【ZK75页】履带机器人设计.doc文档完稿

找出最适合拆弹任务的组合。

作为个小型的移动平台，常用的动力只有活塞式内燃机和电动马达两种。

内燃机单位质量产生的能量较大，例如，个微型的航模用甲醇二冲程发动机就能爆发出惊人的能量和转速。

但是同时带来的也有强烈的震动，热量和废气。

经过合理设计的四冲程汽油引擎可以相应械这概念，机械的通用性的好坏不仅决定了这个设备的加工难度，而且能决定这领域的发展速度。

种结构模式的选择，用来寻找最合适的设计方案。

个优良的拆弹机器人拥有通过性与载重性很强的底盘，精准强力的机械臂，与完备的远程监控操作能力。

以上这些优点使拆二〇四年六月十日星期三弹机器人成为了个很好的机器人平台，可以通过更换功能插件而产生系列产品，如侦查机器人，搜救机器人，战斗机器人等。

这些功能会通过装备特制的功能插件得以实现。

本也是成功的关键，这是设计能否走出图纸成为成品的决定性因素。

在论文的准备阶段中我了解到通用机设品，如侦查机器人，搜救机器人，战斗机器人等。

这些功能会通过装备特制的功能插件得以实现。

部分内容简介种结构模式的选择，用来寻找最合适的设计方案。

个优良的拆弹机器人拥有通过性与载重性很强的底盘，精准强力的机械臂，与完备的远程监控操作能力。

以上这些优点使拆二〇四年六月十日星期三弹机器人成为了个很好的机器人平台，可以通过更换功能插件而产生系列产品，如侦查机器人，搜救机器人，战斗机器人等。

这些功能会通过装备特制的功能插件得以实现。

设计机器人是个庞大大工程，个优良的设计不仅仅是优秀的结构理论数据与华丽的外观，便于生产和控制加工成本也是成功的关键，这是设计能否走出图纸成为成品的决定性因素。

在论文的准备阶段中我了解到通用机械这概念，机械的通用性的好坏不仅决定了这个设备的加工难度，而且能决定这领域的发展速度。

起步早但是发展缓慢的机械行业与发展迅猛的电子行业便很好的诠释出了通用性的重要程度。

在获得数控车床中级技师资格后我更加体会到设计便于加工的产品的重要性，有些零件虽然从设计上达到了理论上的最优结构但是加工起来却比较复杂，比如需要掉头加工或需要切换各种刀具，这都加大了生产成本并且降低了加工精度，而对性能的提升往往不明显，从整体上讲是得不偿失的。

所以在设计这个拆弹机器人的时候，所有的结构部件在考虑强度的同时最大限度的考虑到了易于加工性，因此也牺牲了部分外观和强度或者重量的参数。

机器人的的每个零件，从螺母到轴承到方形钢管，完全符合我国工业标准，在设计的后期我也切身体会到标准化带来的优势，许多零件因为统的标准可以互相替换，使设计周期大大缩短。

步进电机与控制模块等需要由专业厂商提供的部件，全部先进行市场调查，确定市面上有销售并且价格合理后才予以采用。

这么做是希望在条件允许的条件下，仅仅通过我提供的图纸和供货商名册便可以快速的以较低成本将履带机器人生产出来。

二〇四年六月十日星期三履带机器人的运动分析驱动模式的选择机器人的种类有许多种，要设计个机器人必须先选择合适的动力，能源，运动模式，传动模式等。

这章便是对各种机器人工作模式之间进行对比与选择。

找出最适合拆弹任务的组合。

作为个小型的移动平台，常用的动力只有活塞式内燃机和电动马达两种。

内燃机单位质量产生的能量较大，例如，个微型的航模用甲醇二冲程发动机就能爆发出惊人的能量和转速。

但是同时带来的也有强烈的震动，热量和废气。

经过合理设计的四冲程汽油引擎可以相应的降低震动。

考虑到即使主动力模块使用汽油发动机，仍然需要蓄电池作为机械臂的动力，所以这并不会节省多少空间和重量。

因此，这里为了单位质量的功率而使用汽油引擎是得不偿失的。

另外，相对于活塞式引擎，电动马达有如下优点不会熄火，这个在紧急状态下绝不允许发生，虽然可以在机器人内部设置启动电机，但是这在这种小型机器人中实现起来相当的麻烦。

与之相比，电动机可以瞬间启动，瞬间停止，并且配有自锁刹车功能，而内燃机还需要另外配备刹车部件。

热源小，面对爆炸物来说热量越小越好。

而作为战斗机器人的参加任务的话热源会成为热敏武器与红外观察设备的目标。

安静，震动小，对于拆弹任务来说，震动会沿着机械臂传导至爆炸物，可能会引爆爆炸物，或激发爆炸物的起爆装置，这会导致灾难性的后果。

对于侦查与战斗任务来说，机器人的隐蔽性也是至关重要的，震动与噪音较大的活塞式引擎用在这里便不是很合适。

运行起来不需要新鲜空气，这对于在比如集装箱，室内这样的狭窄空间中的拆弹任务极为重要，否则会使机器人无法工作。

二〇四年六月十日星期三虽然电动机加上蓄电池的重量可能非常大，这样会导致在爬楼梯和上坡中会比较费力，但是对于履带式机器人来说根本没有问题，首先作为拆弹机器人，并不需要高速的移动到爆炸物旁边，反而需要慢慢的靠近，通过蜗杆减速和链条减速的马达可以输出足够的扭矩解决阻力与重量过大这问题。

对于这种慢速的履带设备来说，强大的正压力只能提供更高的推进力。

第二，拆弹机器人是需要移除爆炸物的，沉重的底盘可以保证重心的稳定防止机器人翻倒。

表活塞内燃机与电动马达的性能对比单位质量功率再启动难度对空气依赖性噪音震动发热量电磁干扰活塞式内燃机高难高高高无电动马达中易无低中有在这两个选择之间，电动马达唯的缺点便是在运转的时候会产生电磁干扰，虽然这对负责拆弹工作的机械臂的控制极为不利，但是从现实角度出发，拆弹工作般不会在机器人行进中进行，而是在停止的状态下进行的，所以主动力马达的电磁干扰对履带机器人来说也可以忽略。

另方面，使用无刷电动马达可以将电磁干扰造成的影响降到最低。

综上所述，相对于活塞引擎来说，电动马达在各项指标中都有所胜出。

所以电动马达对于拆弹机器人是最理想的动力来源。

动力传动模式的选择将发动机产生的扭矩和转速可靠精准的传递到轮子也是非常重要的。

通过前面的章节，我们已经选择电动马达作为履带机器人的主要动力。

虽然和活塞式引擎相比，电动马达可以在更广的转速范围内工作而不至于熄火，但是可以并不代表最优，电动马达在低转速大扭矩下运转效率非常低，也就是说会产生大量的热二〇四年六月十日星期三量。

因此在将动力传递到轮子的同时也支撑机器人全部的重量但是在些复杂的地形下履带会承受额外的拉力，所以需要支撑轮来维持履带的形状，和在高负载时提供额外的支撑力，另外在履带断裂的情况下仍可提供定的行驶能力。

为了减轻重量支撑轮采用的材质也是聚甲醛，内部轴承采用了深沟球轴承，内径外径厚。

图支撑轮二〇四年六月十日星期三图支撑轮的安装方法前轮架前轮架需要由步进电机通过蜗杆抬起，而且在翻越障碍的时候需要承担部分负载，所以对强度和重量的要求都很高，这里仍然采用了单位质量强度较高的聚酰胺材质。

图前轮架的安装方法履带作为履带机器人，履带是最重要的特征。

履带机器人采用整体的橡与纤维组成的复合材料。

履带外侧设有明轮片，可以在松软的地面上产生更强的抓地力。

二〇四年六月十日星期三图履带动力模块的设计动力部分包含两个无刷电动马达，配套的马达驱动器，蜗杆减速器，与轴承部件。

之所以把这些部件整合在起是为了便于更换与维护。

图动力模块与减速器二〇四年六月十日星期三图动力模块与马达驱动器减速器履带机器人运转阻力较大，转速不能过高，而电动机的最佳效率转速往往高达数千转每分所以需要减速器减速，同时考虑到马达在机器人中于输出轴的位置正好呈度，所以采用了蜗杆减速装置。

图蜗杆减速器动力模块框架将以上几个部件结合起来的框架，承受扭矩的地方使用的钢板，其他地方使用钢板，依附底盘的位置或者不承担扭矩的地方进行了挖空处理，以减轻重量。

将电动马达的驱动也整合在其中，在紧急状态下便于更换。

二〇四年六月十日星期三图动力模块框架图动力模块安装方法动力模块的轴起到维持链条传动的作用，而且是个经常高速旋转的轴，因此有着完备的轴承模块，轴承使用的是与支撑轮相同的深沟球轴承，内径外径厚。

辅动力模块控制前轮架俯仰的动力来源，使用的与机械臂相同的步进电机。

在经过行星减速后连接到蜗杆，然后传动到主轴。

二〇四年六月十日星期三图辅助动力模块框架，主要受力部分使用钢板，为了方便安装和固定，与底盘相接的地方设置了弯角，安装的时候便于固定。

整个部件在运转的时候会承担较大的法向力，所以在行星减速器的两端都有支撑的框架。

图辅助动力模块的安装位置机械爪的结构设计抓取爆炸物的夹紧部件，由个步进电机负责夹紧动作，另个步进电机负责旋转动作。

通过框架结构使两个爪块可以平行移动将爆炸物抓紧，爪端可根据不同的任务更换橡胶片，橡胶钉或者其他符合爆炸物形状的预制配件。

二〇四年六月十日星期三图机械爪图机械爪的分解视图因为零件太小，再考虑到机械爪不是个经常运转的部件，所以并没有安装轴承，这要求机械爪在运作的时候需要进行充分的润滑，否则运行阻力会过大，并且造成磨损。

机械臂的结构设计机械臂是拆弹机器人的功能部件，不仅需要精准，而且需要较大的负载能力，般的实验型机器人多采用航模标准的伺服电机，虽然技术成熟通用性高但是功率不足。

履带机器人使用的是步进电机与蜗杆的结合，在蜗杆和步进电机之间还加了级行星减速系统，这样能在高负载的情况下提供足够的扭矩，也可以在精心的拆弹工作中提供足够的微调精准度。

分为前臂，中臂，后臂，底座四个二〇四年六月十日星期三部分。

前臂包含机械手和两个自由度的控制，因为在整个机械臂的末端，所以采用了重量较轻的步进电机。

图中能看出内部安装的三个部件电机，行星减速机构与后部的蜗杆机构。

图前臂的透视图图前臂框架结构图腕关节，使用了个推力轴承和个滚针轴承。

提供两个方向的足够的支二〇四年六月十日星期三撑。

可以应付较大的载荷。

图很好的显示了腕关节的结构，从左到又分别是，机械爪的末端框架轴承内部支撑推力轴承滚针轴承轴承外部支撑机械臂前臂框架。

这样由推力轴承承