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履帶式機器人機構(gòu)設(shè)計
摘 要
在微小型履帶機器人方面美國走在了世界的前列，代表機器人有Packbot機器人，Talon機器人，NUGV等。
我國微小型機器人的研究和開發(fā)晚于西方的一些發(fā)達國家，我國是從20世紀80年代開始機器人領(lǐng)域的研究的。其中具有代表性的有中國科學(xué)院研制的復(fù)合移動機器人“靈晰-B”型排爆機器人，“龍衛(wèi)士Dragon Guard X3B 反恐機器人”，“JW-901 排爆機器人”等。
此設(shè)計的目的設(shè)計結(jié)構(gòu)新穎，能實現(xiàn)過坑、越障等動作。通過在機器人機架上加裝其他功能的模塊來實現(xiàn)不同的使用功能，本研究的意義是為機器人提供一個動力輸出平臺，為開發(fā)各種功能的機器人提供基礎(chǔ)平臺。
此設(shè)計移動方案的選擇是采用了履帶式驅(qū)動結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)整體使用模塊化設(shè)計，以便后續(xù)拆卸維修，可以適應(yīng)于各種復(fù)雜的路面，并可主動控制前后兩側(cè)搖臂的轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)機器人的運動姿態(tài)，從而達到輔助過坑、越障等動作。經(jīng)過合理的設(shè)計后機器人將具有很好的環(huán)境適應(yīng)能力、機動能力并能承受一定的掉落沖擊，此設(shè)計的移動機構(gòu)主要由四部分組成：主動輪減速機構(gòu)、翼板轉(zhuǎn)動機構(gòu)、自適應(yīng)路面執(zhí)行機構(gòu)、履帶及履帶輪運動機構(gòu)。
關(guān)鍵詞：履帶機器人;履帶移動機構(gòu);模塊化設(shè)計
Abstract
In terms of micro small crawler robots walk in the forefront of the world in the United States, on behalf of the robot has disposal robot, Talon robot, NUGV, etc.
Miniature robot research and development in our country later than some developed western countries, our country from the 1980 s began to research in the field of robot. One of the typical composite mobile robot developed by the Chinese academy of sciences \"norm of spirit - B\" type eod robots, \"Dragon Guard Dragon Guard X3B anti-terrorism robot\", \"JW - 901 eod robot\", etc.
The design is novel, the purpose of this design can achieve pit, surmounting obstacles. Through in the robot arm with other function modules to realize different use function, the significance of this study is to provide a power output for robot platform, provides the basis for the development of all sorts of function of robot platform.
This design is the choice of mobile solutions adopted crawler drive structure. Structure of the overall use of modular design, in order to follow-up maintenance, removal can be adapted to various complicated road, and can turn on either side of the rocker arm before and after active control to regulate the robot's motion, so as to achieve auxiliary pit, surmounting obstacles. After reasonable design robots will have good environmental adaptability, mobility and can absorb a certain amount of drop impact, this design of the mobile mechanism is mainly composed of four parts: the driving wheel deceleration institutions, wing rotating mechanism, adaptive pavement actuators, track and track wheel motion mechanism.
Keywords: tracked robot; tracked mobile mechanism;the modular design
目 錄
摘 要 2
1 引言 5
2 履帶機器人的現(xiàn)狀及發(fā)展 6
3 履帶機器人的運動特性 9
4 本研究采用的行走機構(gòu) 12
4.1 行走機構(gòu)的選擇 12
4.2 履帶機器人的功能、性能指標與設(shè)計 13
4.3 主要機構(gòu)的工作原理 14
5 機器人越障分析 15
5.1 跨越臺階 15
5.2 跨越溝槽 16
5.3 斜坡運動分析 17
6 機器人移動平臺主履帶電機的選擇 19
6.1 機器人在平直的路上行駛 19
6.2 機器人在30°坡上勻速行駛 20
6.3 機器人的多姿態(tài)越階 21
7 移動機構(gòu)的分析及其選擇 23
7.1 典型移動機構(gòu)分析 23
7.2 本研究采用的移動機構(gòu) 27
8 履帶部分設(shè)計 28
8.1 履帶的選擇 28
8.2 確定主從動輪直徑 31
8.5 功率驗算 38
8.6 同步帶的物理機械性能 38
8.7 履帶主從動輪設(shè)計 39
8.8 副履帶部分設(shè)計 42
9履帶翼板部分設(shè)計 47
9.1 履帶翼板的作用 47
9.2 履帶翼板設(shè)計 47
10 計算履帶裝置的重心及其各部件重心 49
10.1 主履帶的重心計算 49
10.2 副履帶的重心計算 54
10.3 主履帶及其搖臂也就是副履帶總部分的重心計算 55
總 結(jié) 56
致 謝 57
參考文獻 57
1 引言
隨著社會的發(fā)展，我們面臨的自身能力、能量的局限越來越多，所以我們創(chuàng)造了各種類型的機器人來輔助或代替我們完成任務(wù)。
履帶式機器人包括偵察機器人、巡邏機器人、爆炸處理機器人、步兵支援機器人以及復(fù)雜環(huán)境下搜救機器人等，用來代替我們進入危險環(huán)境下完成一些如偵查、搜集資料、救援等工作，從而減少了我們工作的危險系數(shù)，在我們未來的生活與工作中起到非常重要的作用。民用履帶式機器人被廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)等各種服務(wù)領(lǐng)域，如生產(chǎn)線傳輸、清掃、導(dǎo)盲和搜救復(fù)雜環(huán)境下的資料等各個方面。
但我國對機器人研究起步較晚，大多數(shù)尚處于某個單項研究階段，主要的研究項目有：清華大學(xué)智能移動機器人于1994年通過鑒定，還有上海交通大學(xué)的地面移動消防機器人已投入使用。北京理工大學(xué)、南京理工大學(xué)等單位承擔的總裝項目“地面軍用機器人技術(shù)”研究是以卡車、面包車作為平臺的，是大型智能作戰(zhàn)平臺。中國科學(xué)院沈陽自動化研究所的AGC和防爆機器人，中國科學(xué)院自動化自行設(shè)計、制造的全方位移動式機器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)于1996年研制成功的導(dǎo)游機器人等。
2 履帶機器人的現(xiàn)狀及發(fā)展
20世紀60年代到70年代，想到工業(yè)機器人印入腦海的便是自動機械手。機器人移動功能的大力研究和開發(fā)是20世紀80年代以后才開始，現(xiàn)在作為移動機器人而研制的移動機械類型已遠遠超過了機械手。尤其是履帶式機器人，不僅是生物體中沒見過的移動形態(tài)，而且能夠在復(fù)雜的環(huán)境下行進。
履帶式機器人因采用履帶式傳動而得名。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，使機器人能夠適應(yīng)各種路面狀況。
目前六履帶擺臂式搜救機器人還是局限于單個或兩個自由度。其主要由機械本體、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器人的研究涉及以下幾個方面，首先是移動方式的選擇，對于履帶式移動機器人，可以是兩履帶式、四履帶式、六履帶式等。其次，考慮驅(qū)動器的控制，以使機器人達到期望的功能。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，這方面需要重點考慮，通過控制搖臂的角度來改變自身高度以達到越障過坑功能是這種機器人的最大特點。對于這些問題可歸結(jié)為：機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計、運動學(xué)與動力學(xué)建模、導(dǎo)航與定位、多傳感器信息融合等。
下面是各國研發(fā)的一些履帶式可變形機器人：
（1） 美國的拆彈專家：
如圖2-1、2-2、2-3、2-4所示，這是美國iRobot的一種較小型“PackBot”機器人，現(xiàn)服役于美國軍隊，它搭配了一個爆炸物感應(yīng)系統(tǒng)，能有效地探測炸彈。
圖2-3這種iRobot SUGV的機器人是一種小型地面探測車，重量僅為30磅。
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