關節(jié)履帶式機器人的機械系統(tǒng)設計與分析

1.1研究背景各行各業(yè)都在逐漸采用機器人技術。在20世紀50年代，美國的BarrettElectronics公司研究出了世界上第一輛自動引導車輛系統(tǒng)1。在60年代末，斯坦福大學研究出了第一條自動移動機器人。到了70年代，隨著傳感器技術、計機器人的研究成為了科技進步的一部分。1987年，日本學者成功研制了一種振移動機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)履帶式移動機器人履帶式機器人根據其履帶的各不相同，又進行了細分。分為單節(jié)雙履帶式采用履帶式移動機器人，其優(yōu)點主要有以下幾點：1)履帶式機器人具有良好的越障能力，可以實現自動復位功能，可以正常3)履帶式機器人可以原地轉彎，轉彎半徑小。(2)輪式行走機器人(3)腿式移動機器人因此研究出一種新型的，綜合性能更好的移動機器人機構將對非結構化環(huán)1.3研究內容(1)機器人的方案設計：熟讀國內外文獻，了解國內外先進的機器人研發(fā)(2)總體方案設計：對移動機器人進行整體的方案設計，并對機器人的每1.4本章小結本章介紹了移動機器人的國內外研究現狀，移動機器人的分類和存在的問2機器人的機械系統(tǒng)設計2.1設計要求小于20kg,正常的行走速度需要大于10米/min,可實現最大的越障高度為30cm,2.2機器人的總體方案設計圖2.2關節(jié)履帶式機器人的實物圖關節(jié)履帶式機器人是在原有履帶式機器人的基礎上，增加了一個擺臂的功式機器人的越障能力，可以適應更加復雜的地形地貌。關節(jié)履帶式機器人的工作原理圖和實物圖，如圖2.1、2.2所示。關節(jié)履帶式機器人的的具體越障過程如▲測5四遞時期如圖2.5所示，部件1為機器人的控制柜，里面裝有機器人的整個動力傳輸天180度的轉動，增加了機器人可以適應不同地形的能力。部件4為履帶輪，主1擺腿電機31擺腿電機2蝸輪蝸桿傳動圖2.6擺臂傳動機構圖2.7行走機構2.3帶輪的選用本次畢業(yè)設計的自主關節(jié)履帶式機器人主要是用于常溫常態(tài)環(huán)境下，主要用于制作產品的模型和基本的越障試驗。因此，未對機器人的組成和材質做特殊要求。(1)機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。經計算兩帶輪的中心距：取兩帶輪之間的中心距為a=130mm。(2)擺臂機構處有大帶輪和小帶輪，兩個帶輪的中心距為230mm(3)同步履帶的齒形尺寸。圖2.8同步帶的齒形尺寸(1)直流電機選型根據瑞士的Maxon產品樣冊，選擇額定功率為90w的直流電動機，該款電動機可以選型配套的減速箱，從而計算出電機的轉速。核，如圖2.9-2.15所示：確取說確取說認消明均勻平穩(wěn)均勻平穩(wěn)予頁定壽命C開式X6閉式圖2.10齒輪的布置與結構6軟齒面(軟硬齒面廣硬齒面4ML酸M材料及熱處理45<調質>硬度：(217~255)材料及熱處理45<調質》硬度：(217~255)硬度范圍217~255硬度取值236確定齒輪精度等級確定齒輪精度等級精度等級菖Ⅲ組齒厚極限偏差上偏差上偏差I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傳動比1.353齒向載荷分布系數和齒間載荷分布系數P齒形做特殊處理齒形廠齒面經表面硬化潤滑油粘度V50120(mm載荷類型靜強度(對稱循環(huán)載荷(行星、中間齒輪)(雙向轉動齒輪齒根表面粗糙度-重算系數齒輪1齒輪2 X圖2.15齒輪的強度校核該組齒輪符合我們的設計要求。3.1機器人的三維造型設計可靠，如圖3.1所示。圖3.1機器人三維造型3.2軸的有限元分析(1)擺臂軸的結構設計51中1-軸承51中1-軸承3-蝸輪4-齒輪圖3.2擺臂的軸結構(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表度變應變1圖3.4應變圖圖3.5應力圖3.3機器人的質量特性自主關節(jié)履帶式機器人的重量為11.8kg,加上機器人的控制系統(tǒng)和傳感器等重3.4模型的干涉檢查雖然通過SolidWorks對機器人進行三維模型，比Autocad繪制的圖紙更加平動位移-Z-總裝配體-1圖3.6平動位移與的時間關系心速度-Z-總蛋體-1720.20圖3.7速度與