23组-轮足机器人-第二次作业

二．轮足机器人主运动机构杆组法设计2.1案例机构的杆组分析如下图所示图2.1案例方案机构简图表2.1机构运动分析构件个数活动构件个数机架原动件87机体电动机转动副移动副自由度1002案例机构通过杆组拆分可以得到一个主动件，两个Ⅱ级杆组，和一个三级杆组，如下图所示表2.2案例机构杆组分析IIIIII级杆组主动件Ⅱ级杆组（RRR）图2.2案例机构杆组分析2.2案例机构的杆组创新设计对案例机构的杆组替换方法选择以杆组法为主，对原案例两个Ⅱ级杆组进行创新设计原杆组（Ⅱ级杆组（RRR））替换杆组原杆组（III级杆组（RRR））替换杆组三．轮足机器人运动方案设计3.1主运动执行机构的选择表3.1执行机构创新方案Ⅱ级杆组（1）III级杆组（2）执行机构12表3.2执行机构方案分析序号执行机构创新点优缺点1没有固定的三角形结构，可能提供更多的灵活性和运动自由度。杆件的排列可能允许更复杂的运动模式。缺乏三角形结构可能导致稳定性较差。如果需要稳定的运动传递，可能需要额外的设计来补偿稳定性的不足。2三角形结构提供了较好的刚性和稳定性。如果杆件1用于输入运动，那么它可以通过三角形结构有效地传递到其他杆件。三角形结构可能限制了机构的灵活性，使得运动传递不够灵活。如果需要改变运动方向或增加复杂性，可能需要更多的杆件或铰链。3.2主运动原动件的选择表3.2原动件方案选择步进电机交流电机无刷电机直流电机示意图工作原理步进电机通过捕捉外部信号（电磁脉冲信号），并将其转化为角度信号，实现精确的角度或位移运动控制。-交流电机基于旋转磁场原理和感应电动机原理，通过交流电源在定子线圈中产生旋转磁场，感应出转子中的感应电动势，从而在转子中产生电流，电流和磁场相互作用产生力矩，使转子转动。-无刷电机是一种三相电流同步电机，转子跟随旋转磁场运转，其运动与施加在绕组上的交流电压同步。直流电机基于电磁感应定律和安培力定律，通过电刷和换向器改变电流方向，使转子持续在磁场中转动，实现直流电能到机械能的转换。优点无需传感器即可检测电机位置，控制简单。在低速时提供良好的扭矩，能保持位置，使用寿命长。可以实现高达0.007°的位置精度（采用微步模式）。-结构简单，维护成本低。-工作可靠，长寿命，稳定性好。-转速调节范围广，适应不同工作条件。-启动电流小，不会对电网造成大的冲击。-无电刷和换向器，工作可靠，维护和保养要求低。-定子绕组散热方便。-惯量小，易于提高系统的快速性。-适应于高速大力矩工作状态。-体积小、重量轻、出力大。-转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小。转矩特性好，易于调速和负载平衡。起动和反转方便，可以快速从静止状态加速到设定速度。易于控制，通过电流控制可以精确控制输出转矩和转速。高效节能，具有较高的能量转换效率。缺点-当负载扭矩过高时可能会失步。-即使在静止时也总是消耗最大电流，导致效率降低和过热。-扭矩小，在高速下会产生很大的噪音。-具有低功率密度和低扭矩惯性比。-制造成本高，需要高品质的材料和精密加工工艺。-调速控制复杂，需要专用的变频器等设备。-效率不高，尤其在低转速和部分负载下更为明显。-起动扭矩小，可能无法满足某些工况的需求。-对电网造成谐波污染。-必须根据负荷的需要调整伺服。-会出现电刷磨损的粉末，无法在干净的环境下使用。-电刷会有消耗，需要保养。-会产生机械及电机的噪声。电刷寿命短，需要定期更换。维护成本高，结构复杂，散热问题需要特别关注。工作时会产生较大的电磁干扰。3.3主运动传动构件的选择表3.3传动构件方案选择蜗轮蜗杆齿轮传动链传动带传动示意图优点1.大传动比：蜗轮蜗杆传动可以提供很大的传动比。2.结构紧凑：适合空间受限的应用。3.自锁功能：蜗杆传动具有自锁特性，适用于需要防止反向运动的应用。4.平稳静音：运行平稳，噪音低。1.高效率：齿轮传动的效率很高，通常在0.9-0.99之间。2.精确的传动比：齿轮传动可以提供非常精确的传动比，适用于需要精确控制的应用。3.高功率和速度范围：适用于高功率和高速的传动。4.结构紧凑：齿轮可以设计得非常紧凑，适用于空间受限的应用。5.可靠性高：在正确的维护下，齿轮传动非常可靠和耐用。1.高效率：链传动的效率接近齿轮传动，通常在0.94-0.98之间。2.准确的平均传动比：无弹性滑动，能保持准确的平均传动比。3.承载能力强：适合传递较大的功率和负载。4.维护方便：链条和链轮的维护相对简单。5.适应恶劣环境：能在高温、多尘等恶劣环境中工作。1.弹性传动：皮带具有良好的弹性，可以缓和冲击和振动。2.结构简单：皮带传动结构简单，成本低。3.维护方便：皮带传动的维护相对简单。4.过载保护：在过载时，皮带会在带轮上打滑，起到保护作用。缺点1.效率低：蜗轮蜗杆传动的效率相对较低，一般在0.7-0.9之间。2.发热量大：由于滑动摩擦，蜗轮蜗杆传动在运行中可能会产生较大的热量。3.成本较高：蜗轮和蜗杆的制造成本较高1.成本高：齿轮的制造和维护成本相对较高。2.噪音：在某些情况下，齿轮传动可能会产生噪音。3.需要精确的安装：齿轮传动要求高精度的制造和安装。1.噪音和振动：链传动在运行时可能会产生噪音和振动。2.成本较高：相比于皮带传动，链传动的成本较高。3.需要张紧：链条需要保持适当的张紧度，以避免跳齿或脱链。1.传动比不稳定：由于依靠摩擦力传动，传动比不稳定。2.效率较低：皮带传动的效率通常低于齿轮和链传动。3.受环境影响大：皮带易受温度和