《地面反恐防爆機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》8600字（論文）

地面反恐防爆機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u15422摘要 摘要隨著現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)和智能化系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)4.0以及智能制造2025計(jì)劃得到有利推動，不同類型的機(jī)器人在市場的發(fā)展?jié)摿Σ蝗菪∮U，而機(jī)器人在生活中的應(yīng)用也越來越廣泛。而如今世界各地暴力和恐怖事件頻頻發(fā)生，恐怖組織手段殘忍，其中炸彈襲擊正是最頻繁最具殺傷力的手段，幾乎所有的國家對于地面反恐防爆機(jī)器人這方面的研究都無比的重視。這類型機(jī)器人可以幫助人們做一些危險(xiǎn)程度高的工作，不但能在各種復(fù)雜程度高的環(huán)境之中進(jìn)行工作，還能夠幫助人們在不同區(qū)域之間進(jìn)行巡邏、排除危險(xiǎn)以及防爆等很多工作。除此之外，對于一些危險(xiǎn)程度比較高的地方，可以幫助人們在工作中的危險(xiǎn)降到最低，大大保證了人們的安全性，具有重要的社會作用。文主要介紹了防爆機(jī)器人的設(shè)計(jì)原理，討論各種方案的可行性并選取最合適的方案對防爆機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：高危作業(yè)；巡邏；排險(xiǎn)防爆；第1章地面反恐防爆機(jī)器人研究背景 1.1地面反恐防爆機(jī)器人的發(fā)展史世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人的問世雖然離現(xiàn)在并不久遠(yuǎn)，但人類對于機(jī)器人設(shè)計(jì)卻已經(jīng)有著幾千年的歷史了。一直以來人類都希望創(chuàng)造出一種模擬人類的機(jī)械裝置，以便代替人類進(jìn)行各項(xiàng)工作。根據(jù)《列子·湯問》記載，早在西周時代偃師就研制出了一個歌舞機(jī)器人進(jìn)獻(xiàn)給周穆王，并因此有一個典故由此而生：偃師造人、唯難于心。也就是說技術(shù)能力雖然很好，但是人心是無法短時間造就的。由此可得機(jī)器人的研發(fā)并不是近年來才開始的。上世紀(jì)六十年代中期，電子技術(shù)有了重大突破，一種以小型電子計(jì)算機(jī)替代控制器的機(jī)器人被制造出來，剛開始有一些“感覺”和良好的肢體協(xié)調(diào)能力，可以主動或者人為操控下做一些復(fù)雜程度相對比較高的工作，這就使得機(jī)器人在軍事中進(jìn)行應(yīng)用有了一定的基礎(chǔ)。然而人類認(rèn)識到機(jī)器人潛在的軍事價值則始于一次異乎尋常的打撈。在1966年1月15日，美國的海軍利用名為“科沃”的機(jī)器人潛入到水下750米左右，打撈出被丟棄的氫彈。正是因?yàn)檫@一事跡，讓人們首次看到在軍事中應(yīng)用機(jī)器人是多么重要。在這之后美軍相繼推出了“軍用航天機(jī)器人”、“危險(xiǎn)環(huán)境工作機(jī)器人”等，并開始批量裝備部隊(duì)。越戰(zhàn)期間，美軍不僅首次使用機(jī)器人駕駛列車，為運(yùn)輸縱隊(duì)排除危險(xiǎn)障礙，還使用夜視機(jī)器人站崗。這便是地面反恐防爆機(jī)器人最開始體現(xiàn)的軍用價值。在2001年9月11日，轟動世界的911事件發(fā)生，造成了不可估量的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。自此之后恐怖主義的活動并未停止，反而愈演愈烈?？植澜M織頻繁的活動引起了越來越多國家的重視，面對巨大的威脅人類開始在原有的軍用機(jī)器人基礎(chǔ)上研發(fā)反恐防爆機(jī)器人，并將它應(yīng)用于核工業(yè)、軍事、燃化、鐵路、公安、武警等高危險(xiǎn)部門，代替人類在危險(xiǎn)、惡劣、有害環(huán)境中執(zhí)行探查、排除或銷毀爆炸物、消防、搶救人質(zhì)以及與恐怖分子對抗等任務(wù)。2015年赴黎巴嫩維和的中國軍隊(duì)便配置了一款功能齊全的反恐防爆機(jī)器人，這也是反恐防爆機(jī)器人首次被應(yīng)用于我國部隊(duì)。隨著科技不斷發(fā)展創(chuàng)新，反恐防爆機(jī)器人的作用不僅在軍事上體現(xiàn)，在工業(yè)方面也得到了多數(shù)企業(yè)的青睞，例如煤礦、對金屬進(jìn)行冶煉以及化工廠等各行業(yè)，因?yàn)閷?shí)際工作風(fēng)險(xiǎn)相對高，很容易發(fā)生危險(xiǎn)的事故，導(dǎo)致很多工作人員發(fā)生安全事故以及造成很多的損失，現(xiàn)在不少企業(yè)使用反恐防爆機(jī)器人代替人工進(jìn)行高危險(xiǎn)作業(yè)，大幅度降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。1.2地面反恐防爆機(jī)器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀早在二十世紀(jì)六十年代，西方國家就致力于用防暴機(jī)器人處理易燃易爆的物品。地面反恐防爆機(jī)器人最早的研究始于英國，當(dāng)時由于北愛爾蘭不斷被炸彈襲擊，英國的軍事機(jī)械部隊(duì)率先研發(fā)出“手推車”和“超級手推車”反恐防暴機(jī)器人。后來英國部隊(duì)又將手推車機(jī)器人加以優(yōu)化改良，先后研制出采用無線電控制系統(tǒng)的“土撥鼠”及“\t"/item/%E6%8E%92%E7%88%86%E6%9C%BA%E5%99%A8%E4%BA%BA/_blank"野?！眱煞N電動防爆機(jī)器人。法國于上世紀(jì)八十年代也開始研發(fā)地面反恐防爆機(jī)器人，在歐洲地面軍用機(jī)器人的研究中，法國發(fā)揮了重要作用。法國DM公司研發(fā)的RM35反恐防爆機(jī)器十分具有代表性，它裝配了全履帶式底盤，能良好的適應(yīng)各種地形，同時配備六臺攝像機(jī)和一臺X射線儀，能夠掃描檢查物體內(nèi)部從而排查危險(xiǎn)物品。美國政府非常重視反恐防爆機(jī)器人的研究，尤其是在911事件后在反恐防爆機(jī)器人的研究上投入了大量的人力和財(cái)力。美國Remotec公司研制出的Andros系列機(jī)器人能夠拆除小型爆炸物。iRobot公司研發(fā)的PackbotEOD系列反恐防爆機(jī)器人已經(jīng)作為美軍標(biāo)準(zhǔn)配備大量運(yùn)用在伊拉克戰(zhàn)場上。該系列機(jī)器人擁有全球精準(zhǔn)的定位系統(tǒng)，能夠通過微波雷達(dá)、聲波定位儀、X光掃描儀等多種裝置精確的捕捉目標(biāo)。雖然中國對于地面反恐防爆機(jī)器人的研究起步較晚，但由\t"/item/%E6%8E%92%E7%88%86%E6%9C%BA%E5%99%A8%E4%BA%BA/_blank"中國科學(xué)院沈陽自動化研究所自主研發(fā)的“\t"/item/%E6%8E%92%E7%88%86%E6%9C%BA%E5%99%A8%E4%BA%BA/_blank"靈蜥”\t"/item/%E6%8E%92%E7%88%86%E6%9C%BA%E5%99%A8%E4%BA%BA/_blank"智能機(jī)器人系列在整個世界中也是屬于較為先進(jìn)的行列，已經(jīng)被軍警等各部門應(yīng)用到了實(shí)際戰(zhàn)斗中。這種類型機(jī)器人的頭部有著超高清攝像頭，讓操作工作人員在觀察外部狀況和下達(dá)指令的時候可以更加便利。在行走的過程中，利用“輪+腿+履帶”等方式進(jìn)行組合。除此之外，在平底區(qū)域進(jìn)行的時候可以快速前進(jìn)，如果遇到陡坡，可以下達(dá)指令對其進(jìn)行調(diào)控，四輪同時收起，改為履帶形式跨越障礙?！办`蜥”有著非常強(qiáng)的靈敏度，可以任意方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動，而且自由靈活度特別強(qiáng)的機(jī)械手可以將5公斤的爆炸物舉起來，并且快速扔向爆筒之中。不僅如此，他可以攀爬上35度以下的斜坡或者是樓梯，甚至可以翻越障礙，只要不超過0.4米，而且在洞穴不超過2.2米高度前提下，可以在其中取物品。同時，可以自身裝備不同的武器，攻擊敵人。第2章地面反恐防爆機(jī)器人概述2.1設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)總功能要求和工作性質(zhì)，地面反恐防爆機(jī)器人是代替人類去做一些地面反恐防爆工作，例如排除銷毀爆炸物、偵查、搶救人質(zhì)、與恐怖分子對抗等。根據(jù)反恐防爆的工作性質(zhì)需要，所需要的用到的機(jī)械部位主要是手部以及手臂前后的伸縮位置，上下升降或者轉(zhuǎn)腰和行走結(jié)構(gòu)。2.2系統(tǒng)組成

機(jī)械手的整個系統(tǒng)需要借助四個部分才能完成運(yùn)行，分別是機(jī)體、供電，控制裝置以及運(yùn)輸代理。主傳動機(jī)構(gòu)的伸縮臂和把握機(jī)構(gòu)，電源液壓傳動和機(jī)械傳動，兩幅形型控制裝置，基本上都是利用自動和手動兩種方式進(jìn)行控制的。2.3設(shè)計(jì)內(nèi)容整個反恐防爆機(jī)機(jī)器人的主要動作過程分為五個部分：機(jī)械手臂的上下升降、機(jī)械手臂的前后伸縮、機(jī)械手臂的左右旋轉(zhuǎn)、機(jī)械手能夠張開閉合，裝置具備前進(jìn)后退的功能。在5個部分之中，我們需要利用機(jī)械手將上升和下降的工作進(jìn)行完成，這這個設(shè)計(jì)當(dāng)中需要利用電動機(jī)的帶動絲杠螺母機(jī)構(gòu)來完成手臂的上升下降的功能。

第3章機(jī)械手的設(shè)計(jì)及計(jì)算3.1機(jī)械手設(shè)計(jì)方案由于機(jī)械手所需抓取的物品不僅為規(guī)則幾何體，大多數(shù)為不規(guī)則形狀物品，所以本次設(shè)計(jì)機(jī)械手的方案為：夾持式機(jī)械手指，運(yùn)動形式選擇回轉(zhuǎn)型。整個機(jī)械手采用二指回轉(zhuǎn)型手抓和滑槽杠桿結(jié)構(gòu)。機(jī)械手指的開張由機(jī)械手內(nèi)彈簧的伸縮來控制。在不工作狀態(tài)下，機(jī)械手指在彈簧處于正常長度下呈閉和狀，接收到工作指令后，機(jī)械手指受到壓力油的作用，彈簧長度被縮短，機(jī)械手手指張開以便夾取物件。3.2滑槽杠桿的力學(xué)分析圖3.2.1滑槽杠桿式機(jī)械手部結(jié)構(gòu)圖3.2.2受力分析1——手指

2——銷軸

3——杠桿通過上面的圖我們能夠知道。因?yàn)楦軛U三具有了作用，所以銷軸2的拉力可以為f，它的方向是向上的。借助銷軸的中心O點(diǎn)機(jī)械的手指一具有的滑槽，可以對銷軸反作用力，也就是F1和F2。力的方向是滑槽的中心線，1和2垂直并且同時指向了歐典和F1、F2的延長線有了兩個交點(diǎn)為A、B。由理論力學(xué)公式得：得，得, 得式中：a——手指回轉(zhuǎn)支點(diǎn)與對稱中心的距離（mm）。——工件夾緊時手指滑槽方向和兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的夾角。針對機(jī)器人的手指，我們做出詳細(xì)的力學(xué)基礎(chǔ)分析?？梢灾浪尿?qū)動力，如果我們將F作為固定數(shù)值的話，那么隨著角度不斷增大，的值也會跟著增加，但角如果太大的話，就會導(dǎo)致整個拉桿的行程變長，很有可能讓手部的結(jié)構(gòu)不斷加大，所以對于α的取值范圍最好是。3.3夾緊力及驅(qū)動力的計(jì)算對機(jī)械手進(jìn)行充分設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，它的夾緊力是特別重要的，所以本篇文章對于機(jī)械手指夾緊力作出研究的時候，主要對它的手指大小方向等進(jìn)行設(shè)計(jì)分析和準(zhǔn)確計(jì)算。手指對工件的夾緊力的計(jì)算公式為：式中為安全系數(shù)，一般都會取值為1.2~2.0；為實(shí)際工作情況下具體應(yīng)用的系數(shù)，主要是因?yàn)槭艿綉T性力產(chǎn)生的影響?；旧峡梢园凑障旅婀阶鞒龉浪闫渲衋是重力方向的最大的上升加速度；為運(yùn)載時工件的最大上升速度t響為系統(tǒng)能夠產(chǎn)生最高的速度時間，一般選取0.030.5s為方位系數(shù)，借助機(jī)器人手指和具體工作位置的不同而進(jìn)行詳細(xì)分類并作出選擇。G為被抓取工件所受重力（N）。作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa作用在活塞上外力F（N）液壓缸工作壓力Mpa小于50000.8~12~45000~100001.5~24~510000~200002.5~3以上5~8設(shè)計(jì)計(jì)算過程：設(shè)a=100mm,b=50mm,,機(jī)械手達(dá)到最高的響應(yīng)時間為0.5s，求夾緊力、驅(qū)動力以及驅(qū)動液壓缸的尺寸。1）設(shè)，按照上面所有的公式將數(shù)據(jù)結(jié)果代入可以知道：根據(jù)驅(qū)動力公式得：取可以完全確定液壓缸直徑D選取活塞桿的直徑d=0.5D，這樣在對液壓缸產(chǎn)生的工作壓力油進(jìn)行選擇：根查表選取液壓缸的內(nèi)徑為：則活塞桿的內(nèi)徑為:，選取3.4機(jī)械手手指夾持精度的分析計(jì)算正是因?yàn)闄C(jī)械手指對所需要的物品非常精準(zhǔn)的拿取，對手的基本設(shè)計(jì)有以下幾個概括：對于需要抓取的東西做出非常準(zhǔn)確的定位，在整個過程中，必須有超高的精準(zhǔn)度，同時手在運(yùn)動的過程中要有良好的穩(wěn)定性能，必須要直達(dá)目標(biāo)。對機(jī)械手是否可以完全準(zhǔn)確拿到正確的物品或者是可以放到指定位置，不只是由機(jī)械手的定位準(zhǔn)確度決定，同時也取決于機(jī)械手指的夾持誤差。由于本論文研究的是地面反恐防爆機(jī)器人手指，抓取的物品通常帶有危險(xiǎn)性和不確定性，所以機(jī)械手助的定位準(zhǔn)確和精準(zhǔn)抓取是必要條件，必須要對機(jī)械手指所存在的價值誤差作出分析和計(jì)算。本篇論文所利用的棒料是對機(jī)械手夾持誤差做出精準(zhǔn)度的判斷。設(shè)定機(jī)械手指夾持的范圍為50mm150mm。在一般的情況下，機(jī)械的手指堅(jiān)持存在的誤差不能夠超過1mm分析如下：（1）工件平均半徑：手指長度l=120mm,取手指夾角偏轉(zhuǎn)角取值為最佳偏轉(zhuǎn)角：由上式可得：當(dāng)時，帶入有：由上述計(jì)算可得機(jī)械手指的設(shè)計(jì)滿足夾持誤差要求。3.5機(jī)械手指彈簧的設(shè)計(jì)及計(jì)算在上文中提到，機(jī)械手指的閉合由彈簧的伸縮來控制，在本次設(shè)計(jì)中控制機(jī)械手指的彈簧選用圓柱壓縮彈簧。圖3.5圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù)（1）選用硅錳彈簧鋼，可以清楚知道可以運(yùn)用切應(yīng)力：（2）選擇旋繞比為C=8，則按照具體安裝的空間選擇彈簧的中徑D=48mm，對彈簧絲具體的應(yīng)用直徑進(jìn)行估算（4）試算彈簧絲的直徑，取7mm（5）根據(jù)變形情況來確定彈簧圈有效的圈數(shù)：選擇標(biāo)準(zhǔn)為，彈簧的總?cè)?shù)為圈（6）最后確定：，，，3.6圓柱壓縮彈簧驗(yàn)算本文當(dāng)中所設(shè)計(jì)中利用的是壓縮彈簧，因?yàn)閺椈傻拈L度特別長時，受力之后很容易失去原有的彈性和穩(wěn)定性，遇到這樣的狀況會導(dǎo)致在機(jī)器人的工作過程中造成嚴(yán)重失誤。為了避免上述情況發(fā)生，對彈簧的疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算是必要的。壓縮彈簧的長細(xì)比為，本設(shè)計(jì)中選用的彈簧是兩個自由端，根以下為彈簧穩(wěn)定性指標(biāo)：當(dāng)兩端全部被固定時，；如果有一個端點(diǎn)是完全固定的，而另一端卻是自由的，那么；如果兩端都能夠自由靈敏的進(jìn)行轉(zhuǎn)動，那么。結(jié)論中本設(shè)計(jì)額彈簧，所以彈簧的穩(wěn)定性是非常適合的。對疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度作出驗(yàn)算：對于頻繁使用、在變力情況下工作的彈簧，為保證彈簧的工作性能，還要對彈簧的疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。查得靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算公式為：若彈簧合格，范圍為1.31.7。由上述計(jì)算可得，彈簧的疲勞強(qiáng)度合格。第4章腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.1機(jī)械手腕部設(shè)計(jì)方案地面反恐防爆機(jī)器人機(jī)械手腕用于連接機(jī)械手臂和整個機(jī)械手，本設(shè)計(jì)理想夾取物品的重量為30Kg，由于夾取物品需要機(jī)械手靈活轉(zhuǎn)動，既能支撐機(jī)械手的重量，又要良好的和手臂銜接，所以要求機(jī)械手腕回轉(zhuǎn)角度為180°。所以在本設(shè)計(jì)中腕部的結(jié)構(gòu)利用的是自由度可以靈活回轉(zhuǎn)的，它所采用的方式是液壓驅(qū)動法。4.2腕部的設(shè)計(jì)及計(jì)算4.2.1縱向氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核：通過上面總結(jié)可以知道對于手腕的支撐大小需要是30kg，在對氣缸最初沒有加載的時候，它所能夠輸出的力需要充分進(jìn)行考量。在氣缸的活塞和缸筒之中會受到一定的力。而活塞桿和前氣缸中發(fā)生摩擦力，這些都會產(chǎn)生一定的影響，所以機(jī)械手自身的重量是一定要考慮的。查得在研究氣缸的性能和確定氣缸的缸徑時，常用到負(fù)載率β： 查《液壓與氣壓傳動技術(shù)》表可得：阻性負(fù)載（靜負(fù)載）慣性負(fù)載的運(yùn)動速度v表4.2.1氣缸的運(yùn)動狀態(tài)與負(fù)載率運(yùn)動的速度v=3m/min=50mm/s，取β=0.60，所以對于液壓缸負(fù)載的具體大小是：F=F0/β=500N。4.2.2氣缸內(nèi)徑的確定：氣缸內(nèi)徑確定公式項(xiàng)目計(jì)算公式缸徑雙作用氣缸推力拉力氣缸內(nèi)徑確定公式由上式可得D=61.79mm按照GB/T2348-1993標(biāo)準(zhǔn)對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行圓整，取D=63mm810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250320400500630表氣缸缸徑尺寸系列活塞桿直徑的確定由d=0.3D估取活塞桿的直徑d=20mm456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400活塞桿直徑系列（mm）4.2.3缸筒長度的確定由公式可得，缸筒的長度S=L+B+30，上式中L為活塞的行程，B為活塞額厚度?；钊暮穸菳=(0.61.0)D=0.780=56mm，因整個氣缸的全部路程L為800mm,所以S=L+B+30=886mm對于一般的導(dǎo)向套滑動面，它的長度設(shè)為A，在D<80mm時，可取A=(0.61.0)D；在D>80mm時,可取A=(0.61.0)d。所以可得A=25mm最小導(dǎo)向的長度H：按照已有的經(jīng)驗(yàn)，如果氣缸有著最大的行程L，而且它的缸筒直徑為D，最小導(dǎo)向的長度為H代入上面所提到的數(shù)據(jù)，即最小導(dǎo)向長度H=80mm活塞桿的長度l=L+B+A+80=800+56+25+40=961mm4.2.4氣缸筒的壁厚的確定根據(jù)《液壓氣動技術(shù)手冊》可以知道所需要的氣缸筒的壁厚是按照能夠相關(guān)薄壁筒公式計(jì)算出來的。式中：缸筒的壁厚（m），缸筒的內(nèi)徑（m），缸筒承受的最大工作壓力（MPa），缸筒材料許用應(yīng)力（MPa）。鋼筒的壁厚實(shí)際取值：一般應(yīng)用的氣缸大約取值是計(jì)算出的7倍；重型的氣缸一般是計(jì)算出數(shù)據(jù)的20倍，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的管材尺碼進(jìn)行選取。參考《液壓與氣壓傳動》缸筒壁厚強(qiáng)度計(jì)算及校核缸體的材料選擇45鋼，抗拉強(qiáng)度為600MPan為安全系數(shù)一般取n=5；缸筒材料的抗拉強(qiáng)度(Pa)P—缸筒承受的最大工作壓力（MPa）。當(dāng)工作壓力p≤16MPa時，P=1.5p；當(dāng)工作壓力p＞16MPa時，P=1.3P由此可知工作壓力0.6MPa小于16MPa，P=1.5P=1.5×0.6=0.9MPa=0.3mm參照下表氣缸筒的壁厚圓整取=7mm材料氣缸直徑5080100125160200250320壁厚鑄鐵HT15~3378101012141616鋼A3.455788991112鋁合金8~1212~1414~17表4.2.4氣缸筒的壁厚（mm）4.2.5氣缸進(jìn)排氣口直徑d選取v=12m/s代入數(shù)據(jù)得：d0=14.146mm。表4.2.5氣缸進(jìn)排氣口直徑（mm）汽缸內(nèi)徑D氣缸進(jìn)排氣口直徑d0408506310801001251514016018020所以按照氣缸排氣口直徑為15mmQ——在工作壓力之下對氣缸進(jìn)行的空氣流量的輸入V——空氣流經(jīng)進(jìn)排氣口的速度，可取v=10254.2.6活塞桿的校核因?yàn)樗x擇的活塞桿它的長度是L10d，所以不僅需要對它的強(qiáng)度進(jìn)行校準(zhǔn)，而且它的穩(wěn)定性也需要進(jìn)行測量。充分考慮完畢之后，活塞的材料應(yīng)用的是45鋼。參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本》，由《液壓氣動技術(shù)手冊》可得FP0—活塞桿承受的最大軸向壓力（N）；FP0=1633NFK—縱向彎曲極限力（N）；nK—穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取1.54。綜合考慮選取2K—活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，對于實(shí)心桿K=d/4代入數(shù)據(jù)K=25/4=6.25mmE—材料彈性模量，鋼材E=2.11011Pa；J—活塞桿橫截面慣性矩（m4）；d—活塞桿的直徑（m）；L—?dú)飧椎陌惭b長度為活塞桿的長度為961mm代入數(shù)據(jù)得FK=2.685N因?yàn)镕P0=1.34所以活塞桿必須要滿足基本的穩(wěn)定性質(zhì)條件；強(qiáng)度校核：由公式d≥n為安全系數(shù)一般取n=5；缸筒材料的抗拉強(qiáng)度(Pa)代入數(shù)據(jù)得因?yàn)镕P0=1.34所以活塞桿的穩(wěn)定性滿足條件；45鋼的抗拉強(qiáng)度=600MPa則4.16mm＜d，所以強(qiáng)度是能夠滿足要求；綜上所述：活塞桿具有的穩(wěn)定性以及強(qiáng)度都能夠滿足具體需求。第5章機(jī)械手臂防爆機(jī)器人的機(jī)械臂部是帶動和支撐手腕和機(jī)械手指的重要部件，手臂需要承載整個機(jī)械手和抓取物品的重量，并在執(zhí)行指令過程中頻繁運(yùn)動，將機(jī)械手移動至所需位置。能否準(zhǔn)確的抓取物件完全依靠機(jī)械手臂的轉(zhuǎn)動伸縮。本次設(shè)計(jì)中機(jī)械手臂擁有的3個自由度，能實(shí)現(xiàn)整個裝置中手部的上升下降、扭轉(zhuǎn)以及各向伸縮功能。對于機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅取決于機(jī)器人自身的運(yùn)動方式，還取決于承載機(jī)身和抓起物品具體的重量、可以活動的最大自由程度以及運(yùn)動的精準(zhǔn)度。由于抓取物品最大重量為30kg，在輸入指令運(yùn)行的過程當(dāng)中，為了避免機(jī)械手臂因?yàn)槌惺苤亓^大而發(fā)生變形現(xiàn)象，其必須要有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的硬度以及剛度，同時必須要有良好的導(dǎo)向性能和定位功能，所具備的偏重力矩也不能過大，否則防爆機(jī)器人的整體運(yùn)作不夠平穩(wěn)。所以整個機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)中，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動利用伺服電機(jī)的驅(qū)動來進(jìn)行工作，在機(jī)身內(nèi)部用一對內(nèi)齒輪來完成手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動；而伸縮運(yùn)動則同樣使用伺服電機(jī)驅(qū)動的方式，但不同于回轉(zhuǎn)運(yùn)動的是伸縮運(yùn)動將由斜齒輪去帶動螺桿和螺母來有序進(jìn)行運(yùn)動，這樣整個手臂就可以具有良好的伸縮性能；同樣的方式作為對手臂的升降運(yùn)動的驅(qū)動，借助滾柱絲杠來進(jìn)行控制，絲杠和滾珠兩者進(jìn)行相互回轉(zhuǎn)，整個外殼就可以在機(jī)體外側(cè)進(jìn)行相對的滑動，這樣手臂的升降工作就可以得到實(shí)現(xiàn)。整個手臂實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程當(dāng)中，利用大齒輪相互交叉對手臂的重量作出測試。整個軸承需要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對止推軸承進(jìn)行設(shè)計(jì)，我們選取的類型是8320。它的額定運(yùn)載荷在21700ckN內(nèi)，同時它的額定靜載荷是在57200ckN，基本上全部滿足了需要用到的條件。整個軸承之中，內(nèi)、外圈都可以利用螺孔來進(jìn)行連接。除此之外，要在淬火之前對外圈進(jìn)行各方向的固定。特殊定制的交叉滾珠軸承在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面所需要制定的尺寸是：d=140.0mmD=278.0mmB=54.0mm潤滑方式：脂潤滑。第6章地面反恐防爆機(jī)器人的驅(qū)動方式這個機(jī)器人是由四個完全不同且獨(dú)立的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)組成的，而且需要結(jié)合末端的機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動，共有五個動力源。如果想要機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，就需要利用直流伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，讓機(jī)器人可以運(yùn)動。不同類型的關(guān)節(jié)電機(jī)型號和所使用的參數(shù)如下表所示。電機(jī)參數(shù)機(jī)械手臂1機(jī)械手臂2機(jī)械手肘機(jī)械手腕機(jī)械手指電機(jī)型號MAXON2332MAXON2332MAXON2332MULTIPLEXSTELL-SERVOMULTIPLEXSTELL-SERVO額定電壓18v18v18v6v6v額定轉(zhuǎn)矩18.2N·m18.2N·m18.2N·m10.3N·m10.3N·m最大轉(zhuǎn)矩67.4N·m67.4N·m67.4N·m額定轉(zhuǎn)速7980rpm7980rpm7980rpm5460rpm5460rpm最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子慣量9200rpm18.4gcm·cm9200rpm18.4gcm·cm9200rpm18.4gcm·cm表6.1地面反恐防爆機(jī)器人驅(qū)動電機(jī)參數(shù)這篇文章之中所采用的電機(jī)是和齒輪輪系相結(jié)合的一個新穎設(shè)計(jì)，它的整體結(jié)構(gòu)非常的緊密，有著很強(qiáng)的負(fù)載能力，然而想要單個的連桿進(jìn)行運(yùn)動，電機(jī)是無法做到的。為了讓整個機(jī)構(gòu)在運(yùn)行的過程當(dāng)中，不會產(chǎn)生太大的沖擊力和振動效果，就利用了齒形帶傳動，他還有一個好處是不會降低對應(yīng)的控制精度。所謂的齒形帶傳動是和同步帶一樣的類型，它能夠利用平行軸間作出運(yùn)動，或者可以將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動。在這篇論文中主要需要用到腰環(huán)節(jié)肘關(guān)節(jié)以及肩關(guān)節(jié)處的運(yùn)動。第7章地面反恐防爆機(jī)器人使用注意事項(xiàng)在反恐防爆機(jī)器人手臂的承重范圍內(nèi)使用，不能過載，否則超過臨界點(diǎn)會對整個防爆機(jī)器人裝置造成損傷。為了防止以外發(fā)生，請勿在機(jī)器人執(zhí)行指令時人為扳動機(jī)器人手臂以及手指。反恐防爆機(jī)器人在涉水執(zhí)行指令后應(yīng)及時將水擦干，以免破壞