探测机器人行走机构设计毕业设计

探测机器人行走机构设计毕业设计内容摘要：

和控制件的选择。 并且选择行走机构的结构类型和行走方案。 毕业设计 (论文 ) 6 2 设计方案的选择 行走机构方案的选择 全世界范围内的探测机器人的种类有很多，它们的行走方式也各不相同，每一台探测机器人都有其独特的行走方案。 但是可以将全世界范围内的探测机器人的行走机构进行概括总结，那么它们的行走机构大致上可分为履带式、步行式、车轮式三种。 下面就以上三种探测机器人行走方案进行比较。 从使用范围上来看，以上三种类型的方案都在全世界得到广泛的应用， 从使用数量上比较 并没有明显的区别，唯一的不同 点 是 这三种行走机构方案的使用场合不同，每一种行走机构方案都有自己的特点，都有自己特定的使用场合。 例如，对于步行式的行走机构方案的探测机器人， 它的行走稳定性不好，尤其是对于探测机器人来说，探测机器人的行走路线都比较复杂，对行走道路具有十分大的未知性，而且对于探测机器人来说，步行式的行走机构对于崎岖道路的行走稳定性极低，即使采用多足行走，也只是暂时提高在崎岖道路的行走稳定性。 对于步行式行走机构方案的探测机器人，它的智能控制性要求比较高，既要控制好行走路线，又要控制行走 时的稳定性，而且我国对于在智能控制性能要求比较高的工业机器人方面的设计技术还不完全成熟，还存在很多地方的空白。 所以，对于本次设计不采用步行式的行走机构方案。 对于车轮式行走机构方案的探测机器人来说，这一种行走机构方案在我国应用极为广泛，而且研究和生产出许多车轮式行走机构的成功案例，我国对于车轮式行走机构方案的 技术水平已经比较成熟，在车轮式的 设计中还有比较多的经验可以借鉴，所以在车轮式的行走机构设计方案的可实行性比步行式的行走机构方案要高。 但是车轮式的行走机构设计方案又有自己的特点，比如说车轮式的行走机构方案的 行走稳定性高，对于崎岖道路的适应性比步行式行走机构的要高，可以使用在探测机器人中。 但是对于车轮式的行走机构来说，它的结构没有得到完全的统一。 有的结构是保证了行走的稳定性和越野能力，但是与此同时加大了 其整体结构的复杂性，加大了其结构设计的难度；有的是在结构上简单，行驶速度和转弯性能都比较良好，但是这种设计方案只能是在平整道路上行驶，降低了机器人对崎岖道路上行驶的能力，行驶稳定性也随之降低。 所以还没有设计出既结构简单又行走能力强的行走机构方案，对于车轮式的行走机构方案，在探测机器人设计中不予采纳。 对于履带式的行 走机构来说 ，它的设计理念是根据坦克的行走机构延伸出来的，由此可以看出，履带式的行走机构方案的行走稳定性比前两种都要强，在崎岖道路上行走的适应性强，适合越野行走。 可以将结构简单但行走稳定性差的车轮式行走机构方案变成履带式行走机构方案，这样既保证了行走的稳定性又可以降低行走机构的复杂程度。 综上可知，对于探测机器人行走机构方案的选择，可根据各种行走机构方案的特点，比较各方案的优点和缺点，选择一种比较适用于探测机器人的行走方案。 对于本次设计的毕业设计 (论文 ) 7 行走机构设计方案，根据它们的特点和我国机器人发展的现状，我选用履带式的探 测机器人行走机构方案。 机器人手臂机构设计方案 对于一个完整的探测机器人来说， 它的机器人手臂机构是机器人的不可或缺的重要机构之一，没有了机器人手臂机构，那么机器人许多的功能都无法实现。 与机器人的行走机构相比，行走机构的目的是使探测机器人接近工作点，而机器人手臂的目的是使工作头部分更加靠近工作点，并在工作点处进行加工处理。 所以机器人手臂的工作就是使工作头的自由运动，实现工作头和工件工作点的位置移动。 由此可以看出，机器人手臂的运动精度要高于机器人行走机构的运动精度，机器人手臂的运动是距离短、精度高的运 动。 所以机器人手臂的加工设计 要 更加准确，保证机器人手臂的运动误差。 根据世界范围内的机器人设计水平和我国机器人发展现状，我国的工业机器人手臂的设计方案大体上可以分为三种，即 蠕动式机器人手臂、沿 X、 Y、 Z坐标轴直线移动的机器人手臂、仿人类手臂式的机器人手臂。 下面就以上三种工业机器人手臂的类型进行分析比较。 蠕动式机器人手臂 蠕动式机器人手臂在我国还没有得到广泛应有，原因是因为这是一种高端型机器人手臂，它的设计结构复杂，机器人手臂的运动精度高，是一种存在于高端技术行业的专业机器人。 主要应用于航空、军 事、海洋勘测等领域，是一种专业性强、灵敏度高的机器人手臂。 所以，对于这种机器人手臂的研究呢，需要专业知识水平高 、操作技术熟练的专业人才来研究，对于我们 这种专业知识水平不是很高的学生，不适合研究蠕动式机器人手臂，也不可能做出深刻的研究。 蠕动式机器人手臂的工作原理是 ： 根据机器人手臂的多个关节 的联合作用 来控制 机器人工作头在工作点圆心空间内实现各种工作。 所以，要想设计出蠕动式机器人手臂，必须实现对各个关节的联合控制，加强各个关节的运动精度和受力分析，把握住各个支点的位置关系，从而得出想要的工作头运动轨迹。 所以，对 于蠕动式机器人手臂来说，需要良好的智能控制系统 ，设计出运动精度高的传动系统， 从而加大了设计难度和制造难度，不仅加大了工作量，而且不必要的加大了工作难度。 对于本次探测机器人的机器人手臂设计，不宜采用蠕动式机器人手臂。 沿 X、 Y、 Z 坐标轴直线运动的机器人手臂 我国在沿 X、 Y、 Z坐标轴直线运动的机器人手臂上的应用可以说十分广泛，它的工作原理与数控机床的工作原理十分类似，都是在选定工作原点的情况下， 控制工作头在沿三个坐标轴上的移动来，实现工作头在整个运动立体空间上的移动。 对于沿 X、 Y、 Z 坐标轴直线移动 的机器人手臂的设计，需要控制好工作头在三个坐标轴上的运动衔接，可以说工毕业设计 (论文 ) 8 作头的运动轨迹是在三个坐标轴上运动的叠加，这样可以使得运动的精度更加可靠，运动的平稳性和可靠性都得到大大地提高，实现了运动的合理性和有效性。 但是，沿 X、 Y、 Z坐标轴直线运动的机器人手臂的工作也存在许多的缺点，比如说，要想实现工作头在 X、 Y、 Z三个坐标轴上直线移动，就必须将设计的空间包含所有的工作头涉及的工作点，并且还有保留一定的剩余空间，保证工作头在工作空间里的自由移动。 这样就加大了设计机器人手臂的设计空间， 也加大了设计时的工件材料和重 量。 这样不利于机器人的正常行走，为机器人的设计加大了难度。 仿人类手臂式的机器人手臂 仿人类手臂式的机器人手臂是在全世界中应用最为广泛的一种机器人手臂，在我国也得到了广泛的应用，我国的设计制造技术也得到了广泛发展，使其技术得到了成熟。 仿人类手臂式的机器人手臂是一种根据人类的手臂而演化出的机器人手臂，这种机器人手臂不同于蠕动式机器人手臂的结构复杂、设计难度高，也不同于沿 X、 Y、 Z坐标轴直线运动的机器人手臂的使用空间的过大，过多的浪费使用空间，方人类手臂式的机器人手臂有自己的特点。 仿人类手臂式的 机器人手臂的功能是使工作点实现伸缩、旋转、摆动等功能，所以在仿人类机器人手臂中包括 手臂旋转机构、手臂摆动机构。 在结构上来看，比蠕动式机器人手臂较为简单。 并且机器人结构中有旋转机构，可以实现机器人手臂的旋转，不像沿 X、 Y、Z 坐标轴直线移动的机器人手臂，智能做直线运动，从而加大了运动的空间。 所以，综合以上的三种机器人手臂的设计方案，他们各自有自己的使用范围和特点，在不同的使用场合应合理的选择自己机器人手臂的设计方案。 摆臂翼板 的设计 上面我们介绍了机械手手臂的设计方案，介绍了机械手手臂的设计类型。 以下 我们主要介绍 机器人摆臂翼板 的主要设计，包括 机器人摆臂翼板 的参数设计、动力输出设计、设计方案设计、设计时问题防御设计等。 下面对主要的几个方面进行重要分析。 注意事项 机器人摆臂翼板 的设计对整个机器人性能有着重要的影响，一个机器人 摆臂翼板 的好坏，直接影响 机器人传动的效果和性能 ，所以在对机器人 摆臂翼板 的设计过程中，要保证机器人 摆臂翼板 的良好性能，从而设计出符合我们实际要求的机器人。 下面对几个具有代表性的设计要求进行具体的阐述和分析。 良好的刚度 机器人 摆臂翼板 的刚度是否良好，将直接影响机器人的 使用性能。 良好的设计刚度可以使机器人 摆臂翼板 满足机器人的使用性能。 但是也要考虑我国机械制造的水平，不能凭空想象设计的刚度，不宜过大或过小。 多大的刚度可能对机器人手臂的毕业设计 (论文 ) 9 影响不大，但是在制造过程中对人力物力的消耗太大，不利于大批量的设计制造。 过小的设计刚度可能不符合设计的要求，不能保证机械手的工作条件。 较轻的质量 机器人 摆臂翼板 的工作条件复杂多样， 可能会在十分严峻的条件下工作，例如在高速下工作。 在这种情况下对机器人 摆臂翼板 的质量有十分苛刻的要求，不能过大。 过大的质量在高速运动或旋转时，会产生过大的转动惯量，是机器人 摆臂翼板 不能正常的停止运动，可能会造成一定的人员伤亡。 而且过大的重量还会浪费不必要的能源。 良好的导向性 机器人 摆臂翼板 的工作是为机械手的工作服务的，将直接为机械手的抓取工作提供各种条件。 机械手的抓取工作需要良好的方向性和准确的位置关系，这就需要机器人 摆臂翼板 具有良好的导向性。 良好的导向性将使机械手和抓取的工件有良好的定位，不会产生相对位置的错位 ，直接保证机械手的抓取要求。 良好的强度 机械手抓取物件的质量可能会很重，对机器人 摆臂翼板 的 要求会十分高，如果强度不够强，可能会导致机械手抓取不到物件。 所以，要保证好机器人 摆臂翼板 的良好强度。 参数计算 机器人 摆臂翼板 的设计时，要对机器人 摆臂翼板 的受力进行受力分析，求出相应的尺寸计算要求。 下面讨论机器人 摆臂翼板 在摆动时的受力分析。 机器人 摆臂翼板 在摆动时的受力分析可根据 下面的公式进行计算 M驱 =M 摩 +M惯 式中 M驱 —— 表示驱动力矩 M摩 —— 表示摩擦力矩 M惯 —— 表示惯性力矩 毕业设计 (论文 ) 10 3 整体结构设计 探测机器人行走机构的力学 原理 探测机器人 在行走过程中可能会遇到高低不平地面的情况，这就需要探测机器人的行走机构具有良好的爬行能力，在爬行过程中可能还要碰到各种可能的情况。 下面对 爬行机构的力学原理进行受力分析。 在整个探测机器人行走在崎岖不平道路过程中，可以将行走过程分为两部分。 一部分是在下坡阶段，在这一阶段时，要保证机器人的稳定性，所以不用有加大的速度；另一部分是在上坡阶段，这是也要减少机器人的速度，一保证机器人获得加大的驱动力。 在这两个阶段， 机器人的摆臂在摆臂过程中，摆臂的重心应在大链轮 三分之一出的下方， 所以要保证重心的下降，以保证机器人行走的 稳定性。 要保证机器人行走时的不打滑，要使机器人的重心在小带轮的几何中心的下方。 在机器人行走时，机器人的整体车型的受力情况即是在前轮离开地面时。 机器人电动机的选择 机器人电动机的选择是根据机器人和机器人的负载之和的重量选择的， 机器人重量的大小主要是有机器人的负载所决定的。 在机器人设计中，一定要考虑机器人的转动惯量，较大的质量就获得较大的转动惯量。 机器人电动机的选择还必须考虑机器人的传动方式，考虑机器人传动时机器人功率的利用率，要尽量提高机器人功率的利用率 ，这样对机器人电动机的选择也有帮助。 考虑到 机器人设计时机器人和机器人负载重量之和对电动机的影响，所以要选择传动平稳的传动方式。 假设机器人和机器人负载的重量为 9kg，具有较大的转动惯量，可能造成机器人行走时的震动。 而带传动时传动平稳，可以减少机器人的震动。 所以首次选择带传动方式。 机器人带传动时的传动方案简图如下： 图 传动方案简图 毕业设计 (论文 ) 11 根据机器人带传动的结构简图 可以得出，在带传动过程中机器人主动轮和从动轮的传动比为 n0/n1=d1/d0 式（ ） 由式（ ）得 n0=由机器人带传动主动轮的转速的计算数据可以 推断出，机器人电动机的选择种类只有一种 12ZYJ60J 的永磁直流减速电机。 12ZYJ60J。