轮齿数 Z2=Z1i=301=30传动比 =i=1计算结果符合要求 确定载荷系数 根据表10-3得，取 根据经验值，取 根据经验值，取 根据经验值，取计算得到根据机械设计手册表10-5查得， ，根据经验值，这里取齿轮刀具模数 M=d1/z1=44.7/30=1.49mm 根据标准模数表（GB/T1357-1987），m=1.5 齿轮副中心距 A=m(z1+z2)/2=1.5（30+30）/2=45mm 3）齿轮齿根处弯曲疲劳强度校核分析 由式 6-10 参考图10-17得，齿形系数， 参考图10-18得，应力修正系数， 计算得 计算表明，行走机构的齿轮副的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度满足实际需要。2.3.1.4链传动的设计链传动是一种绕性传动，通常由链条和链轮组成，通过链轮的轮齿和链条的链节之间的啮合传递动力。与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低，成本也较低。特别在长距离传动时，结构比齿轮传动更加有优势。链条按用途不同又可以分为传动链、输送链和起重链。输送链和起重链通常用于重型运输机械和起重机械中。本设计中我们选用的是常用的传动链。传动链又可以分为滚子链和齿形链等类型，本设计中采用的是常规的滚子链，通常用于低速的传动系统中，且最大传动比i=8。滚子链在传递较大功率时，可采用双排链或者多排链。多排链的承载能力和排数成正比，但受到装配精度的制约，多排链承受的载荷不容易分布均匀，因此链条的排数也不宜过多。（1） 链轮设计与计算小链轮的齿数少一点可以减小链轮的外廓尺寸，但齿数过少时也会增加动力传递过程中的不均匀性和动态载荷；链条和链轮在啮合时链节间的相对转角增大使得链传动的圆周力增大，导致链传动整体的磨损。因此小链轮的齿数Z1也不宜过小，通常情况下链轮的最少齿数Zmin=9。一般Z116，对于高速传动或是承受较大冲击载荷的链传动Z1不少于25。同样小链轮的齿数Z1也不宜取得过大，在传动比一定时，Z1大，Z2也相应增大，会导致传动结构的总体尺寸增大，并且容易导致链条跳链和脱链的情况发生，也会影响链条的使用寿命。本设计中选定小链轮的齿数Z1=16，并依据前后两个履带转动速度一致的实际情况，可以得到整个链传动的传动比为1，可得到：Z2=Z1i=161=16链轮的节距P越大，承载能力也越高，但是P越大也意味着链轮的总体尺寸越大，反而振动、冲击和噪声也会越严重。为了使整个链传动结构紧凑，当速度高，功率大时，应尽量选用小节距的多排链，本设计中采用双排链的链轮传动。（2） 链传动的计算根据链传动的工作环境，小链轮齿数和链条排数，将链传动所传递的功率修正为当量的双排链的计算功率Pca=KAKZKPP式中：KA工况系数，查机械设计手册表9-6工况系数取1.0；Kz小链轮齿数系数，查机械设计手册图9-13小链轮齿数系数取1.65；KP排链系数，双排链时取KP=1.75，三排链时取KP=2.5；P传递的功率，KW。计算得到Pca=1.01.651.750.2=0.19KW根据计算得到的排链的计算功率Pca和小链轮的转速n1=272.8r/min由机械设计手册图9-11得到链条型号为08A，链轮的型号为08A，再根据机械设计手册表9-1确定链条的节距P=12.7mm。链条具体参数见图2.6图2.5 滚子链额定功率曲线链条的链速V决定了链传动的润滑方式，链条平均链速V=Z1n1p601000=Z2n2p601000=16272.80.2601000=14.55mm/s查机械设计手册图9-14选择定期人工润滑的方式。图2.6 滚子链的规格参数（3） 链传动的张紧链传动张紧的目的在于，为了避免在链条的松边垂度过大时产生链传动啮合不良和链条的振动现象，同时也增加链条和链轮的啮合包角。张紧的方式有很多，当小链轮与大链轮之间的中心距可调时，可以通过调节中心距来控制链条的张紧程度。但是当中心距不可调时，我们只有通过增加张紧轮的方式实现链条的张紧。张紧轮可以是链轮，也可以是滚轮。且设计张紧轮时应该使其直径尽量与小链轮的直径相接近。本设计中小链轮的齿数为16，因此设计张紧链轮的齿数为11，型号为08A。2.3.1.5滚轮带传动组件的设计履复合式移动平台相比普通的履带式移动平台多了八个带动力的滚轮，而这些滚轮的动力来源则是由履带上的转动轮提供的，通过带传动的方式将动力传递给了各个滚轮。动力传递中可以按规定的速度精确，平稳，可靠地将动力从一个载体传递到另一个载体上，根据传动方式的不同，分为“带传动”和“链传动”两大类。两种传动方式各自的特点如下：带传动：运行平稳，噪音小，对环境污染少，允许高速运行，但不能在有油污的地方工作。链传动：承载能力大，布置方便，对环境适应性强，可在经常接触油、水及温度较高的地方工作，但在多尘环境中工作室链条容易磨损，高速运行时噪音较大。带传动按照工作方式的不同又可以分为摩擦式带传动和啮合式带传动，其中摩擦式带传动又可以根据传动带的横截面的形状不同分为普通平带传动，“O”带传动，V带传动和多楔带传动。而所谓啮合式带传动就是我们通常说的同步带传动，它是利用传动带上等距分布的齿形和同步带轮上与之对应的齿形做啮合运动实现动力传递的，与摩擦式带传动相比，啮合式带传动中的同步带和同步带轮之间没有相对滑动，因此传动过程中可以保证传动比始终是稳定的。综上所述我们不难发现，本设计中要求滚轮的转速和转动轮的转速一致，那就必须要保证滚轮与转动轮之间的传动比是稳定的，因此在本设计中我们选择使用同步带的传动方式带动滚轮转动。同步带的类型有很多，具体类型见表2-4，主要根据三个方面的条件：带传动传递的功率，带轮转动的转速和带传动的用途、载荷性质。1) 计算带传动的设计功率PaPa=Kap式中：Ka-工况系数，见机械设计手册表13-1-68，本设计中选定Ka=1.3 P-带传动传递的功率，KWPa=Kap=1.30.2=0.26KW2）选择同步带的带型根据上面计算得出的Pa和小带轮的转速n1由机械设计手册图13-1-7选取合适的同步带的类型；已知小同步带轮的转速n1=272.8r/min，本设计选定同步带的带型为L型。3）,同步带轮齿数的选定根据公式Z1Zmin，且Zmin通过机械设计手册表13-1-69查的，理论上带传动的带速V和安装尺寸允许时，Z1应该尽可能的选取较大值。由表可得Zmin=12，因此本设计中选定小同步带轮齿数Z1为24，并根据滚轮与转动轮的转速大小相等，可知同步带传动的传动比为1，所以计算得到大同步带轮齿数Z2也为24。2.3.2 四轮履复合移动平台运动控制的设计2.3.2.1四轮履复合移动平台导航方式对比电磁导航：电磁导航是一种更为传统的导向方式，根据工作需求，在工作区域埋设金属导线，并加载低频低压电流，使电线周围的磁场，移动平台沿着此路径行走时，其内部的感应线圈通过对导航磁场力量识别跟踪，实现对移动平台的导引。优点：导线隐藏，不易污染和损坏，引导原理简单可靠，易于控制通讯，无干扰声光，投资成本远低于激光导航缺点：改变或扩大路径比较麻烦，引导线铺设相对困难。磁带导航：磁带导航技术与电磁导航相似，区别在于使用磁带在路上而不是磁带嵌入地下金属线，通过磁带传感应信号实现指导。优点：采用磁带导航导引车定位精确，铺设、变更或扩充行走路线时，相对于电磁导航的较容易，而且磁带成本较低。缺点：磁带容易断开，需要经常对磁带进行维护，更改路径时需要重新铺设磁带，移动平台只能通过磁带走，不能实现实时避免，或者通过控制系统实时更改任务。二维码导航：该技术的出现已经有一段时间，运用该导航方式的移动平台是通过视觉识别系统识别二维码，加上惯性进行导航，其地图相当于是一个大号的围棋棋盘，移动平台可以到达所有点。优点：移动平台定位精度，导航灵活性更好，铺设，改变或扩展路径也比较容易方便控制通信，不会干扰声光。缺点：需要定期维护路径，如果现场复杂，则需要运行替代二维码，对陀螺仪的准确性要求高，其使用寿命要求长，另外对于工作场地的平整度要求较高，价格偏高。激光导航：第一种是通过反光板导航，在移动平台工作的路径周围安装位置精确的激光反射板，通过移动平台发射激光束，同时收集由路径周围的反射板反射过来的激光束，确定移动平台此时所在的位置和方向，并通过连续的三角形几何操作来实现移动平台导航。另一种是通过激光测距与SLAM算法结合，建立一套移动平台行驶路线图，不需要任何辅助材料，具有更高程度的灵活性，可以进行全面部署，这种导航是未来的发展趋势，也是很多厂商都在研发的方向，灵活性比其他导航方法强。优点：移动平台定位精准，地面不需要设置其他定位设施，行驶可以适应各种现场环境，目前国内外很多AGV厂商都倾向于使用该种先进的导航。缺点：制造成本高，对环境有相对较高的要求（外界光线，地面要求，能见度要求等）2.3.2.2四轮履复合移动平台差速运动控制概述移动平台的行进线路图包括行进线路，启停位置和转弯位置，自动导航传感器和磁条，磁钉一起组成导航系统，移动平台在上位程序的调度下按照事先规定好的路线进行行走动作，包括启停，转弯或者是其他的动作。依据不同的使用方法，自动导航系统又可以分为两大类：地标传感器和磁导航传感器。多点位的地标传感器和多点位的磁导航传感器相互关联，形成一个完整的自动导航传导系统。自动导航传感器就安装在移动平台车体框架的最下端，在自动导航传感器的两边还安装有两个磁钉。当移动平台在磁条上方行走时，此时自动导航传感器同样也应该在磁条的正上方。如果在行进的过程中发生位置偏移，即自动导航传感器检测到磁条不是正好在下面，移动平台就是自动通过差速控制让车体向左边偏离或是向右边偏离，一直到自动导航传感器重新回到磁条的正上方。磁钉主要是用来检测一些启停的具体工位和转弯的位置。自动导航传感器和两边的磁钉安装位置如图所示：磁条的周围布满了磁场，并且离磁场越近的地方磁场强度也越大。通常情况下，自动导航传感器正中央的检测点检测到的磁场强度最大，越往边上磁场强度检测的越弱，且最边上的检测点检测到的磁场强度最低。通过磁条发出的磁场分布情况，我们就可以检测出移动平台相对于地面上磁条的位置，