履带式机器人设计

关键字：Whatthisdesignwasasectionofmarchingfirerobotfoundationlevelcarrier,thedesigncontentwalksthechassisincludingthedesignandswingarmandtheretarderaswellashasmadetheconcreteanalysistorobot'spartialstresssituation.Trialmanufacturingoverallrobotstructure.Inthedesigntrialmanufacturingprocess,theunceasingobservationanalyzesotherrobot'sstructure,absorbsthepredecessortoexperience,carriesontheplanquitetodesignate.Andgoesdowntothefactorytoprocessonetocarryonthestudy,bringstocompletiontheprocessingtechniqueofmanufacture,avoidssteppingontoonlypausesthewrittendesigntobeseparatedfromtheactualmanufacturethetortuouspath.Thecurrentstatusdomesticandoverseaswithrespecttotrackedmobilerobotswassurveyed,andtheexistingresearchapproachesintermsofthemechinacalstructure,stabilityandcontrolalgorithmsoftrackedmobilerobotsweredescribed.Toconclude,theproblemstobesolvedwerestatedandthefuturedevelopmentoftrackedmobilerobotswasdiscussed.Forperformingthebestobstacle-surmountingcapabilityoffour-trackrobotwithtwoswingarms,obstaclesurmountingmechanismofthefour-trackrobotwithtwoswingarmsanditscapabilitiesofsurmountingobstacles,includingstepandslope-climbing,andchannel-crossing,areanalyzedfromtheviewpointofkinematicsbasedontheobstaclesurmountingmechanismoffixedtwo-trackrobot.Itsmotionmechanismandmaximalobstacle-surmountingcapabilityofstep-climbingforwardandbackwardaremainlyanalyzed.Thetheoreticalvalueofmaximalobstacle-surmountingcapabilitiesoftheprototypeareobtainedandcomparedwiththetestresults.Andthebestobstaclesurmountingperformanceandthecorrespondingcentroidandswingarmpositionsarededuced.Thispaperwouldprovidetheoreticalbasisforcentroidpositioncontrolinobstacle-surmountingprocess.Thisgraduationproject'skeypointliesinrobot'strialmanufacturingresearchwork,becausetherobotwhole'sdesigndifficultyisbig,thematerialandtheorganizationaccuracyrequirementishigh,thistrialmanufacturingproducthasnotbeenabletotakethematureproducttocarryonaddsthemanufacture,canonlydofortheguidanceprototypesuppliesthereference.Keywords:Robot;centroid;obstacle-surmounting;step-climbing;Caterpillarbandchassis绪 引 课题研究的背景及意 课题研究的背 课题研究的意 机器人的研究现 国外研究现 国内研究现 搜救机器人的发展趋 搜救机器人移动平台结构分 搜救机器人的设计要 典型移动机构方案分 轮式移动机构特 腿式移动机构特 履带式移动机构特 履、腿式移动机构特 轮、履、腿式移动机构性能比 本研究采用的行走机 搜救机器人的移动平台结构和摆臂结 移动平台结 摆臂结 越障分 机器人跨越台 跨越沟 斜坡运动分 机器人驱动电机电机设 基于平地的最大速度的电机功率计 爬坡最大坡度的驱动电机功率计 移动平台的减速器相关设 移动平台的减速器方案分 移动平台的减速器应满足的要 移动平台的减速器方案分 移动平台的减速器的设计计 移动平台的减速器的传动方案分 配齿计 初步计算齿轮的主要参 装配条件的计 齿轮和轴强度的验 移动机构履带设 履带的选 确定带的型号和节 确定主从动轮数 驱动轮参数计 从动轮参数设 传动轴的设 驱动轴的设 驱动轴的强度校 摆臂设 摆臂作 翼板部分设 摆臂齿轮计 摆臂轮轴的设 摆臂减速器相关参 全文总 参考文 48由于灾难现场情况复杂,在救援人员自身安全得不到保证的情况很难进入现场开展救援工作的,此外,废墟中形成的狭小空间使搜救人员甚至搜救犬也无法进入。灾难搜救机器人可以很好地解决上述问题。机器人可以在灾难发生后第一时间进入灾难现场寻找幸存者,对被困人员提供基本的医疗救助服务,进入救援人员无法进入的现场搜集有关信息并反馈给救援指挥中心等。了大量的研究工作,可以在灾难现场废墟中狭小空间内搜寻的各类机器人如可变形多态机器人、蛇形机器人等相继被开发出来。1-1Foster-Miller公司（b）Inuktun公司的（c）SPAWAR的的SOLEM机器人 Minitrac机器人 urbot机器人图1-1可变性（多态）1-2IrobotPackbotpackbot对鳍形前肢可以帮助崎岖的地面上导航，也可以升高感知平台以1-3inuktunMicroVGTV多态搜 图1-2美国Irobot公司packbot多态搜救机器人 图1-3加拿大Inuktun公司MicroVGTV多态搜救机器人（3)1-4（c）为美国加州大学伯克利2cm （a）CMU(b)1-4仿生机器人经过商量后便有这个想法，发明一个越障能力强的机器人形机器人（1-1-5由中科院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室研制的1-6),在位于北京西郊凤凰岭的国家地震紧急救援训练基地完成了综合调试演练，并达到了预期性能指标。这标志着我国地震搜救机器人系统已进入到示范应用阶段，有望在“十二五”期间作为地震应急搜救装备投入实际使用。1-6300401.5煤矿搜救机器人采用自主避障和遥控引导相结合的行走控制灾害场景、呼救声讯等信息，并实时回传采集到的信息和图像，为救灾指挥人员提供重要的灾害信息。1-7就算是在灵活的机器人也不如人类灵活，如何提高机器人的灵活性和越障能力是现在机器人发展的主要方向。移动性是救援机器人开展搜救工作的基础和前提,灾难现场的复杂性对机器人的运动能力提出了很高的要求,目前可根据搜救现场空间大小而改变形状和大小的可变形多态机器人,根据仿生学原理具有更强移动搜索能力、体积更小的仿生机器人成为研前搜救机器人一般采用有线或无线以手工操纵的半自主工作方式术的不断成熟和发展以及救援工作的需要,组建机器人救援队实现在复杂的非结构化未知环境中进行快速搜索将会成为可能。仿生机器人模仿各种小型动物等，更加灵活，体积小更加能穿越各种障碍，能更好的完成搜索任务。如蛇形机器人近年来,2000GPS31-81-9MesaRoboticsMatilda1997图1-9MesaRoboticsMatilda1-10teleMax1-11SegwayRoboticMobilitySegwaySegwayRoboticMobilityPlatform4001-11。1-12HERO（危险环境机器人守望者FirstResponseRobotics1-131-13。1-14Foster-MillerTalon-Foster-MillerFoster-MillerTalon-Hazmat1-14。1-15RoboticFXNegotiatorTacticalSurveillance1-15。53210001996这种机器人的行动速度并不快，每分钟只能前进320以传回的图像帮助救援者设计最好的救援方案。它还曾经应用于佛罗里达州的一次停车场坍塌事故当中，表现令人满意。Quince，大小大概和一辆婴儿车相仿。这台机器人可以在一百表面看来，Quince伸出一只长长的机械手。它的驱动系统很奇特，可以说是腿，也可以说是轮子。它的四个马达分别控制四个主动轮，每个主动轮又通过履带驱动一只从动轮。当需要爬坡时，主动轮和从动轮的82Quince它还有红外线传感器和二氧化碳探测器，能够感知密闭空间里幸存者的体温和呼吸—这正是搜救机器人的特征之一。pleasecontact Q3053703061 giveyoumoreperfectdrawings在废墟搜救中，机动是机器人首先面临的问题。作为机器人底盘的设计应该满足以下需求。城市搜救的两个明确任务：一是寻找可能的幸存者，二是在最初的结构评估过程中对空间进行分类。因此，机器人携带的传感器必须使它们在移动中探测受灾者和收集受灾者信息。如传感器的设计需要能够确定受灾者的生命迹象，并确定幸存者的状态，GPS（2.4GHz802.11NASA为了方便使用者在救援行动中有效的使用机器人，便捷的人机交互是非常必须的。一个有效的用户界面必须能够向操作员提供足够的决策参考信息，用于制定机器人的下一步行动。在这样234682-1图2-12-2履带式移动机构分为l2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，履带式移动机构与地面较大的接触面积，因此在较大的区域内分布机器人的重量，较大的接触区域使机器人具有较好的驱动牵引力，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，机履带式移动机构比较轮式移动机构有以下几个特点：图2-3图2-3履带式实际是一种自己为自己铺路的轮式车辆。它是将环状循环轨道履带卷绕在若干滚轮外，使车轮不直接与地面接触。履带式的的优点是着地面积比车轮式大，所以着地压强小；另外与路面黏着力强，能吸收较小的凸凹不平，适于松软不平的地面。因此，履带式广泛用在各类建筑机械及军用车辆上。并且履带式还可以实现原地转弯。灵活性极佳。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运动控制困难等。2-12-1快慢差好小大易本文提出来的便携式履带机器人移动系统采用的是履带式的结构，加强了机器人越障、爬坡性能并提高了环境适应能力。主要结构如下图所示图2-41.后轮驱动电机及组件2.摆臂电机及组件3.主履带4.摆臂履带5.2-4360°360°提高机器人跨越沟槽和爬越台阶的越障的能力和翻转后自复位的功能。根据井下环境对机器人的要求，主要设计性能参数如下：50kg,5kg,机器人做直线运动最大速度等于1m/s,4C=500mm2-52-52-6

2-6（1）（2）360机器人的大小要能使其越过一些一些经常出现在煤矿废墟里的各种障碍，我们需要计算机器人所能跨越的高度，沟壑以及在一些斜坡上的运动情况。不受障碍卡阻，能继续保持机器人的稳定姿态与移动能力．对于履带机器人，可将其攀越凸台的过程分解为上台阶和下台阶的过程，将其攀爬连续台阶的过程根据其几何构形特征的尺寸简化为攀爬斜坡或依次攀爬台阶的情况．因此，只需着重分析机器人攀爬台阶、斜坡以及跨越沟道的越障运动机理．为了便于研究履带机器人的越障机理，首先对固定双履带机器人的越障机理进行研究．2-72-72-7（C）重2-82-8xLcosα(hR)cotαR/

变换式（1）可得：

hLcosαRsinα/cos2α

利用式（3）求出，代入式（2）可算出机器人跨越障碍的最大高度x。r2-92-9（a）L1Lmax1LL1：Lmax1Lrh

机器人在斜坡上运动时，起受力情况如图2-10器人匀速行驶或静止时，其驱动力：FGsin

2-10FFmaxFFmax已知煤矿井下机器人在井下地面最大静摩擦系数μ

机器人的爬坡角度最大为300；垂直越障高度最大为最大跨沟宽度 假设机器人以最大速度1ms匀速前进，轮子作瞬时纯滚动，nFnMOFIX0,M1RfY0,N1N2mgMOF0,MLRMLfRN2L1mgL3MLMLRfRN2L1mgL311.76Nm。nmaxvmaxπD119.43

0.1ms giveyoumoreperfectdrawings解之得：ML=43.12Nm,可以得出机器人两侧电机经移动平台的减速器减速后在最大坡度下爬坡需要提供的极限扭矩为0.1ms后所需提供的转速为：n=

PPout3-13-1Maxon--22X-A较为合理，名义传动比可分为ip16,ip26进行传动。按第一级传动的内齿b1，行星齿轮c1的齿数。先考虑到该行星齿a123数为np3zb1i11za1zb1115i1zb1其传动比误差i根据同心条件可得行星轮c1

zb1za12zc1适用于非变位或高度变位的行星齿轮传动。再考虑za1zb1c46（整数）第二级传动比ip26，选择中心齿数和行星齿轮数目与第一za223,zb2115,zc246。A1A2，以及行星齿轮C1和C220CrMnTi,传动设计》可知，取σHlim500MPa，σFlim340Nmm2，中心能，调质硬度为217-259HRC，取

σFlim360Nmm2B1B272在行星轮传动中，为保证两相邻行星轮的齿顶不致相碰，相邻两行星轮的中心距应大于两齿顶圆半径之和，由公式验算其邻接条件nd2asinnp

（

为行星轮的直径，a为中心距同心条件

Za2ZcZbZa23Zc92Zb115，满足公式则满足同心条件。低速级与高速级齿数相同，故满足条件。安装条件按公式验算安装条件，即得Za1

C,Za2Zb2Cnp2

(C为整数)Zb1

Zb2Zznp

即都满足装配条件。15-3A0112。50m/s10，98％。传动噪音比带传动、链传动和齿轮传动小，耐磨由已知设计装置移动速度v1m/s，根据公式v

主动轮转速n1v2πr120r/mind1履带从动轮直径d2=160mm，n1d2 n2=120r/min.。主动轮转速n1120r/min从动轮转速n2120中心距a600mmPd=0.2275kw1=120r/min6-1XHPb=22.225mm6-2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ADABDBDBXHW=2.794mm，T=15.49mm。5-15-1WTD-700XH-1778.00-80-5-15-2积，所以履带离地面的高度不易过大，故取履带主动轮直径d1=160mm，履带从动轮直径d2=160mm。选择履带主动轮型号为23XH23XH，就近圆整带轮直径，查得履带主动轮直径d1=162.71mm，履带从动轮直径d2=162.71mm。3（a（b）图5-3（a）齿轮形 图5-3（b）实体齿轮形5-5-2由图可知选定的主从动轮的节 ，外 节 ，分度圆直 则其齿数Z

模数,则取模pleasecontact Q3053703061 giveyoumoreperfectdrawings计算齿轮的齿宽，取，则齿为了减轻履带驱动装置的重量，可以选择硬铝合金作为履带主、从动轮的材料，硬铝合金主要是加入铜，镁，锰元素，故硬能够满足设计性能要求。40Cr，调质处理，按扭转强度来确定轴的最T9550000TW WT

0.2d

τT—扭转切应力T—轴所受的扭矩WT—轴的抗扭截面系数（〖mm〗P—轴传递的功率d—计算截面处轴的直径（mm）τT（MPa）6-1表6-1轴常用几种材料的及Q235-A、Q275、根据表6.1，取，于是因轴上将开键槽，轴径应增大。。a；右端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈的直径度应比略短一些由于I-II轴段还要穿过箱壁并由轴承支撑， 故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据 和深沟球轴 。Ⅱ-Ⅲ轴段的长度为装配设计，弹性挡圈的安装尺寸为，弹性挡圈右端轴肩长度取，故Ⅱ-Ⅲ轴段的长度为。Ⅲ-Ⅳ轴段的直径需小于轴承内圈外径，且大于轴承安装内故初取Ⅲ-Ⅳ轴段直径轴承安装需内伸c、为了连接移动平台的减速器，取轴段Ⅳ-Ⅴ的的长度径相 ，至此已初步确定了驱动轴的各段直径与长度 σW

360摆臂是用来联接主动轮与摆臂轮，且能固定摆臂轮。摆臂的采用肋板式结构。摆臂先通过铸造，然后进行钻孔、铣键槽等机械加工。安装摆臂轮处采用自张紧结构，通过靠螺栓锁紧摆臂轮张紧履带，这样结构相对变得简单，而且有利于减重。7-1

7-1 有前面计算可知主动轮齿轮直径为d1162.71mm则模数md1162.71

即模数m由从动轮齿数

z1i

23直径d2mz2710mm齿顶圆直径计算da2(z22ha*)m(10217齿根圆直径计算df

2h

c)m=(10210.25)a=a则可知道与所选23XH4.5mm。主动轮转速为n120

n11

n2n1i1202.3rmin276r选取轴的材料为40cr，调制处理。由表6-1可取

0.18mm3d13沟球轴承6200型 。摆臂轮齿，选取螺母为六角螺母螺纹规格M101 L2m2hb101.88mm可选轴的长度 齿轮材料和热处理的选择摆臂速度不高，故齿轮选用7（GB10095-88）工作寿命15年，每年工作300天，每天工作8个小时。材料选择。选择小齿轮材料为40Cr（）料为45钢（调质）齿数比u=6。选小齿轮齿数为Z1=10.大齿轮齿数Z2=10（1）

d1Z1m18mmd2Z2m（2)计算中心距ad1d22dI-II=16mm，dI