JX02-126@探针测量校准系统机械结构设计
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机械毕业设计全套
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JX02-126@探针测量校准系统机械结构设计,机械毕业设计全套
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扬州大学广陵学院 本科生毕业论文 毕业论文题目 探针测量校准系统机械结构设计 学 生 姓 名 何梦珂 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机械 81001 班 指 导 教 师 李鹭扬 完 成 日 期 2014 年 5 月 31 日 nts 扬州大学广陵学院 本科生毕业 设计 毕业 设计 题目 探针测量校准系统机械结构设计 学 生 姓 名 何梦珂 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机械 81001 班 指 导 教 师 李鹭扬 完 成 日 期 2014 年 5 月 31 日 nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 1 扬州大学 广陵 学院 毕业设计（论文）前期工作材料 学 生 姓 名： 何梦珂 学号： 100007111 教 科 部： 机 械 电 子 系 专 业： 机械设计制造及 其 自动化 设计（论文）题目： 探针测量校准系统机械结构设计 指 导 老 师： 李 鹭 扬 材 料 目 录 序号 名 称 数量 备注 1 毕业设计（论 文）选题、审题表 1 2 毕业设计（论文）任务书 1 3 毕业设计（论文）实习调研报告 1 4 毕业设计（论文）开题报告（含文献综述） 1 5 毕业设计（论文）外文资料翻译（含原文） 1 6 毕业设计（论文）中期检查表 1 2014 年 4 月 9 日 nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 2 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）题目申报表 设计（论文）题 目 探针测量校准系统机械 结构设计 题目类型 1 题目来源 A 面向专业 机械设计制造 及其自动化 指导教师 李鹭扬 职称 副教授 学 位 博士 从事专业 方向串、并联机器人 题目简介： 七孔探针测量校准系统是风洞实验中用于校准七孔探针的装置。该装置需要相互垂直的两个回转运动，运动速度不高，但是精度要求较高，而且探针是伸入风洞试验段的，因此在结构上要符合空气动力学测量的要求。 审核意见： 审核人签名： 年 月 日 题目类型 1、为结合科研； 2、为结合生产实际； 3、为结合大学生科研训练计划； 4、 为结合学科竞赛； 5、模拟仿真； 6、其它 题目来源 A.指导教师出题 ； B.学生自定、自拟 nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 3 扬州大学广陵学院 毕业设计（论文）任务书 教 科 部 ： 机 械 电 子 系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生 姓名 : 何 梦 珂 学号 : 100007111 毕业（论文）题目： 探针测量校准系统机械结构设计 起 迄 日 期： 2014.2.22-2014.6.6 设计（论文）地点： 扬州大学江阳路南校区 指 导 老 师： 李 鹭 扬 专 业 负 责 人： 发任务书日期： 2014 年 4 月 9 日 nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 4 扬州大学广陵学院本科生毕业论文任务书 论文题目 探针测量校准系统机械结构设计 年级 大四 专业 机械设计制造 及其自动化 学生姓名 何梦珂 学号 100007111 主要内容： 1. 具有较好的机械设计理论基础，能熟练掌握二维和三维的制图软件，具有比较强的独立研究和探索能力，具有较强的主动沟通意识。 2. 探针测量校准系统机械结构设计 ,完整的机械设计过程及其说明 ； 3. 完成二维或者三维的设计图纸绘制 ； 4.查阅文献 15 篇以上，翻译不少于 5000 印刷符的英文资料； 5.撰写开题报告：包括工作任务分析、调研报告或文献综述、方案拟定与分析以及实施计划等； 6.撰写毕业论文，篇幅不少 于 1 万字。 主要任务及基本要求（包括指定的参考资料）： 主要任务及基本要求： 1、撰写开题报告：包括工作任务分析、调研报告或文献综述、方案拟定与分析 以及实施计划等； 2、查阅文献 14 篇以上，翻译不少于 5000 印刷符的英文资料； 3、熟练运 用二维三维绘图 软件； 4、撰写毕业论文，篇幅不少于 1 万字。 主要参考文献： 1 A.A.,Gerner and C.L.,Maurer, U.S., Air Force Academy, CO. Calibration of Seven-Hole Probes Suitable for High Angles in Subsonic Compressible Flows. AIAA Paper 82-0410, Jan 1982. 2 Everett, K.N, Gerner, A.A., and Durston, D.A., Seven-Hole Cone Probes for High Angle Flow Measurement: Theory and Calibration. AIAA Journal, Vol.21, No.7,1983, pp992-998. 3 Zilliac, G.G., Calibration of Seven-Hole Pressure Probes for Use in Fluid Flows with Large Angularity. NASA technical Memorandum 102200, nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 5 December, 1989. 4 M. D. Zeger, L. P. Chalmeta, and D. P. Telionis, Tip Geometry Effects on Calibration and Performance of Seven-Hole Probes, AIAA Paper98-2810, 1982. 5 齐孟卜、李京伯，测量亚音速可压缩流动大流动角的七孔探针，南京航空学院， 1983. 6 冯亚南 ,吴成 ,熊善文 . 双三角翼外翼前缘钝化对涡流特性的影响 J北京航空航天大学学报 , 1997,(03). 7 张传聚 ,王立志 . 工业锅炉炉膛空气动力特性的试验研究 J山东工业大学学报， 1999,(03). 8 顾蕴松 ,明晓 . 大迎角细长体非对称空间流场特性的试验研究 J流体力学实验与测量 , 2005,(02). 9 赵学训 . 螺旋桨滑流对飞机绕流影响的试验研究 J. 流体力学实验与测量， 1995. 10 双层壁扩压器波瓣喷管引射掺混流动的实验研究南京航空航天大学学报 ,2003年 01 期 . 11 高正直升机空气动力学的新成果 M北京：航空工业出版社， 1999 12 顾蕴松，明晓，舰船飞行甲板真实流场特性试验研究，航空学报， Vol.22，No.6， 2001. 13 Johansen, E.S., Vijayagopal, R., and Rediniotis, O.K., Novel High-Accuracy Calibration Algorithm for Multi-Hole Prpbes in compressible Flowfields. NASA Report, 1997. 14 Espen.S.Johansen, Othon K.Rediniotis, Greg Jones, The Compressible Calibration of Miniature Multi-Hole Probes ， Journal of Fluids Engineering, VOL.123,MARCH 2001. 15 O.K. Redionotis, G. Chryssanthakopoulos, Application of neural networks and fuzzy logic to the calibration of the seven-hole probe,Journal of Fluids Engineering 120 (1998) 95 101. 发出任务书日期： 2014 年 2 月 22 日 完成期限： 2014 年 4 月 9 日 指导教师签名： 专业主任签名： 年 月 日 nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 6 扬州大学 广陵 学院 毕业设计（论文）实习调研报告 学 生 姓 名： 何梦珂 学号： 100007111 专 业： 机械设计制造及 其 自动化 指 导 老 师： 李 鹭 扬 nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 7 扬州大学广陵 学院 毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 何梦珂 学 号： 100007111 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计 (论文 )题目： 探针测量校准系统机械结构设计 指 导 老 师： 李 鹭 扬 2014 年 4 月 9 日 nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 8 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题 目 探针测量校准系统机械结构设计 题目来源 指导老师出题 题目类型 为结合科研 指导 教师 李鹭扬 学生姓名 何梦珂 学 号 100007111 专 业 机械设计制造及其自动化 开 题报告内容：（调研资料的准备与总结，研究目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段 、 内容及时间安排；完成毕业设计（论文）所具备的条件因素等。） 本毕业设计（论文）课题应达到的目的： （ 1）培养学生的调查研究以及资料、信息的获取、分析等综合能力； （ 2）培养学生的工程设计能力，主要包括设计、计算及绘图能力； （ 3）培养学生的综合运用专业理论知识，分析解决实际问题的能力； （ 4）培养学生的在设计过程中使用计算 机的能力； （ 5）培养学生的撰写设计说明书、论文的能力； （ 6）培养学生创新能力和创新精神。 本毕业设计（论文）课题工作进度计划 ： 起止日期 工 作 内 容 2014-02-222014-03-31 2014-04-1 2014-05-30 2014-06-01 2014-06-07 毕业设计开始，查阅中外文资料，完成外文翻译，完成实习调研和实习报告，完成开题报告； 进行毕业设计，接收毕业设计中期检查， 根据设计要求，进行机械结构 原理设计和结构设计， 撰写毕业设计论文 ； 修改 完善毕业论文、准备毕业答辩、整理毕业设计期间的所有资料、成果并归档。 nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 9 文 献 综 述 流动测量是研究飞行器气动性能的重要途径，尽管流体流场测量已步入复杂而昂贵的光、电设备测量时代，例如激光多普勒测速仪、粒子图像测速仪、热线风速仪等，但在某些测量场合下，特别是测量平均速度，多孔压力探头仍是主要选择之一。在三维测量情况下，一个经过仔细设计、精良制造、严格校准的七孔探针，其测速精度可超过三维热线，在可以忽略接触式测量对流场的干扰的场合（例如外场实物全尺寸测量），往往优先考虑简单实用的七孔探针来测量速 度压力，而不选用调试操作复杂的三维激光测速仪。 七孔压力探针既是一种高性能的流场测量仪器，又是一种有效而又精确的测量方法 1-5。通过测量七个孔的压力值，利用已校准的数据库和局部最小二乘法插值，就能够精确地确定速度的大小和方向、总压和静压、马赫数、雷诺数以及诸如密度和粘性等流场性质。与激光多普勒测速仪（ LDV）、粒子成象测速仪（ PIV）以及热线风速仪相比，七孔探针有它自身的优越性：价格便宜，设备简单，测量方法简单，对环境要求低，精度很高等。 目前许多飞机已广泛采用前缘边条，前掠翼和鸭式布局 的飞机也已研制出来。这些气动布局证明，利用强旋涡控制可提高飞机的机动性。像协和号超音速客机的机翼，实际上与涡升力的复杂流动有关。 S 形弯曲进气道的强漩流也是引起发动机喘震的重要原因之一。如果机翼上主次涡的干扰处置不当，会引起气流分离和升力损失。虽然流动显示技术对漩涡干扰可以做到直观而又深刻的了解，但不能进行定量测量。 七孔探针的出现，其目的在于能够高精度地测量流动角高达 80 度的流动，能用于风洞实验模型周围及其后面尾迹的复杂流动的定量测量。因此从八十年代以来七孔探针一直被广泛用于大角度复杂流动的测量，其意义在于适应我国航天科学研究发展的需要，为目前和将来能设计出更先进的飞机、为国防事业提供有力的帮助。 虽然现在七孔探针在不可压缩流测量中的应用越来越广泛 6-10，但目前的七孔探针测量系统对数据的采集和处理过程也相当繁琐且处理周期比较长，一直没有形成一个高效的测量系统。特别是在某些特定场合，如全尺寸测量，飞行实测以及恶劣环境下的流动测量等，要求测试系统必须具有稳定性好， 操作简单，高精度的特性。现代海战越来越强调海空协调作战，从而促使海军直升机得到迅速的发展。海军直升机具有强大反潜反舰等功能，执行不同的任务，投放的导弹或鱼雷也有所不同，因此投放方式有所差距。有的投放不需要开伞，而有的则需要，飞行投放开伞靠开伞绳的长短来实现。为了确保加装带伞鱼雷投放的安全性，急需对投雷环境（弹舱下部）的气流流场进行测量，为投放方案设计提供依据。目前，国内外对直升机流场进行飞行实测研究非常少，直升机复杂的气动特性，特别是在机腹的流场特性，除了受前飞速度的影响外，还受到旋翼所产生的下洗速度，直升 机的复杂外形以及自然风等因素的影响，使得流场难以预测 11,12因此，结合七孔探针流场测量的优点，针对直升机腹部流场测量的要求，开发出一套适用性强，性能优良的七孔探针实时测试系统是十分必要的。同时，界面友好，实时性强的测试系统也能为七孔探针的广泛应用提供方便。 目前，国内对七孔探针的研究与运用仅局限在低速不可压缩流中，随着四代战斗机的出现，超音速巡航，高机动性成为飞机的重要性能指标，此时对飞机流场的研究仅靠在低速中测量是远远不够的，又由于其他测量手段的局限性，nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 10 急需对七孔探针在可压缩流中乃至超音速流 中应用进行研究 13,14。 对七孔探针进行可压缩测量方法研究如果采用实验的方法，则所需采集点数目繁多，对实验仪器的安装与可靠性都要求非常高 15,16，同时需要大量的集中气源，使得校准费用变得非常昂贵。数值计算是近年来在流体力学理论研究和实际工程应用中发挥了巨大作用的有力工具之一，对七孔探针在可压缩中的校准理论研究阶段采用数值计算的手段是非常合理和必要的，通过研究七孔探针的绕流以及受力分析能够为实验方案的设计与优化提供非常有利的帮助。 我国学者对七孔探针已有一定量的研究，在研究实验过程中也 发现了七孔探针测量流场时的局限性，受加工工艺水平，测量方法和测量设备的影响。在解决七孔探针问题的过程中，我们意识到七孔探针作为一种流场测量工具，不仅要求其测量结果合理精确，同样重要的是使用要方便实用，鉴于七孔探针校准及测量方法都很繁琐，所以急需用计算机语言编写出一套完整的校准及测量程序，使其拥有友好实用的界面，方便使用者进行七孔探针测量流场。七孔探针校准及测量程序要求与硬件设计结合，自动完成数据采集处理过程，校准和测量算法内嵌其中，并且可以扩展变化。这样，七孔探针就有了继续深入研究和技术发展的平台，七孔探针 的使用也会得以简化，使七孔探针应用有更广阔的前景。 主要参考文献 1 A.A.,Gerner and C.L.,Maurer, U.S., Air Force Academy, CO. Calibration of Seven-Hole Probes Suitable for High Angles in Subsonic Compressible Flows. AIAA Paper 82-0410, Jan 1982. 2 Everett, K.N, Gerner, A.A., and Durston, D.A., Seven-Hole Cone Probes for High Angle Flow Measurement: Theory and Calibration. AIAA Journal, Vol.21, No.7,1983, pp992-998. 3 Zilliac, G.G., Calibration of Seven-Hole Pressure Probes for Use in Fluid Flows with Large Angularity. NASA technical Memorandum 102200, December, 1989. 4 M. D. Zeger, L. P. Chalmeta, and D. P. Telionis, Tip Geometry Effects on Calibration and Performance of Seven-Hole Probes, AIAA Paper98-2810, 1982. 5 齐孟卜、李京伯，测量亚音速可压缩流动大流动角的七孔探针，南京航空学院， 1983. 6 冯亚南 ,吴成 ,熊善文 . 双三角翼外翼前缘 钝化对涡流特性的影响 J北京航空航天大学学报 , 1997,(03). 7 张传聚 ,王立志 . 工业锅炉炉膛空气动力特性的试验研究 J山东工业大学学报， 1999,(03). 8 顾蕴松 ,明晓 . 大迎角细长体非对称空间流场特性的试验研究 J流体力学实验与测量 , 2005,(02). 9 赵学训 . 螺旋桨滑流对飞机绕流影响的试验研究 J. 流体力学实验与测量， 1995，（ 04） . 10 双层壁扩压器波瓣喷管引射掺混流动的实验研究南京航空航天大学学nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 11 报 ,2003年 01 期 . 11 高正直 升机空气动力学的新成果 M北京：航空工业出版社， 1999 12 顾蕴松，明晓，舰船飞行甲板真实流场特性试验研究，航空学报， Vol.22，No.6， 2001. 13 Johansen, E.S., Vijayagopal, R., and Rediniotis, O.K., Novel High-Accuracy Calibration Algorithm for Multi-Hole Prpbes in compressible Flowfields. NASA Report, 1997. 14 Espen.S.Johansen, Othon K.Rediniotis, Greg Jones, The Compressible Calibration of Miniature Multi-Hole Probes ， Journal of Fluids Engineering, VOL.123,MARCH 2001. 15 O.K. Redionotis, G. Chryssanthakopoulos, Application of neural networks and fuzzy logic to the calibration of the seven-hole probe,Journal of Fluids Engineering 120 (1998) 95 101. 16 Ericksen A.L.,Gallington R.W.,Rao B.M. Rapid calibrationof seven-hole probesR. NASA TM-107040, 1995. nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 12 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段 （途径） 主要研究内容： 1、 探针结构的构型选择； 2、 探针的转动和俯仰运动分析； 3、 探针结构的完整机械系统； 4、 探针结构的力学分析； 5、 根据分析结果采用 ADAMS 软件对探针结构进行优化。 研究工作步骤： 1、查阅相关的文献资料，熟悉和掌握机构理论和方法，清晰设计思路； 2、根据设计要求，进行探针标定装置原理设计和结构设计； 3、采用 ADAMS 软件进行运动学和动力学分析优化； 4、整理资料，准备写设计说明书。 5、完善毕业论文，准备答辩。 nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 13 扬州大学广陵学院 毕业设计（论文）外文资料翻译 教 科 部： 机 械 电 子 系 专 业： 机械设计 制造 及其自动化 姓 名： 何 梦 珂 学 号： 100007111 外 文 出 处： Robot Mechanisms and Mechanical Devices 附 件： 指导老师评语 签名： 年 月 日 nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 14 扬 州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）中期自查表 （中期教学检查用） 学生姓名 何梦珂 学号 100007111 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械 81001 班 指导教师 李鹭扬 职 称 副教授 设计（论文）题 目 探针测量校准系统机械结构设计 个人精力 实际投入 每天平均工作时 间 6 小时 迄今缺席天数 无 出勤率 % 100% 指导教师每周指导次数 2 每周指导时间（小时） 2 未指导的周次及原因 无 毕 业 设 计（论文）工作进度（完成）内容及比重 已完成主要内容（ 30 %） 待完成主要内容（ 70 %） 进展正常 存在问题及解决方案 指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日 nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 15 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）指导教师审阅意见表 设计（论文 ）题目 探针测量校准系统机械结构设计 学生姓名 何梦珂 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械 81001 班 指导教师姓名 李鹭扬 职称 副教授 得分 指导教师审阅意见： 指导教师签名： 年 月 日 nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 16 扬 州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）评阅人意见表 设计（论文）题目 探针测量校准系统机械结构设计 学生姓名 何梦珂 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械 81001 班 评阅人姓名 职称 得分 评阅人意见： 评阅人签名： 年 月 日 nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 17 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）答辩结果表 设计（论文）题目 探针测量校准系统机械结构设计 学生姓名 何梦珂 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械 81001 班 答辩记录： 答辩小组意见： 得 分 组长签名 日 期 答辩委员会意见： 指导教师评 分 评阅人评 分 答辩小组得 分 结构分 最终成绩 主任签章 日 期 nts何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计 18 nts毕业设计实习调研报告 在学期开始的 前五 周内的毕业实习是我参与社会实践活动的很重要的一部分，为毕业设计提供实践基础。 我在江苏富仁机件厂参观实习，获得了课堂上不能学到的知识。学到了理论知识结合实际生产产品，使我对理论有了较为深刻的理解。 实习目的： 生产实习是我们机械设计制造及其自动化专业知识结构中不可缺少的组成部分，并作为一个独立的项目列入专业教学计划中。其目的在于通过实习使学生获得基本生产的感性知识，理论联系实际。扩大知识面；同时专业实习又是锻炼和培养学生业务能力及素质的重要渠道，培养当代大学生具有吃苦耐劳 的精神，也是学生接触社会、了解产业状况、了解国情的一个重要途径，逐步实现由学生到社会的转变。培养我们初步担任技术工作的能力、初步了解企业管理的基本方法和技能；体验企业公关的内容和方法。这些实际知识，对我们学习后面的课程乃至以后的工作，都是十分必要的基础。 实习内容： 1、 了解各种机床，并对它们的工作过程有个感性认识。 2、 参观叶片泵、齿轮泵各组件制造加工过程。 3、 对叶片泵和齿轮泵的出厂过程有所了解，包括装配过程和最后的校核。 实习企业简介： 公司为以加油机制造为龙头产业，涉足税控收款机生产、国际贸易、空调配件制造、生物技术、房地产、亚克力包装等领域多元化发展的省级企业集团。 公司通过 ISO14001 环境管理体系和 ISO9001： 2000 标准质量体系双项认证，通过检测中心 ISO/IEC17025 标准认证。主控产品加油机获实用型专利证书 。公司占地 11 万平方米，拥有建筑 7 万平方米，有日本进口 MA-50HA 卧式加工中心、数控车床、美国 Keytech 电子兼容设备 16 踪 100MHZ 存储示波器等 12 套国际先进设备， 8 条高效生产流水线；有员工3500 名，其中管理类、技术类人员占 40%；拥有年生产 5 万台加油机、 15 万套后台管理系统、 100 万台税控收款机及 50 万台税控器的能力；总资产增至 8 亿多元。 实习过程： 首先，我来到了加工车间。很干净宽敞的厂房，使我不敢相信这里是工厂。几十台车床和铣床、磨床等有序的摆放在厂房的两旁。工人师傅各自忙碌着自己的工作。里 面显得井然有序。我来到一台大型的车床前，带着好奇与求知的心情来向工人师傅询问了许多我渴望以久的问题的答案。工人师傅认真的给我讲解了车床的操作方法及用途、内部结构。这些设备是先后从德国、瑞士等国引进的加工中心及专用数控加工设备。在这里，我的问题都一一得到了解答。我又参观了铣床、磨床以及一些检测设备，这些设备好多都是数字控制，只需要工人师傅输入参数。便可以加工出自己需要的零件、我真是为现代这种先进的技术感到惊叹，但在负责人的讲解下，我了解到这里好多设备都是从德国进口，此时，我陷入了沉思。 最后我又来到了齿轮加工 车间，在齿轮加工车间，通过观察和对老师和师傅的询问，了解到齿轮的加工方法很多，传统方法一般用切削加工。切削加工分为伪形法和范成法。伪刑法是成形铣刀在普通铣床上加工齿轮的方法。展成法是利用一对齿轮相啮合时，其共轭齿轮互为包络线 的原理来切割齿轮的。 这次实习使我亲身感受了所学知识与实际的应用，各种机床和仪器等等使用理论与实际相结合，让我打开眼界。也是对以前所学知识的一个初审。这次实习对我以后的学习、工作也是受益匪浅，在短短的几周内让我初步理性回到感性的重新认识，也让我初步的认识这个社会，对于以后做人所应把握的 方向也有所启发！ nts第六章 转向历史 版权所有 2003 年的麦格劳 - 希尔公司，公司点击这里使用条款。 罗马人 广泛使用二轮马车 ， 一 拉动右边缰绳，马就拉着车向右拐 ，反之亦然。 车 上的两个轮子 装在同一轴上，但在必要的地方每个车轮可转动的速度取决于车是直行还是拐弯 。 车越来越大，最终有四个轮子，两个 在 前 面 和 两个在后面。很明显（虽然目前还不清楚这是不是罗马人提出的），这个尝试是拐弯引起的问题，一个或一 组车轮会打滑。 解 决这个问题最简单的方法是在车轮前组上 轴 的中间设计成旋转的 （图 6-1）。 一个 舌头连接到轴和前面的车辆，在 连接到一个马。 马 拉着前面车轮转，后轮跟着转 。这个方法 很 有效 ，的确，仍然是四轮马车 。 图 6-1 枢轴安装前车轮 在 19 世纪初，随着蒸汽机的出现（以及后来的电动机，燃气发动机和柴油发动机） 该方法 开始出问题 。车辆 很难 在速度更快的情况下控制 在 每秒几米。 在车辆的前下方 车轴和舌头 占用了大量的空间来回摆动 。尝试解决这个问题的方法是使该轴足够长，使 前转弯时车轮没有打 到车的两侧，但 前轮 比较长的车辆不是 很方便 。 第一个有效的修复 是在两个前轮上安装机制，允许每个车轮旋转到接近其自己的中心。这节省空间， 更容易控制 并且 工作 得很好 。在 1816 年，乔治 Lankensperger 发现转弯时用车轮安装使用，将使这种变化一致。 他与鲁道夫阿克曼 合作 ，他的名字是现在这种 几何形状转向 类型 的代名词 。虽然阿克曼转向 在几乎每个人控制的车辆设计道路上使用，它其实是 不适合 由电脑控制的高机动性车辆，但感觉对了的人，可以 以更快的速度 运作非常良好 。它 原来 还有许多其他的方法，用于一些直观的或者 一些非常复杂的 车削 。 nts转向基础知识 当车辆 前轮或在轨道上的所有点以同样的速度同向 旋转 时 ， 仅当它们都是相同的直径。车削需要在这个系统中的一些变化。一个 twowheeled 自行车（图 6-2） 显示了 执行这一转变 最直观的机制 。转动前轮到一个新的地方 ， 它在这一方向 转 。后轮 也是如此 。 然后 前轮和自行车，再直走。 密切观察三轮车的两个后轮演示转弯时 ，可以发现另一个重要的事实：在内侧 车轮拐角处的转速比外侧车轮速度 慢，因为内侧轮 在相同时间内 是绕来绕去的一个小圆圈。这一重要细节，如图 6-3 所示，发生在所有的轮 式和履带式车辆。如果车辆的车轮是内联的，必须有某种方式，让轮子 指向不同的方向。如果 在两侧的车轮，它们必须能够以不同的速度旋转。这 与地面接触的传动部分的任何偏差都会 发生 滑动或滑行。 图 6-2 自行车转向 图 6-3 三轮车转向 在一个方向上 直线行驶 至少需要一个单一的方向执行机构。发条玩具是一种超简单的 驱动系统。直线行驶在两个方向上都至少需要一个双向执行器或两个单方向的驱动器。其中的一个单方向执行器可以 驱动无论是转向机构还是第二驱动电机。增加一个简单的单方向的 电机玩具，它可以去 任何新的方向。这表明， 在任何方向上移动 至少 需 要 的致动器数目为 2，并且两个可以是单方向的电机。 在实践中，这原来是相当 受限制的，至少部分是因为它 只有两个单方向的驱动器 很难在nts原地转 ， 但主要是因为没有足够的驱动器和转向 。让我们来探讨一下 常用的 轮式和 履带式机器人 的多 种转向 。 最简单 静态稳定的车辆有两种 ，一种是 三个轮子或两个曲目 ，另一种是 最简单的动力系统来驱动 ， 避免 使用只有两个 单方向 的电动机 。 事实证明，只有 这 两种方法来引导这些非常简单的车辆： 1。两个单方向的电机 组合驱动器 /转向轮或组合驱动 /转向轨道与其他一些被动轮或轨道 2。两个单方向的电机，每行驶轨道或轮（第三车轮上的轮动布局是一个被动的旋转脚轮） 最简单的 第一个 版本是一个单轮 转向几何 驱动 /转向模块安装在带有两个固定轮子的机器人 上。常见三轮车使用这个布局， 这样 在自动化仓库使用的车辆 做一些自动 引 导 （ AGV 的）。流动性是有限的 ， 因为只有一个车轮提供动力，同时拖动两个被动轮。这种布局可以很好地用于 AGV 的应用 ， 因为仓库的地面平整和整洁， 这种类型的车辆 用于 走道 设计 。在 AGV 驱动 /转向模块通常具有双向转向电机， 把驱动轮 过去 180 ，所以 单一方向转向电机是可能的。 AGVS 最复杂的类型 四个驱动 /转向模块 有很多版本。这些车辆 可以 在任何方向 用有效任何普通转向引导 不旋转（俗称“测航 ” ） ， 叫做 伪阿克曼转向，任何一点 转一下 或旋转到位， 都没有打滑， 是轮模块的 AGV 可独立，并 在几种不同的尺寸范围从大约 30 厘米高 到 近一 米高。 图 6-4 打开约一轨道 第二个 马达单方向转向布局已 在研究机器人和玩具 中 成功 尝试， 但它并没有提供足够的环境， 在 良性 中 选择车辆 走动。它可以用在履带式车辆，但没能够驱动轨道向后，机器人不能在原地转 ，必须转一 个轨道 。图 6-4 显示了在 这个限制 中可接受的一些应用，以及单方向的简单 电子马达驱动器可以弥补流动性的丧失。该这两个驱动 /转向系统的最大优点是极致简约， 但 不可以 掉以轻心。 下一步向上 下一个最有效的转向方法是使 一个双向 的制动器 具有双向性。 地毯战士 的 机器人 在每个轮上使用两个双向马达 。这个转向几何（图 6-5a， 6-5b）被称为差动转向系统。不同的相对速度在两个轮子之间接通机器人。在一些超简单的机器人，像地毯战士，第三轮甚至不旋转， 当机器人在转弯时 它只是被动地卷在一个固定的轴和垫木 上 。几乎所有 的现代双履带式车辆使用这个方法来引导，而旧履带式车辆会制动 轨道 的一侧 ， 使 车辆 在轨道上减缓 。 nts图 6-5a 中差分操舵 图 6-5b 在轮式车辆的章节中讨论，这也是一些四轮装载机 转向 ，如知名的方法山猫。 一个马达驱动 车辆 两个轮子 的一侧， 其他驱动两个轮子的另一边。 这种转向的方法是有效和强大 的，它是用 在一个大比例的四、六、 八轮式机器人， 和 几乎所有的现代履带式车辆 。该指导方法产生了大量的车轮或履带打滑 。这就是名为“滑移”的由来。 该轮或履带打滑的事实意味着该系统是穿脱轮胎或履带垫 的浪费 ，这使 滑动转向 的设计低效率 。配售车轮并拢或使轨道更短 为前 /后稳定的成本 来 减少这 种打滑。六轮滑移转向车辆可以将车轮的中心组略低于前、 后集，在增加摆 动的成本 减少打滑 。几个全地形车制造商已经 在六轮式车辆上产生 轻微的偏移，这一概念 也 可以应用于室内 硬质表面的机器人 。八轮式机器人可以从降低 中心两套轮子，减少颤动中获益 。 单轮驱动 /转向模块前面讨论过， 图 6-6 三轮车在一般情 况下 可以 应用到许多布局的 一个有效的机制。 一个缺点是 通过转向机构 一些固有的复杂 驱动轮。 这通常是通过 驱动电机 与变速箱里面的 轮 来完成的。采用这种布局，电源 驱动电机 在驱动轮只有一对相关 电线从任何传感器信号线 引出 。这些电线必须经过转向机构， 比传递动力机械通过接头 更 容易 。 在某些电机 inwheel 布局， 特别是讨论了同步驱动下，转向机构在任一方向必须能够转动驱动轮 。这需要转向的电机滑环关节。滑环，也称为旋转接头，在两个标准制造尺寸 或自定义布局。 图 6-6 驱动 /转向模块三轮车上 nts图 6-7 同步驱动器 一种解决机械供电问题的 类型， 在一个驱动轮 /引导模块做了几个巨大 复杂的 成功 机器人 研究 ， 通常称为 syncrodrive。一个 同步驱动 （图 6-7）通常使用三个 或四个轮子。所有的驱动和转向步调一致，同步进行。这充分允许完整的转向（头在任何方向不动时需要前进）。可以在草图中看出，驱动马达在车轮的正上方。车轴 穿过中心转向轴，通过一个直角变速箱联接到轮。 如果 因为它能够产生小的旋转误差 而依靠航位推算 ，这种布局可能是最好的使用 。虽然占主导地位 ，但航位推算误差通常是由事物的环境 产生，该 系统理论上具有最小的内部误差。四轮布局 不 适合 崎岖 的地形，除非至 少有一个轮模块是由垂直兼容， 但将产生如图 6-8 所示的复杂机制。 图 6-8 驱动 /转向模块垂直合规 全地形周期（ ATC），当他们的法律 通过运行功率差分对的两个后轮，并且 在一对前轮标准三轮车 上操纵 布局。 ATC 中明确指出的大弱点 是 在一个急转弯时 以对角下降到前轮一侧的倾向 ，用人力驱动流动性相当好，但 不是天生如此 的 。 四 个 是 系统 的稳定性问题 的答案。四个轮子使他们更稳定，许多都是四轮产生的驱动 ，在无法转的地方大大 增强其流动性 。当然设计是 由人来控制，谁 可以预见障碍 并找出如何操纵它们。如果 在它们的大小范围 移动系统 是必 要的 ，他们可能是个好的开始。它们大批量生产， 价格低廉，并且它们是一成熟的产品。四 可 由多家公司制造并且可在许多大小范围 内提供许多不同的移动 能力。 随着轮的数量上升，转向方法也有 很多。大多数是基于前面提到的类型变化 ，但一个是完全不同的。在图 4-30（第四章），车辆分为 2 个部分通过一垂直轴接头相连接。这种布局常见于大型工业前端装载机， 即使它不能在原地转但可提供很好的转向。布局上也迫使部分在 相当不寻常的形状 上 允许转弯 。 在工业的版本上 动力是由单一马达和差速器传递至车轮，nts如果每车轮有自己的电机 ， 流动性将增加 。 第七章 步行 机器人 版权 2003 由美国麦格劳 -希尔公司，公司按此使用条款。 这里没有多细胞动物，使用任何形式的 推进滚动机构。每一个单一的陆地动物的用途 是接肢或扭动 。 行走必须是最好的方式 来 移动，对吗？为什么没有更多的步行机器人？原来一个步行机器人远比做一个轮子或履带式之一更加困难。连最基本的助行器 都 需要更多的驱动器，更多的自由度，以及更多的运动部件。 稳定是行走机器人的主要问题，因为他们往往 是高大头重脚轻。某些类型的腿的几何形状和行走步态 从摔倒 步态 的预防 到 停止。它们是静态稳定的。其 几何形状被称为 “ 动态稳定“ 。 如 果他们 在一 错点停止 ，他们就跌倒了 。 人是动态稳定 的 。 自然界中动态稳定步行的一个例子事实上是任何两条腿的动物。 当他们要停止行走 ,他们的脚必须在正确的地方，防止翻倒。 两足恐龙，人类，鸟 是用 两条腿行走， 但任何起到 红色 /绿色光 或冻结标签的孩子已经想停止中等步幅没有跌 这是相当困难的 。 对于 这个原因，两足步行机器人，无论是拟人化的（ 像 人 一样 ） 或似 鸟（膝盖弯曲或其他方式）， 都比较复杂，需要传感器才 可以检测机器人 是否 翻 倒 ，然后计算 脚放 在哪里 去阻止它。 某些超过两条腿的动物在特定的步态类型 中 也是动态稳定。马是一个很好的例子。当 他们静静地站 着时是它们 唯一一次 的 静态稳定。他们使用的运动步态 是 动态稳定 的 。当他们想停止，他们必须计划把脚放哪里来防止摔倒。当一匹马的 脚 要抬离地面，马 要 重新定位 用 三蹄 来 保持稳定 ， 这是一个很大的努力，甚至 它 已是静止的。另一方面， 猫 可以 行走 ，使他们能够 在任何时候停止不翻倒。他们 这样 做 不需要提前终止计划。这就是所谓的静态稳定独立腿走路。大象 在 过 河 流或困难的地形 时 使用这种技术。他们三条腿 站着 而第四腿移动，直到找到合适的地方放下。 这些例子表明，四条腿的步行者可以有动态或静态稳定或两者都是的几何形状。动物有高度发达的传 感器，一个高度进化的大脑，和高功率密度的肌肉， 使这种运动 受到 控制 。实际行走的机器人，因 为传感器的局限性，处理器和快速反应功能强大的驱动器，通常最终会静态地稳定的两到八
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