【毕业论文】履带式机器人结构毕业设计说明书

目前六履带摆臂式搜救机器人还是局限于单个或两个自由度。

其主要由机械本体控制系统导航系统等部分组成。

六履带摆臂式搜救机器人的研究涉及以下几个方面，首先是移动方式的选择，对于履带式移动机器人，可以是两履带式四履带式六履带式等。

其次，考虑驱动器的控制，以使机器人达到期望的功能。

再者，必须考虑导航或路径规划，如传感信息融合，特征提取，避碰以及环境映射。

最后，考虑摆臂角的原理，这方面需要重点考虑，通过控制摇臂的角度来改变自身高度以达到越障过坑功能是这种机器人的最大特点。

对于这些问题可归结为机械结构设计控制系统设计运动学与动力学建模导航与定位多传感器信息融合等。

下面是各国研发的些履带式可变形机器人美国的拆弹专家如图所示，这是美国的种较小型机器人，现服役于美国军队，它搭配了个爆炸物感应系统，能有效地探测炸弹。

图这种的机器人是种小型地面探测车，重量仅为磅。

图是生产的机器人配备了两个全自动自动装弹可遥控的杆机抢，重量为磅。

图准备展开图伸展情况图机器人图机器人德国防爆机器人仅在两年前，德国公司出品了款防爆机器人，现在年的新代机器人已经上市了，其结构比以前的更加轻便，体积更小。

这款机器人依靠个灵活的小型系统有了和些大型机器人样的功能。

图行走姿势图最紧凑姿势通过对国内外六履带摆臂式搜救机器人的分析，可以看出六履带摆臂式搜救机器人今后的发展有以下几个方面的趋势结构上，趋向小型微型。

运动上，趋向全方位，更灵活，更具自主性。

在用途上，趋向于功能多功能化。

履带机器人的运动特性平面运动及转弯平面运动及转弯是最基本的运动方式，当两侧的履带同向等速运动时，则表现为直线行走，当两侧履带反向等速运动可实现原地零半径回转，而不同速度同向运动可实现任意半径转向。

图图为四摆臂履带单元同时着地，使机器人与地面的接触面积增大，可以使机器人适应松软泥泞和凹凸不平等各种地形环境图图图图图中当遇到小坡度的斜坡时，可直接爬坡而不必采取其他动作，从而可减少对驱动控制系统要求图图图图为四摆臂单元向上摆到中间位置，可实现机器人小空间转向运动。

图机器人爬坡时，姿态可以转变成图。

当坡度较大时，则图和图是较好的姿态，这两种方式可使机器人重心位于稳定状态，从而保证机器人顺利爬坡。

图图图自撑起及涉水机器人的主要控制系统和检测元件则安装在中间箱体中，为了避免在运动中被损坏，机器人可以通过个摆臂单元向下摆动，抬高中间箱体的高度。

且其以各自不同的摆动角度向下摆动时可使机器人变换成各种姿态，从而使中间箱体在允许变化的高度范围内自由转变，从而使机器人完成涉水的动作。

越障机器人利用摆臂前攻角进行越障，由于机器人摆臂能把车体抬起，所以可越过高于自身高度的障碍物。

图示表示机器人越过高障碍物的般过程。

履带利用齿形对障碍物的抓爬力来向上攀爬，同时后摆臂向下摆动以使车体抬高，当摆到与地面垂直时后摆臂停止摆动。

当主履带爬到障碍物上面时，前摆臂向前向下摆动支起车体，机器人继续前进，直到其重心越过台阶。

重心越过台阶后，前摆臂向前向上摆动直到与地面贴合，同时后摆臂向后向上摆动与车体成后攻角为止，此时机器人已越上台阶。

整个过程中，履带始终向前爬行。

图救灾机器人越障过程本研究采用的行走机构行走机构的选择本文履带机器人移动系统采用的是履腿式复合结构，总体设计方案如图所示。

机器人的车体的履带作为履带式移动机构，与前臂和后臂转动相协调，增加了机器人运动灵活性。

机器人前臂和后臂各有个伺服电机驱动，通过控制系统协调配合，实现前臂和后臂的灵活转动，在机器人爬坡和越障时发挥更大作用。

机器人前臂和后臂协调作用，稳定性将更好。

机器人车体左右两边履带各有永磁式直流电机驱动，通过控制系统协调配合，控制前轴和后轴的速度力矩，可实现原地转向，前进时的自由转向，随时调解爬坡时的力矩大小。

在车体主履带前端是惯性轴，与主动轴配合，保证机器人运动的平稳。

后摆臂及履带齿轮永磁式直流电机减速器蓄电池微控制器及组件步进电机主履带前摆臂及履带图履带式机器人结构组成履带机器人的功能性能指标与设计履带机器人的主要设计性能参数如下表性能参数总体结构六节履腿式结构自重载荷搭载接口二维随动搭载平台结构尺寸平地最大速度速度正常速度最大通过坡度通过能力能通过复杂行道续航会使皮带轮机构的不稳定性增强，有较大的波动现象，并且在单位时间的转动次数会增加，不利于带的寿命的提高，所以有同步带的速度校核如下查表得校核表梯形齿同步带极限速度型号模数确定节线长度确定中心距，增大中心距，可以增加带轮的包角，减少单位时间内带的循环次数，有利于提高带的寿命，但是中心距过大，则会加剧带的波动，降低带的传动平稳性，同时增大带传动的整体尺寸，中心距过小，则有相反的利弊，取带传动的中心距为由，代入上式有由于履带机器人工作的环境限制，所设计的尺寸不宜过大，选择中心距的尺寸偏小，初选取。

根据带传动总体尺寸和中心距的要求，带的节线长度可由带围绕两带轮的周长来计算，根据下式求得代入有，根据表就近圆整型号为，同步带齿数为。

表型同步带节线型号型节距规格节线长齿数确定设计功率为时所需的带宽计算同步带的基准额定功率式中许用工作拉力，查表得单位长度质量，查表得线速度表七种同步带型号的主要参数带型号节距基准宽拉力质量带宽带入上式得计算主动轮啮合齿数小带轮的啮合齿数为确定实际所需带宽其中为啮合系数由表查的表啮合齿数系数式中带所传递的功率本履带选用为带，可以由表查的基准带宽如下表周节制梯形齿同步带的宽度型号基准宽度许用拉力带的质量所以以上公式算得带宽为，所以以此选取标准带宽，表查的将其取为标准值周节制梯形同步带的宽度与高度型号公称高度标准宽度代号功率验算，额定功率大于设计功率，则带的传动能力已足够，所选参数合理。

同时得到作用在轴上的力同步带的物理机械性能本履带式机器人选用带，其物理机械如下表同步带的物理机械性能项目梯形齿拉伸强度参考力伸长率参考力伸长硬度包布粘合强度芯绳粘合强度齿体剪切强度履带主从动轮设计履带轮材料选择为了减轻履带驱动装置的重量，我们选择硬铝合金作为履带主从动轮的材料，硬铝合金具有密度小，质量低，强度高，硬度高，耐热性好的优点，能够满足设计性能要求。

履带轮形状及主要尺寸的确定履带和带轮的啮合方式见图所示，图中为同步带轮节圆或同步带节线上测得相邻两齿的距离即节距。

型节距，为同步带轮的节圆直径，主动轮节圆型号为从动轮节圆型号为，为同步带轮实际外圆直径，主动轮，从动轮。

图同步带轮外径径节示意图同步带分为型，型，型，型，型，其中型和型为双边档边，由于本设计采用的是电动机减速器动力总成放在翼板内，直接通过锥齿轮传递用后驱动轮轮轴。

所以，主动轮选择两个单边单圈，从动轮选择个无挡圈，选型同步带轮。

主动轮，齿数，径节，外径主动轮初选两个双边挡圈的带轮，用于设计中将其组合。

履带轮齿形及齿面宽度的选择根据图可以查得型梯形双面齿同步带轮齿形尺寸如下图齿形尺寸节距，齿槽，齿深，槽角，倒角，，，根据表可以查出以上数据。

表梯形双面齿同步轮齿形尺寸型号节距根据前面确定的宽度为，及所选择的无档边带轮查表可得到梯形双面齿同步带轮齿面宽度。

表同步带轮齿面宽度尺寸参考表型号同步带宽度齿轮面宽度代号带宽双面档边带轮单面档边带轮无档边带轮履带轮所允许的公差两轮所允许的公差如表所示表允许公差表项目小轮大轮外径偏差任意两相邻点节距偏差度弧内的累积外圆径向圆跳动外圆端面圆跳动轮齿与轴线平行度齿顶圆柱面的圆柱度轴孔直径偏差或或外圆及两齿侧表面粗糙度副履带部分设计因为同步带传动具有准确的传动比，无滑差，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大等优点，所以传递功率可以从几瓦到百千瓦。

传动效率高，结构紧凑，适宜于多轴传动，无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。

从以上对同步带性能的分析看出其性能的优越性，因此选用梯形双面齿同步带作为移动装置副履带能够满足设计性能及工作的环境条件要求。

副履带的设计是依照主履带的设计进行的，具有异曲同工之妙。

而副履带相对了主履带来说，它是辅助作用，帮助移动平台具有更出色的越野性能，更擅长于攀爬和越沟。

自然它的环境不如主履带恶劣，并且所承受的载荷也比较轻些，所以我给予选择带。

其设计方法参照主履带如下介于副履带的主动轮的直径选择应与主履带的从动轮的相当，则参照表选择副履带主动轮直径。

根据任务推出副履带从动轮直径副履带主动轮齿数副履带从动轮齿数表标准同步带的直径计算副履带的带宽根据前面的表查得到带选择标准带由表差查得带计算带的基准额定功率计算所选用型号同步带的基准额定功率其中得出而由反推得到设计功率为中心距的选择则确定中心距计算副履带节线长度根据带传动总体尺寸和中心距的要求，带的节线长度可由带围绕两带轮的周长来计算，根据下式求得代入数据根据表可选带长为周节制梯形齿同步带节线长度及齿数长度代号基本尺寸极限偏差履带翼板部分设计履带翼板的作用履带翼板是整个履带驱动装置中的基础部分，主要起支撑张紧作用，履带从动轮，张紧轮和过度轮分别安装在翼板上。

翼板的材料应满足质量轻，高强度，高硬度，易加工的优点，综合选择，所以翼板的材料选择硬铝合金。

履带翼板设计翼板的主要尺寸见图所示，履带主动轮，从动轮，张紧轮和调节轮在翼板上的位置见图上部的个圆孔和下部的两个圆孔所示，张紧轮翼板设计厚度为。

图翼板主要尺寸计算履带装置的重心及其各部件重心主履带的重心计算翼板质量由图翼板主要尺寸，翼板的设计厚度为，可参考图翼板三维效果图，可以求出翼板的体积，翼板材料为硬质合金，密度为求翼板体积由于翼板外形较为复杂，直接求其体积较为复杂，可用建立翼板模型见图，用其质量特性测得翼板的体积。

图翼板的三维效果图图求解翼板体积履带从动轮质量由前面选择的履带从动轮型号为，径圆直径，则，从动轮通过圆柱滚子轴承与翼板连接，选择圆柱滚子轴承外径，轮宽履