移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、機(jī)械電子工程原理機(jī)械電子工程原理第十八章第十八章 移動(dòng)式機(jī)器人設(shè)計(jì)移動(dòng)式機(jī)器人設(shè)計(jì)218.1移動(dòng)式機(jī)器人簡(jiǎn)介移動(dòng)式機(jī)器人簡(jiǎn)介 n自上世紀(jì)自上世紀(jì)60年代初問(wèn)世以來(lái)，關(guān)節(jié)式機(jī)器人不僅己成為制年代初問(wèn)世以來(lái)，關(guān)節(jié)式機(jī)器人不僅己成為制造工業(yè)中必不可少的核心裝備，由于關(guān)節(jié)式機(jī)器人操作手造工業(yè)中必不可少的核心裝備，由于關(guān)節(jié)式機(jī)器人操作手的基座是固定的，其工作空間就會(huì)受到限制，為了突破關(guān)的基座是固定的，其工作空間就會(huì)受到限制，為了突破關(guān)節(jié)式機(jī)器人操作工作空間的限制，可以給其裝備移動(dòng)機(jī)構(gòu)，節(jié)式機(jī)器人操作工作空間的限制，可以給其裝備移動(dòng)機(jī)構(gòu)，這樣就構(gòu)成了移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)。這樣就構(gòu)成了移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)。n移動(dòng)式

2、機(jī)器人系統(tǒng)移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)是將關(guān)節(jié)式機(jī)械手安裝在行走機(jī)構(gòu)上所是將關(guān)節(jié)式機(jī)械手安裝在行走機(jī)構(gòu)上所構(gòu)成的一類機(jī)器人，其中機(jī)械手用來(lái)實(shí)現(xiàn)如抓取、操作等構(gòu)成的一類機(jī)器人，其中機(jī)械手用來(lái)實(shí)現(xiàn)如抓取、操作等動(dòng)作，平臺(tái)的移動(dòng)用來(lái)擴(kuò)展機(jī)械手的工作空間，使機(jī)械手動(dòng)作，平臺(tái)的移動(dòng)用來(lái)擴(kuò)展機(jī)械手的工作空間，使機(jī)械手能以更合適的姿態(tài)執(zhí)行任務(wù)。能以更合適的姿態(tài)執(zhí)行任務(wù)。n車體的可移動(dòng)性大大增加了機(jī)器人工作空間，并且能使機(jī)車體的可移動(dòng)性大大增加了機(jī)器人工作空間，并且能使機(jī)械手臂更好的定位來(lái)高效地完成任務(wù)，因此其應(yīng)用范圍要械手臂更好的定位來(lái)高效地完成任務(wù)，因此其應(yīng)用范圍要比關(guān)節(jié)式機(jī)器人大得多。比關(guān)節(jié)式機(jī)器人大得多。3移動(dòng)式

3、機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)合移動(dòng)式機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)合n制造業(yè)制造業(yè) 在該領(lǐng)域最成功的應(yīng)用是自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中的物料搬在該領(lǐng)域最成功的應(yīng)用是自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中的物料搬運(yùn)，用以完成機(jī)床之間、機(jī)床與自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)之間的工件運(yùn)，用以完成機(jī)床之間、機(jī)床與自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)之間的工件傳送，以及機(jī)床與工具庫(kù)間的工具傳送。移動(dòng)機(jī)器人傳送，以及機(jī)床與工具庫(kù)間的工具傳送。移動(dòng)機(jī)器人靈活的運(yùn)動(dòng)性能，大大增加了生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性和自動(dòng)靈活的運(yùn)動(dòng)性能，大大增加了生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性和自動(dòng)化程度?；潭?。把廣泛用于自動(dòng)化車間且為無(wú)軌運(yùn)行的移動(dòng)機(jī)器人稱把廣泛用于自動(dòng)化車間且為無(wú)軌運(yùn)行的移動(dòng)機(jī)器人稱為自動(dòng)引導(dǎo)車（為自動(dòng)引導(dǎo)車（AGV），圖為一類用于室內(nèi)物料搬運(yùn)），圖為一類

4、用于室內(nèi)物料搬運(yùn)的移動(dòng)機(jī)器人。的移動(dòng)機(jī)器人。 4n危險(xiǎn)環(huán)境危險(xiǎn)環(huán)境人的生命是寶貴的，對(duì)于人的生命是寶貴的，對(duì)于一些諸如有高溫、輻射、一些諸如有高溫、輻射、化學(xué)腐蝕等危險(xiǎn)環(huán)境，人化學(xué)腐蝕等危險(xiǎn)環(huán)境，人們往往希望有一類機(jī)器人們往往希望有一類機(jī)器人能代替人類到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)揮作能代替人類到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)揮作用。用。 移動(dòng)機(jī)器人除了在消防危移動(dòng)機(jī)器人除了在消防危險(xiǎn)環(huán)境得到應(yīng)用外，在鐵險(xiǎn)環(huán)境得到應(yīng)用外，在鐵路駝峰摘鉤自動(dòng)化方面也路駝峰摘鉤自動(dòng)化方面也得到了應(yīng)用。得到了應(yīng)用。 移動(dòng)式機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)合移動(dòng)式機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)合5n空間與海洋探索空間與海洋探索 20世紀(jì)世紀(jì)60年代，美國(guó)年代，美國(guó)MIT開(kāi)始研究開(kāi)始研究火星探索移動(dòng)機(jī)

5、器人，以便在火星火星探索移動(dòng)機(jī)器人，以便在火星上進(jìn)行移動(dòng)，收集探測(cè)數(shù)據(jù)。上進(jìn)行移動(dòng)，收集探測(cè)數(shù)據(jù)。 1997年年7月月4日，美國(guó)耗資日，美國(guó)耗資2.66億美億美元發(fā)射的元發(fā)射的“火星探路者火星探路者”（Mars Pathfinder)探測(cè)器成功著陸火星，探測(cè)器成功著陸火星，并于次日釋放出并于次日釋放出“漫步者漫步者”（Rover）自主移動(dòng)機(jī)器人，由后）自主移動(dòng)機(jī)器人，由后者完成了對(duì)火星地表和巖石的取樣者完成了對(duì)火星地表和巖石的取樣分析。分析。圖示為圖示為2004年美國(guó)發(fā)射的年美國(guó)發(fā)射的“勇氣號(hào)勇氣號(hào)”火星漫步機(jī)器人?；鹦锹綑C(jī)器人。 移動(dòng)式機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)合移動(dòng)式機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)合618.2移動(dòng)式機(jī)器

6、人的行走機(jī)構(gòu)移動(dòng)式機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu) n行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)是移動(dòng)式機(jī)器人的重要執(zhí)行部件，它由是移動(dòng)式機(jī)器人的重要執(zhí)行部件，它由行走的驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、位置檢測(cè)元件、傳行走的驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、位置檢測(cè)元件、傳感器、電纜及管路等組成。它一方面支承機(jī)器人感器、電纜及管路等組成。它一方面支承機(jī)器人的機(jī)身、手臂，另一方面還根據(jù)工作任務(wù)的要求，的機(jī)身、手臂，另一方面還根據(jù)工作任務(wù)的要求，帶動(dòng)機(jī)器人在廣闊的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。帶動(dòng)機(jī)器人在廣闊的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。n行走機(jī)構(gòu)按其結(jié)構(gòu)可以分為以下幾類行走機(jī)構(gòu)按其結(jié)構(gòu)可以分為以下幾類 :車輪式車輪式 履帶式履帶式 足式足式 7車輪式行走機(jī)構(gòu)車輪式行走機(jī)構(gòu)n車輪式機(jī)器人動(dòng)作穩(wěn)定，

7、操作也簡(jiǎn)單，在無(wú)人工車輪式機(jī)器人動(dòng)作穩(wěn)定，操作也簡(jiǎn)單，在無(wú)人工廠中，常常用來(lái)搬運(yùn)零部件或其他工作，它最適廠中，常常用來(lái)搬運(yùn)零部件或其他工作，它最適合平地行走。普通的輪式機(jī)器人按照輪數(shù)分類，合平地行走。普通的輪式機(jī)器人按照輪數(shù)分類，有三輪車、四輪車等。有三輪車、四輪車等。三輪車主要是兩輪驅(qū)動(dòng)，一輪自位，驅(qū)動(dòng)方式又有左三輪車主要是兩輪驅(qū)動(dòng)，一輪自位，驅(qū)動(dòng)方式又有左右輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和通過(guò)差動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)。右輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和通過(guò)差動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)。四輪車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)，基本上與三輪車差不多，四輪車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)，基本上與三輪車差不多，也有獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和差動(dòng)驅(qū)動(dòng)之分，另兩個(gè)自位輪可以前也有獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和差動(dòng)驅(qū)動(dòng)之分，另兩個(gè)自

8、位輪可以前后安裝，或并排安裝（如汽車方式）。后安裝，或并排安裝（如汽車方式）。n普通輪式機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，普通輪式機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但是在轉(zhuǎn)向時(shí)候需要整車轉(zhuǎn)動(dòng)，占用比較大的運(yùn)但是在轉(zhuǎn)向時(shí)候需要整車轉(zhuǎn)動(dòng)，占用比較大的運(yùn)動(dòng)空間，如果工作區(qū)域比較小的時(shí)候就限制了機(jī)動(dòng)空間，如果工作區(qū)域比較小的時(shí)候就限制了機(jī)器人的使用。器人的使用。8車輪式行走機(jī)構(gòu)車輪式行走機(jī)構(gòu)n在車輪式移動(dòng)機(jī)器人中，還有一類特殊的全方位式車在車輪式移動(dòng)機(jī)器人中，還有一類特殊的全方位式車輪。全方位移動(dòng)機(jī)器人具有平面運(yùn)動(dòng)的全部三個(gè)自由輪。全方位移動(dòng)機(jī)器人具有平面運(yùn)動(dòng)的全部三個(gè)自由度，理論上可以在任何角度

9、以任何速度在機(jī)器人所處度，理論上可以在任何角度以任何速度在機(jī)器人所處平面上運(yùn)動(dòng)，有效地避免了普通車輪不能側(cè)向運(yùn)動(dòng)帶平面上運(yùn)動(dòng)，有效地避免了普通車輪不能側(cè)向運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的非完整性約束，適合于工作在空間狹窄有限、對(duì)來(lái)的非完整性約束，適合于工作在空間狹窄有限、對(duì)機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性要求較高的場(chǎng)合。機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性要求較高的場(chǎng)合。n其中最具代表性的是由瑞典麥克納姆公司提出的麥克其中最具代表性的是由瑞典麥克納姆公司提出的麥克納姆輪。納姆輪。9履帶式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)n履帶式機(jī)構(gòu)稱為無(wú)限軌道方式，其最大特征是將圓環(huán)履帶式機(jī)構(gòu)稱為無(wú)限軌道方式，其最大特征是將圓環(huán)狀的無(wú)限軌道履帶卷繞在多個(gè)車輪上，使車輪不直接狀的無(wú)限

10、軌道履帶卷繞在多個(gè)車輪上，使車輪不直接與路面接觸，因此支撐面積大，接地比壓小，可以在與路面接觸，因此支撐面積大，接地比壓小，可以在有些凹凸的地面上行走，可以跨越障礙物，能爬梯度有些凹凸的地面上行走，可以跨越障礙物，能爬梯度不太高的臺(tái)階。不太高的臺(tái)階。n缺點(diǎn)是由于沒(méi)有自位輪，沒(méi)有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，要轉(zhuǎn)彎只能缺點(diǎn)是由于沒(méi)有自位輪，沒(méi)有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，要轉(zhuǎn)彎只能靠左右兩個(gè)履帶的速度差，所以不僅在橫向，而且在靠左右兩個(gè)履帶的速度差，所以不僅在橫向，而且在前進(jìn)方向也會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，轉(zhuǎn)彎阻力大，不能準(zhǔn)確地確前進(jìn)方向也會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，轉(zhuǎn)彎阻力大，不能準(zhǔn)確地確定回轉(zhuǎn)半徑等。定回轉(zhuǎn)半徑等。 10足式行走機(jī)構(gòu)足式行走機(jī)構(gòu)n對(duì)于一些諸如

11、山岳地帶和凹凸不平的環(huán)境，輪式和履帶式對(duì)于一些諸如山岳地帶和凹凸不平的環(huán)境，輪式和履帶式機(jī)器人有時(shí)就無(wú)能為力。足式機(jī)器人具有更好的機(jī)動(dòng)性，機(jī)器人有時(shí)就無(wú)能為力。足式機(jī)器人具有更好的機(jī)動(dòng)性，可以跨越較大障礙及通過(guò)松軟地面。由于其立足點(diǎn)離散，可以跨越較大障礙及通過(guò)松軟地面。由于其立足點(diǎn)離散，可以通過(guò)控制算法在地面上選擇最優(yōu)的支撐點(diǎn)，因此能耗可以通過(guò)控制算法在地面上選擇最優(yōu)的支撐點(diǎn)，因此能耗也較少。在地形復(fù)雜的林場(chǎng)、采石場(chǎng)和礦山以及節(jié)能要求也較少。在地形復(fù)雜的林場(chǎng)、采石場(chǎng)和礦山以及節(jié)能要求高的水下資源開(kāi)發(fā)、戰(zhàn)地偵察、警戒等應(yīng)用領(lǐng)域，足式機(jī)高的水下資源開(kāi)發(fā)、戰(zhàn)地偵察、警戒等應(yīng)用領(lǐng)域，足式機(jī)器人具有更明

12、顯的優(yōu)勢(shì)。器人具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。 1118.3 一種瑞士輪式全方位移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)一種瑞士輪式全方位移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì) n機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇 全方位移動(dòng)式機(jī)器人由于其優(yōu)越的靈活性，正逐漸受全方位移動(dòng)式機(jī)器人由于其優(yōu)越的靈活性，正逐漸受到人們的青睞。受麥克納姆輪啟發(fā)，越來(lái)越多的改進(jìn)到人們的青睞。受麥克納姆輪啟發(fā)，越來(lái)越多的改進(jìn)全方位輪被設(shè)計(jì)出來(lái)，其中瑞士輪就是其中較為典型全方位輪被設(shè)計(jì)出來(lái)，其中瑞士輪就是其中較為典型的一種，如圖所示。的一種，如圖所示。瑞士輪的輪子被分為兩層，每一層上均瑞士輪的輪子被分為兩層，每一層上均布著布著3個(gè)鼓形輪，一個(gè)輪子上安裝個(gè)鼓形輪，一個(gè)輪子上安裝6個(gè)鼓個(gè)

13、鼓形輪。大輪的外緣也就是這些鼓形輪的形輪。大輪的外緣也就是這些鼓形輪的輪廓線。鼓形輪具有輪廓線。鼓形輪具有3個(gè)自由度：繞自個(gè)自由度：繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，繞大輪軸線旋轉(zhuǎn)和繞與地身軸線旋轉(zhuǎn)，繞大輪軸線旋轉(zhuǎn)和繞與地面接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，瑞士輪也就具面接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，瑞士輪也就具有了有了3個(gè)自由度個(gè)自由度：繞輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，沿輪：繞輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，沿輪子軸線方向的平動(dòng)及繞輥?zhàn)优c地面接觸子軸線方向的平動(dòng)及繞輥?zhàn)优c地面接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 12機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇n目前瑞士全方位輪的應(yīng)用還不普及，瑞士輪式全方位目前瑞士全方位輪的應(yīng)用還不普及，瑞士輪式全方位移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)方案比較多，還遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)標(biāo)

14、準(zhǔn)化生產(chǎn)。移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)方案比較多，還遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。本書(shū)對(duì)一體式、幅板式、支架式三種方案進(jìn)行簡(jiǎn)單比本書(shū)對(duì)一體式、幅板式、支架式三種方案進(jìn)行簡(jiǎn)單比較較。 （1）一體式：即將輪轂做成一體式，將全方位輪安裝）一體式：即將輪轂做成一體式，將全方位輪安裝于其中。這種方案的好處是設(shè)計(jì)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但是于其中。這種方案的好處是設(shè)計(jì)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但是從加工工藝性上來(lái)說(shuō)，難度比較大。從加工工藝性上來(lái)說(shuō)，難度比較大。 13機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇n（2）幅板式：這種結(jié)構(gòu)的輪轂由兩部分組成，分別）幅板式：這種結(jié)構(gòu)的輪轂由兩部分組成，分別為一塊輻板和六塊蓋板。在輻板上有為一塊輻板和六塊蓋板。在輻板上

15、有6個(gè)半圓柱形的個(gè)半圓柱形的凹形槽，在每一塊蓋板上也有凹形槽，在每一塊蓋板上也有3個(gè)半圓柱形的凹形槽，個(gè)半圓柱形的凹形槽，安裝時(shí)，將小輪放于輻板的凹形槽中上，再用蓋板蓋安裝時(shí)，將小輪放于輻板的凹形槽中上，再用蓋板蓋上，用螺栓緊固，就可以做成全向輪。該設(shè)計(jì)比一體上，用螺栓緊固，就可以做成全向輪。該設(shè)計(jì)比一體式方案好，加工相對(duì)容易，但是整個(gè)機(jī)構(gòu)相對(duì)笨重。式方案好，加工相對(duì)容易，但是整個(gè)機(jī)構(gòu)相對(duì)笨重。14n（3）支架式：在該結(jié)構(gòu)中，利用鋼板做輪轂基板，）支架式：在該結(jié)構(gòu)中，利用鋼板做輪轂基板，加工出若干個(gè)小輪支架，用螺栓將其固定于鋼板上，加工出若干個(gè)小輪支架，用螺栓將其固定于鋼板上，便加工出了輪轂。

16、使用時(shí)，利用軸套和軸將小輪安裝便加工出了輪轂。使用時(shí)，利用軸套和軸將小輪安裝在小輪支架上。該方案無(wú)論從加工工藝性和重量方面在小輪支架上。該方案無(wú)論從加工工藝性和重量方面來(lái)講，都優(yōu)于前面兩種方案。本書(shū)將根據(jù)該方案設(shè)計(jì)來(lái)講，都優(yōu)于前面兩種方案。本書(shū)將根據(jù)該方案設(shè)計(jì)一種瑞士輪式全方位移動(dòng)機(jī)器人。一種瑞士輪式全方位移動(dòng)機(jī)器人。 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇15全方位移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)全方位移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) n全方位移動(dòng)機(jī)器人采用全方位移動(dòng)機(jī)器人采用3個(gè)瑞士輪均勻布置，彼此個(gè)瑞士輪均勻布置，彼此之間夾角為之間夾角為120，每個(gè)輪子均布著，每個(gè)輪子均布著6個(gè)小輪，每個(gè)小輪，每相鄰兩個(gè)小輪的軸線不

17、在同一平面，且彼此間的相鄰兩個(gè)小輪的軸線不在同一平面，且彼此間的夾角為夾角為120。由瑞士輪組合而成的機(jī)器人結(jié)構(gòu)如。由瑞士輪組合而成的機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖所示。機(jī)器人將具有三個(gè)自由度，即兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)圖所示。機(jī)器人將具有三個(gè)自由度，即兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和一個(gè)移動(dòng)自由度。自由度和一個(gè)移動(dòng)自由度。 16小輪及其軸系的設(shè)計(jì)小輪及其軸系的設(shè)計(jì) n在本設(shè)計(jì)中，輪子材料采用尼龍，小輪的結(jié)構(gòu)如圖所示。在本設(shè)計(jì)中，輪子材料采用尼龍，小輪的結(jié)構(gòu)如圖所示。n在小輪的軸系方面，本設(shè)計(jì)采用兩端加軸套，中間為軸，在小輪的軸系方面，本設(shè)計(jì)采用兩端加軸套，中間為軸，利用螺釘進(jìn)行軸向定位的的方式，如圖所示。利用螺釘進(jìn)行軸向定位的的方式，如圖

18、所示。 17大輪轂的設(shè)計(jì)大輪轂的設(shè)計(jì) n大輪轂的基板材料為大輪轂的基板材料為45號(hào)鋼，正號(hào)鋼，正12邊形，其上面邊形，其上面分布著分布著3個(gè)扇形減重塊，可以有效的減輕此輪轂的個(gè)扇形減重塊，可以有效的減輕此輪轂的重量，且不會(huì)對(duì)其強(qiáng)度有太大影響。重量，且不會(huì)對(duì)其強(qiáng)度有太大影響。 18小輪支架的設(shè)計(jì)小輪支架的設(shè)計(jì)n小輪支架利用銑床加工，共小輪支架利用銑床加工，共36個(gè)，利用一塊鋼板做基個(gè)，利用一塊鋼板做基板，利用螺栓將支架固定在大輪板上。板，利用螺栓將支架固定在大輪板上。 n加上小輪支架及其它附件后，安裝完成的小輪結(jié)構(gòu)如加上小輪支架及其它附件后，安裝完成的小輪結(jié)構(gòu)如圖所示圖所示 19大輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)

19、計(jì)大輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) n大輪傳動(dòng)系統(tǒng)采用采用鏈盤(pán)加鏈條驅(qū)動(dòng)的形式。大輪傳動(dòng)系統(tǒng)采用采用鏈盤(pán)加鏈條驅(qū)動(dòng)的形式。 n采用桁架結(jié)構(gòu)傳遞轉(zhuǎn)矩的形式，將大鏈盤(pán)上得到采用桁架結(jié)構(gòu)傳遞轉(zhuǎn)矩的形式，將大鏈盤(pán)上得到的轉(zhuǎn)矩傳遞到大輪轂上的轉(zhuǎn)矩傳遞到大輪轂上 。20車身設(shè)計(jì)車身設(shè)計(jì) n車身主要是用來(lái)安裝小車的驅(qū)動(dòng)及控制部件，包車身主要是用來(lái)安裝小車的驅(qū)動(dòng)及控制部件，包括電機(jī)、電池、輪子、支架及一些控制電路等。括電機(jī)、電池、輪子、支架及一些控制電路等。 21全方位移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析全方位移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 n由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，全方位輪移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，全方位輪移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析相對(duì)簡(jiǎn)單。學(xué)

20、分析相對(duì)簡(jiǎn)單。n首先建立一個(gè)直角坐標(biāo)系，假設(shè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)位首先建立一個(gè)直角坐標(biāo)系，假設(shè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于小車中心位置，只需要把各個(gè)大輪的速度進(jìn)行于小車中心位置，只需要把各個(gè)大輪的速度進(jìn)行矢量加，得到的結(jié)果即是小車的運(yùn)動(dòng)，這種方法矢量加，得到的結(jié)果即是小車的運(yùn)動(dòng)，這種方法適用于各種運(yùn)動(dòng)。適用于各種運(yùn)動(dòng)。 TABCFFFF22運(yùn)動(dòng)學(xué)分析運(yùn)動(dòng)學(xué)分析直線運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)n左圖是瑞士輪移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析簡(jiǎn)圖。左圖是瑞士輪移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析簡(jiǎn)圖。 n每個(gè)輪子的運(yùn)動(dòng)方向在右圖中是分別用每個(gè)輪子的運(yùn)動(dòng)方向在右圖中是分別用A、B和和C標(biāo)出，箭頭指向正向。標(biāo)出，箭頭指向正向。23運(yùn)動(dòng)學(xué)分析運(yùn)動(dòng)學(xué)分析直線運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)

21、n左圖表示的是機(jī)器人所期望的運(yùn)動(dòng)速度：機(jī)器人總的速左圖表示的是機(jī)器人所期望的運(yùn)動(dòng)速度：機(jī)器人總的速度矢量是三個(gè)輪子速度的矢量和，在圖中用位于中心位度矢量是三個(gè)輪子速度的矢量和，在圖中用位于中心位置的一個(gè)箭頭表示，角度置的一個(gè)箭頭表示，角度表示的是方向，速度矢量的長(zhǎng)表示的是方向，速度矢量的長(zhǎng)度代表速度大小。度代表速度大小。n假設(shè)分別用假設(shè)分別用FA、FB和和FC來(lái)代表各個(gè)輪自身的直線運(yùn)動(dòng)。來(lái)代表各個(gè)輪自身的直線運(yùn)動(dòng)。右下角圖表示的是運(yùn)動(dòng)合成的原理。右下角圖表示的是運(yùn)動(dòng)合成的原理。 24n將移動(dòng)機(jī)器人的前進(jìn)方向設(shè)為將移動(dòng)機(jī)器人的前進(jìn)方向設(shè)為Yr，每個(gè)全方位輪，每個(gè)全方位輪矢量矢量Fn可以用下式表示：可以用下式表示： Fn =v cos (全方位輪前進(jìn)方向角度全方位輪前進(jìn)方向角度-) n假設(shè)三個(gè)輪子驅(qū)動(dòng)方向分別為假設(shè)三個(gè)輪子驅(qū)動(dòng)方向分別為150，30和和270，上式可以寫(xiě)成：上式可以寫(xiě)成： FA =v cos (150 -) FB =vcos(30 -) FC =v cos(270 -)式中，式中，F(xiàn)為各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；為各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；v為小車目標(biāo)速度；為小車目標(biāo)速度；為小車為小車目標(biāo)前進(jìn)方向角度（目標(biāo)前進(jìn)方向角度（）。）。 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析運(yùn)動(dòng)學(xué)分析直線運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)25n下圖表示下圖表示值變化時(shí)，