畢業(yè)設計說明書履帶式搜救機器人機械結構設計

#摘要煤礦災害尤其是瓦斯煤塵爆炸事故發(fā)生后,礦井環(huán)境十分復雜,井下因災受傷人員面臨極其危險的狀況,需盡快地轉移與救護；而救援工作異常困難和危險,往往在救援工作中造成救護人員的傷亡。研發(fā)代替或部分代替救護人員及時、快速深入礦井災區(qū)進行環(huán)境探測和搜救工作的救災機器人具有極其重要的意義。本論文研究工作的目的是設計結構新穎、具有獨創(chuàng)性的可攜帶、抗一定沖擊的履帶移動機器人，以能夠適應在惡劣環(huán)境和復雜路況下工作。通過在移動系統(tǒng)上加載不同的模塊，能夠實現搜救機器人不同的使用功能，本研究意義在于為后續(xù)設計的搜救機器人提供一個基礎的動力平臺，以便于能夠開發(fā)出更多使用功能的搜救機器人。本研究所設計的搜救機器人移動方案是履帶式驅動結構。該方案采用模塊化設計，便于拆卸維修，可以分段自適應復雜路面，并可主動控制兩側翼板模塊的轉動來調節(jié)機器人姿態(tài)變化，輔助爬坡、越障和跨溝；機器人經過合理的結構布局和設計后具有良好的環(huán)境適應能力、機動能力并能抵抗一定高度的掉落沖擊。所設計的機器人移動機構主要由四部分組成：主動輪減速驅動機構、翼板轉動機構、自適應路面執(zhí)行機構、履帶及履帶輪運動機構，本論文對上述各部分方案分別進行論證、結構設計計算、3D建模，并設計了搜救機器人虛擬樣機。關鍵字：搜救機器人；復合移動機構；模塊化設計；Abstract！Coalminedisasters,especiallygasandcoaldustexplosion,mineenvironmentisverycomplexandwoundedtollsminefaceextremelydangerousconditions,betransferredassoonaspossibleandrescueworkextremelydifficultanddangerous,oftenresultingintherescueworkintheambulance&Dtoreplaceorpartiallyreplacetheambulancepersonnelinatimelymanner,quickin-depthenvironmentalexplorationandminedisasterreliefrobotsearchandrescueworkisextremelyimportant

Thepurposeofthisthesisistodesignnovelstructure,itsuniqueportable,shockintelligentlytrackedmobilerobot,inordertobeabletoadapttotheharshenvironmentandthecomplicatedroadtosystemsloadedbydifferentmodules,searchandrescuerobotscanbeachievedusingdifferentfunctions,thisstudyisimportantbecauseotherpeople'ssearchandrescuerobotdesignedtoprovideabasisforthedynamicplatformtofacilitategreateruseoffeaturescandevelopsearchandrescuerobots.

Thisresoarchismovingsearchandrescuerobotprogramismodularindesign,easydisassemblymaintenance,canbecomplexadaptivesub-surface,activecontrolcanturnonbothsidesofflangemoduletoadjusttherobotposechanges,supportingclimbing,obstacleanddesignoftherobotmovingmechanismmainlyconsistsoffourcomponents.Activewheelreducerdrivemechanism,flangerotationinstitutions,adaptiveroadimplementingagencies,sportsorganizationstrackandtrackwheels,partofthepaperontheaboveprogramswerecarriedoutfeasibilitystudies,structuraldesigncalculation,3Dmodeling,anddesignarescuerobotprototype.

Keywords:searchandrescuerobots;compositemobilebody;modulardesign目錄TOC\o"1-3"\u前言 11緒論 3課題研究背景及意義 3課題研究背景 3課題研究意義 3國內外的研究概況 5國外研究現狀 5國內研究現狀 10發(fā)展趨勢 112搜救機器人的總體結構方案設計 12井下復雜環(huán)境對救災機器人的要求 12典型移動機構方案論證分析 13輪式移動機構特點 13腿式移動機構特點 14履帶式移動機構特點 15履、腿式移動機構特點 16輪、履、腿式移動機構性能比較 17本研究采用的行走機構 17救災機器人性能指標與設計 18本章小結 193礦用搜救機器人運動參數設計計算 20機器人越障分析 20機器人跨越臺階 20跨越溝槽 21斜坡運動分析 22本章小結 234機器人移動平臺機械設計 24驅動電機的選則 24基于平地的最大速度的電機功率計算 24爬坡最大坡度的驅動電機功率計算 25本章小結 265驅動輪減速器設計 27減速器方案分析 27減速器應滿足的要求 27減速器方案分析 27減速器的設計計算 29減速器的傳動方案分析 29配齒計算 29初步計算齒輪的主要參數 30裝配條件的計算 34高速級齒輪強度的驗算 35軸的設計及校核 44本章小結 466移動機構履帶及翼板部分設計 47履帶的選擇 47確定帶的型號和節(jié)距 48確定主從動輪直徑 48確定節(jié)線長度和帶寬 49翼板部分設計 51本章小結 517機器人搖臂的設計 52搖臂作用概述 52搖臂傳動減速器設計 53本章小結 558總結與展望 56致謝 58參考文獻 59前言我國的煤炭資源十分豐富，是世界上最大的煤炭生產國和消費國。在我國的能源工業(yè)中，煤炭占我國一次能源生產和消費結構中的70%左右，預計到2050年還將占50%以上，因此，在未來相當長的時間內，煤炭仍然是我國的主要能源，由于我國礦井自然條件差，加上技術和管理等諸多方面不到位，以及近年來國家對煤炭資源需求量的不斷增長，使得我國煤礦礦井災害事故頻繁發(fā)生，人員傷亡十分慘重。據統(tǒng)計，2006年我國礦難死亡1517人，百萬噸死亡率為；2007年全國礦難死亡1600人，百萬噸死亡率為；2008年全國煤礦發(fā)生傷亡事故1341起，死亡1389人，百萬噸死亡率約為，其中一次死亡3～9人的重大事故110起，死亡886人。2009年全國安全生產數據顯示2009全國共發(fā)生一次死亡10人以上的特大事故61起：死亡717人，其中煤礦企業(yè)特大事故共發(fā)生18起,死亡330人，死亡人數仍高居各類安全事故之首。2010年全國煤礦安全生產形勢依然嚴峻，目前我國煤礦事故死亡人數遠遠超過世界其他產煤國家煤礦死亡人數的總和，約占世界礦難人數的80%，百萬噸死亡率是美國的100倍、南非的30倍。每年上百次的事故發(fā)生，成千人的礦工死亡，煤礦安全形勢已經十分嚴峻。礦井瓦斯爆炸一旦發(fā)生，因受高溫、煙霧、有害氣體和缺氧等影響，以及存在發(fā)生二次災害的可能，救護人員無法知道能否進入或無法直接進入災害現場執(zhí)行營救任務，上述事故中的傷亡人員有相當一部分是救護人員，如陜西黃陵礦業(yè)公司一號煤礦發(fā)生特大瓦斯爆炸事故，2名救護隊員在井下不慎滑倒，將呼吸機鼻夾摔脫落，導致一氧化碳中毒死亡；2005年澠池縣趙溝八礦井下突然起火，三門峽市礦山救護隊接報后立即趕到現場救災，在救火過程中，突發(fā)瓦斯爆炸，4名救護隊員殉職；2006年六枝工礦集團公司救護大隊的救護隊員在井下實施封閉火區(qū)措施時，火區(qū)發(fā)生瓦斯爆炸，造成8名救護隊員死亡。由此可見研發(fā)代替或部分代替救護人員的救災機器人及時、快速深入礦井災區(qū)進行環(huán)境探測和搜救工作具有極其重要的意義。在救援初期，其主要作用是代替礦山救護人員進入災區(qū)，進行環(huán)境探測，并將采集的數據發(fā)送至救援指揮中心，這些環(huán)境信息主要包括瓦斯、CO、氧氣的濃度、環(huán)境溫度、濕度與粉塵情況以及災區(qū)的通風狀況的參數，還應包括生命和圖像等信息，為救災決策提供重要參考。1緒論課題研究背景及意義課題研究背景我國是世界上災害、事故發(fā)生次數最多的國家之一，地震、火災、塌方、以及各類人為事故，給人民生命財產安全造成極大的危害。災害發(fā)生后，如何及時有效的發(fā)現被困幸存者并實施快速的救援是災后應急救援的頭等大事。然而復雜危險的災后環(huán)境常常會給救援工作帶來困難。危險物質、大火、易燃易爆氣體、不穩(wěn)定的結構等等危險因素的存在，時常威脅到救援隊員的生命安全，阻礙救援工作的快速展開。如何能夠在最少人員傷亡前提下快速高效地開展搜索救援工作一直是我們重點研究的問題。本文提出的便攜式礦用救災機器人是一種質量輕，易于單個救援人員背負，具有多種運動姿態(tài)和抗摔能力，采用履帶方式行進的微小型機器人系統(tǒng)。能夠適應礦井惡劣的災后環(huán)境，對非結構的地形環(huán)境具有良好的自適應能力，具備較好的越障能力和一定高度的抗摔能力。機器人可通過無線電信號進行遠程控制，并能夠加載各種偵測設備對未知環(huán)境進行先期探測并回傳井巷環(huán)境信息，為及時有效的救災提供決策參考。課題研究意義我國煤炭資源豐富，是世界上最大的煤炭生產國和消費國。在我國的能源工業(yè)中，煤炭占我國一次能源生產和消費結構中的一半以上，在未來相當長的時間內，煤炭仍然是我國的主要能源，由于我國礦井自然條件差，加上技術和管理等諸多方面不到位，以及近年來國家對煤炭資源需求量的不斷增長，使得我國煤礦礦井災害事故頻繁發(fā)生，人員傷亡十分慘重。據統(tǒng)計，2006年我國礦難死亡1517人，百萬噸死亡率為；2007年全國礦難死亡1600人，百萬噸死亡率為；2008年全國煤礦發(fā)生傷亡事故1341起，死亡1389人，百萬噸死亡率約為，其中一次死亡3～9人的重大事故110起，死亡886人。2009年全國安全生產數據顯示2009全國共發(fā)生一次死亡10人以上的特大事故61起：死亡717人，其中煤礦企業(yè)特大事故共發(fā)生18起,死亡330人，死亡人數仍高居各類安全事故之首。2010年全國煤礦安全生產形勢依然嚴峻，目前我國煤礦事故死亡人數遠遠超過世界其他產煤國家煤礦死亡人數的總和，約占世界礦難人數的80%，百萬噸死亡率是美國的100倍、南非的30倍。每年上百次的事故發(fā)生，成千人的礦工死亡，煤礦安全形勢已經十分嚴峻。煤礦作為最復雜、最危險的工作環(huán)境之一，在發(fā)生安全事故之后，常常會因為井下復雜危險的環(huán)境而阻礙救援人員深入井下開展工作。但煤礦安全形式十分嚴峻，瓦斯爆炸等煤礦事故頻發(fā)，造成了重大的人員傷亡，產生了不良的社會影響。煤礦災害尤其是瓦斯煤塵爆炸事故發(fā)生后，因受高溫、煙霧、有害氣體和缺氧等影響，以及存在發(fā)生二次災害的可能，礦井環(huán)境十分復雜。救護人員無法知道能否進入或無法直接進入災害現場執(zhí)行營救任務，上述事故中的傷亡人員有相當一部分是救護人員，如陜西黃陵礦業(yè)公司一號煤礦發(fā)生特大瓦斯爆炸事故，2名救護隊員在井下不慎滑倒，將呼吸機鼻夾摔脫落，導致一氧化碳中毒死亡；2005年澠池縣趙溝八礦井下突然起火，三門峽市礦山救護隊接報后立即趕到現場搜救，在救火過程中，突發(fā)瓦斯爆炸，4名救護隊員殉職；2006年六枝工礦集團公司救護大隊的救護隊員在井下實施封閉火區(qū)措施時，火區(qū)發(fā)生瓦斯爆炸，造成8名救護隊員死亡。井下因災受傷人員面臨極其危險的狀況，需盡快地轉移與救護；而救援工作異常困難和危險，往往在救援工作中造成救護人員的傷亡。由此可見研發(fā)代替或部分代替救護人員的救災機器人及時、快速深入礦井災區(qū)進行環(huán)境探測和搜救工作具有極其重要的意義。在救援初期，其主要作用是代替礦山救護人員進入災區(qū)，進行環(huán)境探測，并將采集的數據發(fā)送至救援指揮中心，這些環(huán)境信息主要包括瓦斯、CO、氧氣的濃度、環(huán)境溫度、濕度與粉塵情況以及災區(qū)的通風狀況的參數，還應包括生命和圖像等信息，為救災決策提供重要參考。國內外的研究概況 國外研究現狀目前，在救災機器人研究方面，美國走在了世界的前列，美國在微小型機器人研制方面投入了大量的人力和物力，特別是新型、高機動、高可靠性移動載體研究方面。如美國移動機器人(TMR)計劃中的便攜式機器人系統(tǒng)(MPRS)．該類機器人主要用于城市戰(zhàn)斗與搜救。如美國智能系統(tǒng)和機器人中心開發(fā)的RATLER礦井探索機器人用于災難后的現場偵查工作，采用電傳遙控方式，有主動紅外攝像機、無線射頻信號收發(fā)器、陀螺儀和危險氣體傳感器等裝備。無線遙控距離約76米。美國南佛羅里達大學研制的Simbot礦井搜索機器人,小巧靈活，攜帶數字低照度攝像機和基本氣體監(jiān)視組件，可以通過一個鉆出的小洞鉆進礦井，越過碎石和爛泥，并使用其攜帶的傳感器發(fā)現受害礦工，探測氧氣、甲烷氣體含量，生成礦井地圖。下圖為美國及其它國家在研的各種履帶式可變形機器人：如圖1-1,1-2所示，這是美國iRobot的一種較小型“PackBot”機器人，現服役于美國軍隊，這個“PackBot”搭配了一個爆炸物感應系統(tǒng)，有效地探測炸彈。目前這種測試系統(tǒng)還處于實驗階段?！癙ackBot”機器人還以進行挖掘和拆彈工作。配備了稱為“explosiveordnancedisposal”(eod)和工程師的全套工具，可以對土壤進行挖掘，然后舉起相當于自身重量2倍的炸彈。圖1-2這種iRobotSUGV的機器人是一種小型地面探測車，重量僅為30磅。它帶有一個稱為“tacticalhead”的頭部，還有一個相機、一個紅外感應器和一個可即時傳送影像的攝像頭。圖1-1RackBot準備展開圖1-2SUGV機器人Foster-miller公司研制了Talon機器人，該機器人采用履帶方式行進，內部裝備有兩臺普通直流電機，電機通過兩根鏈條帶動履帶輪轉動，實現機器人運動；另外機器人前后履帶輪中間安裝有一小型承重輪，該輪不僅能承載一部分負荷同時也能在機器人轉向時起到支撐作用，減少履帶與地面之間的摩擦，提高機器人轉向能力。Talon機器人可以完成各種偵察、巡邏工作。機器人外形參數尺寸為××cm，重約39Kg，能潛水，爬45度斜坡。圖1-3Talon機器人2003年，澳大利亞SIMTARS煤礦研究人員與美國機器人輔助救援中心(CRASAR)合作，開發(fā)了一個煤礦災害搜救機器人，并在澳大利亞昆士蘭州的15米地下訓練場進行了試驗。這個機器人專門是為礦山災害而研制。它的尺寸大小像一個蜂蜜罐子，它可以通過地面的鉆孔進入煤礦井下然后爬過障礙物和泥漿，利用傳感器搜尋被困礦工，探測有毒或者可燃性氣體，還可以將地面供氣供水軟管拖到被困礦工身邊，給他們新鮮的空氣和水。這種機器人在通過鉆孔時像一條蛇一樣將自己擠過巖石，一旦到達井下地面，就會像一個小型坦克一樣行動，搜尋被困礦工。CRASAR希望能夠進一步為該機器人添加新型的醫(yī)學傳感器，讓救援義務人員能夠通過觀看、交談、診斷的方式來了解被困礦工的健康狀況。Inuktun公司推出的UGTV機器人具有獨特履帶可變形功能(如圖1-4所示)，可以輔助攀爬和擴大機器人視野，曾在“911”事件的搜救任務中大顯身手；加拿大Sherbrook大學研制的AZIMUT機器人(如圖1-5所示)，該機器人采用輪、履、腿復合移動機構，具有四個履腿模塊，每個履腿模塊與本體相連接時有3個自由度，機器人運動功能多樣，越障能力強，上下臺階方便；但結構極為復雜，僅電機就有12個，運動控制困難，該機器入主要用于室內環(huán)境執(zhí)行反恐、排爆任務。圖1-4UGTV機器人 圖1-5AZIMUT機器人僅在一兩年前，德國公司出品了一款防爆機器人，現在2006年的新一代機器人已經上市了，其結構比以前的更加輕便，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。這款機器人依靠一個靈活的小型系統(tǒng)從而有了一些與大型機器人類似的功能，所以它小得以至于可以在地鐵車廂或者飛行工具里操作，同時又足夠大得可以直接處理一些在所有現行飛機的頭頂貯藏室里的可疑項目處理。圖1-6telemax這款產品具有很大的創(chuàng)新價值，經過數十年經驗的累計取得了變結構設計領域的重大發(fā)展。圖1-7telemax行走姿勢它的機械結構由4個獨立履帶齒輪驅動技術提供了非凡的移動力，它可以爬坡45度，并且可以越障500mm的高度，它做的比其它很多類似機器人都好，它的可伸展的上臂加上一個高度可調的地盤，給予了這款機器人一個可達到的非凡的垂直高度2350mm。它的鉗子可以吊起重達5Kg的貨物，這就意味著它可以裝配彈道系統(tǒng)和其它工具。圖1-8telemax防爆機器人國內研究現狀我國的搜救機器人技術起步較晚，但是近年來引起了越來越多的關注并取得了一定的成果，沈陽自動化研究所、哈爾濱工業(yè)大學、國防科技大學、上海交通大學、廣東富衛(wèi)公司等機構都設計了自己的搜救機器人系統(tǒng)。2005年中科院沈陽自動化研究所與日本國際救援系統(tǒng)研究院聯合成立的中日救援與安全機器人技術研究中心，在沈陽揭牌成立，這標志著我國的搜救機器人研究進入了一個更加快速發(fā)展的時期。2006年6月22日，由中國礦業(yè)大學可靠性與救災機器人研究所研制的國內首臺煤礦搜救機器人(樣機)在徐州誕生（如圖1-9所示）。這臺煤礦搜救機器人采用自主避障和遙控引導相結合的行走控制方式，能在煤礦災害發(fā)生后深入事故現場，探測火災溫度、瓦斯?jié)舛?、災害場景、呼救聲訊等信息，并實時回傳采集到的信息和圖像，為救災指揮人員提供重要的災害信息。同時，機器人還能攜帶急救藥品、生命維持液、食品和千斤頂、撬棍等自救工具以協助被困人員實施自救和逃生。圖1-9CUMT-1型礦井搜救機器人發(fā)展趨勢救災機器人是智能化機器人在煤礦領域的全新應用，盡管某些關鍵技術仍需要進一步研究，但救災機器人具有高度的實用價值和廣泛的應用前景。隨著計算機技術、傳感技術、控制技術、材料技術的發(fā)展，特別是網絡技術和圖像信息處理技術的迅猛發(fā)展，智能機器人的研究已取得了豐碩的研究成果。但是，由于礦井救災機器人特殊的工作環(huán)境和工作要求的不斷提高，礦井救災機器人技術方面還需要有所突破：機械性能方面，能夠適應礦井惡劣的災后環(huán)境，對非結構的地形環(huán)境具有良好的自適應能力，具備較好的越障能力。新技術和新材料的研發(fā)，礦井災后惡劣的環(huán)境要求用高強度、抗拉抗壓、抗高溫阻燃、不產生電火花的材料。優(yōu)良的導航性能、信息采集能力仍是今后礦井救災機器人導航技術的主要發(fā)展方向。由于礦井中救災機器人單一的傳感器無法滿足高精度定位需要，因此需要融合多個傳感器測量信息，多傳感器信息融合技術也就自然成為發(fā)展趨勢。多機器人系統(tǒng)是礦井救災機器人技術發(fā)展的主要方向。采用標準化、網絡化、模塊化技術。機器人裝備有通信系統(tǒng)，在與外界進行數據信息交換時，采用標準化接口技術，網絡技術可使機器人更具備操控性，同時機器人通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可維護性、兼容性也更好。2搜救機器人的總體結構方案設計井下復雜環(huán)境對救災機器人的要求井下環(huán)境和氣候與地面不同，井下環(huán)境惡劣，特別是事故剛剛發(fā)生后的井下條件更為惡劣。搜救機器人需要滿足井下工作環(huán)境的特殊要求，具備快速搜尋并且準確定位井下失蹤人員的功能，還要有簡單的急救功能。井下地形礦山井下地形復雜，環(huán)境惡劣。巷道路面多積水，有礦車鐵軌、水溝、風管、線纜等障礙物；支巷道路面窄而不平，多有坡度；工作面處的路面坡度大，有碎煤、支撐、滑道等障礙。災害發(fā)生后，脫落的頂板、巖石、煤塊等形成新的障礙物。復雜的路況要求井下機器人要有較強的越障、避障能力和行駛功能恢復能力。井下氣候災害后，井下通風系統(tǒng)常受到破壞，使井下氣候發(fā)生明顯的變化，常見瓦斯和粉塵濃度增大，災變區(qū)域的溫度、濕度增加，風量減少。所以二次瓦斯爆炸的危險也常常是影響救護隊員及時下井救護的一個主要因素。為了在高瓦斯下安全工作，搜救機器人需要進行礦用隔爆兼本安型設計；元件在井下溫度變化范圍內應能可靠地工作；為了防止煤塵和積水進入車體內部和運動副，廂體要進行密封、防水設計。光照與煙霧井下無自然光，機器人只有自帶光源。事故后，往往煙霧充斥巷道和工作面，能見度低，對照明產生一定影響。能源使用井下專用蓄電池供電。因此，井下的特殊環(huán)境要求所設計的搜救機器人形體較小，載荷較大，運動靈活，具有通過狹小空間、碎煤和巖石區(qū)的能力，能夠實現較大弧度的轉動，較強的越障、爬坡能力，以及防爆、防水、耐高溫、視覺防塵等功能。典型移動機構方案論證分析便攜式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。輪式移動機構特點輪式移動機構在救災機器人中是最為普通的運動方式，輪式機器人移動機構普遍具有結構簡單、運動速度快、能源利用率高的、機動性好強的特點，同時具有自重輕、不損壞路面、作業(yè)循環(huán)時間短和工作效率高等優(yōu)勢?？刂频慕嵌瓤?，編程簡單并有較高的可靠性，每個輪子都可以獨立驅動。與履帶式移動機器人相比，當跨越不平坦地形時，輪式機器人有著固有的不足，限制了其運動能力，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。輪式移動機構按輪的數量可分為2輪、3輪、4輪、6輪、8輪。該結構存在著一定的局限性，只能在相對平坦、表面較硬的路面上行駛，如遇到軟性地面(如沼澤、草地、雪地、沙地等)容易打滑、沉陷，但可根據具體地面環(huán)境采用一些預防措施來緩解該類情況的出現，如采用不同種類的款式輪胎以提高其越野能力，象沙漠車輛、山地車輛等，其各種結構如圖2-1所示。圖2-1輪式移動裝置示意圖腿式移動機構特點腿足式移動機構分2腿、4腿、6腿、8腿等形式。腿式移動機構優(yōu)點有：(1)腿式機器人的地形適應能力強。腿式機器人運動軌跡由一系列離散點組成，崎嶇地形可以給這些離散點提供支撐，使機器人平穩(wěn)運動；而輪式和履帶式機器人的運動是連續(xù)規(guī)跡，有些起伏較大的地形則不支持這種連續(xù)運動軌跡，進而限制了該類機器人活動范圍。(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，這種機械結構優(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2-2所示，特點是穩(wěn)定性好，越野能力強。腿式移動機構缺點有：該類機器人的移動速度慢，機動性較差．因此機器人的負載不能太重；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；該機構未進入實用化階段。圖2-2八腿機器人履帶式移動機構特點履帶式移動機構分為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，履帶式移動機構與地面較大的接觸面積，因此在較大的區(qū)域內分布機器人的重量，較大的接觸區(qū)域使機器人具有較好的驅動牽引力，機動性能好、越野性能強，缺點是結構復雜、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生一定的破壞。履帶式移動機構比較輪式移動機構有以下幾個特點：(1)撐面積大、接地比壓小、滾動阻尼小、通過性比較好；(2)越野機動往能好，爬坡越溝等性能均優(yōu)于輪式結構；(3)履帶支撐面上有履齒不打滑，牽引附著性能好；(4)結構較復雜重量大，運動慣性大，減震功能差，零件易損壞。圖2-3為一部分履帶式移動機構的簡圖圖2-3履帶式移動裝置示意圖履、腿式移動機構特點履腿復合移動機構綜合了履帶式和腿式兩種移動機構的優(yōu)勢，在地面適應性能、越障性能方面有良好表現。履帶移動機構地面適應性能好，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(此時機器人履帶高度和長度直接決定了機器人越障、跨溝等性能)，為了解決該問題履式移動系統(tǒng)中引入了關節(jié)履帶機構，兩條履帶不再相對車體固定而是能繞車身轉動，這樣能大大提高機器人的環(huán)境適應能力，但履、腿復合機構本身存在著一定的不足如結構復雜、運動控制困難等。輪、履、腿式移動機構性能比較車輪式，履帶式、腿足式移動系統(tǒng)性能比較見表2-1所示。表2-1典型移動機構的性能對比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本研究采用的行走機構本文提出來的便攜式履帶機器人移動系統(tǒng)采用的是履、腿(輪)復合結構，該結構最大優(yōu)點在于在傳統(tǒng)履帶移動機構的基礎上增加了轉動關節(jié)，加強了機器人越障、爬坡性能并提高了環(huán)境適應能力。機器人能根據地形條件的復雜程度，通過主動調節(jié)兩側履帶與車身約束關系來選擇自適應環(huán)境或者是主動適應環(huán)境。自適應環(huán)境可以提高機器人運動穩(wěn)定性能、平順性能；主動適應環(huán)境可以提高機器人通過性能，機器人設計方案如下圖2-4所示。圖2-4便攜式履帶機器人結構組成后輪驅動電機及組件2.擺臂電機及組件3.主履帶4.擺臂履帶5.齒輪救災機器人性能指標與設計由于煤礦井下環(huán)境的特殊性和復雜性煤礦井下搜救機器人的總體設計須滿足適合井下復雜地形、防爆、防碰撞等要求，同時所載的子系統(tǒng)安裝、使用要方便。在地面移動機器人家族中，履帶機器人具有很強的地形適應性，能夠適應惡劣的路面條件，因此得到了廣泛的應用。但普通的履帶移動移動機構結構復雜，重量大，運動慣性大，減震性能差，零件易損壞。為克服普通履帶式移動機構的缺點，給煤礦井下搜救機器人履帶式移動機構加裝前擺。機器人加裝前擺臂的優(yōu)點：機器人重心將前移，實現機器人爬坡和越障的功能，穩(wěn)定性將更好；實現機器人傾翻后自復位。為提高其地形適應性，前擺臂兩個擺臂關節(jié)單獨控制和單獨驅動。總體設計方案如圖2-4所示。采用后輪驅動，差速轉向，可實現原地360°轉向。擺臂電動機驅動擺臂可在360°范圍內旋轉，提高機器人跨越溝槽和爬越臺階的越障的能力和翻轉后自復位的功能。根據井下環(huán)境對機器人的要求，主要設計性能參數如下：L1=600mm,L2=350mm,R=80mm,r=35mm,B(車體寬度)=500mm。車體質量為50kg,擺臂質量不超過5kg,機器人做直線運動最大速度等于1m/s,自備電源運行時間大于等于4小時。最大越障高度H=300mm，跨越最大溝壑寬度C=500mm。如2-5圖：圖2-5本章小結本章重點介紹了國內外履帶機器人的移動方式，對三種常見的移動方式(輪式、履帶式、腿式)在越野性能、移動速度、機構復雜程度、控制難易程度等幾方面進行了比較和分析，就研制的礦用履帶搜救機器人應達到的性能指標提出了具體要求。3礦用搜救機器人運動參數設計計算機器人越障分析機器人跨越臺階跨越溝槽斜坡運動分析通過上述分析，可以根據機器人履帶與運動面的摩擦系數來確定一些陡坡是否能夠安全爬升，并根據坡度和電機的特性，確定其運動過程最大加速及爬升都陡坡的快速性。本章小結本章重點圍繞礦用履帶搜救機器人的爬坡性能、越障性能、跨溝性能三方面，對機器人移動原理進行理論分析，運動過程進行數值計算，驗證了該機器人在惡劣環(huán)境下具有優(yōu)良機動能力。機器人的爬坡角度最大為；垂直越障高度最大為300mm：最大跨溝寬度為500mm。 4機器人移動平臺機械設計驅動電機的選則基于平地的最大速度的電機功率計算爬坡最大坡度的驅動電機功率計算相對于平地行駛過程，爬坡能力對于機器人的驅動能力是一個重要的衡量標準，所以在進行驅動系統(tǒng)設計時，爬坡指標的計算也應作為選擇電機的必須依據。假設移動機器人在最大指標上勻速行駛，速度為。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：機器人爬坡受力圖 爬坡的平衡方程為：解之得：M=,可以得出機器人兩側電機經減速器減速后在最大坡度下爬坡需要提供的極限扭矩為.在的速度爬坡時，驅動電機經過減速器后所需提供的轉速為：n==本章小結由以上分析可知，機器人平地直線運動時要求的驅動電機輸出轉速較大，而爬坡時的要求的驅動電機輸出扭矩較大。因此在選電機型時，應根據平地直線運動要求轉速和爬坡要求扭矩進行選擇。根據最大爬坡要求，初步確定驅動電機經減速器后的功率為：=則所需電機的輸出功率為：=則可選擇如下表4-1電機：表4-1電動機性能參數產品型號電壓額定電流轉速輸出功率效率Maxon--Ec4524V1800r/min150W79%5驅動輪減速器設計移動減速傳動機構是完成機器人前進、后退、轉向等各種運動的關鍵部件，利用齒輪的速度轉換，將動力機的轉速減低到所需的轉速，同時扭矩達增大到所需的扭矩。本機構采用二級減速器，電動機通過減速器的實現減速、增大轉矩。電動機安裝在減速器前端，通過錐齒輪改變軸的方向，輸出履帶驅動輪轉矩，為復雜狀況下救災機器人提供主要動力。減速器方案分析減速器應滿足的要求（1）目前大部分的煤礦都處于深井開采，深度大都為數百米，甚至上千米，遠遠深于恒溫帶的深度，隨著深度的增加，地溫逐漸升高，造成地下溫度很高。減速器必須滿足在高溫下工作要求；（2）我國開采的礦井，大部分都為高瓦斯礦井，井內充滿了濃厚的瓦斯。減速器應有隔爆防爆的作用；（3）搜救機器人的行駛路況復雜，在行駛過程的啟動、停止、前進與后退換向頻繁。其載重較大，要有較大的啟動轉矩，啟動平穩(wěn)，換向靈敏；（4）搜救機器人遙控操作，電動機用蓄電池提供能源。體積要小，重量要輕。減速器方案分析減速器的種類很多，按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器以及它們互相組合起來的減速器；按照傳動級數可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式由可以分為展開式、分流式和同軸式減速器。展開式齒輪減速器結構簡單，但齒輪相對于軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度。高速級齒輪布置在遠離轉矩輸入端，這樣，軸在轉矩的作用下產生的扭矩變形和在載荷作用下軸產生的彎曲變形可部分的互相抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現象。用于載荷比較平衡的場合。同軸式齒輪減速器橫向尺寸較小，兩對齒輪侵入油中深度大致相同。但軸向尺寸和重量較大，且中間軸較長、剛度差，沿齒寬載荷分布不均勻，高速軸的承載能力難以充分利用，適合小型、微型機械適用。蝸輪蝸桿減速機的主要特點是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動效率不高，精度不高。行星減速器其優(yōu)點是結構比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大，但價格略貴。另外行星減速箱，有平齒和斜齒2種，精度和價格都有不同。諧波減速器的諧波傳動是利用柔性元件可控的彈性變形來傳遞運動和動力的，體積不大、精度很高，但缺點是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差，輸入轉速不能太高，價格較高。根據復雜路況下搜救機器人的行駛速度及各項工作要求，綜合各種減速器的特點，本設計采用二級減速傳動，依傳遞運動和轉矩，又根據減速箱空間的限制采用二級行星齒輪減速器。減速器的設計計算減速器的傳動方案分析根據上述設計要求可知，該行星輪減速器傳遞功率高，傳動比較大，工作環(huán)境惡劣等特點。故采用雙級行星齒輪傳動。2K-H型結構簡單，制造方便，適用于任何情況下的大小功率的傳動。選用由兩個2X-A型行星齒輪傳動串聯而成的雙級行星齒輪減速器較為合理，名義傳動比可分為進行傳動。配齒計算根據2K-H型行星齒輪傳動比的值和按其配齒計算公式，可按第一級傳動的內齒，行星齒輪的齒數。先考慮到該行星齒輪傳動的外廓尺寸，故選取第一級中心齒輪數為23和行星齒輪數為。根據內齒輪，則。對內齒輪齒數進行圓整后，此時實際的P值與給定的P值稍有變化，但是必須控制在其傳動比誤差范圍內。實際傳動比為:6其傳動比誤差根據同心條件可得行星輪的齒數為所求的適用于非變位或高度變位的行星齒輪傳動。再考慮到安裝條件為：（整數）第二級傳動比為6，選擇中心齒數和行星齒輪數目與第一級相同，則。初步計算齒輪的主要參數齒輪材料和熱處理的選擇：中心齒輪和中心齒輪，以及行星齒輪和均采用20CrMnTi,滲碳后淬火，淬透性不錯，耐低溫沖擊，能夠滿足要求。齒面硬度為58-62HRC,查《行星齒輪傳動設計》可知，取，，中心齒輪加工精度為6級，高速級與低速級的內齒輪均采用42CrMo,這種材料經過正火和調質處理，以獲得相當的強度和硬度等力學性能，調質硬度為217-259HRC，取，，輪和的加工精度為7級。高速齒輪的模數m按彎曲強度的初算公式，為現已知。中心齒輪的名義轉矩為Nm,取算式系數，查《機械設計使用手冊》系數，查得；取接觸強度計算的行星齒輪間載荷分布不均勻系數，由公式可得,查得齒形系數,齒寬系數，則所得的模數m為：取齒輪模數為=低速級得齒輪模數m取彎曲強度的初算公式，計算低速級的齒輪的模數m為，現已知，，中心齒輪的名義轉矩，取算式系數，使用系數，綜合系數，取接觸強度計算的行星齒輪間載荷分布不均勻系數，由公式可得，查表得齒形系數，齒寬系數，則所得的模數m為：mm取齒輪模數為mm嚙合參數計算:高速級在兩個嚙合齒輪副中-，中，其標準中心距a為mm低速級：在兩個嚙合齒輪副中中，其標準中心距a為mmmm由此可見，高速級和低速級得標準中心距均相等。因此次行星齒輪傳動滿足非變位的同心條件，但是在行星輪傳動中，采用高度可以避免跟切，減少機構的尺寸和質量，還可以改善齒輪副的磨損情況以及提高承載能力。幾何尺寸的計算高速級：分度圓直徑d 基圓直徑 齒頂圓直徑齒頂高：外嚙合 內嚙合 齒根圓直徑齒根高 高速級太陽輪行星輪內齒圈模數m齒數z2346115分度圓直徑d46齒頂圓直徑齒根圓直徑47低速級：分度圓直徑d 基圓直徑 齒頂圓直徑齒頂高：外嚙合 內嚙合 齒根圓直徑齒根高 低速級太陽輪行星輪內齒圈模數m齒數z2346115分度圓直徑d69齒頂圓直徑15齒根圓直徑裝配條件的計算對設計的齒輪副應滿足以下條件的計算：鄰接條件在行星輪傳動中，為保證兩相鄰行星輪的齒頂不致相碰，相鄰兩行星輪的中心距應大于兩齒頂圓半徑之和，由公式驗算其鄰接條件（為行星輪的直徑，a為中心距）高速級：＜2××=低速級：＜2××=故滿足鄰接條件。2.同心條件按公式對于高度變位有，已知高速級，滿足公式則滿足同心條件。低速級與高速級齒數相同，故滿足條件。3.安裝條件按公式驗算安裝條件，即得(C為整數)即都滿足裝配條件。高速級齒輪強度的驗算由于該行星輪傳動具有長期有效間斷工作的特點，具有結構緊湊，外輪廓尺寸較小的特點，因此應按齒面接觸強度和齒根彎曲強度驗算。齒面接觸疲勞強度的校核由公式可驗算：式中—區(qū)域系數；__彈性影響系數；—螺旋角系數，直齒輪為1；—重合度系數；-齒寬，齒輪副中的較小齒寬；—小齒輪分度圓直徑；—許用應力；U—齒數比；齒輪副中：許用接觸應力的計算：由機械零件查得；選取安全系數故又查得；由于螺旋角，由機械零件得;直齒輪螺旋角系數；重合度系數；；齒寬b=3;故161MPa<。故滿足強度要求。齒輪副中：許用接觸應力的計算：由機械零件查得；選取安全系數故又查得；由于螺旋角，由機械零件得;直齒輪螺旋角系數；重合度系數；5；齒寬b=4;故310MPa<。故滿足強度要求。齒根彎曲疲勞強度的校核由公式可驗算：式中齒根危險截面的彎曲應力；載荷系數；齒形系數；應力校正系數。齒輪副：計算載荷系數K：式中K-載荷系數；-使用系數；-動載系數；-齒間載荷分配系數；-齒間載荷分布系數。由《機械零件》可查得取=1;根據V=，可得;查《機械零件》可得,，故。由《機械零件》得齒形系數：，得齒形修正系數；許用應力的計算：由《機械零件》得，,安全系數s=,故。因此彎曲疲勞強度：109M,132Mpa<故彎曲疲勞強度足夠。齒輪副：計算載荷系數K：由《機械零件》查得,根據v=，對稱支撐；由《機械零件》取得,故。查得齒形系數;應力系數；許用應力的計算：由《機械零件》得；由《機械零件》得由《機械零件》取彎曲疲勞強度安全系數S=；；因此彎曲疲勞強度129Mpa<所以彎曲疲勞強度足夠。低速級齒輪強度的驗算由于該行星輪傳動具有長期有效間斷工作的特點，具有結構緊湊，外輪廓尺寸較小的特點，因此應按齒面接觸強度和齒根彎曲強度驗算。齒面接觸疲勞強度的校核由公式可驗算：式中—區(qū)域系數；__彈性影響系數；—螺旋角系數，直齒輪為1；—重合度系數；-齒寬，齒輪副中的較小齒寬；—小齒輪分度圓直徑；—許用應力；U—齒數比；齒輪副中：許用接觸應力的計算：由機械零件查得；選取安全系數故又查得；由于螺旋角，由機械零件得;直齒輪螺旋角系數；重合度系數；；齒寬b=;故183MPa<。故滿足強度要求。齒輪副中：許用接觸應力的計算：由機械零件查得；選取安全系數故又查得；由于螺旋角，由機械零件得;直齒輪螺旋角系數；重合度系數；5；齒寬b=;故352MPa<。故滿足強度要求。齒根彎曲疲勞強度的校核由公式可驗算：式中齒根危險截面的彎曲應力；載荷系數；齒形系數；應力校正系數。齒輪副：計算載荷系數K：式中K-載荷系數；-使用系數；-動載系數；-齒間載荷分配系數；-齒間載荷分布系數。由《機械零件》可查得取=1;根據V=，可得;查《機械零件》可得,，故。由《機械零件》得齒形系數：，得齒形修正系數；許用應力的計算：由《機械零件》得，,安全系數s=,故。因此彎曲疲勞強度：127M,143Mpa<故彎曲疲勞強度足夠。齒輪副：計算載荷系數K：由《機械零件》查得,根據v=，對稱支撐；由《機械零件》取得,故。查得齒形系數;應力系數；許用應力的計算：由《機械零件》得；由《機械零件》得由《機械零件》取彎曲疲勞強度安全系數S=；；因此彎曲疲勞強度143Mpa<所以彎曲疲勞強度足夠。軸的設計及校核1．選擇軸的材料，確定許用應力根據工作條件選擇軸的材料為40Cr鋼，調質處理，由教材表15-3查得。2．按扭轉強度估算軸徑根據《機械零件》取=112,故得==。輸出軸的最小直徑是安裝聯軸器的直徑，為了使所選的軸直徑與聯軸器的孔相適應，故需同時選取聯軸器型號。按照計算轉矩應小于聯軸器的公稱轉矩的條件，為了隔離震動與沖擊，應選用微型彈性聯軸器，選用德國KTR公司品牌的ROTEX--GS系列的微型無齒隙彈性聯軸器；軸套材質為鋁式，加緊式軸套，無鍵槽，傳遞扭矩取決于軸徑，軸徑范圍為5--8，聯軸器長度，外徑。半聯軸器的孔，故取，聯軸器與軸配合的轂孔長度。3.軸的結構設計擬定軸上零件的裝配方案,用下圖所示的裝配方案可取，，因為軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選擇單列圓錐滾子軸承。參照工作要求選擇C136079J,其尺寸為：。軸承采用反裝形式，用軸肩定位，軸肩高度。4.確定軸上圓角和倒角尺寸取軸端倒角2×45，各軸間圓角半徑見圖。5.軸上載荷以及軸的校核圖5-1軸的彎矩扭矩圖圓周力：==2×270/5=108N徑向力：==108×tan=法向力：=/cos=cos=水平支反力為：，垂直反力：當量彎矩為：垂直面內=320Nmm，=15Nmm水平面內總彎矩為：==401Nmm，==243Nmm軸受轉矩為：T=9549/n=9549×1800=796Nmm最后按彎矩合成應力校核軸的強度：進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，根據以上數據及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，故取，軸的計算應力所以滿足=70Mpa的條件，故設計的軸有足夠的強度，并有一定裕量。本章小結本章通過對幾種主要的減速器進行對比，結合礦用履帶搜救機器人的工作環(huán)境，外型尺寸，確定所選用減速器的形式。同時設計計算了驅動輪減速錐齒輪，通過校核滿足機器人的性能要求。6移動機構履帶及翼板部分設計履帶的選擇由于在考慮履帶裝置設計時，基于標準化的思考，我們選擇了梯形雙面齒同步帶作為設計履帶，梯形雙面齒同步帶傳動具有帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點。同步帶傳動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，結構緊湊，適宜于多軸傳動，無污染，因此可在不允許有污染和工作環(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論，選用梯形雙面齒同步帶作為移動裝置設計履帶能夠滿足設計性能及工作的環(huán)境條件要求。由已知后軸輸出功率為(即）；由已知設計裝置移動速度，根據公式，可得主動輪轉速，預先設計履帶主動輪直徑=160mm，履帶從動輪直徑=160mm，由公式，可得=120r/min.。故可以得到設計的已知條件如下：（1）傳遞名義功率.（2）主動輪轉速.（3）從動輪轉速（4）中心距.確定帶的型號和節(jié)距由設計功率=和=120r/min，考慮到可以用雙面交錯梯狀齒形同步帶作為履帶使用，由圖6-1查得型號選用XH型，對應節(jié)距=，圖6-2為雙面交錯梯狀齒形同步帶的結構圖，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DA型雙面齒同步帶，其兩面帶齒呈對稱排列，圖B為DB型雙面齒同步帶，其兩面帶齒呈交錯位置排列，本裝置設計履帶選擇DB型。XH型同步帶=，=。 圖6-1梯形齒同步帶，輪選型圖圖6-2梯形齒形狀圖確定主從動輪直徑為了增大摩擦力，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=160mm，履帶從動輪直徑=160mm。選擇履帶主動輪型號為23XH，履帶從動輪型號為23XH，就近圓整帶輪直徑，查得履帶主動輪直徑=，履帶從動輪直徑=。確定節(jié)線長度和帶寬確定中心距，中心距大，可以增加帶輪的包角，減少單位時間內帶的循環(huán)次數，有利于提高帶的壽命，但是中心距過大，則會加劇帶的波動，降低帶的傳動平穩(wěn)性，同時增大帶傳動的整體尺寸，中心距過小，則有相反的利弊，取帶傳動的中心距為=400mm。（1）計算所選用型號同步帶的基準額定功率（kw）式中許用工作拉力，查表得=單位長度質量，查表得=m線速度m/s求解線速度：由已知條件主動輪轉速=1220r/min.帶入上式得（2）計算主動輪嚙合齒數（6-6）（3）確定實際所需帶寬（6-7）式中帶所傳遞的功率kw=嚙合系數，因6，故=1.所以將其取為標準值（6-8） 額定功率大于設計功率，則帶的傳動能力已足夠，所選參數合理。為了減輕履帶驅動裝置的重量，可以選擇硬鋁合金作為履帶主，從動輪的材料，硬鋁合金主要是加入銅，鎂，錳元素，故硬鋁合金具有密度小，質量低，強度高，硬度高，耐熱性好的優(yōu)點，能夠滿足設計性能要求。翼板部分設計履帶翼板是整個履帶驅動裝置中的基礎部分，主要起支撐作用，履帶從動輪，張緊輪分別安裝在翼板上，所設計的機器人移動部分采用的是輪履結合式，這種機構設計使機器人具有良好的越障和爬坡能力，履帶驅動部分必須能夠實現在履帶主動輪轉動的過程中翼板也能夠繞從動輪的軸線轉動，即在有不同角度障礙物的情況下能夠順利越礙。電機、電池組、支撐輪等零件都以前后翼板為固定支架，前后翼板的剛度直接影響著這些零部件工作狀態(tài)，若前后翼板剛性較差，在受到外界沖擊力的作用下易產生變形，那么將會直接導致電機安裝位置產生錯位，電機驅動齒輪與后同步帶輪中的傳動齒輪不能正常嚙合甚至卡死，或者導致安裝在后翼板上的承重輪不能正常支撐同步帶，失去承載機器人負荷的作用。為了實現翼板能夠繞軸線中心轉動，需要使用電機提供扭矩，履帶驅動裝置需要的扭矩越大，相同型號的電機的尺寸也越大，從經濟性的考慮，應盡量減輕整個履帶驅動裝置的重量，所以在材料選擇方面，翼板的材料應滿足質量輕，高強度，高硬度，易加工的優(yōu)點，綜合選擇，鎂合金能夠滿足一般的性能要求，所以翼板的材料選擇鎂合金。本章小結通過本章的分析，選擇梯形雙面齒同步帶作為設計履帶，確定了帶的型號和節(jié)距，主從動輪直徑，以及節(jié)線長度和帶寬，同時也采用了翼板作為支撐，節(jié)省了材料7機器人搖臂的設計搖臂作用概述搖臂的作用是是機器人在越障時起輔助作用，使機器人受力情況改變，更加靈活的適應崎嶇的環(huán)境。主要作用為以下兩點：1．支撐搖臂的前輪，使之能夠自由滾動。2．360度轉動時，能夠支撐起車體。為了使與搖臂相連的輪能夠自由轉動，設計成輸出軸上套軸承，軸承支撐車輪的形式。為了使搖臂轉動時能夠支撐起車體，車體前方的輸出軸是由搖臂電機經減速器輸出的。輸出軸通過花鍵與搖臂翼板固定連接。采用花鍵的原因是安裝方便。搖臂主體實際上是一塊鋼板，形狀與搖臂兩個輪的形狀相一致，尺寸略小于輪。前導輪安裝在一個短軸上，而短軸也是通過花鍵嵌到翼板上的。為了使花鍵與翼板不發(fā)生相對錯動，故當翼板安裝到位后，用螺栓將翼板與花鍵軸連接起來。為了增加翼板的強度剛度，在翼板外側連接一個條形擋板。在翼板前端短軸末端用螺栓連接一個擋板，用來卡住軸承。為了使之運動平穩(wěn)，翼板相連的大輪直徑應該與前車輪直徑相同而為了減小整機的尺寸，故該輪的寬度要比前輪寬度窄一些。這里定輪寬為60，所以小輪的寬度也為60。車前輪與搖臂大輪之間的間隙為5，輪是靠軸承支撐的，軸承套在減速器輸出軸上。這兩個輪子的位置是通過軸承內外圈限定的，故選擇的軸承需要承擔較大的軸向力，所以選擇圓錐滾子軸承。由輸出軸直徑為30，查表得選擇的軸承型號是：32006。翼板上各零件尺寸如下：翼板寬度為10，花鍵長度為15，條形擋板厚度為10，最遠螺栓中心長度為250，通過6個M6螺栓與翼板相連接。圖7-1搖臂傳動減速器設計（1）計算總傳動比由電動機的額定轉速和后輪輸出軸軸轉速可確定傳動裝置應有的總傳動比為：

＝＝＝90（2）合理分配各級傳動比一級齒輪減速比為2初定一級齒輪減速比為2，二級渦輪減速比為45。（3）各軸的運動和動力參數選擇傳動精度等級的選擇如表7-2所示表7-2傳動精度等級的選擇項目圓柱齒輪渦輪蝸桿滾動軸承效率各軸轉速計算I軸II軸III軸各軸功率的計算I軸II軸III軸各軸輸入轉矩的計算電動機輸出轉矩I軸II軸III軸通過計算齒輪尺寸，渦輪蝸桿尺寸如下：齒頂圓直徑齒輪寬度分度圓直徑中心距小齒輪131412大齒輪18渦輪6517蝸桿1420本章小結通過搖臂的設計可以增加機器人的越障跨溝的能力，同時也對減速器的結構性能進行了分析，，通過設計減速器主要結構尺寸已確定，最終可得出減速器的外形尺寸為長QUOTE寬QUOTE