【《某水陆两栖救援机器人的三维设计案例》2500字】

某水陆两栖救援机器人的三维设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u10809某水陆两栖救援机器人的三维设计案例 1307211.1引言 1127051.2地面移动机构的三维设计 129531.2.1主从动轴系 2231461.2.2支撑架结构 3177081.2.3支撑轴段 3305071.2.4传动系统 4248431.3水面移动机构的三维设计 4245131.1.1螺旋桨主轴 5150541.1.2升降装置 5162631.1.3转向装置 6239161.4救援平台的三维设计 6303311.4.1救援平台整体设计 6118461.4.2轴系结构 7302371.4.3轴系间传动机构 9283121.4.3开合状态控制机构 10242271.5机械臂的三维设计 10131781.6小结 121.1引言本章则将利用SolidWorks来对机器人的各部分进行三维建模，并详细论述各组成部分的具体设计。1.2地面移动机构的三维设计如图1.1所示为地面移动机构的整体结构三维图。该机构主要由侧板、支撑架、主从动轮、支撑轮、履带及传动系统组成，该结构的总长为2270mm，总宽为675mm，总高为590mm。图1.1地面移动机构1.2.1主从动轴系如图1.2所示为从动轴，主体为一根φ40，长433mm的轴通过轴承支撑于车体和侧板之上，轴上配置的零件有键、轴套、端盖和轴承。其中轴上的3个平键规格都是相同的，类型为普通平键GB1096-79，长L=36mm，宽b=12mm，高h=8mm；另外4个轴承也是相同规格的轴承，轴承类型为角接触球轴承，内径d=40mm，外径D=80mm；轴上剩余的装配零件就剩下轴套和端盖了，因为不属于主要的零件，所以不进行详细说明，最后零件配置在轴上时，零件的装配位置就如图中所示。图1.2从动轴系1.2.2支撑架结构如图1.3所示为机构的支撑架结构，支撑架前端与侧板通过轴销连接，上端与侧板通过拉伸弹簧连接。当履带行进过程中遇到凸起障碍物时，支撑轮将受到向上的反作用力，迫使弹簧拉伸缓冲，从而达成越障的目的。图1.3支撑架结构1.2.3支撑轴段如图1.4所示为机构的支撑轴，主体为一根φ15的轴通过轴承支撑于支撑架上，轴上零件装配在图中由左向右依次为预紧圆螺母、支撑轮、轴套、轴承、支撑架。主要零件为轴承，轴承为角接触球轴承，内径d=15mm，外径D=32mm。图1.4支撑轴系1.2.4传动系统如图1.5所示为机构的传动系统，动力源为固定于车体底盘之上的履带驱动电机，通过联轴器将动力传至主动轴，并经链传动至从动轮。电机以外各零部件依图所示从右到左依次为车体（橙色部分）、联轴器、主动轴、轴套、链轮以及各种键和轴承。图1.5传动系统1.3水面移动机构的三维设计如图1.6所示为水面移动机构，推进器采用4叶螺旋桨推进，螺旋桨除了推进功能以外，还可以进行升降和转向控制，车体下部弧形结构起支撑作用。图1.6水面移动机构1.1.1螺旋桨主轴如图1.7所示为螺旋桨的主轴设计，螺旋桨桨叶直径为520mm，桨叶及主轴座总长500mm，螺旋桨桨叶由电机通过联轴器驱动，主轴座与升降装置相连。图1.7螺旋桨主轴1.1.2升降装置如图1.8所示，救援机器人采用电磁推杆实现螺旋桨的升降，其设计升降距离为200mm，升起状态下桨叶中心与履带底部距离为455mm，降下状态下桨叶中心与履带底部距离为255mm。当机器人在地面上时，推杆将控制螺旋桨升起以防触地，当机器人在水面前进时，将控制螺旋桨下降没过水面以提供前进动力。图1.8升降装置1.1.3转向装置如图1.9所示为螺旋桨的转向机构，转向动力源使用的是步进电机，步进电机连着小齿轮，小齿轮与另外一个大齿轮啮合，而大齿轮上固定着升降装置，所以在转向时，由步进电机提供转向动力给小齿轮，小齿轮再带动大齿轮选转，升降装置就会随着大齿轮一同旋转，从而实现螺旋桨转向的目的，其设计转向角度在-50°至+50°之间。图1.9转向装置1.4救援平台的三维设计1.4.1救援平台整体设计如图1.10（a）和（b）所示为救援平台展开与闭合状态，救援平台采用三段支撑板式设计，主体支撑板长2000mm，宽556mm，舱内高度290mm，可收纳一名成年人；二三段支撑板起转运作用，长度分别为348mm、688mm。当需救援伤员时，救援平台完全展开（图1.10（a）），支撑板3前端楔形可贴合地面，救援机器人前进同时平台表面传送带动作，以传送带表面代替地面与伤员接触，从而使伤员逐渐转运到舱体内，完成救援后平台关闭（图1.10（b）），保护伤员免受二次伤害。在无需转运伤员时，舱体内亦可存放救援物资，通过机械臂配合送至救灾地点。图a救援平台展开状态图b救援平台闭合状态图1.10救援平台工作1.4.2轴系结构救援平台由三段支撑板构成，共含6根轴，如图1.11所示。轴段1为主动轴，两端通过轴承支撑于支撑板1之上，右端由电机驱动经联轴器将动力传至主动轴，左端连接链轮将动力传至下一轴。图1.11轴段1如图1.12（a）和（b），轴段2、3、4、5均为从动轴，各轴两端都通过轴承支撑外部主体，左端连接链轮传递动力。图a轴段2、4图b轴段3、5图1.12从动轴段如图1.13，轴段6为支撑轴，两侧装有支撑轮，救援平台工作时与地面接触，对支撑板2、3起支撑作用。图1.13轴段61.4.3轴系间传动机构由于救援平台需要折叠，所以就需要动力源和传动机构去带动支撑板的折叠工作。如图1.14所示，救援平台的各轴之间通过链传动的方式来传递动力，电机输出的动力经每根链条传递至各轴，实现平台的展开和闭合状态。图1.14轴1~轴6传动机构1.4.3开合状态控制机构如图1.15所示为各支撑板间开合状态控制机构。支撑板2上的轴段3用于支撑车体，装于支撑板1内部的步进电机通过链传动的方式与支撑板2外侧连接，由此控制支撑板2的开合动作，其设计开合角度为-30°至+120°。同样，支撑板3上的轴段5用于支撑支撑板2，装于支撑板2内部的步进电机也通过链传动的方式与支撑板3外侧连接，由此控制支撑板3的开合动作，其设计开合角度为0°至+60°。图1.15支撑板1—支撑板2开合状态控制机构1.5机械臂的三维设计如图1.16所示机械臂安置于救援机器人前端两侧，该机械臂为5自由度的关节式搬运机器人，末端执行器采用夹钳式（图1.17）。机械臂的主要连杆参数如表，其中θ1、θ2、θ3、θ图1.16机械臂安装位置图图1.17机械臂三维图表1.2机械臂各连杆的D-H参数连杆连杆长度a连杆扭角α连杆转角θ连杆距离d连杆1-本体回转机构9090θ294连杆2-大臂3500θ0连杆3-小臂9090θ0连杆4-手腕回转机构090θ323连杆5-手腕摆动机构164.50θ01.6小结本章节完成了水陆两栖救援机器人的总体的三维设计，并介绍了各部分的主要机构。首先介绍了地面移动机构的主动轴上个零件的配合，以及主动轴