履帶式機(jī)器人移動(dòng)底盤的設(shè)計(jì)

履帶式機(jī)器人移動(dòng)底盤的設(shè)計(jì),履帶式機(jī)器人移動(dòng)底盤的設(shè)計(jì),履帶式,機(jī)器人,移動(dòng),挪動(dòng),底盤,設(shè)計(jì) 履帶式機(jī)器人移動(dòng)底盤的設(shè)計(jì)履帶機(jī)器人的介紹履帶機(jī)器人的介紹從20世紀(jì)60年代到70年代，迅速普及并實(shí)用化的工業(yè)機(jī)器人給人的印象只是自動(dòng)機(jī)械手。廣泛開展機(jī)器人移動(dòng)功能的研究和開發(fā)是進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后的事?，F(xiàn)在作為移動(dòng)機(jī)器人而開發(fā)試制的移動(dòng)機(jī)械種類已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了機(jī)械手。特別是履帶式機(jī)器人，它不僅是生物體中沒見過的移動(dòng)形態(tài)，而且能夠在復(fù)雜的底面行進(jìn)。履帶式機(jī)器人因采用履帶傳動(dòng)方式而得名。履帶傳動(dòng)方式又叫循環(huán)傳動(dòng)方式，其最大特征是將圓狀的循環(huán)軌道履帶卷繞在若干車輪上，使車輪不與地面直接接觸，利用履帶緩沖地面而帶來的沖擊，使機(jī)器人能夠在各種路面條件下行進(jìn)。CONTENTS目錄履帶機(jī)器人底盤的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1履帶機(jī)器人底盤的運(yùn)作原理2結(jié)論3履帶機(jī)器人底盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.后擺臂及履帶 2.齒輪 3.永磁式直流電機(jī) 4.減速器 5.蓄電池 6.微控制器及組件 7.步進(jìn)電機(jī) 8.主履帶 9.前擺臂及履帶 履帶機(jī)器人底盤的性能設(shè)計(jì)參數(shù)總體結(jié)構(gòu):六節(jié)履帶式結(jié)構(gòu) 自重：50KG結(jié)構(gòu)尺寸：1205*764*380mm平地最大速度：0.5m/s一般速度：0.3m/s通過最大坡度：30續(xù)航能力：4小時(shí)履帶機(jī)器人的運(yùn)作原理減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)通過減速器的減速，以增大轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。減速器是行星輪減速器，電動(dòng)機(jī)安裝在減速器旁，通過直齒輪改變軸的方向，輸出后軸轉(zhuǎn)矩，為機(jī)器人提供主要?jiǎng)恿?。后軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)后軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)后軸位于傳動(dòng)系的末端。其基本功用增增扭、降速和改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，即增大由傳動(dòng)軸或者直接從變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩合理的分配給左右驅(qū)動(dòng)車輪。履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)其動(dòng)力部分采用電機(jī)，通過齒輪副降速后帶動(dòng)低速軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，軸與履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)連接，從而使履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)各自繞前后軸的中心線轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人不同角度的爬坡和越障能力。履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)器人跨越臺(tái)階總結(jié)本次設(shè)計(jì)過程中涉及到所學(xué)知識(shí)的方方面面。通過本次設(shè)計(jì)，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行了一次溫故，同時(shí)也為日后從事工程實(shí)踐工作打下了一些基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)中，我對(duì)履帶式機(jī)器人底盤的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能的要求進(jìn)行了比較詳細(xì)的分析，針對(duì)履帶機(jī)器人中采用的履帶、減速器、電動(dòng)機(jī)等也進(jìn)行必要的闡述。通過對(duì)履帶機(jī)器人的相關(guān)性能要求的驗(yàn)算，得出設(shè)計(jì)的結(jié)果基本上符合設(shè)計(jì)要求。致謝THANKS!大學(xué)生活即將結(jié)束，在此，我要感謝所有教導(dǎo)我的老師和陪伴我一齊成長(zhǎng)的同學(xué)，他們?cè)谖业拇髮W(xué)生涯給予了很大的幫助。本論文能夠順利完成，要特別感謝我的導(dǎo)師代素梅老師，代老師對(duì)該論文從選題，構(gòu)思到最后定稿的各個(gè)環(huán)節(jié)給予細(xì)心指引與教導(dǎo),使我得以最終完成畢業(yè)論文設(shè)計(jì)！最后，我要向百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱，評(píng)議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝！感謝各位老師的觀看和指正！摘要 此設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)新穎，能實(shí)現(xiàn)過坑、越障等動(dòng)作的機(jī)器人底盤。通過在機(jī)器人機(jī)架上加裝其他功能的模塊來實(shí)現(xiàn)不同的使用功能，本設(shè)計(jì)的目的是為機(jī)器人提供一個(gè)動(dòng)力輸出平臺(tái)，為開發(fā)各種功能的機(jī)器人提供基礎(chǔ)平臺(tái)。 此設(shè)計(jì)移動(dòng)方案的選擇是采用了履帶式驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)整體使用模塊化設(shè)計(jì)，以便后續(xù)拆卸維修，可以適應(yīng)于各種復(fù)雜的路面，并可主動(dòng)控制前后兩側(cè)搖臂的轉(zhuǎn)動(dòng)來調(diào)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，從而達(dá)到輔助過坑、越障等動(dòng)作。經(jīng)過合理的設(shè)計(jì)后機(jī)器人將具有很好的環(huán)境適應(yīng)能力、機(jī)動(dòng)能力并能承受一定的掉落沖擊，此設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由四部分組成：主動(dòng)輪減速機(jī)構(gòu)、翼板轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、自適應(yīng)路面執(zhí)行機(jī)構(gòu)、履帶及履帶輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 關(guān)鍵詞 移動(dòng)式；機(jī)器人；履帶式；底盤；模塊化設(shè)計(jì) Abstract This?design?is?a?robotic?chassis?with?a?novel?design?structure?that?enables?pits?and?obstacles?to?move.?Through?the?addition?of?other?functional?modules?to?the?robot?rack?to?achieve?different?usage?functions,?the?purpose?of?this?design?is?to?provide?a?power?output?platform?for?the?robot?and?to?provide?a?basic?platform?for?robots?that?develop?various?functions The?design?of?this?design?mobility?scheme?is?the?use?of?a?tracked?drive?structure.?The?entire?structure?uses?a?modular?design?for?subsequent?demolition?and?maintenance,?which?can?be?adapted?to?various?complex?road?surfaces,?and?can?actively?control?the?rotation?of?the?rocker?arms?on?both?sides?to?adjust?the?movement?posture?of?the?robot?to?achieve?auxiliary?over-hole?and?obstacle-over?actions.?After?a?reasonable?design,?the?robot?will?have?good?environmental?adaptability,?mobility?and?can?withstand?a?certain?drop?impact.?This?design?of?the?mobile?mechanism?is?mainly?composed?of?four?parts:?the?active?wheel?deceleration?mechanism,?the?flap?rotation?mechanism,?adaptive?road?surface?Actuator,?crawler?and?track?wheel?movement?agencies. Keywords robot tracked mobile mechanism modular design 27 目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 2 1.1 機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展 2 1.2 履帶式機(jī)器人的概述 3 1.3 本設(shè)計(jì)的目的及意義 3 2 移動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析及其選擇 5 2.1 典型移動(dòng)機(jī)構(gòu) 5 2.1.1履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 5 2.1.2輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 5 2.1.3腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 6 3 設(shè)計(jì)方案 7 3.1 行走機(jī)構(gòu)的選擇 7 3.2 履帶機(jī)器人功能、性能指標(biāo)與設(shè)計(jì) 8 3.3 主要機(jī)構(gòu)的工作原理 9 4 機(jī)器人移動(dòng)底盤主履帶電機(jī)的選擇 10 4.1 機(jī)器人在平直的路上行駛 10 4.2 機(jī)器人在30°坡上勻速行駛 10 4.3 機(jī)器人的多姿態(tài)階躍 11 5 履帶部分設(shè)計(jì) 13 5.1 履帶的選擇 13 5.2 確定主從動(dòng)輪直徑 14 5.3 確定節(jié)線長(zhǎng)度 15 5.4 計(jì)算所需的帶寬 16 5.5 功率驗(yàn)算 18 5.6 履帶主從動(dòng)輪設(shè)計(jì) 18 5.7 副履帶部分設(shè)計(jì) 20 6 履帶翼板部分設(shè)計(jì) 23 6.1 履帶翼板的作用 23 6.2 履帶翼板的設(shè)計(jì) 23 結(jié)論 24 致謝 25 參考文獻(xiàn) 26 1 緒論 1.1機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展 機(jī)器人是集合了機(jī)械、電子、傳感、控制、人工智能等多個(gè)學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的自動(dòng)化裝備。自1956年機(jī)器人產(chǎn)業(yè)誕生后，經(jīng)過近60年發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在裝備制造、新材料、生物醫(yī)藥、智慧新能源等高新產(chǎn)業(yè)。機(jī)器人與人工智能技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合發(fā)展，推動(dòng)了人類社會(huì)生活方式的變革。當(dāng)前，我國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)進(jìn)入高速增長(zhǎng)期，工業(yè)機(jī)器人連續(xù)五年成為全球第一大應(yīng)用市場(chǎng)，服務(wù)機(jī)器人需求潛力巨大，核心零部件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程不斷加快，創(chuàng)新型企業(yè)大量涌現(xiàn)，部分技術(shù)已可形成規(guī)?；a(chǎn)品，并在某些領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢(shì)。 機(jī)器人行業(yè)不斷發(fā)展，機(jī)器人在生產(chǎn)人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，其種類也逐漸增多。按照不同的分類方法，可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行不同類型的分類，如，根據(jù)其功能可以分為操作機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人、信息機(jī)器人、人機(jī)機(jī)器人。按照用途機(jī)器人可分為工業(yè)機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、軍用機(jī)器人四大類。近十幾年來，我國(guó)有關(guān)部門過分強(qiáng)調(diào)工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)研發(fā)，而忽視了機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)突破，使得工業(yè)機(jī)器人某些核心技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)階段，嚴(yán)重制約了我國(guó)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。另外，對(duì)核心元件的過分依賴和創(chuàng)新能力的缺乏致使機(jī)器人生產(chǎn)的技術(shù)含量難以得到質(zhì)的提升，從而導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人在諸多技術(shù)方面仍然停留在仿制層面。 目前，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在我國(guó)正處于強(qiáng)勁發(fā)展的狀態(tài)，各種類型正快速發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人作為制造業(yè)皇冠頂端的明珠，其性能優(yōu)勢(shì)決定了其在工業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)地位。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)危機(jī)陰影的消退，工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)需求量不斷上升，市場(chǎng)銷量也保持快速增長(zhǎng)。未來，一方面由于我國(guó)勞動(dòng)力人口不斷減少，對(duì)勞動(dòng)力需要不斷提升，會(huì)增加對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求；另一方面隨著產(chǎn)品加工精度不斷提高等，也會(huì)提升對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求。對(duì)于服務(wù)機(jī)器人，有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)未來服務(wù)機(jī)器人將像家用電器一樣普及，它將大量進(jìn)入人們的生活，走進(jìn)千家萬戶[3]。特別是隨著我國(guó)人口老齡化加速，未來醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人、陪伴機(jī)器人等的需要有可能會(huì)出現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。憑借其重要的戰(zhàn)略意義，未來軍事機(jī)器人也將越來越受到重視，其智能化將會(huì)越來越高。軍事機(jī)器人本身也將會(huì)呈現(xiàn)“兩級(jí)分化”的發(fā)展趨勢(shì)。一方面，為滿足新形勢(shì)下急難險(xiǎn)重任務(wù)的需求，提高工作效率，未來軍事機(jī)器人將越來越偏向大型化；另一方面，為提高隱蔽性，方便士兵攜帶，未來軍事機(jī)器人將越來越小，呈微型化發(fā)展。 履帶式機(jī)器人因采用履帶式傳動(dòng)而得名。其最大特征是將圓狀的循環(huán)軌道履帶套在若干車輪上，使車輪不與地面直接接觸，利用履帶緩沖地面帶來的沖擊，使機(jī)器人能夠適應(yīng)各種路面狀況。目前六履帶擺臂式搜救機(jī)器人還是局限于單個(gè)或兩個(gè)自由度。其主要由機(jī)械本體、控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等部分組成。六履帶擺臂式搜救機(jī)器人的研究涉及以下幾個(gè)方面，首先是移動(dòng)方式的選擇，對(duì)于履帶式移動(dòng)機(jī)器人，可以是兩履帶式、四履帶式、六履帶式等。其次，考慮驅(qū)動(dòng)器的控制，以使機(jī)器人達(dá)到期望的功能。再者，必須考慮導(dǎo)航或路徑規(guī)劃，如傳感信息融合，特征提取，避碰以及環(huán)境映射。最后，考慮擺臂角的原理，這方面需要重點(diǎn)考慮，通過控制搖臂的角度來改變自身高度以達(dá)到越障過坑功能是這種機(jī)器人的最大特點(diǎn)。對(duì)于這些問題可歸結(jié)為：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)建模、導(dǎo)航與定位、多傳感器信息融合等。 1.2履帶式移動(dòng)機(jī)器人的概述 隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，在日常生活的方方面面都越來越需要移動(dòng)機(jī)器人。移動(dòng)機(jī)器人是一種由機(jī)械傳動(dòng)裝置、高精度傳感器以及電機(jī)伺服控制器所構(gòu)成的綜合系統(tǒng) ，能將動(dòng)態(tài)決策與分析、環(huán)境感知與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能集于一體 ，同時(shí)對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，能夠方便操作具有人工智能的復(fù)雜控制系統(tǒng)。近年來移動(dòng)機(jī) 器人 的 發(fā) 展有了明顯的進(jìn)步，它的應(yīng)用也涉及 到 人們的各方面，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、農(nóng)業(yè) 、 醫(yī)療 、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)中，移動(dòng)機(jī)器人都得到了廣泛的應(yīng)用。民用領(lǐng)域，移動(dòng)機(jī)器人能完成家庭清潔、指路導(dǎo)引、運(yùn)輸貨物、醫(yī)療救援等任務(wù)。軍事領(lǐng)域，移動(dòng)機(jī)器人可以偵 查軍情、排爆反恐、防核掃雷等危險(xiǎn)任務(wù)。因此，移動(dòng)機(jī)器人的技術(shù)研究己經(jīng)得到全世界的廣泛關(guān)注。 履帶式移動(dòng)機(jī)器人是指能夠在各種復(fù)雜環(huán)境或路面中行駛并執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)的履帶式車。它集中了機(jī)械制造技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、和通信技術(shù)等多學(xué)項(xiàng)科的研究成果，是目前科技發(fā)展的前沿領(lǐng)域之一。美、英、德、法、日等發(fā)達(dá)國(guó)家，在履帶式移動(dòng)承載平臺(tái)的研究方面走在世界的前列，典型的有美國(guó)卡耐基梅隆大學(xué)研制的 Crusher大范圍復(fù)雜越 野的無人機(jī)動(dòng)平臺(tái)，德國(guó)的“犀牛”(Rhino)履帶式 遙控車，英國(guó)的“地雷探測(cè)、標(biāo)識(shí)和處理計(jì)劃 (MINDER)”等。與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在這方面的研究起步較晚，履帶平臺(tái)的技術(shù)含量低、導(dǎo)航定位和傳感等關(guān)鍵技術(shù)相對(duì)落后，在設(shè)計(jì)和制造上還存在差距。 1.3 本設(shè)計(jì)的目的和意義 機(jī)器人在現(xiàn)代化的生產(chǎn)行業(yè)里面用的頻率越來越高，不管是生產(chǎn)汽車，還是加工各種電器，現(xiàn)在很多都是由機(jī)器人來完成。工業(yè)發(fā)展如此迅速，在這樣的大背景下，機(jī)器人的很多要求就變得更多了，精度比之前高很多，復(fù)雜程度也高很多。總書記在兩院院士大會(huì)中曾提到，“機(jī)器人是‘制造業(yè)皇冠頂端的明珠”。近年來，機(jī)器人行業(yè)的快速發(fā)展不僅創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，也提高了人們的生活質(zhì)量，促進(jìn)著人類社會(huì)的發(fā)展。目前，在機(jī)械加工與電子電氣等行業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)機(jī)器人的批量使用，使生產(chǎn)流程工序自動(dòng)化、簡(jiǎn)潔化，顯著降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)利潤(rùn)。同時(shí)，作為智能制造的主力軍，工業(yè)機(jī)器人不斷從汽車制造領(lǐng)域向機(jī)械、建材、物流、食品乃至航空、航天、船舶制造等領(lǐng)域滲透，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。此外，機(jī)器人在醫(yī)療、餐飲服務(wù)等方面的應(yīng)用，也提高了人們的生活質(zhì)量，便捷了人們?nèi)粘５纳a(chǎn)生活。在我國(guó)人口紅利減弱的背景下，隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的不斷深入，機(jī)器人應(yīng)用范圍越來越廣，我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將迎來戰(zhàn)略發(fā)展黃金期。工業(yè)4.0正在加快推進(jìn)，在進(jìn)行生產(chǎn)加工的時(shí)候，不管是強(qiáng)度還是精度，自動(dòng)化程度以前相比提高了很多，現(xiàn)在在很多地方都可以看到機(jī)器人加工產(chǎn)品，這一點(diǎn)是其他的加工方式實(shí)現(xiàn)不了的。在進(jìn)行加工生產(chǎn)的時(shí)候，最重要的就是機(jī)器人的質(zhì)量，質(zhì)量好了，加工的產(chǎn)品就好，質(zhì)量差，加工的產(chǎn)品就不行；機(jī)器人底盤對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間影響很大，產(chǎn)品質(zhì)量還受到加工效率的影響，另外加工出來的東西是不是滿足要求，可以生產(chǎn)多少，這些都關(guān)系到產(chǎn)品的造價(jià)。 移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)主要分移動(dòng)平臺(tái)以及上層搭載兩大部分，由于移動(dòng)平臺(tái)要求具有通用性、越野性，這就要求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要多方面的優(yōu)化，即在滿足越障、渉水、爬樓梯、行進(jìn)速度等規(guī)定動(dòng)作的同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、重量?jī)?yōu)化等等。底盤結(jié)構(gòu)是履帶平臺(tái)設(shè)計(jì)中最重要部分之一，直接決定了車輛行駛時(shí)的穩(wěn)定性和越障能力。在分析了國(guó)內(nèi)外移動(dòng)承載平臺(tái)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，參考了各種地面承載平臺(tái)及其底盤機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，研究設(shè)計(jì)了一種小型履帶式移動(dòng)承載平臺(tái)的底盤， 并對(duì)其各項(xiàng)性能進(jìn)行理論與仿真分析。仿真結(jié)果表明，該履帶底盤具有可靠的承載能力、爬坡性能優(yōu)越等特點(diǎn)。 2移動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析及其選擇 由電動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力，需要通過傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞到機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的后輪上，以便驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)?？梢妭鲃?dòng)系統(tǒng)是整個(gè)移動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)是運(yùn)動(dòng)功能的紐帶和關(guān)鍵。 2.1典型移動(dòng)機(jī)構(gòu) 履帶式、輪式、腿足式三種是機(jī)器人的三種主要移動(dòng)方式。另外還有步進(jìn)移動(dòng)式、蠕動(dòng)式、混合移動(dòng)式、蛇行移動(dòng)式等。 2.1.1 履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)分為l條履帶、2條履帶(履帶可車體左右布置或者車體前后布置)、3條履帶、4條履帶．6條履帶，機(jī)動(dòng)性能好、越野性能強(qiáng)是履帶移動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)重量大、復(fù)雜、機(jī)械效率低，摩擦阻力大，在自重比較大的情況下會(huì)對(duì)路面造成一定程度的破壞。履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)和輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)相比有以下幾個(gè)特點(diǎn)： (1)越野機(jī)動(dòng)性能好，爬坡越障等性能均好于輪式結(jié)構(gòu)； (2)支撐面積大、接地比壓小、滾動(dòng)阻尼小、通過性比較好； (3)履帶支撐面上有履齒，不打滑，附著牽引性能好； (4)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜重量大，運(yùn)動(dòng)慣性大，減震功能差，零件易損壞。 (5)六履帶移動(dòng)機(jī)器人車體前后各有一對(duì)履帶鰭，可以輔助越障，運(yùn)動(dòng)性能十分好。 圖2-1六履機(jī)器人底盤 2.1.2輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)是最普通的運(yùn)動(dòng)方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度快、節(jié)能、靈活是輪式機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)普遍的特點(diǎn)，同時(shí)具有自重輕、不損壞路面、作業(yè)循環(huán)時(shí)間短和效率高、編程簡(jiǎn)單可靠性高，每個(gè)輪子都可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)跨越不平坦地形時(shí)，與履帶式移動(dòng)機(jī)器人相比，輪式機(jī)器人則有著明顯的不足，其穩(wěn)定性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性則完全依賴于環(huán)境本身，對(duì)于進(jìn)入復(fù)雜的環(huán)境完成既定任務(wù)存在嚴(yán)重的困難。按輪的數(shù)量輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為2輪、3輪、4輪、6輪、8輪。此種結(jié)構(gòu)有著一定的局限性，只能在相對(duì)平坦、表面較硬的路面上行駛，如遇到軟性地面環(huán)境，容易打滑、沉陷，但也可以根據(jù)具體地面環(huán)境采取一些預(yù)防措施來緩解此類情況的出現(xiàn)。 2.1.3腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的形式有2腿、4腿、6腿、8腿等。腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)有： (1)對(duì)地形有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。 (2)機(jī)器人的腿部有多個(gè)自由度，運(yùn)動(dòng)更具有靈活性。機(jī)器人重心位置可以通過調(diào)節(jié)腿的長(zhǎng)度來控制，因而不易翻倒，有更好的穩(wěn)定性； (3)腿式機(jī)器人的身體與地面分離，該機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)器人身體可以平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)而不必考慮腿的所放位置和地面的租糙程度，8腿移動(dòng)機(jī)器人如圖7-2所示，特點(diǎn)是越野能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好。 腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)有： 1.此類型機(jī)器人機(jī)動(dòng)性較差，移動(dòng)速度慢，負(fù)載較??； 2.需要進(jìn)一步提高腿式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活性和對(duì)地面適應(yīng)性； 3.控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，需要完善控制方法； 4.尚未進(jìn)入實(shí)用化階段。 車輪式，履帶式、腿足式移動(dòng)系統(tǒng)性能比較見表2-1示： 表2-1典型移動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能對(duì)比表 移動(dòng)方式 輪式 履帶式 腿式 移動(dòng)速度 快 較快 慢 越障能力 差 一般 好 復(fù)雜程度 簡(jiǎn)單 一般 復(fù)雜 能耗量 小 較小 大 控制難易 易 一般 復(fù)雜 3 設(shè)計(jì)方案 3.1 行走機(jī)構(gòu)的選擇 本文履帶機(jī)器人移動(dòng)系統(tǒng)采用的是履帶式結(jié)構(gòu)，總體設(shè)計(jì)思路如圖4-1所示。 圖 3-1 機(jī)器人的車體的履帶作為履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，與前臂和后臂轉(zhuǎn)動(dòng)相協(xié)調(diào)，增加了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活性。 機(jī)器人的前臂和后臂各由一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，和控制系統(tǒng)相互配合，完成前臂和后臂的靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，在機(jī)器人爬坡和越障時(shí)發(fā)揮更大作用。機(jī)器人前臂和后臂協(xié)調(diào)作用，將獲得更好的穩(wěn)定性。 永磁式直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人車體左右兩邊履帶，與控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)前軸和后軸的速度、力矩的控制，能實(shí)現(xiàn)前進(jìn)時(shí)的自由轉(zhuǎn)向， 360°原地轉(zhuǎn)向，隨時(shí)調(diào)整爬坡時(shí)的力矩大小。慣性軸位于車體主履帶前端，配合主動(dòng)軸，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)。 1. 后擺臂及履帶 2.齒輪 3.永磁式直流電機(jī) 4.減速器 5.蓄電池 6.微控制器及組件 7.步進(jìn)電機(jī) 8. 主履帶 9.前擺臂及履帶 圖3-2 履帶式機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成 3.2 履帶機(jī)器人的功能、性能指標(biāo)與設(shè)計(jì) 履帶機(jī)器人的主要設(shè)計(jì)性能參數(shù)如下： 表4-1 性能參數(shù) 總體結(jié)構(gòu) 六履腿式結(jié)構(gòu) 自重 50KG 載荷 >50KG 結(jié)構(gòu)尺寸 1205*624*380 搭載接口 二維隨動(dòng)搭載平臺(tái) 平地最大速度 0.5 m/s 正常速度 0.3m/s 最大通過坡度 30° 通過能力 能通過復(fù)雜行道 續(xù)航能力 4小時(shí)以上 轉(zhuǎn)向能力 自由轉(zhuǎn)向 履帶高度 200mm 前壁履帶末端直徑 80mm 后壁履帶末端直徑 80mm 機(jī)器人車體具體尺寸如圖3-3： 圖3-3 機(jī)器人車體結(jié)構(gòu)尺寸 3.3 主要機(jī)構(gòu)的工作原理 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)：在行駛過程中，機(jī)器人需要經(jīng)常改變行駛方向，通過兩個(gè)電機(jī)的差速比來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向。 減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：通過行星輪減速器的降速，減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)增大轉(zhuǎn)矩、調(diào)速，軸的方向通過直齒輪改變，輸出后軸轉(zhuǎn)矩，為機(jī)器人提供主要?jiǎng)恿?。后軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)后軸位于傳動(dòng)系的末端。實(shí)現(xiàn)增扭、降速和改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向等的基本功能。 動(dòng)力部分采用電機(jī)，低速軸的轉(zhuǎn)動(dòng)由齒輪副降速后帶動(dòng)，通過導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)軸與履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接，使履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)各自繞前后軸的中心線轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)器人能在不同角度完成爬坡和越障。 4 機(jī)器人移動(dòng)底盤主履帶電機(jī)的選擇 動(dòng)摩擦因數(shù)，摩擦力實(shí)際上只是表示起動(dòng)時(shí)車輪所處的滑動(dòng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的摩擦力，車輪一旦開始轉(zhuǎn)動(dòng)，所受的滾動(dòng)摩擦力總是要小于滑動(dòng)摩擦力。因此可取大一點(diǎn)。 4.1機(jī)器人在平直的路上行駛 履帶式機(jī)器人在跨越平面的溝槽或在平面移動(dòng)，假設(shè)其速度最大，且勻速前進(jìn)，則取 履帶式機(jī)器人共有兩個(gè)輸出軸，每個(gè)輸出軸前端都有一個(gè)電機(jī)，對(duì)機(jī)器人其中一個(gè)輸出軸分析: 圖4-1 平直路線分析 又 則 在最大的行駛速度下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過減速箱減速后需要提供的極限轉(zhuǎn)速為 4.2 機(jī)器人在30°坡上勻速行駛 機(jī)器人在最大行駛坡度上勻速行駛，設(shè)定行駛速度為,,在行駛過程中輪子作純滾動(dòng)，不考慮空氣阻力的影響，機(jī)器人爬坡受力情況如圖 圖4-2 30°坡度分析 又，則 則在最大坡度下需提供極限轉(zhuǎn)矩為 4.3 機(jī)器人的多姿態(tài)越階 通過對(duì)上述幾種姿勢(shì)分析，在跨越臺(tái)階時(shí)，機(jī)器人的直流電機(jī)只驅(qū)動(dòng)主履帶，在實(shí)際跨越臺(tái)階過程中，機(jī)器人的速率不大，因此機(jī)器人所需要提供的輸出功率也不大。 由上述分析可知，在平面做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)器人所要求的驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速較大，需要驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩則在爬坡時(shí)較大。所以，在選擇電機(jī)時(shí)，應(yīng)該由平地直線運(yùn)動(dòng)所求的最大轉(zhuǎn)速和爬坡所求的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行選擇。 根據(jù)機(jī)器人爬坡情況的分析， , 機(jī)器在平面狀況下， 因而選取P=80W作為機(jī)器人的最大輸出功率。 根據(jù)計(jì)算的履帶式機(jī)器人的最大輸出功率為80W, 輸出轉(zhuǎn)矩為22.1N.M, 輸出轉(zhuǎn)速為56.2r/min 因?yàn)橹绷麟姍C(jī)啟動(dòng)性能好，過載性能強(qiáng)，可承受頻繁沖擊、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，允許沖擊電流可達(dá)額定電流的3到5倍。另外在使用過程中可攜帶或可移動(dòng)的蓄電池，干電池作為供電電源，操作輕巧與方便。根據(jù)直流電機(jī)這些性能，滿足主履帶頻繁受沖擊，制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的要求，滿足機(jī)器人要攜帶移動(dòng)電池的要求，因而則選擇90ZY54型號(hào)的直流永磁電機(jī) 表4-1 直流電機(jī)數(shù)據(jù) 額定功率/W 額定轉(zhuǎn)矩/N.M 額定轉(zhuǎn)速/r.min 電流/A 電壓/V 允許正反轉(zhuǎn)差速/r/min 92 0.6 1500 7 12 150 因?yàn)? 則 因?yàn)? 則 又 則選取 5 履帶部分設(shè)計(jì) 5.1 履帶的選擇 基于履帶標(biāo)準(zhǔn)化的思考，選擇梯形雙面齒同步帶作為設(shè)計(jì)履帶，其兼具帶鏈傳動(dòng)、傳動(dòng)、和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)閹л喤c帶之間是通過嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，因此帶輪與帶之間無相對(duì)滑動(dòng)，能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。同步帶通常以氯丁橡膠為材料，這種帶薄而且輕，故可用于較高速度。傳動(dòng)時(shí)的傳動(dòng)比可達(dá)10，線速度可達(dá)50m/s，傳動(dòng)效率可達(dá)98％。傳動(dòng)噪聲比帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)小，耐磨性好，不需油潤(rùn)滑，使用壽命也比摩擦帶長(zhǎng)。 準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動(dòng)比范圍大是同步帶傳動(dòng)具有的優(yōu)點(diǎn)，所以傳遞功率可以從幾瓦到百千瓦值不等。傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動(dòng)，無污染，在比較惡劣的環(huán)境下可以正常工作。 從以上對(duì)同步帶性能的分析中可以得出結(jié)論，選用梯形雙面齒同步帶作為移動(dòng)裝置設(shè)計(jì)履帶能夠滿足設(shè)計(jì)性能及工作的環(huán)境條件要求。 由已知后軸輸出功率為(即）； 由已知設(shè)計(jì)裝置移動(dòng)速度，根據(jù)公式，可得主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速，預(yù)先設(shè)計(jì)履帶主動(dòng)輪直徑=169mm，履帶從動(dòng)輪直徑=169mm，由公式，可得=59.71r/min.。故可以得到設(shè)計(jì)的已知條件如下： 傳遞名義功率. 主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速r/min 從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 中心距. 5.1.1 功率的計(jì)算 式中K--載荷修正系數(shù)（由工作機(jī)性能和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間查相關(guān)數(shù)據(jù)可以得到為1.7） 5.1.2確定帶的型號(hào)和節(jié)距 由設(shè)計(jì)功率=0.1377kw和=59.71r/min，考慮到可以用雙面交錯(cuò)梯狀齒形同步帶作為履帶使用，由相關(guān)資料查得選用XH型，對(duì)應(yīng)節(jié)距=22.225mm，圖5-1為雙面交錯(cuò)梯狀齒形同步帶的結(jié)構(gòu)圖，雙面齒同步帶的節(jié)距和齒形等同與單面齒同步帶的齒形和節(jié)距，圖A為DA型雙面齒同步帶，其兩面帶齒呈對(duì)稱排列，圖B為DB型雙面齒同步帶，其兩面帶齒呈交錯(cuò)位置排列，本裝置設(shè)計(jì)履帶選擇DB型。 圖5-1梯形齒形狀圖 5.2 確定主從動(dòng)輪直徑 對(duì)于梯形標(biāo)準(zhǔn)同步帶來說小帶輪的齒數(shù)是有要求的，能夠保證同步帶運(yùn)轉(zhuǎn)是最為基本的，履帶選用的XH形同步帶一樣有齒數(shù)最小要求，由表5-1查得 表5-1小帶輪的最小齒數(shù) 小帶輪轉(zhuǎn)速 XL L H XH XHH <900 10 12 14 22 22 900-1200 10 12 16 24 24 1200-1800 12 14 18 20 26 1800-3600 12 16 20 22 30 由上面得到 可以代入公式 為了增大摩擦力，應(yīng)考慮增大履帶與接觸地面的有效接觸面積，所以履帶離地面的高度不易過大，故取履帶主動(dòng)輪直徑=169mm，履帶從動(dòng)輪直徑=169mm。 查表5-2，選擇履帶主動(dòng)輪型號(hào)為24XH，履帶從動(dòng)輪型號(hào)為24XH，就近圓整帶輪直徑，查得履帶主動(dòng)輪直徑=169.79mm，履帶從動(dòng)輪直徑=169.79mm。 表5-2XH型同步輪尺寸表（節(jié)距=22.225mm） 規(guī)格 齒數(shù) 節(jié)徑d 外徑do 檔邊直徑df 檔邊內(nèi)徑db 檔邊厚度h 22XH 22 155.64 152.84 167 138 4.5 23XH 23 162.71 159.92 174 145 4.5 24XH 24 169.79 166.99 181 152 4.5 25XH 25 176.86 174.07 188 159 4.5 26XH 26 183.94 181.14 195 166 4.5 27XH 27 191.01 188.22 202 173 4.5 28XH 28 198.08 195.29 209 180 4.5 同步帶都有自己的極限速度，如果速度過大會(huì)使皮帶輪機(jī)構(gòu)的不穩(wěn)定性增強(qiáng)，有較大的波動(dòng)現(xiàn)象，并且在單位時(shí)間的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)會(huì)增加，不利于帶的壽命的提高，所以有同步帶的速度校核如下 查表5-1得 表5-3梯形齒同步帶極限速度 型號(hào) MXL,XXL,XL,T2.5，T5，3M L,H,T10，8M,14M XH,XXH, T20，20M 模數(shù) 1,1.5, 2,2.5 3,4， 5 7,10 40-50 35-40 25-30 5.3確定節(jié)線長(zhǎng)度 確定中心距。增大中心距，可以增加帶輪的包角，減少單位時(shí)間內(nèi)履帶的循環(huán)次數(shù)，可以提高帶的使用壽命，但是過大的中心距，則會(huì)導(dǎo)致帶的波動(dòng)，降低帶的傳動(dòng)穩(wěn)定性。如果增大帶傳動(dòng)的整體尺寸，中心距太小，則有相反的利弊，取帶傳動(dòng)的中心距為 由=169.79mm，=169.79mm.代入上式有 由于環(huán)境對(duì)履帶機(jī)器人工作的限制，所尺寸設(shè)計(jì)不宜太大，選擇中心距的尺寸偏小，初選取=380mm。 根據(jù)帶傳動(dòng)總體尺寸和中心距的要求，帶的節(jié)線長(zhǎng)度可由帶圍繞兩帶輪的周長(zhǎng)來計(jì)算，由下式可得： 代入=400mm，=169.79mm，=169.79mm有 1350.79mm， 根據(jù)表5-4就近圓整=1422.40mm型號(hào)為560XH，同步帶齒數(shù)為64。 表5-4 XH型同步帶節(jié)線型號(hào)（節(jié)距=22.225mm） 規(guī)格 節(jié)線長(zhǎng)mm 齒數(shù) 463XH 1177.93 53 508XH 1289.05 58 560XH 1422.40 64 570XH 1444.63 65 580XH 1466.85 66 630XH 1600.20 72 700XH 1778.00 80 735XH 1866.90 84 752XH 1911.35 86 770XH 1955.80 88 785XH 2008.70 90 5.4計(jì)算所需的帶寬 5.4.1計(jì)算同步帶的基準(zhǔn)額定功率 kw 式中許用工作拉力，查表5-2得=4048.90N 單位長(zhǎng)度質(zhì)量，查表5-5得=1.484Kg/m 線速度m/s 表5-5七種同步帶型號(hào)的主要參數(shù) 帶型號(hào) 節(jié)距 基準(zhǔn)寬 拉力 質(zhì)量G 帶寬 MXL 2.03 6.4 3.0，4.8，6.4 XXL 3.175 6.4 31 0.010 3.0，4.8，6.4 XL 5.080 9.5 50.17 0.022 6.4，7.9，9.5 L 9.525 25.4 244.46 0.095 12.7，19.1，25.4 H 12.70 76.2 2100.85 0.448 25.4，38.1，50.8 XH 22.225 101.6 4048.90 1.484 50.8，76.2，101.6 XXH 31.75 127.0 6398.03 2.473 76.2，101.6，127.0 帶入上式得 5.4.2算主動(dòng)輪嚙合齒數(shù) 小帶輪的嚙合齒數(shù)為 5.4.3定實(shí)際所需帶寬 其中為嚙合系數(shù)，查表5-6數(shù)據(jù)可得 =1 表5-6嚙合齒數(shù)系數(shù) 5 4 1 0.8 0.6 上式中帶所傳遞的功率=2.024kw 本履帶選用為XH帶，可以由表7-9查的基準(zhǔn)帶寬 如下 表5-7周節(jié)制梯形齒同步帶的寬度 型號(hào) MXL XXL XL L H XH XXH 基準(zhǔn)寬度mm 6.4 6.4 9.5 25.4 76.2 101.6 127 許用拉力T 27 31 50.17 244.46 2100.85 4048.90 6398.03 帶的質(zhì)量m 0.007 0.01 0.022 0.095 0.448 1.484 2.473 所以 以上公式算得帶寬為72.44mm，所以以此選取標(biāo)準(zhǔn)帶寬，取標(biāo)準(zhǔn)值 5.5功率驗(yàn)算 ,額定功率大于設(shè)計(jì)功率，說明帶的傳動(dòng)能力已足夠，所選參數(shù)合理。 同時(shí)得到作用在軸上的力 5.6履帶主從動(dòng)輪設(shè)計(jì) 5.6.1履帶輪材料選擇 為了減輕履帶驅(qū)動(dòng)裝置的重量，選擇硬鋁合金作為履帶主、從動(dòng)輪的材料，密度小，質(zhì)量低，強(qiáng)度高，硬度高，耐熱性好是硬鋁合金的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足設(shè)計(jì)性能要求。 5.6.2及主要尺寸的確定 履帶和帶輪的嚙合方式見圖5-2所示，圖中為同步帶輪節(jié)圓或同步帶節(jié)線上測(cè)得相鄰兩齒的距離即節(jié)距。XH型節(jié)距=22.225mm，為同步帶輪的節(jié)圓直徑，主動(dòng)輪節(jié)圓型號(hào)為24XH，=169.79mm，從動(dòng)輪節(jié)圓型號(hào)為24XH，=169.79mm.為同步帶輪實(shí)際外圓直徑，主動(dòng)輪=166.99mm，從動(dòng)輪=166.99mm。 圖5-2同步帶輪外徑徑節(jié)示意圖 同步帶分為AS型，BS型，AF型，BF型，WS型，其中AF型和BF型為雙邊檔邊，由于本設(shè)計(jì)采用的是電動(dòng)機(jī)、減速器動(dòng)力總成放在翼板內(nèi)，直接通過錐齒輪傳遞用后驅(qū)動(dòng)輪輪軸。所以，主動(dòng)輪選擇兩個(gè)單邊單圈，從動(dòng)輪選擇一個(gè)無擋圈，選WS型同步帶輪。 主動(dòng)輪24XH，齒數(shù)24，徑節(jié)=169.79mm，外徑=166.99mm 主動(dòng)輪初選兩個(gè)雙邊擋圈的帶輪，用于設(shè)計(jì)中將其組合。 5.6.3齒面寬度的選擇 根據(jù)圖5-3可以查得XH型梯形雙面齒同步帶輪齒形尺寸如下 圖5-3齒形尺寸 節(jié)距=22.225mm，齒槽=mm，齒深=7.14mm，槽角=，倒角=，=，=3.048mm，根據(jù)表5-8可以查出以上數(shù)據(jù)。 表5-8梯形雙面齒同步輪齒形尺寸 型號(hào) 節(jié)距 MXL 2.032 0.840.05 0.69 20 0.35 0.13 0.508 XL 5.080 1.320.05 1.65 25 0.41 0.64 0.508 L 9.525 3.050.10 2.67 20 1.19 1.17 0.762 H 12.7 4.190.13 3.05 20 1.60 1.6 1.372 XH 22.225 7.900.15 7.14 20 1.98 2.39 2.794 XXH 31.750 12.170.18 10.31 20 3.96 3.18 3.048 根據(jù)前面確定的寬度為76.2，及所選擇的無檔邊帶輪查相關(guān)參數(shù)可得到梯形雙面齒同步帶輪齒面寬度=83.8。 5.6.4兩輪允許的公差 兩輪所允許的公差如表5-9所示 表5-9允許公差表 項(xiàng)目 小輪 大輪 外徑偏差 +0.15 0 +0.15 0 外圓徑向圓跳動(dòng) 0.13 0.15 外圓端面圓跳動(dòng) 0.19 0.26 輪齒與軸線平行度 齒頂圓柱面的圓柱度 0.09 0.11 軸孔直徑偏差 H7或H8 H7或H8 外圓及兩齒側(cè)表面粗糙度 3.2 3.2 5.7副履帶部分設(shè)計(jì) 因?yàn)橥綆鲃?dòng)具有確定的傳動(dòng)比，傳動(dòng)平穩(wěn)，無滑差，能吸振，噪音小，傳動(dòng)比范圍大等優(yōu)點(diǎn)，所以傳遞功率可以從幾瓦到百千瓦。結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，適宜于多軸傳動(dòng)。具有無污染的特點(diǎn)，因此可在工作環(huán)境較為惡劣和不允許有污染的場(chǎng)所下正常工作。 其性能的優(yōu)越性從以上對(duì)同步帶性能的分析中可以看出，因此選用梯形雙面齒同步帶作為移動(dòng)裝置副履帶能夠滿足設(shè)計(jì)性能及工作的環(huán)境條件要求。依照主履帶的設(shè)計(jì)對(duì)副履帶進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有相似之處。 而副履帶對(duì)主履帶來說，起到輔助作用，能使移動(dòng)平臺(tái)獲得更出色的越野性能，更擅長(zhǎng)于越溝和攀爬。它的工作環(huán)境沒有主履帶惡劣，并且所承受的載荷也比主履帶小一些，所以我選擇H帶。其設(shè)計(jì)方法參照主履帶如下: 介于副履帶的主動(dòng)輪的直徑選擇應(yīng)與主履帶的從動(dòng)輪的相當(dāng)，則參照相關(guān)數(shù)據(jù)可選擇副履帶主動(dòng)輪直徑。 根據(jù)任務(wù)推出 副履帶從動(dòng)輪直徑 副履帶主動(dòng)輪齒數(shù) 副履帶從動(dòng)輪齒數(shù) 5.7.1計(jì)算副履帶的帶寬 根據(jù)前面的表5-5查得到： H帶 選擇標(biāo)準(zhǔn)帶由表8-9差查得 H帶 5.7.2基準(zhǔn)額定功率 計(jì)算所選用型號(hào)同步帶的基準(zhǔn)額定功率 其中 得出 而由 反推得到設(shè)計(jì)功率為 5.7.3中心距的選擇 則確定中心距 5.7.4帶節(jié)線長(zhǎng)度 根據(jù)帶傳動(dòng)總體尺寸和中心距的要求，帶的節(jié)線長(zhǎng)度可由帶圍繞兩帶輪的周長(zhǎng)來計(jì)算，根據(jù)下式求得： 代入數(shù)據(jù) 根據(jù)表8-16可選帶長(zhǎng)為 表5-10周節(jié)制梯形齒同步帶節(jié)線長(zhǎng)度及齒數(shù) 長(zhǎng)度代號(hào) 基本尺寸 極限偏差 L H XH XXH 345 876.30 0.66 92 -- -- -- 360 914.40 -- 72 -- -- 367 933.45 98 -- -- --- 390 990.60 104 78 -- -- 420 1066.80 0.76 112 84 -- -- 6 履帶翼板部分設(shè)計(jì) 6.1履帶翼板的作用 履帶翼板是整個(gè)履帶驅(qū)動(dòng)裝置中的基礎(chǔ)部分，主要起支撐張緊作用，履帶從動(dòng)輪，張緊輪和過度輪分別安裝在翼板上。 翼板的材料應(yīng)滿足質(zhì)量輕，高強(qiáng)度，高硬度，易加工的優(yōu)點(diǎn)，綜合選擇，所以翼板的材料選擇硬鋁合金。 6.2 履帶翼板設(shè)計(jì) 翼板的主要尺寸見圖6-1所示，履帶主動(dòng)輪，從動(dòng)輪，張緊輪和調(diào)節(jié)輪在翼板上的位置見圖6-1上部的一個(gè)圓孔和下部的兩個(gè)圓孔所示，張緊輪翼板設(shè)計(jì)厚度為18mm。 圖6-1翼板主要尺寸 結(jié)論 本設(shè)計(jì)移動(dòng)底盤采用履腿式復(fù)合結(jié)構(gòu)，前臂和后臂轉(zhuǎn)動(dòng)相協(xié)調(diào)，可增加機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性。 基于履帶標(biāo)準(zhǔn)化的思考，選擇梯形雙面齒同步帶作為設(shè)計(jì)履帶，其兼具帶鏈傳動(dòng)、傳動(dòng)、和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)閹л喤c帶之間是通過嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，因此帶輪與帶之間無相對(duì)滑動(dòng)，能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。 選擇90ZY54型直流永磁電機(jī)作為動(dòng)力源。其啟動(dòng)性能好，過載性能強(qiáng)，可承受頻繁沖擊、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，允許沖擊電流可達(dá)到額定電流的3到5倍。另外在使用過程中可攜帶能移動(dòng)的干電池，干電池作為供電電源，操作輕巧與方便。根據(jù)直流電機(jī)這些性能，滿足主履帶頻繁受沖擊，制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的要求，滿足機(jī)器人要攜帶移動(dòng)電池的要求。 通過對(duì)履帶式機(jī)器人底盤的相關(guān)性能要求的驗(yàn)算，設(shè)計(jì)成果符合設(shè)計(jì)要求。相信這次設(shè)計(jì)獲得的經(jīng)驗(yàn)和處理問題的能力將會(huì)對(duì)日后的學(xué)習(xí)和工作都會(huì)有幫助 致謝 這里還要特別感謝我的指導(dǎo)老師代素梅老師。在我畢業(yè)論文的寫的過程中，指導(dǎo)老師給我提供了相當(dāng)大的幫助和指導(dǎo)。從一開始選課題再到修正，最后定稿，指導(dǎo)老師的建議是相當(dāng)關(guān)鍵重要的。也要感謝那些曾經(jīng)教導(dǎo)過我的老師，不光傳授了專業(yè)知識(shí)，還讓我懂得了對(duì)待學(xué)習(xí)以及生活的態(tài)度，讓我們受益匪淺。 此外，還要感謝朋友以及同學(xué)們?cè)谡撐木帉懼袔Ыo的大力支持和幫忙，給我?guī)順O大的啟發(fā)。也要感謝參考文獻(xiàn)中的作者們，透過他們的研究文章，使我對(duì)研究課題有了很好的出發(fā)點(diǎn)。 最后還要感謝自己的父母，你們是我奮斗的動(dòng)力，只要有你們，面對(duì)各種困難，都不會(huì)感到畏懼，不會(huì)退縮。最后對(duì)各位專家、教授還有各位老師對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)的評(píng)審和指導(dǎo)表示我最衷心的感謝！謝謝！ 自己的專業(yè)水平還有限，這次設(shè)計(jì)并不是沒有漏洞，作為一名機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，能把所學(xué)的專業(yè)知識(shí)用來解決實(shí)際工作中的問題才是檢驗(yàn)掌握知識(shí)的最好的途徑。 參考文獻(xiàn) [1] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第4卷）2版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 [2] 江志.機(jī)器人的歷史.中國(guó)青年科技. 2003(11):36-37 [3] 章小兵.宋愛國(guó).地面移動(dòng)機(jī)器人研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì). 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用.2005(2):19-23 [4] 徐國(guó)華,譚民.移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢(shì). 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用.2001(3):7-14 [5]張明路,丁承君，段萍.移動(dòng)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與趨勢(shì).河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2004（2）： 110-115 [6] 吉洋.林用履帶機(jī)器人底盤設(shè)計(jì)與仿真分析[D].北京林業(yè)大學(xué)，2013 [7] 徐少飛.履帶式移動(dòng)機(jī)器人底盤機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].消費(fèi)電子，2014（16）：240 [8] 樸春日，嚴(yán)國(guó)正,王志武.一種履帶式機(jī)器人設(shè)計(jì)及其越障分析[J].現(xiàn)代制造工程，2013（3）：24-27 [9] 侯憲倫，葛兆斌，李向東,等.履帶式機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造，2009,47 [10]DUCKWORTH D，SHREWSBURY B，MURPHY R． Run the Robot Backward ［C］/ / Proceedings of the IEEE International Symposium on Safety，Security，and Rescue Robotics ( SSRR) ． Linkoping， Sweden: IEEE，2013: 1 － 6． [11]BARTHUBER L，F(xiàn)YRAJ K，F(xiàn)IRSCHING P． Test concept for a mobile robot with optimized traction ［C］/ /Proceedings of the 47st International Symposium on Robotics ( ISR) ． Munich，Germany: IEEE，2016: 1 － 7． [12]LUO Zirong，SHANG Jianzhong，ZHANG Zhixiong． A reconfigurable tracked mobile robot based on four-linkage mechanism［J］． Journal of central south university，2013，20( 1) : 62 － 70． [13]TLALEN,VILLIERS M D. Kinematics and Dynamics Modelling of a Mecanum Wheeled Mobile Platform ［C］.In Mechatronics and Machine Vision in Practice，15th International Conference，Auckland USA，2008. [14]GHASEMPOOR A， SEPEHRI N.A Measure of Machine Stability for Moving Base Manipulators ［C］. Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation， Nagoya， Japan， 1995 [15]GIANNI F，ROBERTO G． Modelling and simulation of an agricultural tracked vehicle［J］． Journal of Terramechanics，1999，36( 3) : 139-158． [16]SOLIS J M，LONGORIA R G． Modeling track-terrain interaction for transient robotic vehicle maneuvers［J］． Journal of Terramechanics，2008，45( 3) : 65-78 [17]李允旺，葛世榮，朱華．四履帶雙擺臂機(jī)器人越障機(jī)理及越障能力［J］． 機(jī)器人，2010，32（2）：158-160． [18]于蘇洋，王挺，王志東.采用單節(jié)變形履帶機(jī)構(gòu)的新型輪椅機(jī)器人［J］. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2013，49（13）：40-47. [19]李允旺．礦井救災(zāi)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)研究［Ｄ］．徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2010. [20]程剛．非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)越障運(yùn)動(dòng)機(jī)理的研究［Ｄ］．合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2006. [21]宋少云，尹芳． ADAMS 在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［M］． 北京: 國(guó)防工 業(yè)出版社，2015． [22] 郭衛(wèi)東，李守忠，馬露． ADAMS 2013 應(yīng)用實(shí)例精解教程［M］． 北 京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2015