履帶式機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

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 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院研制的復合移動機器人“靈晰 排爆機器人，“龍衛(wèi)士 3B 反恐機器人”，“ 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，可以適應于各種復雜的路面，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 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 n of in of in on of in 980 s to in of of by of of B 3B , 901 , is of in to of is to a of of of is of of of in to be to on of to s so as to a of of is of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 目 錄 摘 要 . 1 1 引言 . 4 2 履帶機器人的現(xiàn)狀及發(fā)展 . 5 3 履帶機器人的運動特性 . 8 4 本研究采用的行走機構(gòu) . 11 走機構(gòu)的選擇 . 11 帶機器人的功能、性能指標與設(shè)計 . 12 要機構(gòu)的工作原理 . 13 5 機器人越障分析 . 14 越臺階 . 14 越溝槽 . 15 坡運動分析 . 16 6 機器人移動平臺主履帶電機的選擇 . 18 器人在平直的路上行駛 . 18 器人在 30坡上勻速行駛 . 19 器人的多姿態(tài)越階 . 20 7 移動機構(gòu)的分析及其選擇 . 22 型移動機構(gòu)分析 . 22 研究采用的移動機構(gòu) . 26 8 履帶部分設(shè)計 . 27 帶的選擇 . 27 定主從動輪直徑 . 30 率驗算 . 37 步帶的物理機械性能 . 37 帶主從動輪設(shè)計 . 38 履帶部分設(shè)計 . 41 9 履帶翼板部分設(shè)計 . 46 帶翼板的作用 . 46 帶翼板設(shè)計 . 46 10 計算履帶裝置的重心及其各部件重心 . 48 履帶的重心計算 . 48 履帶的重心計算 . 53 履帶及其搖臂也就是副履帶總部分的重心計算 . 54 總 結(jié) . 55 致 謝 . 56 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 參考文獻 . 56 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。 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)等各種服務領(lǐng)域，如生產(chǎn)線傳輸、清掃、導盲和搜救復雜環(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 ：清華大學智能移動機器人于 1994 年通過鑒定，還有上海交通大學的地面移動消防機器人已投入使用。北京理工大學、南京理工大學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。中國科學院沈陽自動化研究所的國科學院自動化自行設(shè)計、制造的全方位移動式機器人視覺導航系統(tǒng)，哈爾濱工業(yè)大學于 1996年研制成功的導游機器人等。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 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、運動學與動力學建模、導航與定位、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 2222示，這是 美國 一種較小型 “機器人，現(xiàn)服役于美國軍隊，它搭配了一個爆炸物感應系統(tǒng)，能有效地探測炸彈。 圖 2種 機器人是一種小型地面探測車，重量僅為 30 磅。 圖 2機器人配備了兩個全自動、自動裝彈、可遙控的 12 桿 機搶，重量為 250 磅。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 圖 2 圖 2展情況 圖 2器人 圖 2器人 （ 2） 德國 爆機器人： 僅在一兩年前，德國公司出品了一款防爆機器人，現(xiàn)在 2006年的新一代機器人已經(jīng)上市了，其結(jié)構(gòu)比以前的更加輕便，體積更小。這款機器人依靠一個靈活的小型系統(tǒng)有了和一些大型機器人一樣的功能。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 圖 2-5 走姿勢 圖 2緊湊姿勢 通過對國內(nèi)外六履帶擺臂式搜救機器人的分析，可以看出六履帶擺臂式搜救機器人今后的發(fā)展有以下幾個方面的趨勢： （ 1）結(jié)構(gòu)上，趨向小型、微型。 （ 2）運動上，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。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 3 履帶機器人的運動特性 （ 1）平面運動及轉(zhuǎn)彎 平面運動及轉(zhuǎn)彎是最基本的運動方式，當兩側(cè)的履帶同向等速運動時，則表現(xiàn)為直線行走，當兩側(cè)履帶反向等速運動可實現(xiàn)原地零半徑回轉(zhuǎn)，而不同速度同向運動可實現(xiàn)任意半徑轉(zhuǎn)向。 圖 3a）、圖 3b）為四擺臂履帶單元同時著地，使機器人與地面的接觸面積增大，可以使機器人適應松軟、泥濘和凹凸不平等各種地形環(huán)境； 圖 3a） 圖 3b） 圖 3c）、圖 3d）、圖 3e）中當遇到小坡度的斜坡時，可直接爬坡而不必采取其他動作，從而可減少對驅(qū)動控制系統(tǒng)要求； 圖 3c） 圖 3d） 圖 3e） 圖 3f） 為四擺臂單元向上擺到中間位置，可實現(xiàn)機器人小空間轉(zhuǎn)向運動。 圖 3f） 機器人爬坡時，姿態(tài)可以轉(zhuǎn)變成圖 3g）。當坡度較大時，則圖 3h）和圖 3i）是較好的姿態(tài)，這兩種方式可使機器人重心位于穩(wěn)定狀態(tài)，從而保證機器人順利爬坡。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 圖 3g） 圖 3h） 圖 3i） （ 2） 自撐起及涉水 機器人的主要控制系統(tǒng)和檢測元件則安裝在中間箱體中，為了避免在運動中被損壞，機器人可以通過 4 個擺臂單元向下擺動，抬高中間箱體的高度。且其以各自不同的擺動角度向下擺動時可使機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，從而使機器人完成涉水的動作。 （ 3） 越障 機器人利用擺臂前攻角進行越障，由于機器人擺臂能把車體抬起，所以可越過高于自身高度的障礙物。圖示（ a） -（ h）表示機器人越過高障礙物的一般過程。履帶利用齒形對障礙物的抓爬力來向上攀爬，同時后擺臂向下擺動以使車體抬高，當擺到與地面垂直時后擺臂停止擺動。當主履帶爬到障礙物上面時，前擺臂向前向下擺動支起車體，機器人繼續(xù)前進，直到其重心越過臺階。重心越過臺階后，前擺臂向前向上擺動直到與地面貼合，同時后擺臂向后向上擺動與車體成一后攻角為止，此時機器人已越上臺階。整個過程中，履帶始終向前爬行。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 圖 3災機器人越障過程 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 4 本研究采用的行走機構(gòu) 走機構(gòu)的選擇 本文履帶機器人移動系統(tǒng)采用的是履腿 式復合結(jié)構(gòu)，總體設(shè)計方案如圖 2器人的車體的履帶作為履帶式移動機構(gòu)，與前臂和后臂轉(zhuǎn)動相協(xié)調(diào)，增加了機器人運動靈活性。 機器人前臂和后臂各有一個伺服電機驅(qū)動，通過控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)前臂和后臂的靈活轉(zhuǎn)動，在機器人爬坡和越障時發(fā)揮更大作用。機器人前臂和后臂協(xié)調(diào)作用，穩(wěn)定性將更好。 機器人車體左右兩邊履帶各有永磁式直流電機驅(qū)動，通過控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，控制前軸和后軸的速度、力矩，可實現(xiàn)原地 360轉(zhuǎn)向，前進時的自由轉(zhuǎn)向，隨時調(diào)解爬坡時的力矩大小。在車體主履帶前端是慣性軸，與主動軸配合，保證機器人運動的平 穩(wěn)。 1 23 4 5 6 7 8 9買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 4. 減速器 5. 蓄電池 8. 主履帶 圖 4帶式機器人結(jié)構(gòu)組成 帶機器人的功能、性能指標與設(shè)計 履帶機器人的主要設(shè)計性能參數(shù)如下： 表 4性能參數(shù) 總體結(jié)構(gòu) 六節(jié)履腿式結(jié)構(gòu) 自重 50荷 50載接口 二維隨動搭載平臺 結(jié)構(gòu)尺寸 1205*624*380 平地最大速度速度 s 正常速度 s 最大通過 坡度 30 通過能力 能通過復雜行道 續(xù)航能力 4 小時以上 轉(zhuǎn)向能力 自由轉(zhuǎn)向 履帶高度 200臂履帶末端直徑 80臂履帶末端直徑 80器人車體具體尺寸如圖 4 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 12056904008580484506245040080 85550圖4器人車體結(jié)構(gòu)尺寸 要機構(gòu)的工作原理 減速傳動機構(gòu) 是 電動機通過 行星輪 減速器的降速 ，來 實現(xiàn)增大轉(zhuǎn)矩 、 調(diào)速 ， 通過 直 齒輪改變軸的方向 ， 輸出后 軸 轉(zhuǎn)矩 ， 為機器人提供主要動力。后 軸 驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動 后軸 位于傳動系的末端。其基本功用是增扭、降速和改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向 。 轉(zhuǎn)向機構(gòu)機器人在行駛過程中 ， 經(jīng)常需 要改變行駛方向 ，本機構(gòu)是通過兩個電機的差速比來實現(xiàn)的 。 動力部分采用電機 ， 通過齒輪副降速后帶動低速軸的轉(zhuǎn)動 ，軸與履帶驅(qū)動機構(gòu)通過導桿滑塊機構(gòu)連接 ， 使履帶驅(qū)動機構(gòu)各自繞前后軸的中心線轉(zhuǎn)動 ， 實現(xiàn)機器人不同角度的爬坡和越障能力。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 5 機器人越障分析 越臺階 當機器人在爬越臺階時，機器人履帶底線與地面之間的夾角將慢慢增大，當重心越過臺階的支撐點時，則完成了爬越臺階的動作。由 運動過 程可以看出，圖 5 于 臨 界 狀態(tài) ，機器人重心只有越 過 臺 階邊緣 ，機器人才能成功的越 過 障 礙 。由此可分析出機器人的最大越 障高度。 圖 5由圖 5 c o s ( ) c o t / s i h R R ( 5 變換式（ 5得： s i n / c o R R （ 5 2c o s s i n / c o s 0h （ 5 利用式（ 5出 ，代入 式（ 6算出機器人跨越障礙的高度 1H 。 機器人加裝后臂，可以大幅提高機器人跨越臺階的高度，如圖 5后臂伺服電機的驅(qū)動下，后臂履帶抬起，成 90 直立，在機器人跨越的高度又要高出 H。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 所以本次設(shè)計履帶設(shè)計中機器人跨越障礙的最大高度為 圖 5示意圖 越溝槽 對 于小于機器人前后履 帶輪 中心距的 溝槽 ，因機器人重心在機器 人車體 內(nèi) ， 當 機器人重心越 過 下一 個溝槽 的支 撐點時 ，機器人就越 過了溝槽 。也可能由于重心未能 過 去， 傾 翻在 溝槽內(nèi) 。 當溝槽 大于中心距 時 ，履 帶 式機器人可以看做爬越凸臺障 礙 。履 帶 式移 動 機器人跨越 溝槽時 ， 當 重心越過溝槽邊緣時 ，受重力作用，機器人 將產(chǎn) 生前 傾現(xiàn) 象， 運動不穩(wěn) 定。由機器 人質(zhì) 心 變 化 規(guī) 律可知機器人重心在以 圓內(nèi) ，由于 擺臂 展 開 后機器人履 帶 與地接觸 長 度 變 大， 為 了 計 算最大跨越 壕溝寬 度， 擺臂 履 帶應處 于展 開狀態(tài) 。機器人前臂和后臂的長度相等 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 （ a ） （ b ）（ c ）圖 5機器人在平地 圖 5a） 跨越 溝槽的寬 度1L： r （ 6 坡運動分析 機器人在斜坡上運動時，其受力情況如圖 5示，機器人勻速行駛或靜止時，其驅(qū)動力： （ 6 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 圖 5上坡受力示意圖 最大靜摩擦力系數(shù)為 ，最大靜摩擦力為： m a x c o （ 6，機器人能平穩(wěn)行駛。 當，機器人受重力的影響將沿斜面下滑。 已知履帶機器人對地面的最大靜摩擦系數(shù) ，則 機器人爬越的最大坡度為 : 1m a x ta n ( )（ 6 爬坡時克服摩擦力所需的最大加速度為： m a x ( c o s s i n ) （ 6 通過上述分析，可以根據(jù)機器人履帶與運動面的摩擦系數(shù)來確定一些陡坡是否能夠安全爬升，并根據(jù)坡度和電機的特性，確定其運動過程最大加速及爬升都陡坡的快速性。 由以上計算可得：機器人的爬坡角 度最大為 030 ；垂直越障高度最大為 600大跨溝寬度為 400 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 6 機器人移動平臺主履帶電機的選擇 對于履帶和地面的動摩擦因數(shù) ， f 實際上只是表示起動時車輪所處的滑動狀態(tài)對應的滑動摩擦力，一旦車輪開始轉(zhuǎn)動，面臨的滾動摩擦力則總是比滑動摩擦力小得多。則可取 大一點。 器人在平直的路上行駛 履帶式機器人在跨越平面的溝槽或在平面移動，假設(shè)其速度最大，且勻速前進，則取 0 5 履帶式機器人共有兩個輸出軸，每個輸出軸前端都有一個電機，對機器人其中一個輸出軸分析 : 圖 6直路線分析 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 19 又 則 在最大的行駛速度下 ，驅(qū)動電機經(jīng)過減速箱減速后需要提供的極限轉(zhuǎn)速為 m 6 . 2m a xm a x 器人在 30坡上勻速行駛 機器人在最大行駛坡度上勻速行駛，設(shè)定行駛速度為 30 ,在行駛過程中輪子作純滾動，不考慮空氣阻力的影響，機器人爬坡受力情況如圖 圖 60坡度分析 2 03 2 30s ，則 / 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 20 m 1 則在最大坡度下需提供極限轉(zhuǎn)矩為 / 器人的多姿態(tài)越階 對這幾種姿態(tài)分析，機器人在跨越臺階時直流電機只驅(qū)動主履帶，機器人在實際跨越臺階過程中速率不大，那么機器人所需提供的輸出功率也不大。 由以上分析可知，機器人平地直線運動時要求的驅(qū)動電機輸出轉(zhuǎn)速較大，而爬坡時需要驅(qū)動電機的輸出轉(zhuǎn)矩較大。因此，在選電機時，應根據(jù)平地直線運動所求的最大轉(zhuǎn)速和爬坡運動所求的轉(zhuǎn)矩進行選擇。 根據(jù)機器人爬坡情況的分析， , 1.2 rn w w 269 55 01 1. 22 2. 19 55 0P 機器在平面狀況下 ， 6.2 w 809 55 05 6. 21 3. 59 55 0P 因而選取 P=80W 作為機器人的最大輸出功率。 根據(jù)計算的履帶式機 器人的最大輸出功率為 80W, 輸出轉(zhuǎn)速為 為直流電機啟動性能好，過載性能強，可承受頻繁沖擊、制動和反轉(zhuǎn)，允許沖擊電流可達額定電流的 3到 5倍。另外在使用過程中可攜帶或可移動的蓄電池，干電池作為供電電源，操作輕巧與方便。根據(jù)直流電機這些性能，滿足主履帶頻繁受沖擊，制動和反轉(zhuǎn)的要求，滿足機器人要攜帶移動電池的要求，因而則選擇 90號的直流永磁電機 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 21 額定功率 /W 92 額定 轉(zhuǎn)矩 定轉(zhuǎn)速 1 r 1500 電流 /A 7 電壓 V/ 12 允許正反轉(zhuǎn)速差 1r 150 圖 7流電機數(shù)據(jù) 因為 0,92 輸額則 額輸 因為 500 額, 6.2 輸則 輸額 6 2 2 a x 6i 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 22 7 移動機構(gòu)的分析及其選擇 由電動機輸出的動力，需要通過傳動系統(tǒng)傳遞到機器人移動平臺的后輪上，以便驅(qū)動機器人運動?？梢妭鲃酉到y(tǒng)是整個移動平臺實現(xiàn)是運動功能的紐帶和關(guān)鍵。 型移動機構(gòu)分析 機器人按移動方式分主要有輪式、履帶式、腿足式三種，另外還有步進移動式、蠕動式、混合移動式、蛇行移動式等。 式移動機構(gòu)特點 輪式移動機構(gòu)是最為普通的運動方式， 輪式機器人移動機構(gòu)普遍具有結(jié)構(gòu)簡單、速度快、節(jié)能、靈活的特點，同時具有自重輕、不損壞路面、作業(yè)循環(huán)時間短和效率高等優(yōu)勢。并且編程簡單可靠性高，每個輪子都可以獨立驅(qū)動。與履帶式移動機器人相比，當跨越不平坦地形時，輪式機器人則存在明顯的不足，其穩(wěn)定性和對環(huán)境的適應性完全依賴于環(huán)境本身的狀況，對于進入復雜的環(huán)境完成既定任務存在嚴重的困難。輪式移動機構(gòu)按輪的數(shù)量可分為 2 輪、 3 輪、 4 輪、 6 輪、 8 輪。該結(jié)構(gòu)有一定的局限性，只能在相對平坦、表面較硬的路面上行駛，如遇到軟性地面容易打滑、沉陷，但可根據(jù)具體地面環(huán)境采用一些預 防措施來緩解該類情況的出現(xiàn)，如圖 7示。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 23 圖 7式移動裝置示意圖 式移動機構(gòu)特點 腿足式移動機構(gòu)分 2 腿、 4 腿、 6 腿、 8 腿等形式。腿式移動機構(gòu)優(yōu)點有： (1)腿式機器人的地形適應能力強。 (2)腿式機器人的腿部具有多個自由度，運動更具有靈活性，通過調(diào)節(jié)腿的長度可以控制機器人重心位置，因此不易翻倒，穩(wěn)定性更高； (3)腿式機器人的身體與地面分離，這種機械結(jié)構(gòu)優(yōu)點在于機器人身體可以平穩(wěn)地運動而不必考慮地面的租糙程度和腿的放位置， 8 腿移動機器人如圖 7示，特點是穩(wěn)定性好，越野能力強 。 腿式移動機構(gòu)缺點有： 該類機器人的移動速度慢，機動性較差負載不能太重； 腿式機器入對地面適應性和運動靈活性需要進一步提高； 腿式機器人控制系統(tǒng)較為復雜，控制方法還有待完善； 該機構(gòu)未進入實用化階段。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 24 圖 7腿機器人 圖 7履機器人 帶式移動機構(gòu)特點 履帶式移動機構(gòu)分為 l 條履帶、 2 條履帶 (履帶可車體左右布置或者車體前后布置 )、 3 條履帶、 4 條履帶 6 條履帶，移動方式優(yōu)點在于機動性能好、越野性能強，缺點是結(jié)構(gòu)復雜、重量大、摩擦阻力大，機械效率低，在自身重量比較大的情況下會對 路面產(chǎn)生一定的破壞。履帶式移動機構(gòu)比較輪式移動機構(gòu)有以下幾個特點： (1)撐面積大、接地比壓小、滾動阻尼小、通過性比較好； (2)越野機動性能好，爬坡越溝等性能均優(yōu)于輪式結(jié)構(gòu)； (3)履帶支撐面上有履齒不打滑，牽引附著性能好； (4)結(jié)構(gòu)較復雜重量大，運動慣性大，減震功能差，零件易損壞。 六履帶機器人車體前后各有一對履帶鰭，可以輔助翻越障礙，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 25 運動十分靈活。 、腿式移動機構(gòu)特點 履腿復合移動機構(gòu)結(jié)合了履帶式和腿式兩種移動機構(gòu)的優(yōu)勢，在地面適應性能、越障性能方面有良好表現(xiàn)。履帶移動機構(gòu)地面適應性能 好，在復雜的野外環(huán)境中能通過各種崎嶇路面，它的活動范圍廣，性能可靠，使用壽命長，輪式移動機構(gòu)無法與其比擬，適合作為機器人的推進系統(tǒng)；傳統(tǒng)履帶移動機構(gòu)往往是兩條履帶與車身相對固定，很大程度上限制了機器人地形適應能力，為了解決該問題履式移動系統(tǒng)中引入了關(guān)節(jié)履帶機構(gòu)，兩條履帶不再相對車體固定而是能繞車身轉(zhuǎn)動，這樣能大大提高機器人的環(huán)境適應能力，但履、腿復合機構(gòu)本身存在著一定的不足如結(jié)構(gòu)復雜、運動控制困難等。 、履、腿式移動機構(gòu)性能比較 車輪式，履帶式、腿足式移動系統(tǒng)性能比較見表 7： 表 7 型移動機構(gòu)的性能對比表 移動方式 輪式 履帶式 腿式 移動速度 快 較快 慢 越障能力 差 一般 好 復雜程度 簡單 一般 復雜 能耗量 小 較小 大 控制難易 易 一般 復雜 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 26 研究采用的移動機構(gòu) 本研究的的機器人移動機構(gòu)采用了履帶式。如圖 7示，這種機構(gòu)中的移動履帶的作用，在復雜環(huán)境中起傳遞動力作用。后移動輪為主動輪，前移動輪為從動輪，二者通過移動履帶來傳遞動力，實現(xiàn)同運動。 圖 7履復合式移動機構(gòu) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 27 8 履帶部分設(shè)計 帶的選擇 對于履帶基于標準 化的思考，我們選擇了梯形雙面齒同步帶作為設(shè)計履帶，其具有帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點。由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運動和動力，故帶與帶輪間無相對滑動，能保證準確的傳動比。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。傳動時的線速度可達 50m/s，傳動比可達 10，效率可達 98。傳動噪音比帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動小，耐磨性好，不需油潤滑，壽命比摩擦帶長。 因為同步帶傳動具有準確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大等優(yōu)點，所以傳遞功率可以從幾瓦到百千瓦。傳動效 率高，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動，無污染，因此可在工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。 從以上對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裝置設(shè)計履帶能夠滿足設(shè)計性能及工作的環(huán)境條件要求。 由已知后軸輸出功率為 1 (即 ）； 由已知設(shè)計裝置移動速度 ，根 據(jù)公式 2 ，可得主動輪轉(zhuǎn)速 m ，預先設(shè)計履帶主動輪直徑 169帶從動輪直徑 169公式221 ，可得 故可以得到設(shè)計的已知條件如下： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 28 傳遞名義功率 1. 主動輪轉(zhuǎn)速 n r/動輪轉(zhuǎn)速 中心距 380a . 率的計算 3 7 式中 工作機性能和運轉(zhuǎn)時間查表 8 表 8正載荷系數(shù) K 工作機 運行時間（小時 /日） 35 810 1624 計算機，醫(yī)療機 紉機，辦公機械 傳送機，包裝機 拌機，造紙機 刷機，圓形帶鋸 確定帶的型號和節(jié)距 由設(shè)計功率 慮到可以用雙面交錯買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 29 梯狀齒形同步帶作為履帶使用，由圖 8得型號選用 ，對應節(jié)距 8雙面交錯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 雙面齒同步帶，其兩面帶齒呈對稱排列，圖 B 為 雙面齒同步帶，其兩面帶齒呈交錯位置排列，本裝置設(shè)計履帶選擇 同 步 帶 W = T =圖 8形齒同步帶，輪選型圖 圖 8形齒形狀圖 本裝置選擇的梯形 步帶的具體參數(shù)如下表 8 8形齒標準同步帶型號以及齒尺寸 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 30 定主從動輪直徑 對于梯形標準同步帶來說小帶輪的齒數(shù)是有要求的，能夠保證同步帶運轉(zhuǎn)是最為基本的，履帶選用的 同步帶一樣有齒數(shù)最小要求，由表8m 取 ： 表 8帶輪的最小齒數(shù) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 31 小帶輪轉(zhuǎn)速 1n H n 900 10 12 14 22 22 9000 12 16 24 24 12002 14 18 20 26 18002 16 20 22 30 由上面得到 p 可以代入公式 11 1 6 9 . 8 7 為了增大摩擦力，應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大，故取履帶主動輪直徑169帶從動輪直徑 169 查表 8擇履帶主動輪型號為 24帶從動輪型號為24近圓整帶輪直徑，查得履帶主動輪直徑 帶從動輪直徑 表 8同步輪尺寸表（節(jié)距 = 規(guī)格 齒數(shù) 節(jié)徑 d 外徑邊直徑邊內(nèi)徑