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履带式机器人结构设计【9张图/12700字】【优秀机械毕业设计论文】

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A2-主动轮.dwg

A2-主动轮2.dwg

A2-主轴.dwg

A2-从动轮.dwg

A2-副助轴.dwg

A2-翼板1.dwg

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关键词：: 履带式机器人结构设计优秀优良机械毕业设计论文

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文档包括:
说明书一份。57页。12700字左右。
ppt答辩稿一份。

图纸共9张，如下所示
A0-总装图.dwg
A0-装配图.dwg
A2-主动轮.dwg
A2-主动轮2.dwg
A2-主轴.dwg
A2-从动轮.dwg
A2-副助轴.dwg
A2-翼板1.dwg
A3-翼板2.dwg

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 robot's 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

摘要 2
1 引言 5
2 履带机器人的现状及发展 6
3 履带机器人的运动特性 9
4 本研究采用的行走机构 12
4.1 行走机构的选择 12
4.2 履带机器人的功能、性能指标与设计 13
4.3 主要机构的工作原理 14
5 机器人越障分析 15
5.1 跨越台阶 15
5.2 跨越沟槽 16
5.3 斜坡运动分析 17
6 机器人移动平台主履带电机的选择 19
6.1 机器人在平直的路上行驶 19
6.2 机器人在30°坡上匀速行驶 20
6.3 机器人的多姿态越阶 21
7 移动机构的分析及其选择 23
7.1 典型移动机构分析 23
7.2 本研究采用的移动机构 27
8 履带部分设计 28
8.1 履带的选择 28
8.2 确定主从动轮直径 31
8.5 功率验算 38
8.6 同步带的物理机械性能 38
8.7 履带主从动轮设计 39
8.8 副履带部分设计 42
9履带翼板部分设计 47
9.1 履带翼板的作用 47
9.2 履带翼板设计 47
10 计算履带装置的重心及其各部件重心 49
10.1 主履带的重心计算 49
10.2 副履带的重心计算 54
10.3 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 57

履带式机器人结构设计[PPT][3A0]

内容简介：: 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。江西农业大学学士学位论文履带式机器人结构设计设计：专业：农业机械化及其制动化指导老师：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 23 4 5 6 7 8 4. 减速器 5. 蓄电池 8. 主履带履带机器人主要性能设计参数如表格： 12056904008580484506245040080 85550履带机器人的车体尺寸如下图：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：（ a ）（ b ）（ c ）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作原理、基本结构、性能要求进行了比较详细的分析，针对履带机器人中采用的履带、减速器、电动机等也进行了必要的阐析。而一个设计的好坏与否，在很大程度上取决于这个设计方案选取是否得当、相关参数的计算是否准确等等，诸如这些在本次的设计过程中都得到了具体的体现。另外，为确保设计出的履带机器人能达到越障过坑等功能，我们势必还要对履带机器人的相关部件进行一些必要的校核，以最终确定此设计是否可以完成这些功能。通过对履带机器人的相关性能要求的验算，得出设计的结果基本上能够符合设计要求这一结果。谢观赏本片仍存在很多不足之处请老师指正科毕业论文（设计）题目：履带式机器人结构设计学院：工学院姓名：学号：专业：农业机械化及其自动化年级：农机 1001 指导教师：职称：副教授 2014 年 5 月履带式机器人机构设计 2 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。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“灵晰排爆机器人，“龙卫士 3B 反恐机器人”，“ 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 ;模块化设计履带式机器人机构设计 3 n of in of in on of in 980 s to in of of by of of B 3B , 901 , is of in to of is to a of of of is of of of in to be to on of to s so as to a of of is of 带式机器人机构设计 4 目录摘要 . 2 1 引言 . 5 2 履带机器人的现状及发展 . 6 3 履带机器人的运动特性 . 9 4 本研究采用的行走机构 . 12 走机构的选择 . 12 带机器人的功能、性能指标与设计 . 13 要机构的工作原理 . 14 5 机器人越障分析 . 15 越台阶 . 15 越沟槽 . 16 坡运动分析 . 17 6 机器人移动平台主履带电机的选择 . 19 器人在平直的路上行驶 . 19 器人在 30坡上匀速行驶 . 20 器人的多姿态越阶 . 21 7 移动机构的分析及其选择 . 23 型移动机构分析 . 23 研究采用的移动机构 . 27 8 履带部分设计 . 28 带的选择 . 28 定主从动轮直径 . 31 率验算 . 38 步带的物理机械性能 . 38 带主从动轮设计 . 39 履带部分设计 . 42 9 履带翼板部分设计 . 47 带翼板的作用 . 47 带翼板设计 . 47 10 计算履带装置的重心及其各部件重心 . 49 履带的重心计算 . 49 履带的重心计算 . 54 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 . 57 履带式机器人机构设计 5 1 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。履带式机器人机构设计 6 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 2222示，这是美国一种较小型 “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种机器人是一种小型地面探测车，重量仅为 30 磅。图 2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。履带式机器人机构设计 7 图 2 图 2图 2器人图 2器人（ 2）德国爆机器人：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。履带式机器人机构设计 8 图 2-5 走姿势图 2紧凑姿势通过对国内外六履带摆臂式搜救机器人的分析，可以看出六履带摆臂式搜救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。履带式机器人机构设计 9 3 履带机器人的运动特性（ 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 3a）、图 3b）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；图 3a）图 3b）图 3c）、图 3d）、图 3e）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 3c）图 3d）图 3e）图 3f）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 3f）机器人爬坡时，姿态可以转变成图 3g）。当坡度较大时，则图 3h）和图 3i）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。履带式机器人机构设计 10 图 3g）图 3h）图 3i）（ 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。履带式机器人机构设计 11 图 3灾机器人越障过程履带式机器人机构设计 12 4 本研究采用的行走机构走机构的选择本文履带机器人移动系统采用的是履腿式复合结构，总体设计方案如图 2器人的车体的履带作为履带式移动机构，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。 1 23 4 5 6 7 8 9履带式机器人机构设计 13 4. 减速器 5. 蓄电池 8. 主履带图 4带式机器人结构组成带机器人的功能、性能指标与设计履带机器人的主要设计性能参数如下：表 4性能参数总体结构六节履腿式结构自重 50荷 50载接口二维随动搭载平台结构尺寸 1205*624*380 平地最大速度速度 s 正常速度 s 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 200臂履带末端直径 80臂履带末端直径 80器人车体具体尺寸如图 4 履带式机器人机构设计 14 12056904008580484506245040080 85550图4器人车体结构尺寸要机构的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。履带式机器人机构设计 15 5 机器人越障分析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 5 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。图 5由图 5 c o s ( ) c o t / s i h R R ( 5 变换式（ 5得： s i n / c o R R （ 5 2c o s s i n / c o s 0h （ 5 利用式（ 5出，代入式（ 6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 5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。履带式机器人机构设计 16 所以本次设计履带设计中机器人跨越障碍的最大高度为图 5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，倾翻在沟槽内。当沟槽大于中心距时，履带式机器人可以看做爬越凸台障碍。履带式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。履带式机器人机构设计 17 （ a ）（ b ）（ c ）图 5机器人在平地图 5a）跨越沟槽的宽度1L： L L r （ 6 坡运动分析机器人在斜坡上运动时，其受力情况如图 5示，机器人匀速行驶或静止时，其驱动力：（ 6 履带式机器人机构设计 18 图 5最大静摩擦力系数为，最大静摩擦力为： m a x c o （ 6，机器人能平稳行驶。当，机器人受重力的影响将沿斜面下滑。已知履带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 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 ) （ 6 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 600大跨沟宽度为 400 履带式机器人机构设计 19 6 机器人移动平台主履带电机的选择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。器人在平直的路上行驶履带式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 0 5 履带式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 6直路线分析 2 履带式机器人机构设计 20 又则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 6 a xm a x 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 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 60坡度分析 2 03 2 30 ，则 / 履带式机器人机构设计 21 则在最大坡度下需提供极限转矩为 / 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。根据机器人爬坡情况的分析， , 1.2 rn w w 269550 1 1 . 22 2 . 19550P 机器在平面状况下， 6.2 w 809550 5 6 . 21 3 . 59550P 因而选取 P=80W 作为机器人的最大输出功率。根据计算的履带式机器人的最大输出功率为 80W, 输出转速为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 90号的直流永磁电机履带式机器人机构设计 22 额定功率 /W 92 额定转矩定转速 1 r 1500 电流 /A 7 电压 V/ 12 允许正反转速差 1r 150 图 7流电机数据因为 0,92 输额则 0. 86额输为 500 额, 6 .2 输则输额a x 6i 23 7 移动机构的分析及其选择由电动机输出的动力，需要通过传动系统传递到机器人移动平台的后轮上，以便驱动机器人运动。可见传动系统是整个移动平台实现是运动功能的纽带和关键。型移动机构分析机器人按移动方式分主要有轮式、履带式、腿足式三种，另外还有步进移动式、蠕动式、混合移动式、蛇行移动式等。式移动机构特点轮式移动机构是最为普通的运动方式，轮式机器人移动机构普遍具有结构简单、速度快、节能、灵活的特点，同时具有自重轻、不损坏路面、作业循环时间短和效率高等优势。并且编程简单可靠性高，每个轮子都可以独立驱动。与履带式移动机器人相比，当跨越不平坦地形时，轮式机器人则存在明显的不足，其稳定性和对环境的适应性完全依赖于环境本身的状况，对于进入复杂的环境完成既定任务存在严重的困难。轮式移动机构按轮的数量可分为 2 轮、 3 轮、 4 轮、 6 轮、 8 轮。该结构有一定的局限性，只能在相对平坦、表面较硬的路面上行驶，如遇到软性地面容易打滑、沉陷，但可根据具体地面环境采用一些预防措施来缓解该类情况的出现，如图 7示。履带式机器人机构设计 24 图 7式移动装置示意图式移动机构特点腿足式移动机构分 2 腿、 4 腿、 6 腿、 8 腿等形式。腿式移动机构优点有： (1)腿式机器人的地形适应能力强。 (2)腿式机器人的腿部具有多个自由度，运动更具有灵活性，通过调节腿的长度可以控制机器人重心位置，因此不易翻倒，稳定性更高； (3)腿式机器人的身体与地面分离，这种机械结构优点在于机器人身体可以平稳地运动而不必考虑地面的租糙程度和腿的放位置， 8 腿移动机器人如图 7示，特点是稳定性好，越野能力强。腿式移动机构缺点有：该类机器人的移动速度慢，机动性较差负载不能太重；腿式机器入对地面适应性和运动灵活性需要进一步提高；腿式机器人控制系统较为复杂，控制方法还有待完善；该机构未进入实用化阶段。履带式机器人机构设计 25 图 7腿机器人图 7履机器人带式移动机构特点履带式移动机构分为 l 条履带、 2 条履带 (履带可车体左右布置或者车体前后布置 )、 3 条履带、 4 条履带 6 条履带，移动方式优点在于机动性能好、越野性能强，缺点是结构复杂、重量大、摩擦阻力大，机械效率低，在自身重量比较大的情况下会对路面产生一定的破坏。履带式移动机构比较轮式移动机构有以下几个特点： (1)撑面积大、接地比压小、滚动阻尼小、通过性比较好； (2)越野机动性能好，爬坡越沟等性能均优于轮式结构； (3)履带支撑面上有履齿不打滑，牵引附着性能好； (4)结构较复杂重量大，运动惯性大，减震功能差，零件易损坏。六履带机器人车体前后各有一对履带鳍，可以辅助翻越障碍，履带式机器人机构设计 26 运动十分灵活。、腿式移动机构特点履腿复合移动机构结合了履带式和腿式两种移动机构的优势，在地面适应性能、越障性能方面有良好表现。履带移动机构地面适应性能好，在复杂的野外环境中能通过各种崎岖路面，它的活动范围广，性能可靠，使用寿命长，轮式移动机构无法与其比拟，适合作为机器人的推进系统；传统履带移动机构往往是两条履带与车身相对固定，很大程度上限制了机器人地形适应能力，为了解决该问题履式移动系统中引入了关节履带机构，两条履带不再相对车体固定而是能绕车身转动，这样能大大提高机器人的环境适应能力，但履、腿复合机构本身存在着一定的不足如结构复杂、运动控制困难等。、履、腿式移动机构性能比较车轮式，履带式、腿足式移动系统性能比较见表 7：表 7型移动机构的性能对比表移动方式轮式履带式腿式移动速度快较快慢越障能力差一般好复杂程度简单一般复杂能耗量小较小大控制难易易一般复杂履带式机器人机构设计 27 研究采用的移动机构本研究的的机器人移动机构采用了履带式。如图 7示，这种机构中的移动履带的作用，在复杂环境中起传递动力作用。后移动轮为主动轮，前移动轮为从动轮，二者通过移动履带来传递动力，实现同运动。图 7履复合式移动机构履带式机器人机构设计 28 8 履带部分设计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 1 (即）；由已知设计装置移动速度，根据公式 2 ，可得主动轮转速 m ，预先设计履带主动轮直径 169带从动轮直径 169公式221 ，可得故可以得到设计的已知条件如下：履带式机器人机构设计 29 传递名义功率 1. 主动轮转速 n r/动轮转速中心距 380a . 率的计算式中工作机性能和运转时间查表 8 表 8正载荷系数 K 工作机运行时间（小时 /日） 35 810 1624 计算机，医疗机纫机，办公机械传送机，包装机拌机，造纸机刷机，圆形带锯确定带的型号和节距由设计功率虑到可以用双面交错履带式机器人机构设计 30 梯状齿形同步带作为履带使用，由图 8得型号选用，对应节距 8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 为双面齿同步带，其两面带齿呈对称排列，图 B 为双面齿同步带，其两面带齿呈交错位置排列，本装置设计履带选择同步带 W = T =图 8形齿同步带，轮选型图图 8形齿形状图本装置选择的梯形步带的具体参数如下表 8 8形齿标准同步带型号以及齿尺寸履带式机器人机构设计 31 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，履带选用的同步带一样有齿数最小要求，由表8m 取：表 8带轮的最小齿数履带式机器人机构设计 32 小带轮转速 1n H n 900 10 12 14 22 22 9000 12 16 24 24 12002 14 18 20 26 18002 16 20 22 30 由上面得到 p 可以代入公式 11 1 6 9 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169带从动轮直径 169 查表 8择履带主动轮型号为 24带从动轮型号为24近圆整带轮直径，查得履带主动轮直径带从动轮直径表 8同步轮尺寸表（节距 = 规格齿数节径 d 外径边直径边内径边厚度 h 222 67 138 33 74 145 带式机器人机构设计 33 244 81 152 55 88 159 66 95 166 77 02 173 88 09 180 1d= 0 . 5 36 0 1 0 0 0 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 m 5 / 校核表 8型号 L,3M L,H,M,14M 20M 模数 1,2,4， 5 7,10 55带式机器人机构设计 34 定节

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