移动机器人行走机构

1、移动机器人机构设计及实现学生姓名：金 杰专 业：机械工程及自动化（专升本、本）学 号：104A1479指导老师：刘建平 本文主要是阐述了组建一个具备良好跳跃能力的移动式机器人，使得机器人能够在比较平坦的路上通过轮式或者履带式的方式进行移动；当移动过程中对于出现的障碍物可以按照规定程序进行跳跃来躲避，进而很大程度上增加了运动范围。同时本文还介绍了机器人机械系统的内部结构，对机器人的内部结构和起跳形式进行详细的阐述，同时深入的分析了机器人的整个运动过程，随后，逐一介绍了机器人的跳跃机构、跳跃参数以及相关的倾覆翻转机构等等一些基本的工作原理，并最终制定了合理的机构规划方案。在文章的最后，结合规划需求

2、选定了机器人一些重要的参数。摘要 通过轮式或者履带式进行移动的机器人的内部结构比较简单，在运动方面消耗的能力也并不是很多，然后，很大程度上难以逾越较高难度的障碍物，伴随着现阶段科技的不断发展，机器人技术的不断进步，现阶段的机器人越来越趋向于小型化。因此，地形对机器人运动的限制因素进一步提升，而且爬行或者步行机器人逾越障碍物能力比较强的机器人，内部的结构也相对比较复杂，内部的关节、驱动零件以及自由度结构比较对，按严重阻碍了实际应用性能。对于跳跃式机器人可以跳跃自己几倍自己身高高度的障碍物，因此，有很强的适应地形的能力。然后，跳跃运动需要客服自身的所面临的中立，而且腾空和触底阶段动力学理论相对来讲

3、比较复杂，很大程度上难以把控，所以，在对这项机器人探究过程当中，主要是通过借助众多的运动方式相互结合来汇集到机器人当中，从而，很大程度上使得机器人拥有运动以及适应各种地形地貌的能力。日本的Yamanaka在机器人身上汇集了滚动和跳跃两种运动方式，进而设计出了能够跳跃运动的滚动式球形机器人，Birch等设计出了具备爬行和跳跃能力的机械蟋蟀。本篇文章主要是规划出了一个具备跳跃能力的轮式移动机器人，同时对该机器人的内部规划以及工作原理进行深层的阐述，将轮式和跳跃运动更好的融合在一起，在平台的地势上采用轮式方式进行运动，在遇上障碍物采用跳跃式运动方式，在一定程度上节约了大量能力，进而避免了对于比较复杂

4、的动力学方程式的不必要分析。1 引言 假如要采用轮式和跳跃两种形式，因此，在设计机器人时必须具备移动和跳跃机构，除此之外，倘若机器人在进行跳跃后发生了倾覆现状，必须具备倾覆翻转机来完成机器人的正常形态，因此，为了让设计的机器人能够遵守设计的角度和方向进行跳跃，再设计机器人时还应该具备起跳方式和起跳角度调整机构。进而保障了机器人和地面发生碰撞时不会损害其他零部件。同时，机器人还应该具备电机传动机构、底盘等等其他一些辅助性功能，图1为规划的机器人的机械系统的组成图：2 机器人总体结构 根据这个整体方案规划出的机器人机构如图2所示，图2右下方是机器人在以水平角度为62度时的起跳图，在大部分的情况中，

5、机器人往往通过三轮方式进行移动，其中前两轮作为主动轮，通过直流电机提供电源，借助码盘来保障机器人的直线行走以及规定的角度进行跳转方向，同时，后轮作为随动轮，一般情况下起到平衡支撑用途。2 机器人总体结构1-压缩、锁定、释放机构；2-压缩释放电机；3-主动式前轮机构；4-被动式后轮机构；5-六杆式弹簧蓄能机构；6-行走电机及附属机构；7-底盘；8-起跳角度调节电机；9-起跳角度调节机构；10-压缩释放电机传动机构图2 机器人行走及起跳姿态 在机器人处于运动形态时，一般情况下机器人通过三轮的形式来进行运动，同时，所对应的六连杆蓄能机构始终处于压缩形式。前后轮位于行走的状况，机器人的底板一直位于悬空

6、状况。而且，此次规划的机器人主要是依靠两个独立运行的直流电机作为驱动电源，进而可以满足独立运行，让规划出的机器人按照之前规划当程序进行相应的判断，由相关的控制系统根据周围环境的变换做出相应指令，更进一步的完成机器人的跳跃过程。3 运动过程 在图3的A-A视图当中，机器人内部的电机通过翻转来带动大齿轮正向旋转，这个过称为压缩阶段，通过下图可以明显的得出，A-A已经处于压缩状态，通过大齿轮的顺时针旋转来推动钢珠的运动，随后，短接压缩释放机器人电机的正负电极极性，按照机器人内部磁场所产生的感应力来完成对蓄能机构的稳定。在这个阶段，机器人内部的电源为顺时针旋转，而大齿轮因受电源顺时针旋转的作用，呈现逆

7、时针旋转，因此，这个阶段成为机器人的释放阶段。而且，大齿轮的转动同时也会使得钢丝拉力增大，以此来让钢珠更好的进行填充，顶销和固定销会突然断开，紧接着卡销3伴随着大齿轮的反向旋转也慢慢脱离开来。因此，很大程度上保障了机构的瞬时释放性能，而且，瞬时释放是实现机器人跳跃的最重要的关键步骤。4 关键机构实现4.1 跳跃机构图3 压缩、锁定、释放机构工作原理图 图4中的左图是机器人移动时起跳角度调节机构的状态，右图为机器人内部调节机构起跳时的状态，机器人在进行起跳时，起跳角度需要调节相应的电机进行正向旋转来推动和它相连的拨杆5进行顺时针旋转，于此同时，尾轮杆2呈现为逆时针旋转，假如连线BE大于BD的长度

8、时，那么尾轮杆会借助尾轮3的作用来更好的满足机器人的起跳条件。如下图4所示，在这个阶段，拨杆会发生持续旋转，并且六连杆和底杆7会随之发生相应的变化。借助这种形式来完成机器人内部的运动，更好的调节好机器人起跳角度的变化。4 关键机构实现4.2 起跳参数调节机构图4 起跳角度调节机构工作原理图 在此次规划过程中，将该机器人的两个前轮间距设定为243mm，同时在前轮上装设橡胶轮和支撑架作为缓冲部件，能够很好的防止机器人在落地后发生倾覆的现状，更好的为减轻机器人的质量问题，在这次规划过程当中没有装设倾覆翻转机构，仅仅是为了后期的改进做预留措施。同时，预留的倾覆翻转机构可能称之为侧翼式翻转机构。图5为倾

9、覆翻转机构工作过程示意图，虽然规划了机器人的质量以及形状分布，但是从整理来看仍然趋向于三角形。4 关键机构实现4.3 倾覆翻转机构图5 倾覆翻转机构工作过程示意图 机器人的跳跃后落地缓冲通过橡胶轮和缓冲支撑架两部分组成，因此，很大程度上保障了机器人在跳跃高度超过一米时不会造成内部零部件损伤。4.4 缓冲机构5 关键参数选择 经过计算，采用两根弹簧时，钢丝绳最大拉力为Fy=3601 N；采用4根弹簧时，Fy=3809 N最后选择24 V、30 rmin、型号为JM1203540C的直流电机作为压缩释放电机.压缩释放电机和压缩释放机构间由减速比为444的齿轮组连接，缠绕钢丝绳的绞轮直径为19mm完全压缩六连杆蓄能机构，绞轮需转1.93圈，压缩时间为17.2 S.6 结论 在介绍可跳跃式移动机器人机械系统