關(guān)節(jié)履帶式機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

1.1研究背景各行各業(yè)都在逐漸采用機(jī)器人技術(shù)。在20世紀(jì)50年代，美國的BarrettElectronics公司研究出了世界上第一輛自動(dòng)引導(dǎo)車輛系統(tǒng)1。在60年代末，斯坦福大學(xué)研究出了第一條自動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人。到了70年代，隨著傳感器技術(shù)、計(jì)機(jī)器人的研究成為了科技進(jìn)步的一部分。1987年，日本學(xué)者成功研制了一種振移動(dòng)機(jī)器人按照其能源的供給方式，可以分為無纜工作方式和有纜工作方1.2研究意義(1)履帶式移動(dòng)機(jī)器人履帶式機(jī)器人根據(jù)其履帶的各不相同，又進(jìn)行了細(xì)分。分為單節(jié)雙履帶式采用履帶式移動(dòng)機(jī)器人，其優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：1)履帶式機(jī)器人具有良好的越障能力，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位功能，可以正常3)履帶式機(jī)器人可以原地轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑小。(2)輪式行走機(jī)器人(3)腿式移動(dòng)機(jī)器人因此研究出一種新型的，綜合性能更好的移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)將對(duì)非結(jié)構(gòu)化環(huán)1.3研究內(nèi)容(1)機(jī)器人的方案設(shè)計(jì)：熟讀國內(nèi)外文獻(xiàn)，了解國內(nèi)外先進(jìn)的機(jī)器人研發(fā)(2)總體方案設(shè)計(jì)：對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行整體的方案設(shè)計(jì)，并對(duì)機(jī)器人的每1.4本章小結(jié)本章介紹了移動(dòng)機(jī)器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，移動(dòng)機(jī)器人的分類和存在的問2機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求小于20kg,正常的行走速度需要大于10米/min,可實(shí)現(xiàn)最大的越障高度為30cm,2.2機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)圖2.2關(guān)節(jié)履帶式機(jī)器人的實(shí)物圖關(guān)節(jié)履帶式機(jī)器人是在原有履帶式機(jī)器人的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)擺臂的功式機(jī)器人的越障能力，可以適應(yīng)更加復(fù)雜的地形地貌。關(guān)節(jié)履帶式機(jī)器人的工作原理圖和實(shí)物圖，如圖2.1、2.2所示。關(guān)節(jié)履帶式機(jī)器人的的具體越障過程如▲測(cè)5四遞時(shí)期如圖2.5所示，部件1為機(jī)器人的控制柜，里面裝有機(jī)器人的整個(gè)動(dòng)力傳輸天180度的轉(zhuǎn)動(dòng)，增加了機(jī)器人可以適應(yīng)不同地形的能力。部件4為履帶輪，主1擺腿電機(jī)31擺腿電機(jī)2蝸輪蝸桿傳動(dòng)圖2.6擺臂傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖2.7行走機(jī)構(gòu)2.3帶輪的選用本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的自主關(guān)節(jié)履帶式機(jī)器人主要是用于常溫常態(tài)環(huán)境下，主要用于制作產(chǎn)品的模型和基本的越障試驗(yàn)。因此，未對(duì)機(jī)器人的組成和材質(zhì)做特殊要求。(1)機(jī)器人的履帶采用常規(guī)的聚氨酯材料，耐溫范圍為-45℃-85℃,符合使用要求，履帶的選型為雙面型同步帶。帶輪的采用常用的鑄鐵材料，帶輪的選型為同步帶輪。經(jīng)計(jì)算兩帶輪的中心距：取兩帶輪之間的中心距為a=130mm。(2)擺臂機(jī)構(gòu)處有大帶輪和小帶輪，兩個(gè)帶輪的中心距為230mm(3)同步履帶的齒形尺寸。圖2.8同步帶的齒形尺寸(1)直流電機(jī)選型根據(jù)瑞士的Maxon產(chǎn)品樣冊(cè)，選擇額定功率為90w的直流電動(dòng)機(jī)，該款電動(dòng)機(jī)可以選型配套的減速箱，從而計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。核，如圖2.9-2.15所示：確取說確取說認(rèn)消明均勻平穩(wěn)均勻平穩(wěn)予頁定壽命C開式X6閉式圖2.10齒輪的布置與結(jié)構(gòu)6軟齒面(軟硬齒面廣硬齒面4ML酸M材料及熱處理45<調(diào)質(zhì)>硬度：(217~255)材料及熱處理45<調(diào)質(zhì)》硬度：(217~255)硬度范圍217~255硬度取值236確定齒輪精度等級(jí)確定齒輪精度等級(jí)精度等級(jí)菖Ⅲ組齒厚極限偏差上偏差上偏差I(lǐng)組Ⅲ組齒厚極限偏差上偏差上偏差齒輪2齒輪2齒輪2(度)齒輪1傳動(dòng)比1.353齒向載荷分布系數(shù)和齒間載荷分布系數(shù)P齒形做特殊處理齒形廠齒面經(jīng)表面硬化潤滑油粘度V50120(mm載荷類型靜強(qiáng)度(對(duì)稱循環(huán)載荷(行星、中間齒輪)(雙向轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪齒根表面粗糙度-重算系數(shù)齒輪1齒輪2 X圖2.15齒輪的強(qiáng)度校核該組齒輪符合我們的設(shè)計(jì)要求。3.1機(jī)器人的三維造型設(shè)計(jì)可靠，如圖3.1所示。圖3.1機(jī)器人三維造型3.2軸的有限元分析(1)擺臂軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)51中1-軸承51中1-軸承3-蝸輪4-齒輪圖3.2擺臂的軸結(jié)構(gòu)(2)軸的有限元分析圖3.3軸施加力示意圖圖3.3位移圖種行走系統(tǒng)填i表度變應(yīng)變1圖3.4應(yīng)變圖圖3.5應(yīng)力圖3.3機(jī)器人的質(zhì)量特性自主關(guān)節(jié)履帶式機(jī)器人的重量為11.8kg,加上機(jī)器人的控制系統(tǒng)和傳感器等重3.4模型的干涉檢查雖然通過SolidWorks對(duì)機(jī)器人進(jìn)行三維模型，比Autocad繪制的圖紙更加平動(dòng)位移-Z-總裝配體-1圖3.6平動(dòng)位移與的時(shí)間關(guān)系心速度-Z-總蛋體-1720.20圖3.7速度與