毕业设计（论文）-轮履可变移动机器人设计

轮履可变结构移动机器人机械结构设计摘 要（1）首先调研了地面无人机器人平台和复合式行走机构的研究现状，分析了现存国内外的经典款和系列款移动机器人平台，提炼总结出本设计的研究目标和方向；（2）根据任务书下达的机器人各运动模式下的性能指标，分别完成了移动机器人平台的（3）为加强车轮行走模式和履带行走模式的越障能力和运动平稳性，分别为机器人各模式设计了被动减振悬挂系统，该类弹簧悬挂不但体积小巧还具有良好的线性减振性能；（4）采用了一种基于二维板材获得三维零件的设计方法，即通过二维板材拼接得到复杂（5）基于SWOLIDWORKSSimulation-仿真-该论文有图31幅，参考文献13篇。关键词：移动机器人；轮履复合；多连杆悬挂；弹簧摆臂悬挂；连杆机构；拓扑分析AbstractInthecomplexgroundconditions,theresearchofrobotmotionmodehasbecomethefocusoftheresearchinvariouscountries.Inordertoimprovetheadaptabilityoftherobottotheenvironment,thisdesigndevelopedamobilerobotwithcompoundwheelsandshoes,whichprovidedamobileplatformwithflexiblemobility,fastresponseandgoodgroundtrafficabilityandenvironmentaladaptabilityforcarryingallkindsofsensorsandendexecutiondevices.Firstly,theresearchstatusofthegroundunmannedrobotplatformandthecompoundwalkingmechanismisinvestigated,theexistingdomesticandforeignclassicandseriesmobilerobotplatformsareanalyzed,andtheresearchobjectivesanddirectionsofthisdesignaresummarized;Accordingtotheperformanceindexofeachmovementmodeoftherobotgiveninthetaskbook,theschemedesignofthewheelwalkingmechanismandthecrawlerwalkingmechanismofthemobilerobotplatformiscompletedrespectively,andakindofwheelshoelayoutdifferentfromtheconventionaloneisproposed,andakindoflinkswitchingmechanismwithsmallvolumeandconvenientcontrolisindependentlydesigned;Inordertoenhancetheabilityofobstaclesurmountingandmovementstabilityofwheelandtrackmodes,thepassivevibrationdampingsuspensionsystemisdesignedforeachmodeoftherobot.Thiskindofspringsuspensionhasnotonlysmallvolumebutalsogoodlinearvibrationdampingperformance;（4）Adesignmethodofobtaining3Dpartsbasedon2Dsheetmetalisadopted,thatistogetcomplex3Dcomponentsthrough2Dsheetmetalsplicing.Thismethodnotonlygivesfullplaytothemachinabilityoftwo-dimensionalplate,butalsoavoidsthedisadvantagesofthree-dimensionalcomponentprocessingdifficultyandhighcost;（5）Usingtheapplicationoftopologyoptimizationdesignofswiidworkssimulation,accordingtothematerialpropertiesandloadingconditions,theinformationofstresssize,stressdisplacementandsafetyfactorofpartsareobtained,andthenaccordingtotheloadingconditions,theareawithsmallstressandoptimizationcanbehollowedoutisgivenintelligently.Withthehelpofthisplug-in,theworkof"designsimulationredesign"canbeeasilyrealizedandthelightweightdesignofpartscanbecompleted.Thereare31figuresand13referencesinthispaper.Keywords:mobilerobot;wheeltrackcomposite;multilinksuspension;springswingarmsu-spension;linkmechanism;topologicalanalysis.目 录摘要Ⅰ目录Ⅵ绪论 1选题背景 1机器人的总体设计 9性能要求分析 9系统组成 9车轮模块设计 11独立悬挂设计 11驱动电机选型 15履带模块设计 19系统组成 19履带机构主要部件设计 21履带机构的参数设计 23履带运动模式阻力计算 24履带运动模式电机参数计算 25切换模块设计 26切换机构方案选择 2系统组成 28运动模式分析 29车架模块设计 31二维板材的设计与优化 32二维板材与三维构件的对比 32二维板材的优化 33评价指标 35攀爬斜坡 35跨越壕沟 35翻越台阶 359.总结 37参考文献 37翻译部分 37ContentsAbstractⅠContents VINTRODUCTION 1Background 1GENERALDESIGNOFROBOT 9Performancerequirementsanalysis 9Systemcomposition 9DESIGNOFWHEELMODULE 11Independentsuspensiondesign 15Drivemotorselection 15DESIGNOFTRACKMODULE 19Systemcompositionoftrackmechanism 19Mainpartsdeignoftrackmechanism 21Parametricdesignoftrackmechanism 23Resistancecalculationoftrackmechanism 24Drivemotorselectionoftrackmechanism 25DESIGNOFSWITCHINGMODULE 27Schemeselectionofswitchingmechanism 27Systemcompositionofswitchingmechanism 28Analysisofmotionmode 29DESIGNOFFRAME 31DESIGNOF2DSHEETMETAL 32Comparisonbetween2Dsheetand3Dparts 32Optimizationof2Dsheetmetal 33EVALUATINGINDICATOR 35Climbtheslope 35Crossingtrenches 35Climbthesteps 35SUMMARY 37References 37Translations 37PAGEPAGE1.绪论INTRODUCTION选题背景（Background）[2-4]。目前常见的轮履复合方案是在一移动平台上安装车轮机构和履带机构，在不同的场合使Andros移动平台[5]和我国的“灵蜥”系列反恐机器人[6]；但此类移动由于车轮机构和履带机构的高度互补的特性，底盘常将轮式和履带式移动机构复合在一19301-1所示。半车轮半履带装甲运输车的负载能力和越M21-2图1-1Sdkfz25型半履带式装甲车Figure1-1Sdkfz25semitrackedarmoredvehicle图1-2M2型半履带式装甲车Figure1-2 M2semitrackedarmoredvehicleSOUCYTRACKSOUCYTRACK公司设计制造的三角履带总成如1-3所示，如果在运行过程中遇到复杂路面时，可以借助设备将常规车轮更换为三角履带总成，便可极大提高其地面通过性和环境适应性。图1-3soucitrack公司生产的履带车Figure1-3Crawlercarproducedbysoucitrackcompany1-4所示。

1-4自适应性的可变形车轮系统Figure1-4Adaptivedeformablewheelsystem中国矿业大学信控学院研发设计了一种可二次开发的轮履复合机器人通用实验平台1-5所示。与传统的轮式机器人相比，该实验平台具有良好的越障能力和机动性，它配备USB图1-5机器人机械原理图和机器人装配效果图Figure1-5Mechanicalschematicdiagramandassemblyeffectdiagramofrobot长春理工大学的王淑坤教授团队为老年人及残疾人设计研制了一种轮履复合式爬楼轮椅，1-6所示。该轮履复合式爬楼轮椅不仅可以用于上楼梯，还可以用于通过地面障碍，为老年及残疾人士带来了福音。1-7所示。另外，南京航空航天大学尚伟燕教授团队设计的轮履复合式军用地面探测车以及江苏大学王鹏等人设计的轮履复合式环保机器人也是由两套不同的驱动系统组合而成，可依据环境不同，快速切换为车轮或履带模式。1-6轮履复合式爬楼轮椅Figure1-6Wheelwalkingcompoundclimbingwheelchair图1-7轮履复合式救援抢险车辆Figure1-7Wheelshoecompoundrescueandrescuevehicle图1-8为华南理工大学提出的一种具有自适应性的轮履复合式变形车轮。该型特种车轮可通过传动机构驱动的变形运动运动，实现由传统圆形车轮向三角履带车轮的切换。目前，该设计已获得发明专利。1-8变形车轮的运动模式Figure1-8Movementmodeofdeformedwheel河南科技学院和上海交通大学合作开发的一种新型模块化轮履复合式机器人1-91-101-111-12所示。图1-10 车轮运动模式Figure1-10Wheelmovementmode图1-11 履带运动模式Figure1-11Trackmotionmode图1-12 腿式运动模式Figure1-12Legmotionmode西安科技大学团队研制了一种基于变胞机构设计的新型轮履复合式机器人1-131-14所示。图1-13 轮式运动模式Figure1-13Wheelmovementmode图1-14 履带运动模式Figure1-14Trackmotionmode1-15119和水平横杆4共同组成曲柄滑块机构，做平面连杆运动推动横杆4沿着履带固定板3中滑槽的方向方向做水平运动，每根横杆4都会拨动左右两侧的拨杆2转动。由于连杆1、拨杆2和支撑杆7在车架的侧面共21绕着车架上的固定铰链旋转，使得支撑杆7和车轮6向上移动。当连杆1转动到一定角度后，由于限位螺钉的限制和电62的运动却并未终止，在横杆4的推动下还会继续保持转动，直到支撑杆7在拨杆2的带动下达到运动的终点，最终实图1-15 机器人调姿装置Figure1-15Robotattitudecontroldevice机器人的总体设计GENERALDESIGNOFROBOT性能要求分析（Performancerequirementsanalysis）根据任务指导书要求，轮履复合机器人的运动性能要求如下：45m/min，最大坡度20°；18m/min，最大坡度30°；有效负载≥10kg。具备原地中心转向能力。综上，我们可以得出轮履复合机器人的主要性能参数：机器人总体尺寸L×W×H：800×500×300mm机器人净重： 15Kg机器人满载重量： 25Kg车轮模式最高速度： 45m/min车轮模式最大爬坡： 20°履带模式最高速度： 18m/min履带模式最大爬坡： 30°机器人续航时间： 2h系统组成（Systemcomposition）PAGEPAGE车轮模块设计DESIGNOFWHEELMODULE独立悬挂设计（Independentsuspensiondesign）一般而言，衡量独立悬挂性能的主要指标有：重心位置低；簧下质量小；悬架行程大；装配简单。3-13-2所示。图3-1单弹簧式多连杆悬挂Figure3-1Singlespringmultilinksuspension图3-2双弹簧式多连杆悬挂Figure3-2Doublespringmultilinksuspension3-3所示。图3-3悬挂线框图Figure3-3Suspensionwireframe由已知条件，如避震器总行程20mm，机器人静止时弹簧压缩量ΔL=8mm，悬挂下摆臂杆长L1=125mm，铰接点处距固定铰链A距离L2=47mm，取下摆杆受力分析，如图3-4所示。图3-4下摆臂受力分析Figure3-4Forceanalysisoflowerarm对固定铰链A受力求解得：KKVGL1Mg/ziL16N/mm

(3-1)由此可得，弹簧避震器的弹性系数K选择6N/mm。3-5所3作为基准安装有直流减速电机D型孔与法兰联轴器2相连，高强度聚氨酯车轮1再通过螺栓连接与联轴器13与上摆臂Y型杆5、下摆臂直杆4和支座板861.高强度聚氨酯车轮2.法兰联轴器3.电机安装板4.下摆臂直杆5.上摆臂Y6.7.8.支座板3-5轮组装配图Figure3-5Assemblydrawingofwheelset26所示。M.6.自锁螺母3-6铰链结构Figure3-6Hingestructure法兰联轴器采用车削工艺得到外圆柱轮廓，再通过线切割获得内部D型孔，最后在外圆柱面上铣出端面后钻孔，获得加工好的零件。（除上摆臂Y型杆外驱动电机选型（Drivemotorselection）本设计轮履复合机器人采用四轮驱动，差速转向；虽然相对于拥有转向机构的四轮底盘，机器人运动阻力主要包括风阻、摩擦阻力、惯性力和斜坡阻力等。（一）摩擦阻力机器人运动过程中的摩擦阻力主要由车轮和地面之间的滚动摩擦力所决定，但其值的大小随地面的情况变化而变化。由于本设计轮履复合机器人的车轮模式只要应用于较为平μ=0.02（二）风阻

FmMgcos

（3-2）取0.6。综上所述，风阻Ff的计算公式如下：F1CAv210.60.50.30.7520.003Nf 16W 16

（3-3）（三）惯性力轮履复合机器人在启停时会产生较大的惯性力，该力也是机器人运动阻力的一部分。由于机器人在车轮模式下最高运动速度较低，设机器人经1.5s加速时间达到最大速度，即可得机器人的加速度a=0.5m/s2。则机器人的惯性力Fg为：（四）斜坡阻力

FgMa250.512.5N

（3-4）轮履复合机器人在爬坡时，由于机器人重力沿斜坡方向的分力的存在，导致机器人爬坡时必须克服这部分力。设机器人与地面之间的倾角为θ，则机器人斜坡阻力Fp为：FPMgsin

（3-5）Fm和风阻FgFFFFF

Mgcos1C

Av2sinm f g p

16W

（3-6）由于轮履复合机器人在任何运动情况下，都不可能使上述四项运动阻力同时达到最大值。理论上机器人运动过程中只有三种极限阻力运动情况：水平面最大速度、水平面最大加速度和最大爬坡。计算上述三种情况下的阻力大小即可得到机器人在运动过程中的最大运动阻力：（1）水平面最大速度：F1CAv 20.02259.810.60.50.30.7524.903N1 16W max 16

（3-7）（2）水平面最大加速度：（3）最大爬坡：

Ma0.02259.8250.517.400N

（3-8）Mgsin0.02259.8cos20259.8sin2088.399N

（3-9）综上所述，机器人在运动过程中最大的运动阻力在最大爬坡时取得，即Fmax=F3=88.399N。由于电机与车轮之间通过直连驱动，仅通过一个滚动轴承和刚性联轴器。其传动总效率η为：联轴器滚动轴承0.990.990.9801

（3-10）且机器人驱动电机数目z=4。则轮履复合机器人每个驱动电机的计算功率Pca计算公式为：P1v188.3990.75ca z 4 0.9801

（3-11）P要满足：

PPca

（3-12）据此选择诺立42-42-41行星减速直流无刷电机，额定功率P=18W，额定转速n=3800rpm。选择5寸高强度聚氨酯轮作为机器人车轮，其直径D=125mm。则行星减速器传动比i为：inD38000.12533.16160v

60

（3-13）故行星减速器减速比选择18：1，其额定转速n=170rpm，额定扭矩T=9.31Kgf.cm。验算电机额定扭矩是否满足：电机计算扭矩的计算公式为：

TTca

（3-14）Tca

n

3016.9110.9142NmT170

（3-15）满足额定扭矩强度条件。综上所述，选择诺立42-42-41行星减速直流无刷电机，减速比18：1，额定功率P=18W，额定转速n=3800rpm，额定电压v=24v，搭载霍尔传感器实现闭环控制，总重0.5Kg。履带模块设计DESIGNOFTRACKMODULE履带运动方式相比于车轮运动方式，具有以下优缺点：履带接地面积大，地面比压小，故适合在松软易塌陷的地面上工作。同时由于地面下陷小，因而运动阻力较小，地面通过性较好；履带内侧具有齿槽，传动比相对稳定，不易打滑，有利于充分发挥牵引力；越野性能好，具有良好的爬坡、越障能力；结构相对较为复杂，体积和质量较大，零件容易磨损。系统组成（Systemcompositionoftrackmechanism）4-1所示驱动轮和张紧轮在执行各45图4-1常用履带构形Figure4-1Commontrackconfiguration4-2所示。当电机带动驱动轮旋转时，由于驱动轮凸齿与履带凹槽之间的相互啮合，从而驱动整套机构运动。同时，因为履带与地面之间的附着力大于驱动轮、支承轮、张紧轮的滚动阻力，所以各轮在履带运动过程中不发生打滑。PAGEPAGE图4-2履带系统组成Figure4-2Tracksystemcomposition接下来我们将逐一分析履带系统各组成部分的设计准则：（一）支承轮支承轮的合理布置有利于增大履带的接地面积，故第一个和最后一个支承轮应尽量靠近驱动轮和张紧轮。但由于弹簧摆臂悬挂具有一定的空间运动，为避免机构件发生干涉，应在极限位置处留有一定的间隙。（二）托带轮（三）履带常用的履带一般有两种类型，有大量履带链节通过销轴连接在一起而形成的金属履（四）履带架（五）驱动装置为了使履带和驱动轮磨损更加均匀，应保证履带的链节数和驱动轮的齿数互为质数。在同类的履带机构中，常把驱动轮布置在履带机构后方，这时履带上分支为松边，承载部下分支为紧边，履带处于张紧状态，有利于减小运动阻力。相反，若驱动轮布置在履带机构前方，履带承载部下分支为松边，履带处于弯折状态，运动阻力相对较大。（六）张紧装置履带机构主要部件设计（Mainpartsdeignoftrackmechanism）（一）履带机构悬挂系统的设计4-33上部的摆臂销轴7为一根固定心两摆臂连接。摆臂3下部的支承轴2为一转动心轴，两端固定有聚氨酯包胶的支承轮1，中部也是通过两挡边轴承双支点各单向固定与平行设置的两摆臂连接。而避震器的固定则是通过固定在履带架上的等高螺栓5、9，再辅以轴套4、6轴向固定来实现。1.支承轮2.支承轮轴3.摆臂4.避震器下轴套5.避震器上销轴6.避震器上轴套7.摆臂销轴8.避震器9.避震器下销轴图4-3弹簧摆臂悬挂组成Figure4-3Springswingarmsuspensioncomposition弹簧摆臂悬挂系统的设计思路参照3.1.2（二）张紧装置设计4-4所示。1.调整螺栓2.调整螺栓固定块3.履带架4.张紧轮轴5.张紧轮图4-4张紧装置组成Figure4-4Compositionoftensioningdevice调整螺栓1头部外圆面滚花处理、端部制内六角孔，中部轴端开槽与调整螺栓固定块2配合，尾部制外螺纹与同样制内螺纹的张紧轴4配合。履带架3安装张紧轴4处开导向槽，张紧轴4在履带架3导向槽内移动，张紧轴4两端面制内螺纹，将内置轴承的张紧轮5通过螺栓固定到张紧轴4上。张紧时，只需拧动调整螺栓1的滚花外表面或利用内六角孔用扳手工具拧紧，就可以调节张紧轴4的位置，实现履带的张紧。（三）驱动装置设计履带机构的参数设计（Parametricdesignoftrackmechanism）（一）履带参数设计bP可以参考经验公式：Pbo(13.5~23)4G(13.5~23)4259.830.187~51.430mm式中：G为机器人总重。

（4-1）根据国标GB11616-89规定选则XXH最重型同步带型号，其节距Pb=31.75mm。履带的宽度b根据经验公式选择：b(0.18~0.22)L(0.18~30054~66mm式中：l为履带的接地长度，其值取300mm。

（4-2）选取履带宽度b=70mm。根据三维图纸，可得履带的长度L=1000mm，折合为链节数Pb=31.75mm×宽度b=70mm×链节数z=32。（二）驱动轮参数设计为了使履带和驱动轮之间的磨损更加均匀，应保证履带的链节数z和驱动轮的齿数z1互为质数。且为了使同步带传动更为平稳，主动驱动轮的齿数z应不小于7。综合考虑后，取z1=9。橡胶履带的分度圆直径d计算公式为：dmzz1Pb/931.75/90.957mm齿顶圆的计算公式为：dad290.95721.52487.909mm

（4-3）（4-4）式中：δ为齿顶高，查表取δ=1.524mm。（三）支承轮参数设计为降低地面比压，本设计的支承轮采用多支点式结构，每一侧履带设置4个支承轮，每个支承轮都安装在弹簧摆臂悬挂上，共同组成一个支承轮组。支承轮直径d参照履带机构的经验公式：d~~31.7547.625~95.250mm（四）张紧轮的参数设计

（4-5）张紧轮的直径dd=70mm履带运动模式阻力计算（Resistancecalculationoftrackmechanism）轮履复合机器人在履带模式下的运行过程中，其受到的阻力主要包括直行阻力和转向阻（一）直行阻力的计算：根据Fx主要由摩擦阻力Fm和爬坡阻力FpFxFmFpfMgcosMgsin式中：f为滚动摩擦阻力系数，查表其值取0.02；M为机器人总重；θ为机器人所处位置的水平坡度。（二）转向阻力的计算：

（4-6）对于各类履带移动机器人，其转向原理都是相同的，都是通过改变两侧轮的驱动力，根据经验公式：M 4

（4-7）式中：μ为转向阻力系数，其值取0.5；G为机器人总重；L为履带的接地长度；再由力矩合成关系得：FMGLZ B 4B

（4-8）式中：B为两侧履带机构的轮间距，其值约为420mm。综上所述，机器人在履带运动模式下所受到的总的运动阻力F为：FF2FfMgcosMgsinGLx z 2B

（4-9）（1）水平最大速度：（2）最大爬坡：

F1

fMg0.1259.824.500N

（4-10）F2

fMgoxMginx0.1259.8os30259.8in30143.718N（41）（3）最大转向：

FGL0.5259.80.343.750N3 2B

20.42

（4-12）综上所述，轮履复合机器人履带模式下运动过程中最大的运动阻力在最大爬坡时取得，即Fmax=F2=143.718N。履带运动模式电机参数计算（Drivemotorselectionoftrackmechanism）由于电机到驱动轮之间经过电机--刚性联轴器--同步带传动--轴承--驱动轮的传动链，其势必会导致传动的总效率降低，设总的传动效率为η：联轴器同步带履带0.990.980.900.873因为选择的电机额定功率P要满足：

（4-13）PPca

（4-14）由于根据上述驱动轮尺寸计算，其分度圆直径D=87.909mm。则要求电机输出的转速n为：n60vD

600.30.087909

（4-15）综上所述，选择诺立36-36行星直流减速电机，配备公称减速比59的行星减速器。其额定输出功率500线AB相增量式光电编码器。验证电机输出扭矩的是否符合要求：电机计算扭矩的计算公式为：满足扭转强度要求。

n

303.520NmT67

（4-16）验证电机输出扭矩的是否符合要求：电机计算扭矩的计算公式为：Tca

n

303.520NmT67

（4-17）满足扭转强度要求。切换模块设计DESIGNOFSWITCHINGMODULE切换机构方案选择（Schemeselectionofswitchingmechanism）常见的切换机构有基于变胞机构原理实现车轮运动模式和履带运动模式之间的丝滑变换；直线运动机构可分为直线导向部分与牵引部分，前者负责将运动体约束在一个自由度内，而牵引部分负责控制运动体的运动。直线运动机构有“直线导轨+链传动”,“直线导轨+气缸”，“直线轴承+链传动”,“直线轴承+丝杠”四种组合，可根据不同方案的优点进行选择。牵引部分不考虑使用同步带传动，是由于其对张紧要求较高，大载荷下易滑齿。丝杠传动是一种可以将电动机从电动机输出轴传递的回转运动通过梯形螺纹配合作用转化为螺母的直线运动，或将螺母的直线运动转化为梯形丝杠以及与丝杠相连设备的回转运动的一种机械机系统组成（Systemcompositionofswitchingmechanism）5-1所示。其工作原理为：在电机的驱动下，梯形丝杠2在支座13沿着梯形丝杠2563和机架轴承座4组成的曲柄滑块机构。不同的是，该曲柄滑块机构是由滑块主动。连杆6呈L形，其一端铰接在滑块3上，另一端连接前桥7。由此便实现了车轮模块与机器人车体之间的连接。当梯形丝杠2上的滑块3抵到梯形丝杠支座1而达到极限行程时，车轮模块达到极限位置，悬挂与地面垂直；同时电机仍施力使滑块2有向前运动趋势，因此滑块前后不得移动，连杆机构实现自锁。为了使梯形丝杠传动受力更加均匀，在梯形丝杠2的两侧设置两组导向机构，导向机构由直线轴承8、光轴9和内嵌式联轴器组成，同时固定在机器人铝方管车架的光轴9还能起到增大车架的强度和刚度的作用。1.梯形丝杠支座2.梯形丝杠3.滑块4.机架轴承座5.曲柄6.连杆7.前桥8.直线轴承9.光轴图5-1切换机构组成Figure5-1Compositionofswitchingmechanism运动模式分析（Analysisofmotionmode）5-2所示。当机器人在较为平坦的路(a)(b)(a)车轮运动模式(b)履带运动模式PAGEPAGE(c)全驱运动模式(d)攀爬模式图5-2轮履复合机器人各运动模式Figure5-2Eachmovementmodeofrobot车架模块设计DESIGNOFFRAME6-1所示。一般来说，机器人的铝方管设计应遵循以下两个原则：结构简单：应避免大量焊接，规划好焊接工艺选择，防止出现过大的焊接应力导致框架结构变形；强度重量比与刚度重量比要尽可能大：在较低重量下，尽可能实现足够大的强度和刚度。图6-1机器人铝方管焊接框架Figure6-1Robotaluminumsquaretubeweldingframe二维板材的设计与优化DESIGNOF2DSHEETMETAL二维板材与三维构件的对比（Comparisonbetween2Dsheetand3Dparts）作为一种新型的增材制造方式，3D打印的原理于普通打印相似，不同的是，它将熔融或粉末状的材料通过类似三轴机床的运动一层一层地堆叠开来，最终获得整体的三维立体零件。3D打印技术类型有熔融沉积、光敏固化、激光烧结和分层实体制造。其中基于熔融沉积原理的FDM打印机由于原理较为简单、实现较为方便、加工设备成本较低，很快在各领域应用开对于较大尺寸的零件，其加工时间较长；由于切片分层制造的原理限制，其加工出来的零件表面质量很差、精度也很低，同时由于热胀冷缩的原因，零件尺寸非常不准确、稳定；对于悬空部分的结构，3D打印需要在设计时，额外加上支撑结构，加工好后再去除，3D由于3D打印零件都是由材料一层层堆叠形成的，其微观结构决定了其强度和刚度较差，因而，3D打印零件不宜用于受力较大或刚度要求较大的场合。相较于其他工艺，激光切割耗时很短，很大程度上提高了研发效率；激光切割机的切缝极细，仅有0.2mm，可以切割出制造出任何极限加工尺寸内的任何平面形状；而在铣制加工中，由于铣刀的几何尺寸不可忽略，对于某些细微结构，铣制工艺并不适用；而对于车制等其他工艺，其适合加工的零件类型也受到了很大程度的限制；激光切割加工具有很高的加工精度，其误差往往在0.01-0.001mm以内；这种精度是其他加工工艺难以达到或成本过高的；材料选择范围广，可用于板材拼接的材料有金属材料如铝板和钢板，也有非金属材料如亚克力板、玻璃纤维板和碳纤维板等。不同材料拼接而成的三维构件具有不同的物理性质和力学性能表现。7-17-2所示。图7-1切换机构连杆Figure7-1Linkageofswitchingmechanism图7-2履带机构减振摆臂Figure7-2Dampingarmoftrackmechanism二维板材的优化（Optimizationof2Dsheetmetal）在SolidWorks2018的仿真插件中，SWOLIDWORKSSimulation功能是基于拓扑优化设计的一种简化应用，能够根据材料属性和受载情况得出零件各处的应力大小、受力位移和是否满足安全系数等信息，再根据受力情况智能给出受力较小，可以镂空优化的区域。借助本插件，可以较方便地实现“设计-仿真-再设计”的工作，完成对零件地轻量化设计，在满足机器人各零部件强度与刚度要求的前提下,尽可能地减小零部件的重量。切换机构连杆成L字形，该二维板材在作为曲柄滑块机构的连杆的同时，还连接车轮模式7-37-27-3所示