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排爆机器人车体结构设计.doc

排爆机器人车体结构设计【9张CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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主动轮-A2.dwg

主动轮2-A2.dwg

主轴-A2.dwg

从动轮-A2.dwg

履带装配图-A0.dwg

排爆机器人车体结构装配图-A0.dwg

翼板-A2.dwg

翼板2-A3.dwg

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摘要III

AbstractIV

第一章绪论1

1.1研究背景及意义1

1.2国内外研究及发展现状2

第二章总体方案设计4

2.1设计参数及功能要求4

2.1.1设计技术参数4

2.1.2功能要求4

2.2方案选定4

2.2.1结构方案设计4

2.2.2性能指标参数选定5

2.3原理分析分析6

2.3.1主要机构工作原理6

2.3.2运动特性分析6

第三章机器人运动分析及主电机的选择8

3.1运动分析8

3.1.1跨越台阶8

3.1.2 跨越沟槽9

3.3.3 斜坡运动分析10

3.2主电机的选择11

第四章主要零部件的设计与选择14

4.1履带（同步带）部分设计14

4.1.1同步带的选择14

4.1.2确定主从动轮直径17

4.1.3确定节线长度18

4.1.4确定最大功率时带宽19

4.1.5功率验算21

4.1.6同步带的物理机械性能21

4.1.7同步带主从动轮设计21

4.2副履带（同步带）部分设计24

4.2.1计算同步带的带宽25

4.2.2计算H带的基准额定功率25

4.2.3中心距的选择26

4.2.4计算同步带节线长度26

4.3翼板部分设计26

4.3.1翼板的作用26

4.3.2翼板设计27

4.4车体副履带支架设计27

总结28

参考文献29

致谢30

摘要

排爆机器人是排爆人员用于处置或销毁爆炸可疑物的专用器材，避免不必要的人员伤亡。它可用于多种复杂地形进行排爆。此设计的排爆机器人能实现过坑、越障等动作。

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。

本文首先根据课题所给的技术参数和功能要求提出排爆机器人车体结构方案，并对方案进行分析。接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过AutoCAD制图软件绘制了排爆机器人车体结构装配图及主要零部件图。

关键词：排爆机器人；越障；同步带

Abstract

EOD robot EOD personnel for disposal or destruction of special equipment explosion suspicious objects, to avoid unnecessary casualties. It can be used for a variety of complex terrain EOD. This design can be achieved through the pit EOD robot, obstacle and other activities.

Select this design is the use of mobile solutions crawler drive structure. Modular design of the overall structure, so that subsequent maintenance of the demolition, can be adapted to a variety of complex road, and take the initiative to control the rotation of the front and rear sides of the rocker to adjust the robot's motion attitude, so as to achieve the secondary over the pit, obstacle and other activities. After a reasonable design robots will have a good environmental adaptability, mobility and can withstand the impact of falling, the design of the movement mechanism is mainly composed of four parts: the driving wheel gear box, wing rotation mechanism, adaptive road actuators, track and track wheels kinematics.

This article was first proposed EOD robot body structure of the program according to the given topics technical parameters and functional requirements, and program analysis. Next, the main technical parameters were calculated choice; then, for the main components were designed and verification; and finally, through the AutoCAD drawing software to draw the EOD robot body structure and major components assembly diagram chart.

Keywords: EOD robot; Obstacle; Belt

第一章绪论

1.1研究背景及意义

机器人是二十世纪人类最伟大的发明之一。人类对于机器入的研究由来已久，但直到上世纪50、60年代，随着机构理论和数控伺服技术的发展才真正进入实用化。上世纪70年代后，计算机技术、控靠q技术、传感技术和人工智能技术迅速发展，机器人技术也随之进入高速发展阶段，并发展成为集机械、电子、控制和计算机技术的一项综合技术。

在历史上，所有的高新技术首先被考虑用于军事用途，机器入也不例外。未来战争将是建立在高科技条件下的、高度信息化的全方位立体化的战争，各种具有巨大杀伤力的先进武器的广泛使用，将使未来的战场环境异常复杂、信息瞬息万变，士兵的生命无时不刻受到来自天空、地面，水下各种先进武器的威胁，完全依赖士兵作战能力的战争模式正越来越受到挑战。在军用机器人领域，排爆机器人是较早投入实战的军用机器人之～，日静，排爆机器人在～些发达国家的军队已得到广泛使用。英国早在60年代就研制了“手推车”排爆机器人用于英阿马岛战争的爆炸物清理，其改进型的土拨鼠及野牛两种遥控电动排爆机器人被英国争家工程兵在波黑及科索沃用于探测及处理爆炸物，德国MV494型遥控排爆机器人也曾装备了其驻索马晕的维和部队1．31。在近年来美国发动的几次局部战争中，基于“零伤亡”的作战思想，美军开始在战场上大量使用排爆机器人替代士兵执行排爆任务，其Talon排爆机器入2000年就参与波斯尼亚地区的军事行动，随后又参与2002年初的阿富汗行动以及2003年的伊拉克战争，执行的主要任务是爆炸物检测及其处理，阿富汗和伊拉克战争中共执行20000项任务，在战争中有效地降低了已方的伤亡H。

排爆机器人车体结构装配图-A0.png

履带装配图-A0.png

主轴-A2.png

从动轮-A2.png

主动轮-A2.png

辅助轴-A2.png

翼板2-A3.png

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内容简介：: XXXXX 毕业设计 (论文 ) 排爆机器人车体结构设计系名：专业班级：学生姓名：学号：指导教师姓名：指导教师职称：年月 nts I 目录摘要 . III Abstract . IV 第一章绪论 . 1 1.1 研究背景及意义 . 1 1.2 国内外研究及发展现状 . 2 第二章总体方案设计 . 4 2.1 设计参数及功能要求 . 4 2.1.1 设计技术参数 . 4 2.1.2 功能要求 . 4 2.2 方案选定 . 4 2.2.1 结构方案设计 . 4 2.2.2 性能指标参数选定 . 5 2.3 原理分析分析 . 6 2.3.1 主要机构工作原理 . 6 2.3.2 运动特性分析 . 6 第三章机器人运动分析及主电机的选择 . 8 3.1 运动分析 . 8 3.1.1 跨越台阶 . 8 3.1.2 跨越沟槽 . 9 3.3.3 斜坡运动分析 . 10 3.2 主电机的选择 . 11 第四章主要零部件的设计与选择 . 14 4.1 履带（同步带）部分设计 . 14 4.1.1 同步带的选择 . 14 4.1.2 确定主从动轮直径 . 17 4.1.3 确定节线长度 . 18 4.1.4 确定最大功率时带宽 . 19 4.1.5 功率验算 . 21 nts II 4.1.6 同步带的物理机械性能 . 21 4.1.7 同步带主从动轮设计 . 21 4.2 副履带（同步带）部分设计 . 24 4.2.1 计算同步带的带宽 . 25 4.2.2 计算 H 带的基准额定功率 . 25 4.2.3 中心距的选择 . 26 4.2.4 计算同步带节线长度 . 26 4.3 翼板部分设计 . 26 4.3.1 翼板的作用 . 26 4.3.2 翼板设计 . 27 4.4 车体副履带支架设计 . 27 总结 . 28 参考文献 . 29 致谢 . 30 nts III 摘要排爆机器人是排爆人员用于处置或销毁爆炸可疑物的专用器材，避免不必要的人员伤亡。它可用于多种复杂地形进行排爆。此设计的排爆机器人能实现过坑、越障等动作。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。本文首先根据课题所给的技术参数和功能要求提出排爆机器人车体结构方案，并对方案进行分析。接着，对主要技术参数进行了计算选择；然后，对各主要零部件进行了设计与校核；最后，通过 AutoCAD 制图软件绘制了排爆机器人车体结构装配图及主要零部件图。关键词：排爆机器人；越障；同步带 nts IV Abstract EOD robot EOD personnel for disposal or destruction of special equipment explosion suspicious objects, to avoid unnecessary casualties. It can be used for a variety of complex terrain EOD. This design can be achieved through the pit EOD robot, obstacle and other activities. Select this design is the use of mobile solutions crawler drive structure. Modular design of the overall structure, so that subsequent maintenance of the demolition, can be adapted to a variety of complex road, and take the initiative to control the rotation of the front and rear sides of the rocker to adjust the robots motion attitude, so as to achieve the secondary over the pit, obstacle and other activities. After a reasonable design robots will have a good environmental adaptability, mobility and can withstand the impact of falling, the design of the movement mechanism is mainly composed of four parts: the driving wheel gear box, wing rotation mechanism, adaptive road actuators, track and track wheels kinematics. This article was first proposed EOD robot body structure of the program according to the given topics technical parameters and functional requirements, and program analysis. Next, the main technical parameters were calculated choice; then, for the main components were designed and verification; and finally, through the AutoCAD drawing software to draw the EOD robot body structure and major components assembly diagram chart. Keywords: EOD robot; Obstacle; Belt nts 1 第一章绪论 1.1 研究背景及意义机器人是二十世纪人类最伟大的发明之一。人类对于机器入的研究由来已久，但直到上世纪 50、 60 年代，随着机构理论和数控伺服技术的发展才真正进入实用化。上世纪 70 年代后，计算机技术、控靠 q 技术、传感技术和人工智能技术迅速发展，机器人技术也随之进入高速发展阶段，并发展成为集机械、电子、控制和计算机技术的一项综合技术。在历史上，所有的高新技术首先被考虑用于军事用途，机器入也不例外。未来战争将是建立在高科技条件下的、高度信息化的全方位立体化的战争，各种具有巨大杀伤力的先进武器的广泛使用，将使未来的战场环境异常复杂、信息瞬息万变，士兵的生命无时不刻受到来自天空、地面，水下各种先进武器的威胁，完全依赖士兵作战能力的战争模式正越来越受到挑战。在军用机器人领域，排爆机器人是较早投入实战的军用机器人之，日静，排爆机器人在些发达国家的军队已得到广泛使用。英国早在 60 年代就研制了 “手推车 ”排爆机器人用于英阿马岛战争的爆炸物清理，其改进型的土拨鼠及野牛两种遥控电动排爆机器人被英国争家工程兵在波黑及科索沃用于探测及处理爆炸物，德国 MV494 型遥控排爆机器人也曾装备了其驻索马晕的维和部队 1 31。在近年来美国发动的几次局部战争中，基于 “零伤亡 ”的作战思想，美军开始在战场上大量使用排爆机器人替代士兵执行排爆任务，其 Talon 排爆机器入 2000 年就参与波斯尼亚地区的军事行动，随后又参与 2002 年初的阿富汗行动以及 2003 年的伊拉克战争，执行的主要任务是爆炸物检测及其处理，阿富汗和伊拉克战争中共执行 20000 项任务，在战争中有效地降低了已方的伤亡 H。此外，由于政治、经济、民族、宗教等关系的错综复杂，国际和地区恐怖主义在世界各国有泛滥的趋势。在公共场所安放爆炸物以产生恐慌 (爆炸恐怖犯罪 )即是其集中表现形式。相对于其他形式的恶性犯罪，恐怖爆炸由于其危害面广、社会和政治负面影响面大，日益成为令当今世界各国政府头疼的问题。据美国官方统计， 1968 年国际上的恐怖主义事件仅有 120 起，面 1984 年增至 652 起。 1983 年的 500 起恐怖活动中，有 262起是爆炸事件 pl。尤其是最近几年，随着国际形势的动荡，恐怖爆炸事件更是此起彼伏，接连不断。除了传统的恐怖活动热点地区，例如中东、阿富汗等地区外，美国、英国、西班牙、日本、俄罗斯、印度尼西亚、乌兹别克斯坦、马来西亚和泰国，菲律宾也接连发生恐怖爆炸事件，影响较大的有俄军医院爆炸案、西班牙马德里爆炸案，印尼巴厘岛爆炸案、伦敦连环爆炸寨等。就连以往很少有恐怖活动波硕十论文小型捧爆机器人总体设计的研究及的国家和地区，近年来也接连发生恐怖爆炸事件。而且，随着时间的推移，这些活动还愈演愈烈。作为应对，反恐排爆已经成为世界各国政府最为关注的问题nts 2 之一。目前在世界范围内，排爆机器人已经成为反恐作战的重要装备之一。排爆机器人是目前较具研究价值的机器人产品，在反恐领域可用来执行诸如反恐排爆的任务，战场上排爆机器人则用以执行诸如排除爆炸物、战场信息收集的任务；稍加改造，即可加装单兵武器用于武装巡逻、战斗值勤等高危险任务。目前国内已经着力于排爆机器人的研发，但距离军事用途还有相当的距离。基于军用机器人产品系列化，通用性的需要，本文对基于小型移动平台基础上，兼具摊爆和作战功能的机器人进行总体设计的研究。 1.2 国内外研究及发展现状 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。尤其是排爆机器人，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。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，对于排爆移动机器人，可以是两排爆、四排爆、六排爆等。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排爆可变形机器人：（ 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。图 2-4 是 iRobot 生产的 “Warrior”机器人配备了两个全自动、自动装弹、可遥控的 12杆机抢，重量为 250 磅。 nts 3 图 2-1 RackBot 准备展开图 2-2 RackBot 伸展情况图 2-3 SUGV 机器人图 2-4 Warrior 机器人（ 2）德国 telemax 防爆机器人：仅在一两年前，德国公司出品了一款防爆机器人，现在 2006 年的新一代机器人已经上市了，其结构比以前的更加轻便，体积更小。这款机器人依靠一个灵活的小型系统有了和一些大型机器人一样的功能。图 2-5 telemax 行走姿势图 2-6 最紧凑姿势通过对国内外排爆机器人的分析，可以看出排爆机器人今后的发展有以下几个方面的趋势：（ 1）结构上，趋向小型、微型。（ 2）运动上，趋向全方位，更灵活，更具自主性。（ 3）在用途上，趋向于功能多功能化。 nts 4 第二章总体方案设计 2.1 设计参数及功能要求 2.1.1 设计技术参数运动速度： 05km/h 爬坡能力： 3035 外形尺寸：长 1300mm, 宽 680mm 行走性能：可前进、后退、转弯定位精度： =10mm 2.1.2 功能要求本次设计的排爆机器人要求具有以下功能：（ 1）代替排爆人员搬运、转移爆炸可疑物品及其它有害危险品；（ 2）代替排爆人员使用爆炸物销毁器销毁炸弹；（ 3）代替现场安检人员实地勘察，实时传输现场图像；（ 4）可配备散弹枪对犯罪分子进行攻击；（ 5）可配备探测器材检查危险场所及危险物品。 2.2 方案选定 2.2.1 结构方案设计本次设计的排爆机器人车体结构采用的是履腿式复合结构，总体设计方案如图 2-1所示。机器人的车体的履带作为排爆移动机构，与前臂和后臂转动相协调，增加了机器人运动灵活性。机器人前臂和后臂各有一个伺服电机驱动，通过控制系统协调配合，实现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，稳定性将更好。机器人车体左右两边履带各有永磁式直流电机驱动，通过控制系统协调配合，控制前轴和后轴的速度、力矩，可实现原地 360转向，前进时的自由转向，随时调解爬坡时的力矩大小。在车体主履带前端是惯性轴，与主动轴配合，保证机器人运动的平稳。 nts 5 1 23 4 5 6 7 8 91-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 2-1 排爆机器人结构组成 2.2.2 性能指标参数选定选定排爆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节履腿式结构自重 50Kg 载荷 50Kg 搭载接口二维随动搭载平台结构尺寸 1205*624*380 运动速度 5km/h 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 前臂履带末端直径 80mm 后臂履带末端直径 80mm 机器人车体总体尺寸如图 2-2： nts 6 12056904008580484506245040080 85550图 2-2 机器人车体结构尺寸 2.3 原理分析分析 2.3.1 主要机构工作原理减速传动机构是电动机通过行星轮减速器的降速，来实现增大转矩、调速，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。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。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，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。 2.3.2 运动特性分析（ 1）平面运动及转弯平面运动及转弯是最基本的运动方式，当两侧的履带同向等速运动时，则表现为直线行走，当两侧履带反向等速运动可实现原地零半径回转，而不同速度同向运动可实现任意半径转向。图 2-3（ a）、图 2-3（ b）为四摆臂履带单元同时着地，使机器人与地面的接触面积增大，可以使机器人适应松软、泥泞和凹凸不平等各种地形环境； nts 7 图 2-3（ a）图 2-3（ b）图 2-3（ c）、图 2-3（ d）、图 2-3（ e）中当遇到小坡度的斜坡时，可直接爬坡而不必采取其他动作，从而可减少对驱动控制系统要求；图 2-3（ c）图 2-3（ d）图 2-3（ e）图 2-3（ f）为四摆臂单元向上摆到中间位置，可实现机器人小空间转向运动。图 2-3（ f）机器人爬坡时，姿态可以转变成图 2-3（ g）。当坡度较大时，则图 2-3（ h）和图 2-3（ i）是较好的姿态，这两种方式可使机器人重心位于稳定状态，从而保证机器人顺利爬坡。图 2-3（ g）图 2-3（ h）图 2-3（ i）（ 2）自撑起及涉水机器人的主要控制系统和检测元件则安装在中间箱体中，为了避免在运动中被损坏，机器人可以通过 4 个摆臂单元向下摆动，抬高中间箱体的高度。且其以各自不同的摆动角度向下摆动时可使机器人变换成各种姿态，从而使中间箱体在允许变化的高度范围内自由转变，从而使机器人完成涉水的动作。（ 3）越障机器人利用摆臂前攻角进行越障，由于机器人摆臂能把车体抬起，所以可越过高于自身高度的障碍物。图 2-4 示（ a） -（ h）表示机器人越过高障碍物的一般过程。履带利用齿形对障碍物的抓爬力来向上攀爬，同时后摆臂向下摆动以使车体抬高，当摆到与地面垂直时后摆臂停止摆动。当主履带爬到障碍物上面时，前摆臂向前向下摆动支起车体，机器人继续前进，直到其重心越过台阶。重心越过台阶后，前摆臂向前向上摆动直到与地面贴合，同时后摆臂向后向上摆动与车体成一后攻角为止，此时机器人已越上台阶。整个过程中，履带始终向前爬行。 nts 8 图 2-4 救灾机器人越障过程第三章机器人运动分析及主电机的选择 3.1 运动分析 3.1.1 跨越台阶当机器人在爬越台阶时，机器人履带底线与地面之间的夹角将慢慢增大，当重心越过台阶的支撑点时，则完成了爬越台阶的动作。由运动过程可以看出，图 3-1 重心的位置处于临界状态，机器人重心只有越过台阶边缘，机器人才能成功的越过障碍。由此可分析出机器人的最大越障高度。 nts 9 图 3-1 上台阶临界状态示意图由图 3-1 所示几何关系可得： c o s ( ) c o t / s i nx L h R R ( 5-1）变换式（ 5-1）可得： s i n / c o sh L R R （ 5-2） 2c o s s i n / c o s 0h LRd （ 5-3）利用式（ 5-3）求出，代入式（ 6-2）可算出机器人跨越障碍的高度 1H 。机器人加装后臂，可以大幅提高机器人跨越台阶的高度，如图 3-2 所示，在后臂伺服电机的驱动下，后臂履带抬起，成 90 直立，在机器人跨越的高度又要高出 H。所以本次设计履带设计中机器人跨越障碍的最大高度为 HHH 1max 图 3-2 上台阶临界状态示意图 3.1.2 跨越沟槽对于小于机器人前后履带轮中心距的沟槽，因机器人重心在机器人车体内，当机器人重心越过下一个沟槽的支撑点时，机器人就越过了沟槽。也可能由于重心未能过去，nts 10 倾翻在沟槽内。当沟槽大于中心距时，排爆机器人可以看做爬越凸台障碍。排爆移动机器人跨越沟槽时，当重心越过沟槽边缘时，受重力作用，机器人将产生前倾现象，运动不稳定。由机器人质心变化规律可知机器人重心在以 r 为半径的圆内，由于摆臂展开后机器人履带与地接触长度变大，为了计算最大跨越壕沟宽度，摆臂履带应处于展开状态。机器人前臂和后臂的长度相等。（ a ）（ b ）（ c ）图 3-3 跨越沟槽示意图机器人在平地图 3-3（ a）跨越沟槽的宽度 1L ： max1L L r （ 6-4） 3.3.3 斜坡运动分析机器人在斜坡上运动时，其受力情况如图 3-4 所示，机器人匀速行驶或静止时，其驱动力： sinFG （ 6-5）图 3-4 机器人上坡受力示意图最大静摩擦力系数为，最大静摩擦力为： nts 11 m a x c o sFG （ 6-6）当 maxFF 时，机器人能平稳行驶。当 maxFF 时，机器人受重力的影响将沿斜面下滑。已知排爆机器人对地面的最大静摩擦系数，则机器人爬越的最大坡度为 : 1m a x ta n ( ) （ 6-7）爬坡时克服摩擦力所需的最大加速度为： m a x ( c o s s i n )ag （ 6-8）通过上述分析，可以根据机器人履带与运动面的摩擦系数来确定一些陡坡是否能够安全爬升，并根据坡度和电机的特性，确定其运动过程最大加速及爬升都陡坡的快速性。由以上计算可得：机器人的爬坡角度最大为 030 ；垂直越障高度最大为 600mm：最大跨沟宽度为 400mm。对于履带和地面的动摩擦因数， f 实际上只是表示起动时车轮所处的滑动状态对应的滑动摩擦力，一旦车轮开始转动，面临的滚动摩擦力则总是比滑动摩擦力小得多。则可取大一点。 56.0 3.2 主电机的选择（ 1）机器人在平直的路上行驶排爆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 sm /39.1v kgm 50 mmR 85 排爆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 3-5 平直路线分析 nts 12 2mgN fRML 又 Nf 则 m.13.5NM L 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 m in/5 6 . 2m a xm a x rDn （ 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 sm/0.1 , 30 ,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 3-6 30 坡度分析 2 03cosN mgRmgfM L 2 30s in 又 Nf ，则 mNM L /22.1 m in/1 1 .2D rn 则在最大坡度下需提供极限转矩为 mNM L /22.1 （ 3）机器人的多姿态越阶对这几种姿态分析，机器人在跨越台阶时直流电机只驱动主履带，机器人在实际跨越台阶过程中速率不大，那么机器人所需提供的输出功率也不大。由以上分析可知，机器人平地直线运动时要求的驱动电机输出转速较大，而爬坡时需要驱动电机的输出转矩较大。因此，在选电机时，应根据平地直线运动所求的最大转速和爬坡运动所求的转矩进行选择。 nts 13 根据机器人爬坡情况的分析， mNMT L .22.1 , min/11.2 rn w WWTn w 269 55 01 1. 22 2. 19 55 0P 机器在平面状况下 mNMT L .13.5 ， min/56.2 rn w WWTn w 809 55 05 6. 21 3. 59 55 0P 因而选取 P=80W 作为机器人的最大输出功率。根据计算的排爆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，其参数如下：额定功率 /W 92 额定转矩 MN./ 0.6 额定转速 1min./ r 1500 电流 /A 7 电压 V/ 12 允许正反转速差 1min/ r 150 因为 WPWP 80,92 输额则 0.86额输PPw 因为 min/1500 rn 额 , min/56.2 rn 输则 26.7i 输额nnw 又 3 6 .86.02 2 .1m a x TTi sw则选取 36i w nts 14 第四章主要零部件的设计与选择 4.1 履带（同步带）部分设计 4.1.1 同步带的选择对于履带基于标准化的思考，我们选择了梯形双面齿同步带作为设计履带，其具有带传动、链传动和齿轮传动的优点。由于带与带轮是靠啮合传递运动和动力，故带与带轮间无相对滑动，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。传动时的线速度可达 50m/s，传动比可达 10，效率可达 98。传动噪音比带传动、链传动和齿轮传动小，耐磨性好，不需油润滑，寿命比摩擦带长。因为同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸nts 15 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。传动效率高，结构紧凑，适宜于多轴传动，无污染，因此可在工作环境较为恶劣的场所下正常工作。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 wp 81 (即 kwp 081.0 ）；由已知设计装置移动速度 smv /5.0 ，根据公式 rnv 2 ，可得主动轮转速m in/71.592/1 rrvn ，预先设计履带主动轮直径 d1 =169mm，履带从动轮直径d2 =169mm，由公式 ddnn1221 ，可得 n2 =59.71r/min.。故可以得到设计的已知条件如下：传递名义功率 wppm 81 . 主动轮转速 71.591 n r/min 从动轮转速 min/71.592 rn 中心距 380a . （ 1）功率的计算 kwpkp md 1 3 7 7.0817.1 式中 K-载荷修正系数（有工作机性能和运转时间查表 8-1 可以得到）表 8-1 修正载荷系数 K 工作机运行时间（小时 /日） 35 810 1624 计算机，医疗机 1.0 1.2 1.4 缝纫机，办公机械 1.2 1.4 1.6 轻传送机，包装机 1.3 1.5 1.7 搅拌机，造纸机 1.4 1.6 1.8 印刷机，圆形带锯 1.4 1.6 1.8 （ 2）确定带的型号和节距由设计功率 Pd =0.1377kw 和 n1 =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，由图 8-1 查得型号选用 XH 型，对应节距 Pb =22.225mm，图 8-2 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 XH 同步带： W =2.794mm， T =15.49 nts 16 图 8-1 梯形齿同步带，轮选型图图 8-2 梯形齿形状图本装置选择的梯形 BD 型 XH 同步带的具体参数如下表 8-2 表 8-2 梯形齿标准同步带型号以及齿尺寸 nts 17 4.1.2 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 8-3 查的 m in122224zzz取：表 8-3 小带轮的最小齿数小带轮转速1nXL L H XH XHH 1n900 10 12 14 22 22 900-1200 10 12 16 24 24 1200-1800 12 14 18 20 26 1800-3600 12 16 20 22 30 由上面得到 p 22.225b 可以代入公式 11 1 6 9 . 8 7bzpd 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 d1 =169mm，履带从动轮直径 d2 =169mm。查表 8-4，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 d1 =169.79mm，履带从动轮直径 d2 =169.79mm。表 8-4XH 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 h 22XH 22 155.64 152.84 167 138 4.5 23XH 23 162.71 159.92 174 145 4.5 24XH 24 169.79 166.99 181 152 4.5 25XH 25 176.86 174.07 188 159 4.5 26XH 26 183.94 181.14 195 166 4.5 27XH 27 191.01 188.22 202 173 4.5 28XH 28 198.08 195.29 209 180 4.5 11d= 0 . 5 36 0 1 0 0 0nv 校核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nts 18 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 8-5 得 m axv 2 5 /ms maxvv 校核表 8-5 梯形齿同步带极限速度型号 MXL,XXL,XL,T2.5， T5， 3M L,H,T10，8M,14M XH,XXH, T20， 20M 模数 1,1.5, 2,2.5 3,4， 5 7,10 maxV 40-50 35-40 25-30 4.1.3 确定节线长度确定中心距 a ，增大中心距，可以增加带轮的包角，减少单位时间内带的循环次数，有利于提高带的寿命，但是中心距过大，则会加剧带的波动，降低带的传动平稳性，同时增大带传动的整体尺寸，中心距过小，则有相反的利弊，取带传动的中心距为 )()(. dddd dddd a 2121 270 由 d1 =169.79mm， d2 =169.79mm.代入上式有 16.679706.237 0 a 由于排爆机器人工作的环境限制，所设计的尺寸不宜过大，选择中心距的尺寸偏小，初选取 a =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，根据下式求得： 221210 422 a dddL ddddd a ）（ d代入 a =400mm， d1 =169.79mm， d2 =169.79mm 有 Ld0 1350.79mm，根据表 8-6 就近圆整 Ld0 =1422.40mm 型号为 560XH，同步带齿数为 64。表 8-6 XH 型同步带节线型号 XH 型（节距 =22.225mm）规格节线长 mm 齿数 463XH 1177.93 53 nts 19 508XH 1289.05 58 560XH 1422.40 64 570XH 1444.63 65 580XH 1466.85 66 630XH 1600.20 72 700XH 1778.00 80 735XH 1866.90 84 752XH 1911.35 86 770XH 1955.80 88 785XH 2008.70 90 4.1.4 确定最大功率时带宽（ 1）计算同步带的基准额定功率 P0

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