排爆机器人车体结构设计-履带式移动机器人【9张CAD图纸+文档全套资料】
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- 内容简介：
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设计背景 国内外研究现状 本设计技术指标 毕业设计时间安排 排爆机器人系统组成 移动平台设计 武器平台设计 结论,小型排爆机器人设计背景,机器人的发明是二十世纪人类生活中最伟大大发明之一； 纵观人类科技史，一切的高新技术几乎无一例外的首先应用在战场上，并且大多这样的技术的设计、研发初衷就是军事应用，机器人也不例外； 恐怖主义威胁着世界各地区人民的安全，已成为各国政府最为关注和头疼的话题； 除了恐怖分子安放的炸弹外，在世界上许多战乱国家中，到处都散布着未爆炸的各种弹药。并且人力排爆工作极其危险繁重，造成的伤亡事故频发。 近代及现代恐怖活动及地区战争已经转向为巷战，爆炸物处理机器要求小型化、轻型化、多功能，所以小型排爆机器人将成为了不二选择。,排爆机器人国外研究现状,加拿大MK3机器人,德国TEODOR,美国F6A机器人,排爆机器人国外研究现状,英国“手推车（Wheelbarrow）”,“超级手推车（Super-Wheelbarrow）”,法国TSR-200排爆机器人,排爆机器人国内研究现状,RAPTOR-EOD中型排爆机器人,中国航天科工集团公司自主研制的雪豹-10,我国研制的“灵晰-B”及“灵晰-HW”爆炸物处理机器人,京金吾科技有限公司研制的机器人,排爆机器人国内研究现状分析,国外研究现状优点： 1.产品已经形成了系列化、模块化及多功能化； 2.科研人力物力投入较充足； 3.产品设计技术较为先进，开展时间长； 4.科研单位、院校与厂家合作紧密。 国,本设计技术指标,（1）移动平台： 移动平台自重：不大于50kg；移动平台载重：不小于30kg； 公路最高直行速度：3m/s；斜坡最高直线速度：0.5m/s； 续航时间：3小时； 爬坡能力：不小于30；平地越障高度：垂直高度不小于15cm； 此外，移动平台应能实现原地回转的运动特性要求，并在实现上述功能的前提下减小车体结构尺寸，车体宽度应小于700mm。 （2）武器平台： 武器平台的搭载武器架体运动应能实现俯仰角度-5+10度，武器平台主体水平方向左右偏转180。 （3）控制方式： 控制方式可以采用完全自主控制、半自主控制和遥控，采用远程（大于3km）无线控制。 （4）供电方式： 整机供电方式采用高蓄能锂离子电池供电，供电电压和电流根据整机最大需求电压和电流设置，并采用过载保护装置。,本设计工作方案及进度安排,本设计排爆机器人系统组成,排爆机器人移动平台运动形式选择,排爆机器人移动平台面对的作业环境极其复杂，是由自然环境和人工环境构成的非结构化环境，也就是复杂多样的三维地形结构，实际上最典型的情况就是斜坡、向上和向下的台阶，基本上绝大多数环境可以简化为这三类地形的单一结构或组合型结构，机器人只要可以完成这三类环境运动，并形成运动简化程序，通过一定顺序完成各类复杂环境的通过运动。 在现有主要运动形式中结构主要有轮式、腿足式、履带式这三种。,排爆机器人移动平台运动形式选择,排爆机器人移动平台运动形式选择,在满足技术要求的条件下，以尽量减小体积和质量，并且结构简单可靠为目的，最终选择了兼有变形和变位的特种履带作为机器人的运动形式，其通过典型障碍过程见图如下：,排爆机器人移动平台结构简图,排爆机器人移动平台主要尺寸确定,移动平台总宽度：580mm 700mm； 主履带宽度：80mm； 前摆履带宽度：55mm； 前摆完全摆出后移动平台总长度：980mm； 主履带轮中心距：560mm； 前摆履带轮中心距：280mm； 主履带轮直径：200mm,排爆机器人移动平台电机及减速器选择,在满足技术要求的条件下，以尽量减小体积和质量，并且结构简单可靠为目的，最终选择了500瓦以内高精密电机中的全球领头供应商Maxon motor公司的电机及其配套减速器，其型号机器参数如下：,排爆机器人移动平台传动齿轮选择,在满足技术要求的条件下，以尽量减小体积和质量，并且结构简单可靠为目的，最终选择了产品系列较全小型齿轮供应商日本KHK公司产品，其型号机器参数如下：,其产品优点在与系列型号全，结构合理，并且为用户提供在加工设计和加工服务，在同类型中技术水平及市场份额都处于前列。,排爆机器人移动平台履带设计,为了满足机器人实际应用，由其此类安防类机器人没有可以直接选型的标准履带供其选择使用，通常采用自行设计履带的方式，结构尺寸结合整车尺寸来进行设计。本机器人履带由芯金、加强层、缓冲层、橡胶部件组成，在钢丝加强层外包覆一层（内）有矩形橡胶传动纹，类似于同步带内侧，一层（外）防滑纹的橡胶履带，并且内层设有防杂物保护挡栅，主要用于阻挡较大杂物进入履带内侧导致带轮与履带卡死或剧烈摩擦，损伤电机、履带及相关机械结构部分，外侧采用单梯型花纹。所以本设计履带需要专业厂家进行开模制作。,排爆机器人移动平台轮体设计,履带车辆及移动平台，按轮系组合分为无承重轮的大直径负重轮式和有承重轮的小直径负重轮式。 主动轮（驱动轮及从动轮）轮觳上有矩形圆角齿，用于拨动履带，将传动装置传来的扭矩通过拨动履带与地面的相互作用转变为牵引力，使履带车辆及移动平台运动，主动轮此设计中采用后驱动，前从动方式。 导向轮用来诱导履带运动的方向。并且导向轮轴的高低可以决定履带车辆及移动平台翻越垂直障碍的高度,排爆机器人移动平台运动形式选择,承重轮设计有两种主要形式，为单排和双排设计，本设计采用双排设计，这样可以避免由于导向轮厚度小于履带宽度造成的履带宽度方向上受力不均与，应力集中对履带的磨损和破坏，也可以避免受力不均匀和应力集中时的履带卷曲。在双排设计的同时采用双排轮体交叉安装，内侧为13个轮体，外侧为12个轮体，这样可以进一步使履带运动过程中与地面接触时两承重轮体间无虚接触现象。承重轮设计时还要考虑到两端与主动轮轮缘间的间隙问题，履带机构设计现已十分成熟，对此间隙问题已形成了较为统一的结论，就是在保证运动灵活的同时，尽量减小其间隙大小。,排爆机器人移动平台前摆设计,排爆机器人移动平台最终结构设计,排爆机器人移动平台完成内容,平台结构设计： 1-履带及其带轮设计 2-电机及其减速器和齿轮的选择 3-传动轴的设计和校核 4-前摆架的有限元分析 5-平台（水平及斜坡）运动分析 6-平台越野能力分析 平台制图内容： 1-CAD制图约为3张A0图纸 2-手绘图纸1张A0 3-重要零部件及单侧装配三维建模,武器平台结构选择,武器平台最终结构形式： 采用与机械手臂相同的法兰盘与移动平台上的回转平台连接，实现正负回转各180度。 俯仰运动采用电动推杆带动平台小范围精确俯仰。 这样可以在结构最简的情况下，保证平台的稳定性。,武器平台电动推杆的选择,通过几何绘图的方式确定了电动推杆的冲程尺寸30mm，并且通过简化受力模型确定了电动推杆静止锁定力的范围和所需推力。由于武器系统需要极高的射击瞄准精度，所以俯仰调节需要极高的精确度和分辨率，自行设计很难满足要求，结合安装尺寸范围，最终选择现有成熟HD公司产品：HD-LinearActuator-LA系列线性传动装置，其相关参数如下：,武器平台装配至移动平台示意图,第一种安装情况下（武器与武器平台刚性联接）：图中M为俯仰机构所受动力偶，e为膛线到耳轴(俯仰机构轴心线)的距离，水平射角为。俯仰机构耳轴承受的载荷为FP和附加的动力偶Fee，以发射最大膛压进行计算。则在此最大膛压作用下，耳轴受到约8100N的作用力，若枪膛线和两侧耳轴之间平均距离为50mm，则此时俯仰机构承受最大约405Nm的动力偶的作用。对于控制俯仰动作的伺服电机及其传动机构来说，如果采用枪身刚性联接，则需要俯仰机构提供较大的制动力矩才能保证枪身稳定不动。因此，必须减小e。因此此类安装对于该类小型武器平台的稳定性挑战性极大，不适合采用。 第二种安装情况下（武器与武器平台柔性联接）：采用独立设计的柔性缓冲器联接两部分，由于此时武器沿着其相反的射击方向后坐，采用动静运动法分析通过对比两种安装情况，可以发现安装柔性缓冲器可以明显改善武器平台的受力情况，提高系统稳定性，优化结构。大大减轻了对耳轴及电动推杆的冲击载荷。所以后续设计中应主要考虑此类安装方式。,武器平台设计稳定性分析,武器平台系统组成,散弹/标准子弹弹壳及弹托回收箱： 自动上弹装置多配有弹托需要回收。,武器视觉系统箱： 光学镜头*2； 摄像头*2；（辅助测距及定位） 红外及激光装置； 照明设备LED； 设计重量约为23Kg。 该箱体与武器搭载平台一起俯仰运动。,经过隐藏尺寸标注等非结构图层CAD局部放大图,排爆机器人武器平台完成内容,平台结构设计： 1-武器平台结构设计 2-电动推杆的选择 3-武器系统弹药发射力学分析 平台制图内容： 1-CAD制图约为1.5张A0图纸 3-重要零部件及装配三维建模,结论,本论文对具有排爆和持枪作战功能的排爆机器人进行了本体设计，并对其移动平台、武器平台和机械手臂三个组成机械结构进行了方案选择、设计和论证，本论文完成的主要工作如下： （1）通过对功能和设计任务的分析，初步制定了排爆机器人的总体组成和性能指标； （2）移动平台作为排爆机器人实现复杂地形运动功能的载体。本设计中采用了后轮驱动的履带式移
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