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設(shè)計(jì)背景國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀本設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間安排排爆機(jī)器人系統(tǒng)組成移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)武器平臺(tái)設(shè)計(jì)結(jié)論 小型排爆機(jī)器人設(shè)計(jì)背景 機(jī)器人的發(fā)明是二十世紀(jì)人類生活中最偉大大發(fā)明之一 縱觀人類科技史 一切的高新技術(shù)幾乎無(wú)一例外的首先應(yīng)用在戰(zhàn)場(chǎng)上 并且大多這樣的技術(shù)的設(shè)計(jì) 研發(fā)初衷就是軍事應(yīng)用 機(jī)器人也不例外 恐怖主義威脅著世界各地區(qū)人民的安全 已成為各國(guó)政府最為關(guān)注和頭疼的話題 除了恐怖分子安放的炸彈外 在世界上許多戰(zhàn)亂國(guó)家中 到處都散布著未爆炸的各種彈藥 并且人力排爆工作極其危險(xiǎn)繁重 造成的傷亡事故頻發(fā) 近代及現(xiàn)代恐怖活動(dòng)及地區(qū)戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)轉(zhuǎn)向?yàn)橄飸?zhàn) 爆炸物處理機(jī)器要求小型化 輕型化 多功能 所以小型排爆機(jī)器人將成為了不二選擇 排爆機(jī)器人國(guó)外研究現(xiàn)狀 加拿大MK3機(jī)器人 德國(guó)TEODOR 美國(guó)F6A機(jī)器人 排爆機(jī)器人國(guó)外研究現(xiàn)狀 英國(guó) 手推車 Wheelbarrow 超級(jí)手推車 Super Wheelbarrow 法國(guó)TSR 200排爆機(jī)器人 排爆機(jī)器人國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 RAPTOR EOD中型排爆機(jī)器人 中國(guó)航天科工集團(tuán)公司自主研制的雪豹 10 我國(guó)研制的 靈晰 B 及 靈晰 HW 爆炸物處理機(jī)器人 京金吾科技有限公司研制的機(jī)器人 排爆機(jī)器人國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀分析 國(guó)外研究現(xiàn)狀優(yōu)點(diǎn) 1 產(chǎn)品已經(jīng)形成了系列化 模塊化及多功能化 2 科研人力物力投入較充足 3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)較為先進(jìn) 開(kāi)展時(shí)間長(zhǎng) 4 科研單位 院校與廠家合作緊密 國(guó) 本設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo) 1 移動(dòng)平臺(tái) 移動(dòng)平臺(tái)自重 不大于50kg 移動(dòng)平臺(tái)載重 不小于30kg 公路最高直行速度 3m s 斜坡最高直線速度 0 5m s 續(xù)航時(shí)間 3小時(shí) 爬坡能力 不小于30 平地越障高度 垂直高度不小于15cm 此外 移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)原地回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)特性要求 并在實(shí)現(xiàn)上述功能的前提下減小車體結(jié)構(gòu)尺寸 車體寬度應(yīng)小于700mm 2 武器平臺(tái) 武器平臺(tái)的搭載武器架體運(yùn)動(dòng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)俯仰角度 5 10度 武器平臺(tái)主體水平方向左右偏轉(zhuǎn)180 3 控制方式 控制方式可以采用完全自主控制 半自主控制和遙控 采用遠(yuǎn)程 大于3km 無(wú)線控制 4 供電方式 整機(jī)供電方式采用高蓄能鋰離子電池供電 供電電壓和電流根據(jù)整機(jī)最大需求電壓和電流設(shè)置 并采用過(guò)載保護(hù)裝置 本設(shè)計(jì)工作方案及進(jìn)度安排 本設(shè)計(jì)排爆機(jī)器人系統(tǒng)組成 排爆機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)形式選擇 排爆機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)面對(duì)的作業(yè)環(huán)境極其復(fù)雜 是由自然環(huán)境和人工環(huán)境構(gòu)成的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境 也就是復(fù)雜多樣的三維地形結(jié)構(gòu) 實(shí)際上最典型的情況就是斜坡 向上和向下的臺(tái)階 基本上絕大多數(shù)環(huán)境可以簡(jiǎn)化為這三類地形的單一結(jié)構(gòu)或組合型結(jié)構(gòu) 機(jī)器人只要可以完成這三類環(huán)境運(yùn)動(dòng) 并形成運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化程序 通過(guò)一定順序完成各類復(fù)雜環(huán)境的通過(guò)運(yùn)動(dòng) 在現(xiàn)有主要運(yùn)動(dòng)形式中結(jié)構(gòu)主要有輪式 腿足式 履帶式這三種 排爆機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)形式選擇 排爆機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)形式選擇 在滿足技術(shù)要求的條件下 以盡量減小體積和質(zhì)量 并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠為目的 最終選擇了兼有變形和變位的特種履帶作為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式 其通過(guò)典型障礙過(guò)程見(jiàn)圖如下 排爆機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 排爆機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)主要尺寸確定 移動(dòng)平臺(tái)總寬度 580mm 700mm 主履帶寬度 80mm 前擺履帶寬度 55mm 前擺完全擺出后移動(dòng)平臺(tái)總長(zhǎng)度 980mm 主履帶輪中心距 560mm 前擺履帶輪中心距 280mm 主履帶輪直徑 200mm 排爆機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)電機(jī)及減速器選擇 在滿足技術(shù)要求的條件下 以盡量減小體積和質(zhì)量 并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠為目的 最終選擇了500瓦以內(nèi)高精密電機(jī)中的全球領(lǐng)頭供應(yīng)商Maxonmotor公司的電機(jī)及其配套減速器 其型號(hào)機(jī)器參數(shù)如下 排爆機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)傳動(dòng)齒輪選擇 在滿足技術(shù)要求的條件下 以盡量減小體積和質(zhì)量 并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠為目的 最終選擇了產(chǎn)品系列較全小型齒輪供應(yīng)商日本KHK公司產(chǎn)品 其型號(hào)機(jī)器參數(shù)如下 其產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)在與系列型號(hào)全 結(jié)構(gòu)合理 并且為用戶提供在加工設(shè)計(jì)和加工服務(wù) 在同類型中技術(shù)水平及市場(chǎng)份額都處于前列 排爆機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)履帶設(shè)計(jì) 為了滿足機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用 由其此類安防類機(jī)器人沒(méi)有可以直接選型的標(biāo)準(zhǔn)履帶供其選擇使用 通常采用自行設(shè)計(jì)履帶的方式 結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)合整車尺寸來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì) 本機(jī)器人履帶由芯金 加強(qiáng)層 緩沖層 橡膠部件組成 在鋼絲加強(qiáng)層外包覆一層 內(nèi) 有矩形橡膠傳動(dòng)紋 類似于同步帶內(nèi)側(cè) 一層 外 防滑紋的橡膠履帶 并且內(nèi)層設(shè)有防雜物保護(hù)擋柵 主要用于阻擋較大雜物進(jìn)入履帶內(nèi)側(cè)導(dǎo)致帶輪與履帶卡死或劇烈摩擦 損傷電機(jī) 履帶及相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分 外側(cè)采用單梯型花紋 所以本設(shè)計(jì)履帶需要專業(yè)廠家進(jìn)行開(kāi)模制作 排爆機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)輪體設(shè)計(jì) 履帶車輛及移動(dòng)平臺(tái) 按輪系組合分為無(wú)承重輪的大直徑負(fù)重輪式和有承重輪的小直徑負(fù)重輪式 主動(dòng)輪 驅(qū)動(dòng)輪及從動(dòng)輪 輪觳上有矩形圓角齒 用于撥動(dòng)履帶 將傳動(dòng)裝置傳來(lái)的扭矩通過(guò)撥動(dòng)履帶與地面的相互作用轉(zhuǎn)變?yōu)闋恳?使履帶車輛及移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng) 主動(dòng)輪此設(shè)計(jì)中采用后驅(qū)動(dòng) 前從動(dòng)方式 導(dǎo)向輪用來(lái)誘導(dǎo)履帶運(yùn)動(dòng)的方向 并且導(dǎo)向輪軸的高低可以決定履帶車輛及移動(dòng)平臺(tái)翻越垂直障礙的高度 排爆機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)形式選擇 承重輪設(shè)計(jì)有兩種主要形式 為單排和雙排設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用雙排設(shè)計(jì) 這樣可以避免由于導(dǎo)向輪厚度小于履帶寬度造成的履帶寬度方向上受力不均與 應(yīng)力集中對(duì)履帶的磨損和破壞 也可以避免受力不均勻和應(yīng)力集中時(shí)的履帶卷曲 在雙排設(shè)計(jì)的同時(shí)采用雙排輪體交叉安裝 內(nèi)側(cè)為13個(gè)輪體 外側(cè)為12個(gè)輪體 這樣可以進(jìn)一步使履帶運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與地面接觸時(shí)兩承重輪體間無(wú)虛接觸現(xiàn)象 承重輪設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮到兩端與主動(dòng)輪輪緣間的間隙問(wèn)題 履帶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)已十分成熟 對(duì)此間隙問(wèn)題已形成了較為統(tǒng)一的結(jié)論 就是在保證運(yùn)動(dòng)靈活的同時(shí) 盡量減小其間隙大小 排爆機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)前擺設(shè)計(jì) 排爆機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)最終結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 排爆機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)完成內(nèi)容 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 履帶及其帶輪設(shè)計(jì)2 電機(jī)及其減速器和齒輪的選擇3 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)和校核4 前擺架的有限元分析5 平臺(tái) 水平及斜坡 運(yùn)動(dòng)分析6 平臺(tái)越野能力分析平臺(tái)制圖內(nèi)容 1 CAD制圖約為3張A0圖紙2 手繪圖紙1張A03 重要零部件及單側(cè)裝配三維建模 武器平臺(tái)結(jié)構(gòu)選擇 武器平臺(tái)最終結(jié)構(gòu)形式 采用與機(jī)械手臂相同的法蘭盤(pán)與移動(dòng)平臺(tái)上的回轉(zhuǎn)平臺(tái)連接 實(shí)現(xiàn)正負(fù)回轉(zhuǎn)各180度 俯仰運(yùn)動(dòng)采用電動(dòng)推桿帶動(dòng)平臺(tái)小范圍精確俯仰 這樣可以在結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)的情況下 保證平臺(tái)的穩(wěn)定性 武器平臺(tái)電動(dòng)推桿的選擇 通過(guò)幾何繪圖的方式確定了電動(dòng)推桿的沖程尺寸 30mm 并且通過(guò)簡(jiǎn)化受力模型確定了電動(dòng)推桿靜止鎖定力的范圍和所需推力 由于武器系統(tǒng)需要極高的射擊瞄準(zhǔn)精度 所以俯仰調(diào)節(jié)需要極高的精確度和分辨率 自行設(shè)計(jì)很難滿足要求 結(jié)合安裝尺寸范圍 最終選擇現(xiàn)有成熟HD公司產(chǎn)品 HD LinearActuator LA系列線性傳動(dòng)裝置 其相關(guān)參數(shù)如下 武器平臺(tái)裝配至移動(dòng)平臺(tái)示意圖 第一種安裝情況下 武器與武器平臺(tái)剛性聯(lián)接 圖中M為俯仰機(jī)構(gòu)所受動(dòng)力偶 e為膛線到耳軸 俯仰機(jī)構(gòu)軸心線 的距離 水平射角為 俯仰機(jī)構(gòu)耳軸承受的載荷為FP和附加的動(dòng)力偶Fe e 以發(fā)射最大膛壓進(jìn)行計(jì)算 則在此最大膛壓作用下 耳軸受到約8100N的作用力 若槍膛線和兩側(cè)耳軸之間平均距離為50mm 則此時(shí)俯仰機(jī)構(gòu)承受最大約405Nm的動(dòng)力偶的作用 對(duì)于控制俯仰動(dòng)作的伺服電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō) 如果采用槍身剛性聯(lián)接 則需要俯仰機(jī)構(gòu)提供較大的制動(dòng)力矩才能保證槍身穩(wěn)定不動(dòng) 因此 必須減小e 因此此類安裝對(duì)于該類小型武器平臺(tái)的穩(wěn)定性挑戰(zhàn)性極大 不適合采用 第二種安裝情況下 武器與武器平臺(tái)柔性聯(lián)接 采用獨(dú)立設(shè)計(jì)的柔性緩沖器聯(lián)接兩部分 由于此時(shí)武器沿著其相反的射擊方向后坐 采用動(dòng)靜運(yùn)動(dòng)法分析 通過(guò)對(duì)比兩種安裝情況 可以發(fā)現(xiàn)安裝柔性緩沖器可以明顯改善武器平臺(tái)的受力情況 提高系統(tǒng)穩(wěn)定性 優(yōu)化結(jié)構(gòu) 大大減輕了對(duì)耳軸及電動(dòng)推桿的沖擊載荷 所以后續(xù)設(shè)計(jì)中應(yīng)主要考慮此類安裝方式 武器平臺(tái)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性分析 武器平臺(tái)系統(tǒng)組成 散彈 標(biāo)準(zhǔn)子彈彈殼及彈托回收箱 自動(dòng)上彈裝置多配有彈托需要回收 武器視覺(jué)系統(tǒng)箱 光學(xué)鏡頭 2 攝像頭 2 輔助測(cè)距及定位 紅外及激光裝置 照明設(shè)備LED 設(shè)計(jì)重量約為2 3Kg 該箱體與武器搭載平臺(tái)一起俯仰運(yùn)動(dòng) 經(jīng)過(guò)隱藏尺寸標(biāo)注等非結(jié)構(gòu)圖層CAD局部放大圖 排爆機(jī)器人武器平臺(tái)完成內(nèi)容 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 武器平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2 電動(dòng)推桿的選擇3 武器系統(tǒng)彈藥發(fā)射力學(xué)分析平臺(tái)制圖內(nèi)容 1 CAD制圖約為1 5張A0圖紙3 重要零部件及裝配三維建模 結(jié)論 本論文對(duì)具有排爆和持槍作戰(zhàn)功能的排爆機(jī)器人進(jìn)行了本體設(shè)計(jì) 并對(duì)其移動(dòng)平臺(tái) 武器平臺(tái)和機(jī)械手臂三個(gè)組成機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了方案選擇 設(shè)計(jì)和論證 本論文完成的主要工作如下 1 通過(guò)對(duì)功能和設(shè)計(jì)任務(wù)的分析 初步制定了排爆機(jī)器人的總體組成和性能指標(biāo) 2 移動(dòng)平臺(tái)作為排爆機(jī)器人實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地形運(yùn)動(dòng)功能的載體 本設(shè)計(jì)中采用了后輪驅(qū)動(dòng)的履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu) 并采用可獨(dú)立控制的前擺變位履帶 具有較強(qiáng)的地形適應(yīng)能力 并且結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單 本文對(duì)其基本結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì) 特別對(duì)其越障運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分析 3 本設(shè)計(jì)中提出了可行的武器平臺(tái)結(jié)構(gòu)方案 在合理理想假設(shè)的基礎(chǔ)上 對(duì)武器平臺(tái)進(jìn)行了受力分析 建立了機(jī)器人在設(shè)計(jì)作業(yè)環(huán)境中的穩(wěn)定性模型 并提出了提高射擊穩(wěn)定的方法 本設(shè)計(jì)還有相當(dāng)?shù)牟蛔阒?在進(jìn)一步的研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中 許多內(nèi)容還有待于完善和改進(jìn) 謝謝 排爆機(jī)器人技術(shù)參數(shù)
設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：
運(yùn)動(dòng)速度：0~5km/h 爬坡能力：30°~35°
外形尺寸：長(zhǎng)<1300mm, 寬<680mm 行走性能：可前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎
定位精度：<=10mm
對(duì)象功能：
代替排爆人員搬運(yùn)、轉(zhuǎn)移爆炸可疑物品及其它有害危險(xiǎn)品
代替排爆人員使用爆炸物銷毀器銷毀炸彈
代替現(xiàn)場(chǎng)安檢人員實(shí)地勘察，實(shí)時(shí)傳輸現(xiàn)場(chǎng)圖像
可配備散彈槍對(duì)犯罪分子進(jìn)行攻擊
可配備探測(cè)器材檢查危險(xiǎn)場(chǎng)所及危險(xiǎn)物品
參考文獻(xiàn)：
[1] 富巍、劉美俊. 排爆機(jī)器人的研究與開(kāi)發(fā)[M]. 北京:電子工業(yè)出版社
[2]張建民主編， 排爆機(jī)器人，北京理工大學(xué)出版社， 1987 年
[3][俄]IO·M 索爾編，排爆機(jī)器人圖冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社， 1991 年。
排爆機(jī)器人技術(shù)參數(shù)
設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：
運(yùn)動(dòng)速度：0~5km/h 爬坡能力：30°~35°
外形尺寸：長(zhǎng)<1300mm, 寬<680mm 行走性能：可前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎
定位精度：<=10mm
對(duì)象功能：
代替排爆人員搬運(yùn)、轉(zhuǎn)移爆炸可疑物品及其它有害危險(xiǎn)品
代替排爆人員使用爆炸物銷毀器銷毀炸彈
代替現(xiàn)場(chǎng)安檢人員實(shí)地勘察，實(shí)時(shí)傳輸現(xiàn)場(chǎng)圖像
可配備散彈槍對(duì)犯罪分子進(jìn)行攻擊
可配備探測(cè)器材檢查危險(xiǎn)場(chǎng)所及危險(xiǎn)物品
參考文獻(xiàn)：
[1] 富巍、劉美俊. 排爆機(jī)器人的研究與開(kāi)發(fā)[M]. 北京:電子工業(yè)出版社
[2]張建民主編， 排爆機(jī)器人，北京理工大學(xué)出版社， 1987 年
[3][俄]IO·M 索爾編，排爆機(jī)器人圖冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社， 1991 年。
2.3移動(dòng)車體總體方案設(shè)計(jì)
根據(jù)行走機(jī)構(gòu)和越障機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)如圖2.1所示的形狀可變履帶移動(dòng)車體的外形示意圖，該機(jī)器人的主體部分是兩條形狀可變的履帶，分別由兩個(gè)主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)兩條履帶的速度相同時(shí)，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)前進(jìn)或后退移動(dòng)；當(dāng)兩條履帶的速度不同時(shí)，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)搖臂桿圍繞支撐桿上的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)履帶的不同構(gòu)形，以適應(yīng)不同的運(yùn)動(dòng)和作業(yè)環(huán)境。
圖2.1 形狀可變履帶移動(dòng)車體外形示意圖
2.4履帶變形機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)及驗(yàn)證
2.4.1變形機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
圖2.2 變形履帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖
圖2.2所示為變形履帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸桿減速器減速，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)，通過(guò)履帶帶動(dòng)導(dǎo)向輪和行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣機(jī)器人就可以向前或者向后移動(dòng)。搖臂減速電機(jī)通過(guò)與電動(dòng)機(jī)同軸的齒輪1與齒輪2嚙合，帶動(dòng)搖臂桿轉(zhuǎn)動(dòng)；另一方面齒輪2與齒輪3嚙合，帶動(dòng)齒輪3和齒輪4所在的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)齒輪4與齒輪5嚙合，從而使同步帶輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)同步帶帶動(dòng)同步帶輪2轉(zhuǎn)動(dòng)；同步帶輪2進(jìn)一步使安裝行星輪的曲軸回轉(zhuǎn)。從而使履帶的形狀改變。
因?yàn)辇X輪1、3和4，齒輪2和5的齒數(shù)分別相同，因此齒輪2和齒輪5的轉(zhuǎn)速一致，而方向相反。加上同步帶的傳動(dòng)比為2:1，使得搖臂減速電機(jī)工作時(shí)，搖臂桿轉(zhuǎn)過(guò)的角度是曲軸的絕對(duì)轉(zhuǎn)角的2倍、方向相反，這樣使得行星輪的輪心運(yùn)動(dòng)軌跡恰好是一個(gè)橢圓。
2.4.2變形機(jī)構(gòu)方案驗(yàn)證
圖2.3為行星輪輪心軌跡計(jì)算圖，由圖可以導(dǎo)出該行星輪輪心P（X,Y）點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡滿足下式：
（2.1）
顯然，式(2.1)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)橢圓方程，這說(shuō)明該行走機(jī)構(gòu)的履帶在任何形狀時(shí)都能保持松緊程度不發(fā)生變化，由此證明履帶變形機(jī)構(gòu)的方案是正確可行的。
因?yàn)樽冃螜C(jī)構(gòu)在變形的過(guò)程中履帶的長(zhǎng)度是相等的，所以履帶在不同的姿態(tài)下都能保持相同的松緊程度，因此，本機(jī)構(gòu)中不需要再對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)履帶張緊裝置。
圖2.3 行星履帶輪輪心軌跡計(jì)算圖
XXXXX
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)
排爆機(jī)器人車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 名：
專業(yè)班級(jí)：
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師姓名：
指導(dǎo)教師職稱：
年 月
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
第一章 緒論 1
1.1研究背景及意義 1
1.2國(guó)內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀 2
第二章 總體方案設(shè)計(jì) 4
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)及功能要求 4
2.1.1設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 4
2.1.2功能要求 4
2.2方案選定 4
2.2.1結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 4
2.2.2性能指標(biāo)參數(shù)選定 5
2.3原理分析分析 6
2.3.1主要機(jī)構(gòu)工作原理 6
2.3.2運(yùn)動(dòng)特性分析 6
第三章 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析及主電機(jī)的選擇 8
3.1運(yùn)動(dòng)分析 8
3.1.1跨越臺(tái)階 8
3.1.2 跨越溝槽 9
3.3.3 斜坡運(yùn)動(dòng)分析 10
3.2主電機(jī)的選擇 11
第四章 主要零部件的設(shè)計(jì)與選擇 14
4.1履帶（同步帶）部分設(shè)計(jì) 14
4.1.1同步帶的選擇 14
4.1.2確定主從動(dòng)輪直徑 17
4.1.3確定節(jié)線長(zhǎng)度 18
4.1.4確定最大功率時(shí)帶寬 19
4.1.5功率驗(yàn)算 21
4.1.6同步帶的物理機(jī)械性能 21
4.1.7同步帶主從動(dòng)輪設(shè)計(jì) 21
4.2副履帶（同步帶）部分設(shè)計(jì) 24
4.2.1計(jì)算同步帶的帶寬 25
4.2.2計(jì)算H帶的基準(zhǔn)額定功率 25
4.2.3中心距的選擇 26
4.2.4計(jì)算同步帶節(jié)線長(zhǎng)度 26
4.3翼板部分設(shè)計(jì) 26
4.3.1翼板的作用 26
4.3.2翼板設(shè)計(jì) 27
4.4車體副履帶支架設(shè)計(jì) 27
總 結(jié) 28
參考文獻(xiàn) 29
致 謝 30
摘 要
排爆機(jī)器人是排爆人員用于處置或銷毀爆炸可疑物的專用器材，避免不必要的人員傷亡。它可用于多種復(fù)雜地形進(jìn)行排爆。此設(shè)計(jì)的排爆機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)過(guò)坑、越障等動(dòng)作。
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(lái)調(diào)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，從而達(dá)到輔助過(guò)坑、越障等動(dòng)作。經(jīng)過(guò)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)。
本文首先根據(jù)課題所給的技術(shù)參數(shù)和功能要求提出排爆機(jī)器人車體結(jié)構(gòu)方案，并對(duì)方案進(jìn)行分析。接著，對(duì)主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算選擇；然后，對(duì)各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與校核；最后，通過(guò)AutoCAD制圖軟件繪制了排爆機(jī)器人車體結(jié)構(gòu)裝配圖及主要零部件圖。
關(guān)鍵詞：排爆機(jī)器人；越障；同步帶
Abstract
EOD robot EOD personnel for disposal or destruction of special equipment explosion suspicious objects, to avoid unnecessary casualties. It can be used for a variety of complex terrain EOD. This design can be achieved through the pit EOD robot, obstacle and other activities.
Select this design is the use of mobile solutions crawler drive structure. Modular design of the overall structure, so that subsequent maintenance of the demolition, can be adapted to a variety of complex road, and take the initiative to control the rotation of the front and rear sides of the rocker to adjust the robot's motion attitude, so as to achieve the secondary over the pit, obstacle and other activities. After a reasonable design robots will have a good environmental adaptability, mobility and can withstand the impact of falling, the design of the movement mechanism is mainly composed of four parts: the driving wheel gear box, wing rotation mechanism, adaptive road actuators, track and track wheels kinematics.
This article was first proposed EOD robot body structure of the program according to the given topics technical parameters and functional requirements, and program analysis. Next, the main technical parameters were calculated choice; then, for the main components were designed and verification; and finally, through the AutoCAD drawing software to draw the EOD robot body structure and major components assembly diagram chart.
Keywords: EOD robot; Obstacle; Belt
31
第一章 緒論
1.1研究背景及意義
機(jī)器人是二十世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一。人類對(duì)于機(jī)器入的研究由來(lái)已久，但直到上世紀(jì)50、60年代，隨著機(jī)構(gòu)理論和數(shù)控伺服技術(shù)的發(fā)展才真正進(jìn)入實(shí)用化。上世紀(jì)70年代后，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控靠q技術(shù)、傳感技術(shù)和人工智能技術(shù)迅速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也隨之進(jìn)入高速發(fā)展階段，并發(fā)展成為集機(jī)械、電子、控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的一項(xiàng)綜合技術(shù)。
在歷史上，所有的高新技術(shù)首先被考慮用于軍事用途，機(jī)器入也不例外。未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)將是建立在高科技條件下的、高度信息化的全方位立體化的戰(zhàn)爭(zhēng)，各種具有巨大殺傷力的先進(jìn)武器的廣泛使用，將使未來(lái)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境異常復(fù)雜、信息瞬息萬(wàn)變，士兵的生命無(wú)時(shí)不刻受到來(lái)自天空、地面，水下各種先進(jìn)武器的威脅，完全依賴士兵作戰(zhàn)能力的戰(zhàn)爭(zhēng)模式正越來(lái)越受到挑戰(zhàn)。在軍用機(jī)器人領(lǐng)域，排爆機(jī)器人是較早投入實(shí)戰(zhàn)的軍用機(jī)器人之～，日靜，排爆機(jī)器人在～些發(fā)達(dá)國(guó)家的軍隊(duì)已得到廣泛使用。英國(guó)早在60年代就研制了“手推車”排爆機(jī)器人用于英阿馬島戰(zhàn)爭(zhēng)的爆炸物清理，其改進(jìn)型的土撥鼠及野牛兩種遙控電動(dòng)排爆機(jī)器人被英國(guó)爭(zhēng)家工程兵在波黑及科索沃用于探測(cè)及處理爆炸物，德國(guó)MV494型遙控排爆機(jī)器人也曾裝備了其駐索馬暈的維和部隊(duì)1．31。在近年來(lái)美國(guó)發(fā)動(dòng)的幾次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中，基于“零傷亡”的作戰(zhàn)思想，美軍開(kāi)始在戰(zhàn)場(chǎng)上大量使用排爆機(jī)器人替代士兵執(zhí)行排爆任務(wù)，其Talon排爆機(jī)器入2000年就參與波斯尼亞地區(qū)的軍事行動(dòng)，隨后又參與2002年初的阿富汗行動(dòng)以及2003年的伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)，執(zhí)行的主要任務(wù)是爆炸物檢測(cè)及其處理，阿富汗和伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中共執(zhí)行20000項(xiàng)任務(wù)，在戰(zhàn)爭(zhēng)中有效地降低了已方的傷亡H。
此外，由于政治、經(jīng)濟(jì)、民族、宗教等關(guān)系的錯(cuò)綜復(fù)雜，國(guó)際和地區(qū)恐怖主義在世界各國(guó)有泛濫的趨勢(shì)。在公共場(chǎng)所安放爆炸物以產(chǎn)生恐慌(爆炸恐怖犯罪)即是其集中表現(xiàn)形式。相對(duì)于其他形式的惡性犯罪，恐怖爆炸由于其危害面廣、社會(huì)和政治負(fù)面影響面大，日益成為令當(dāng)今世界各國(guó)政府頭疼的問(wèn)題。據(jù)美國(guó)官方統(tǒng)計(jì)，1968年國(guó)際上的恐怖主義事件僅有120起，面1984年增至652起。1983年的500起恐怖活動(dòng)中，有262起是爆炸事件pl。尤其是最近幾年，隨著國(guó)際形勢(shì)的動(dòng)蕩，恐怖爆炸事件更是此起彼伏，接連不斷。除了傳統(tǒng)的恐怖活動(dòng)熱點(diǎn)地區(qū)，例如中東、阿富汗等地區(qū)外，美國(guó)、英國(guó)、西班牙、日本、俄羅斯、印度尼西亞、烏茲別克斯坦、馬來(lái)西亞和泰國(guó)，菲律賓也接連發(fā)生恐怖爆炸事件，影響較大的有俄軍醫(yī)院爆炸案、西班牙馬德里爆炸案，印尼巴厘島爆炸案、倫敦連環(huán)爆炸寨等。就連以往很少有恐怖活動(dòng)波碩十論文小型捧爆機(jī)器人總體設(shè)計(jì)的研究及的國(guó)家和地區(qū)，．近年來(lái)也接連發(fā)生恐怖爆炸事件。而且，隨著時(shí)間的推移，這些活動(dòng)還愈演愈烈。作為應(yīng)對(duì)，反恐排爆已經(jīng)成為世界各國(guó)政府最為關(guān)注的問(wèn)題之一。目前在世界范圍內(nèi)，排爆機(jī)器人已經(jīng)成為反恐作戰(zhàn)的重要裝備之一。
排爆機(jī)器人是目前較具研究?jī)r(jià)值的機(jī)器人產(chǎn)品，在反恐領(lǐng)域可用來(lái)執(zhí)行諸如反恐排爆的任務(wù)，戰(zhàn)場(chǎng)上排爆機(jī)器人則用以執(zhí)行諸如排除爆炸物、戰(zhàn)場(chǎng)信息收集的任務(wù)；稍加改造，即可加裝單兵武器用于武裝巡邏、戰(zhàn)斗值勤等高危險(xiǎn)任務(wù)。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)著力于排爆機(jī)器人的研發(fā)，但距離軍事用途還有相當(dāng)?shù)木嚯x?；谲娪脵C(jī)器人產(chǎn)品系列化，通用性的需要，本文對(duì)基于小型移動(dòng)平臺(tái)基礎(chǔ)上，兼具攤爆和作戰(zhàn)功能的機(jī)器人進(jìn)行總體設(shè)計(jì)的研究。
1.2國(guó)內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀
20世紀(jì)60年代到70年代，想到工業(yè)機(jī)器人印入腦海的便是自動(dòng)機(jī)械手。機(jī)器人移動(dòng)功能的大力研究和開(kāi)發(fā)是20世紀(jì)80年代以后才開(kāi)始，現(xiàn)在作為移動(dòng)機(jī)器人而研制的移動(dòng)機(jī)械類型已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了機(jī)械手。尤其是排爆機(jī)器人，不僅是生物體中沒(méi)見(jiàn)過(guò)的移動(dòng)形態(tài)，而且能夠在復(fù)雜的環(huán)境下行進(jìn)。
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)于排爆移動(dòng)機(jī)器人，可以是兩排爆、四排爆、六排爆等。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(guò)控制搖臂的角度來(lái)改變自身高度以達(dá)到越障過(guò)坑功能是這種機(jī)器人的最大特點(diǎn)。對(duì)于這些問(wèn)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。
下面是各國(guó)研發(fā)的一些排爆可變形機(jī)器人：
（1） 美國(guó)的拆彈專家：
如圖2-1、2-2、2-3、2-4所示，這是美國(guó)iRobot的一種較小型“PackBot”機(jī)器人，現(xiàn)服役于美國(guó)軍隊(duì)，它搭配了一個(gè)爆炸物感應(yīng)系統(tǒng)，能有效地探測(cè)炸彈。
圖2-3這種iRobot SUGV的機(jī)器人是一種小型地面探測(cè)車，重量?jī)H為30磅。
圖2-4是iRobot生產(chǎn)的“Warrior”機(jī)器人配備了兩個(gè)全自動(dòng)、自動(dòng)裝彈、可遙控的12桿機(jī)搶，重量為250磅。
圖2-1 RackBot準(zhǔn)備展開(kāi) 圖2-2 RackBot伸展情況
圖2-3 SUGV機(jī)器人 圖2-4 Warrior機(jī)器人
（2） 德國(guó)telemax防爆機(jī)器人：僅在一兩年前，德國(guó)公司出品了一款防爆機(jī)器人，現(xiàn)在2006年的新一代機(jī)器人已經(jīng)上市了，其結(jié)構(gòu)比以前的更加輕便，體積更小。這款機(jī)器人依靠一個(gè)靈活的小型系統(tǒng)有了和一些大型機(jī)器人一樣的功能。
圖2-5 telemax行走姿勢(shì) 圖2-6最緊湊姿勢(shì)
通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外排爆機(jī)器人的分析，可以看出排爆機(jī)器人今后的發(fā)展有以下幾個(gè)方面的趨勢(shì)：
（1）結(jié)構(gòu)上，趨向小型、微型。
（2）運(yùn)動(dòng)上，趨向全方位，更靈活，更具自主性。
（3）在用途上，趨向于功能多功能化。
第二章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)及功能要求
2.1.1設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)
運(yùn)動(dòng)速度：0~5km/h 爬坡能力：30°~35°
外形尺寸：長(zhǎng)<1300mm, 寬<680mm 行走性能：可前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎
定位精度：<=10mm
2.1.2功能要求
本次設(shè)計(jì)的排爆機(jī)器人要求具有以下功能：
（1）代替排爆人員搬運(yùn)、轉(zhuǎn)移爆炸可疑物品及其它有害危險(xiǎn)品；
（2）代替排爆人員使用爆炸物銷毀器銷毀炸彈；
（3）代替現(xiàn)場(chǎng)安檢人員實(shí)地勘察，實(shí)時(shí)傳輸現(xiàn)場(chǎng)圖像；
（4）可配備散彈槍對(duì)犯罪分子進(jìn)行攻擊；
（5）可配備探測(cè)器材檢查危險(xiǎn)場(chǎng)所及危險(xiǎn)物品。
2.2方案選定
2.2.1結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)的排爆機(jī)器人車體結(jié)構(gòu)采用的是履腿式復(fù)合結(jié)構(gòu)，總體設(shè)計(jì)方案如圖2-1所示。機(jī)器人的車體的履帶作為排爆移動(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)器人前臂和后臂各有一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)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，穩(wěn)定性將更好。
機(jī)器人車體左右兩邊履帶各有永磁式直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，控制前軸和后軸的速度、力矩，可實(shí)現(xiàn)原地360°轉(zhuǎn)向，前進(jìn)時(shí)的自由轉(zhuǎn)向，隨時(shí)調(diào)解爬坡時(shí)的力矩大小。在車體主履帶前端是慣性軸，與主動(dòng)軸配合，保證機(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2-1 排爆機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成
2.2.2性能指標(biāo)參數(shù)選定
選定排爆機(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)
六節(jié)履腿式結(jié)構(gòu)
自重
50Kg
載荷
〉50Kg
搭載接口
二維隨動(dòng)搭載平臺(tái)
結(jié)構(gòu)尺寸
1205*624*380
運(yùn)動(dòng)速度
5km/h
最大通過(guò)坡度
30°
通過(guò)能力
能通過(guò)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
前臂履帶末端直徑
80mm
后臂履帶末端直徑
80mm
機(jī)器人車體總體尺寸如圖2-2：
圖2-2 機(jī)器人車體結(jié)構(gòu)尺寸
2.3原理分析分析
2.3.1主要機(jī)構(gòu)工作原理
減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是電動(dòng)機(jī)通過(guò)行星輪減速器的降速，來(lái)實(shí)現(xiàn)增大轉(zhuǎn)矩、調(diào)速，通過(guò)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)驅(qū)動(dòng)后軸位于傳動(dòng)系的末端。其基本功用是增扭、降速和改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向。
轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)機(jī)器人在行駛過(guò)程中，經(jīng)常需要改變行駛方向，本機(jī)構(gòu)是通過(guò)兩個(gè)電機(jī)的差速比來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
動(dòng)力部分采用電機(jī)，通過(guò)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(guò)導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)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)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人不同角度的爬坡和越障能力。
2.3.2運(yùn)動(dòng)特性分析
（1）平面運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)彎
平面運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)彎是最基本的運(yùn)動(dòng)方式，當(dāng)兩側(cè)的履帶同向等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，則表現(xiàn)為直線行走，當(dāng)兩側(cè)履帶反向等速運(yùn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)原地零半徑回轉(zhuǎn)，而不同速度同向運(yùn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)任意半徑轉(zhuǎn)向。
圖2-3（a）、圖2-3（b）為四擺臂履帶單元同時(shí)著地，使機(jī)器人與地面的接觸面積增大，可以使機(jī)器人適應(yīng)松軟、泥濘和凹凸不平等各種地形環(huán)境；
圖2-3（a） 圖2-3（b）
圖2-3（c）、圖2-3（d）、圖2-3（e）中當(dāng)遇到小坡度的斜坡時(shí)，可直接爬坡而不必采取其他動(dòng)作，從而可減少對(duì)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)要求；
圖2-3（c） 圖2-3（d） 圖2-3（e）
圖2-3（f） 為四擺臂單元向上擺到中間位置，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人小空間轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。
圖2-3（f）
機(jī)器人爬坡時(shí)，姿態(tài)可以轉(zhuǎn)變成圖2-3（g）。當(dāng)坡度較大時(shí)，則圖2-3（h）和圖2-3（i）是較好的姿態(tài)，這兩種方式可使機(jī)器人重心位于穩(wěn)定狀態(tài)，從而保證機(jī)器人順利爬坡。
圖2-3（g） 圖2-3（h） 圖2-3（i）
（2）自撐起及涉水
機(jī)器人的主要控制系統(tǒng)和檢測(cè)元件則安裝在中間箱體中，為了避免在運(yùn)動(dòng)中被損壞，機(jī)器人可以通過(guò)4個(gè)擺臂單元向下擺動(dòng)，抬高中間箱體的高度。且其以各自不同的擺動(dòng)角度向下擺動(dòng)時(shí)可使機(jī)器人變換成各種姿態(tài)，從而使中間箱體在允許變化的高度范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)變，從而使機(jī)器人完成涉水的動(dòng)作。
（3）越障
機(jī)器人利用擺臂前攻角進(jìn)行越障，由于機(jī)器人擺臂能把車體抬起，所以可越過(guò)高于自身高度的障礙物。圖2-4示（a）-（h）表示機(jī)器人越過(guò)高障礙物的一般過(guò)程。履帶利用齒形對(duì)障礙物的抓爬力來(lái)向上攀爬，同時(shí)后擺臂向下擺動(dòng)以使車體抬高，當(dāng)擺到與地面垂直時(shí)后擺臂停止擺動(dòng)。當(dāng)主履帶爬到障礙物上面時(shí)，前擺臂向前向下擺動(dòng)支起車體，機(jī)器人繼續(xù)前進(jìn)，直到其重心越過(guò)臺(tái)階。重心越過(guò)臺(tái)階后，前擺臂向前向上擺動(dòng)直到與地面貼合，同時(shí)后擺臂向后向上擺動(dòng)與車體成一后攻角為止，此時(shí)機(jī)器人已越上臺(tái)階。整個(gè)過(guò)程中，履帶始終向前爬行。
圖2-4 救災(zāi)機(jī)器人越障過(guò)程
第三章 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析及主電機(jī)的選擇
3.1運(yùn)動(dòng)分析
3.1.1跨越臺(tái)階
當(dāng)機(jī)器人在爬越臺(tái)階時(shí)，機(jī)器人履帶底線與地面之間的夾角將慢慢增大，當(dāng)重心越過(guò)臺(tái)階的支撐點(diǎn)時(shí)，則完成了爬越臺(tái)階的動(dòng)作。由運(yùn)動(dòng)過(guò)程可以看出，圖3-1重心的位置處于臨界狀態(tài)，機(jī)器人重心只有越過(guò)臺(tái)階邊緣，機(jī)器人才能成功的越過(guò)障礙。由此可分析出機(jī)器人的最大越障高度。
圖3-1上臺(tái)階臨界狀態(tài)示意圖
由圖3-1所示幾何關(guān)系可得：
( 5-1）
變換式（5-1）可得： （5-2）
（5-3）
利用式（5-3）求出，代入式（6-2）可算出機(jī)器人跨越障礙的高度。
機(jī)器人加裝后臂，可以大幅提高機(jī)器人跨越臺(tái)階的高度，如圖3-2所示，在后臂伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，后臂履帶抬起，成直立，在機(jī)器人跨越的高度又要高出H。
所以本次設(shè)計(jì)履帶設(shè)計(jì)中機(jī)器人跨越障礙的最大高度為
圖3-2上臺(tái)階臨界狀態(tài)示意圖
3.1.2 跨越溝槽
對(duì)于小于機(jī)器人前后履帶輪中心距的溝槽，因機(jī)器人重心在機(jī)器人車體內(nèi)，當(dāng)機(jī)器人重心越過(guò)下一個(gè)溝槽的支撐點(diǎn)時(shí)，機(jī)器人就越過(guò)了溝槽。也可能由于重心未能過(guò)去，傾翻在溝槽內(nèi)。當(dāng)溝槽大于中心距時(shí)，排爆機(jī)器人可以看做爬越凸臺(tái)障礙。排爆移動(dòng)機(jī)器人跨越溝槽時(shí)，當(dāng)重心越過(guò)溝槽邊緣時(shí)，受重力作用，機(jī)器人將產(chǎn)生前傾現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定。由機(jī)器人質(zhì)心變化規(guī)律可知機(jī)器人重心在以r為半徑的圓內(nèi)，由于擺臂展開(kāi)后機(jī)器人履帶與地接觸長(zhǎng)度變大，為了計(jì)算最大跨越壕溝寬度，擺臂履帶應(yīng)處于展開(kāi)狀態(tài)。機(jī)器人前臂和后臂的長(zhǎng)度相等。
圖3-3跨越溝槽示意圖
機(jī)器人在平地圖3-3（a）跨越溝槽的寬度：
（6-4）
3.3.3 斜坡運(yùn)動(dòng)分析
機(jī)器人在斜坡上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其受力情況如圖3-4所示，機(jī)器人勻速行駛或靜止時(shí)，其驅(qū)動(dòng)力： （6-5）
圖3-4機(jī)器人上坡受力示意圖
最大靜摩擦力系數(shù)為，最大靜摩擦力為：
（6-6）
當(dāng)時(shí)，機(jī)器人能平穩(wěn)行駛。
當(dāng)時(shí)，機(jī)器人受重力的影響將沿斜面下滑。
已知排爆機(jī)器人對(duì)地面的最大靜摩擦系數(shù)，則機(jī)器人爬越的最大坡度為: （6-7）
爬坡時(shí)克服摩擦力所需的最大加速度為：
（6-8）
通過(guò)上述分析，可以根據(jù)機(jī)器人履帶與運(yùn)動(dòng)面的摩擦系數(shù)來(lái)確定一些陡坡是否能夠安全爬升，并根據(jù)坡度和電機(jī)的特性，確定其運(yùn)動(dòng)過(guò)程最大加速及爬升都陡坡的快速性。
由以上計(jì)算可得：機(jī)器人的爬坡角度最大為；垂直越障高度最大為600mm：最大跨溝寬度為400mm。
對(duì)于履帶和地面的動(dòng)摩擦因數(shù)，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)的滑動(dòng)摩擦力，一旦車輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，面臨的滾動(dòng)摩擦力則總是比滑動(dòng)摩擦力小得多。則可取大一點(diǎn)。
3.2主電機(jī)的選擇
（1）機(jī)器人在平直的路上行駛
排爆機(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
排爆機(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3-5 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(guò)減速箱減速后需要提供的極限轉(zhuǎn)速為
（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(guò)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3-6 30°坡度分析
又，則
則在最大坡度下需提供極限轉(zhuǎn)矩為
（3）機(jī)器人的多姿態(tài)越階
對(duì)這幾種姿態(tài)分析，機(jī)器人在跨越臺(tái)階時(shí)直流電機(jī)只驅(qū)動(dòng)主履帶，機(jī)器人在實(shí)際跨越臺(tái)階過(guò)程中速率不大，那么機(jī)器人所需提供的輸出功率也不大。
由以上分析可知，機(jī)器人平地直線運(yùn)動(dòng)時(shí)要求的驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速較大，而爬坡時(shí)需要驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩較大。因此，在選電機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)平地直線運(yùn)動(dòng)所求的最大轉(zhuǎn)速和爬坡運(yùn)動(dòng)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)算的排爆機(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(guò)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(guò)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)，其參數(shù)如下：
額定功率
92
額定轉(zhuǎn)矩
0.6
額定轉(zhuǎn)速
1500
電流
7
電壓
12
允許正反轉(zhuǎn)速差
150
因?yàn)? 則
因?yàn)? 則
又
則選取
第四章 主要零部件的設(shè)計(jì)與選擇
4.1履帶（同步帶）部分設(shè)計(jì)
4.1.1同步帶的選擇
對(duì)于履帶基于標(biāo)準(zhǔn)化的思考，我們選擇了梯形雙面齒同步帶作為設(shè)計(jì)履帶，其具有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，故帶與帶輪間無(wú)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)的線速度可達(dá)50m/s，傳動(dòng)比可達(dá)10，效率可達(dá)98％。傳動(dòng)噪音比帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)小，耐磨性好，不需油潤(rùn)滑，壽命比摩擦帶長(zhǎng)。
因?yàn)橥綆鲃?dòng)具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，無(wú)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)比范圍大等優(yōu)點(diǎn)，所以傳遞功率可以從幾瓦到百千瓦。傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動(dòng)，無(wú)污染，因此可在工作環(huán)境較為惡劣的場(chǎng)所下正常工作。
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.
（1）功率的計(jì)算
式中K--載荷修正系數(shù)（有工作機(jī)性能和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間查表8-1可以得到）
表8-1修正載荷系數(shù)K
工作機(jī)
運(yùn)行時(shí)間（小時(shí)/日）
3~5
8~10
16~24
計(jì)算機(jī)，醫(yī)療機(jī)
1.0
1.2
1.4
縫紉機(jī)，辦公機(jī)械
1.2
1.4
1.6
輕傳送機(jī)，包裝機(jī)
1.3
1.5
1.7
攪拌機(jī)，造紙機(jī)
1.4
1.6
1.8
印刷機(jī)，圓形帶鋸
1.4
1.6
1.8
（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，由圖8-1查得型號(hào)選用XH型，對(duì)應(yīng)節(jié)距=22.225mm，圖8-2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XH同步帶：
=2.794mm，=15.49
圖8-1梯形齒同步帶，輪選型圖
圖8-2梯形齒形狀圖
本裝置選擇的梯形BD型XH同步帶的具體參數(shù)如下表8-2
表8-2 梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶型號(hào)以及齒尺寸
4.1.2確定主從動(dòng)輪直徑
對(duì)于梯形標(biāo)準(zhǔn)同步帶來(lái)說(shuō)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8-3查的
表8-3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(guò)大，故取履帶主動(dòng)輪直徑=169mm，履帶從動(dòng)輪直徑=169mm。
查表8-4，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8-4XH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(guò)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8-5得
表8-5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
4.1.3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)帶的循環(huán)次數(shù)，有利于提高帶的壽命，但是中心距過(guò)大，則會(huì)加劇帶的波動(dòng)，降低帶的傳動(dòng)平穩(wěn)性，同時(shí)增大帶傳動(dòng)的整體尺寸，中心距過(guò)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
由于排爆機(jī)器人工作的環(huán)境限制，所設(shè)計(jì)的尺寸不宜過(guò)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(lái)計(jì)算，根據(jù)下式求得：
代入=400mm，=169.79mm，=169.79mm有
1350.79mm，
根據(jù)表8-6就近圓整=1422.40mm型號(hào)為560XH，同步帶齒數(shù)為64。
表8-6 XH型同步帶節(jié)線型號(hào)
XH型（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
4.1.4確定最大功率時(shí)帶寬
（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8-4得=4048.90N
單位長(zhǎng)度質(zhì)量，查表8-7得=1.484Kg/m
線速度m/s
表8-7七種同步帶型號(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
（2）計(jì)算主動(dòng)輪嚙合齒數(shù)
小帶輪的嚙合齒數(shù)為
（3）確定實(shí)際所需帶寬
其中為嚙合系數(shù)由表8-8查的
=1
表8-8嚙合數(shù)系數(shù)
5
4
1
0.8
0.6
式中帶所傳遞的功率=2.024kw
本履帶選用為XH帶，可以由表8-9查的基準(zhǔn)帶寬
如下
表8-9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，表8-10查的
將其取為標(biāo)準(zhǔn)值
8-10周節(jié)制梯形同步帶的寬度與高度
型號(hào)
公稱高度
標(biāo)準(zhǔn)寬度
mm
in
mm
in
代號(hào)
H
4.3
0.17
50.8
2
200
76.2
3
300
XH
11.2
0.44
76.2
3
300
101.6
4
400
XXH
15.7
0.62
101.6
4
400
127
5
500
XXL
1.52
__
4.8
--
4.8
6.4
--
6.4
4.1.5功率驗(yàn)算
,額定功率大于設(shè)計(jì)功率，則帶的傳動(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
4.1.6同步帶的物理機(jī)械性能
本排爆機(jī)器人選用XH帶，其物理機(jī)械如下
表8-11同步帶的物理機(jī)械性能
項(xiàng)目
梯形齒
XH
L
H
XH
XXH
拉伸強(qiáng)度
80
120
270
380
450
參考力
伸長(zhǎng)率
參考力N
60
90
220
300
360
伸長(zhǎng)
40
硬度
755
包布粘合強(qiáng)度
5
6.5
8
10
12
芯繩粘合強(qiáng)度
200
380
600
800
1500
齒體剪切強(qiáng)度
50
60
70
75
90
4.1.7同步帶主從動(dòng)輪設(shè)計(jì)
（1）帶輪材料選擇
為了減輕履帶驅(qū)動(dòng)裝置的重量，我們選擇硬鋁合金作為履帶主、從動(dòng)輪的材料，硬鋁合金具有密度小，質(zhì)量低，強(qiáng)度高，硬度高，耐熱性好的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足設(shè)計(jì)性能要求。
（2）帶輪形狀及主要尺寸的確定
履帶和帶輪的嚙合方式見(jiàn)圖8-3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8-3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(guò)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(wú)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。
（3）履帶輪齒形及齒面寬度的選擇
根據(jù)圖8-4可以查得XH型梯形雙面齒同步帶輪齒形尺寸如下
圖8-4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8-12可以查出以上數(shù)據(jù)。
表8-12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(wú)檔邊帶輪查表8-13可得到梯形雙面齒同步帶輪齒面寬度=83.8。
表8-13同步帶輪齒面寬度尺寸參考表
型號(hào)
同步帶寬度
齒輪面寬度
代號(hào)
帶寬
雙面檔邊帶輪
單面檔邊帶輪
無(wú)檔邊帶輪
XH
200
50.8
56.6
62.2
59.6
300
76.2
83.8
89.8
86.9
400
101.6
110.7
116.7
113.7
（4）履帶輪所允許的公差
兩輪所允許的公差如表8-14所示
表8-14允許公差表
項(xiàng)目
小輪
大輪
外徑偏差
+0.15
0
+0.15
0
任意兩相鄰點(diǎn)
節(jié)距
偏差
90度弧內(nèi)的累積
0.03
0.15
0.03
0.15
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
4.2副履帶（同步帶）部分設(shè)計(jì)
因?yàn)橥綆鲃?dòng)具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，無(wú)滑差，傳動(dòng)平穩(wěn)，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。傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動(dòng)，無(wú)污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場(chǎng)所下正常工作。
從以上對(duì)同步帶性能的分析看出其性能的優(yōu)越性，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。副履帶的設(shè)計(jì)是依照主履帶的設(shè)計(jì)進(jìn)行的，具有異曲同工之妙。
而副履帶相對(duì)了主履帶來(lái)說(shuō)，它是輔助作用，幫助移動(dòng)平臺(tái)具有更出色的越野性能，更擅長(zhǎng)于攀爬和越溝。自然它的環(huán)境不如主履帶惡劣，并且所承受的載荷也比較輕一些，所以我給予選擇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)，則參照表8-15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)
表8-15標(biāo)準(zhǔn)同步帶的直徑
4.2.1計(jì)算同步帶的帶寬
根據(jù)前面的表8-7查得到：
H帶
選擇標(biāo)準(zhǔn)帶由表8-9差查得
H帶
4.2.2計(jì)算H帶的基準(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
4.2.3中心距的選擇
則確定中心距
4.2.4計(jì)算同步帶節(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(lái)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
8-16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
--
--
4.3翼板部分設(shè)計(jì)
4.3.1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(guò)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。
4.3.2翼板設(shè)計(jì)
翼板的主要尺寸見(jiàn)圖9-1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(jiàn)圖9-1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9-1翼板主要尺寸
4.4車體副履帶支架設(shè)計(jì)
車體副履帶支架如下圖示：
總 結(jié)
排爆機(jī)器人是一種極具研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景的軍用地面移動(dòng)機(jī)器人，在未來(lái)的戰(zhàn)場(chǎng)上將扮演越來(lái)越重要的角色，本論文對(duì)具有排爆功能的化排爆機(jī)器入進(jìn)行了總體技術(shù)的研究，并主要對(duì)其車體結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和論證，本論文完成的主要工作如下：
（1）通過(guò)功能和設(shè)計(jì)任務(wù)的分析，確立了排爆機(jī)器人總體功能構(gòu)架，初步制定了小型排爆機(jī)器人的總體組成和性能指標(biāo)。
（2）在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下，移動(dòng)平臺(tái)是小型排爆機(jī)器人實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地形運(yùn)動(dòng)的功能載體，本文采用了后輪驅(qū)動(dòng)的履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，并具有可獨(dú)立控制的前擺，具有較強(qiáng)的地形適應(yīng)能力。本文對(duì)其基本結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，特別對(duì)其越障運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分析。
設(shè)計(jì)中，我對(duì)排爆機(jī)器人的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能要求進(jìn)行了比較詳細(xì)的分析，針對(duì)排爆機(jī)器人中采用的履帶、減速器、電動(dòng)機(jī)等也進(jìn)行了必要的闡析。另外，為確保設(shè)計(jì)出的排爆機(jī)器人能達(dá)到越障過(guò)坑等功能，我們勢(shì)必還要對(duì)排爆機(jī)器人的相關(guān)部件進(jìn)行一些必要的校核，以最終確定此設(shè)計(jì)是否可以完成這些功能。
對(duì)于本文研究的小型排爆機(jī)器人，是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)，在總體設(shè)計(jì)中，由于能力和精力有限，研究?jī)?nèi)容還是很初步的，由于本人水平和能力有限，文中難免存在有疏漏和不妥之處，敬請(qǐng)老師給予批評(píng)和指正。
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致 謝
在本文即將結(jié)束之際，請(qǐng)?jiān)试S我對(duì)在這四年的大學(xué)生活學(xué)習(xí)中給予我支持和鼓勵(lì)的各位老師和同學(xué)致以深深的感謝。
首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師，感謝他在我的研究和學(xué)習(xí)過(guò)程中給予我的指導(dǎo)和幫助。老師深厚的理論素養(yǎng)，淵博的學(xué)識(shí)和誨人不倦的精神使我受益非淺，更重要的是，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范和對(duì)學(xué)術(shù)問(wèn)題的概括與抽象能力在潛移默化中影響著我，教育著我。在大學(xué)生活中，老師對(duì)我的言傳身教以及給予我許多無(wú)私的關(guān)心和幫助，所有這些不僅是我得以順利地完成本文，而且更是使我終身受益。我還要感謝系里的各位老師，他們?yōu)槲业漠厴I(yè)設(shè)計(jì)提出諸多良好的建議以及努力方向，使我得以較快地完成設(shè)計(jì)。
其次，我還要特別感謝我的母校，為我提供了一個(gè)先進(jìn)的學(xué)習(xí)、工作環(huán)境，能讓我順利完成自學(xué)考試的各個(gè)課程。
最后，請(qǐng)讓我將這篇學(xué)士學(xué)位論文獻(xiàn)給我的父母親，感謝他們的養(yǎng)育之恩，感謝他們使我成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有用的人，他們的關(guān)懷、支持和鼓勵(lì)是我所有信念的力量源泉。