(毕业论文)直进轮系机器人行走机构的设计.docx

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1、机制也分为很多分钟，例如：轮式，腿式，轮腿，和一些特殊类型等等。不同的结构设计，不同的机潜入类型适合于不同的恶劣环境，要适应于平坦的的路面与沟壑之间的不同情况。现在的机器人不仅要满足这些结构需要，更需要向前开展。在20世纪80年代，一种新型的体制适应和社会现代化已经成为机器人研究的一个重点：腿的风格。这个机器人是#常高的适应性与我们生活息息相关的应用最为广泛的是轮式机器人，其灵活的运动形式与平淡路面的适应形势，使得其在生活中应用的最为广泛，其中最常见两种轮式移动机器人：两轮：-：四轮“如果在平坦的地面上，轮系机器人可以说是最正确的选择“并己为它的开展提供了成熟的技术在其他领域（如汽车行业）。1

2、.4.2研究意义此次对于机器人的研究与改良，可以使得机器人的性能有个显著地提高，其中高流动性的机罂人，适用于不同的环境，可以帮助人类进入人类所不能到达的貌域，或拧可以在环境中生存的一些国防和民生领域,其中在国家高度反恐的号召与行动中也起到J显著作用。适用于宽范困的移动机器人，但息可分为三个区域：（1）对于军方调查，以及一些排斥的危险我们国家大局部为山区，平原，其环境因素，决定了军事侦察机器人的玳要作用，侦杳机器人不仅可以控制快速完成任务并迅速融入不同的环境，而且在人类所不能企及的一些领域，出色完成任务。另外凭借其优秀的环境适应能力,也为军事行动提供r一个快速的，京好的一个平台，可以非常快捷的到

3、达目的地。例如，我们安装在机器人上行程表，GPS电子地图.GPS电了导航,电子狗等等,都可以被布四成使得所述机器人完成任务准确人类迅速和容易.（2）对于任务的检测和航空航天方面的危险检测越障性能优异的智能机冷人，使得它在考古学，洪水，干旱，山体滑坡等危险环境中也发挥了显著作用。对于古埃及金字塔的探索，现在已经利用古薄电力探索机器人来进行探索。除此之外，在大型工程建设一些方面，智能机器人维护大坝的平安以及随时准断的检测，都会对一些受损的柝墩和一些建筑物等进行快速有效的探测与评估。在制造业中，损坏的管道,排水条，墙壁可以被检测，还可以根据地燕人员伤亡与具体位酉来配合救援工作。国外很早就开始探索其他

4、星球，其中月球和火星是人类研究的主要对象。但是，由于地移动机器在功能上应具有以下的一些特点：能够在静态的条件下对路径由一个整体的规划，并且可以快速的控制机器人整体上的导航，很好的完成任务：出现障碍物时，能做到识别并做出相应的避函反应：主要的视觉系统能够对目标进行快速搜索与践踪：并且可以辅助整体导航，对机器人前进的目标进行精确定位。鉴于以上的研究目标，提出如下总体设计要求：1机器人动作灵活，控制方便：2采用模块化设计3感知能力要丰富，方便对其行为控制全面研究：4在保证功能实现的前提下，尽量减少系统硬件的本钱：5便于扩展、调试、及维护1,6根据由上述移动机器人的整体结构，从底层开发上述的设计要求被

5、分为五个等级：主要分为用户级，决策控制层，感测/基础决策，运动人员。的层和层之间的通信有标准的物理层和协议层，这些层是高度可扩展的。2.1.4 移动机器人硬件系统硬件包括一个移动机器人平台和无线通信系统中的组件，使用上，下两分布式控制系统结构。移动机器人平台的典型四轮机器人.前两个脚轮.两个独立的后轮驱动，后左和后右车轮安装直流电动机和电动机控制器，移动机器人平台和攀登障碍物，三维空间,以提供一个导航平台。系统的硬件组件可以被分成三个模块：将电源和驱动器模块，传感微模块，控制计算机模块,并通过功能类别，机器人可分为用户级传感/控制了系统.智能决策系统等2.1.5 移动机器人的电源和驱动模块在移

6、动机器人中使用的功率模块和功能模块的每个功能单元，主要内容有：对DSC(TMS32OI28335)函数在数据处理单元的运动控制代理功能ARM9的图像采集和处理单元和直流电机及检测驱动器和其他功能单元。2.1.6 移动机器人传感器系统机器人的传感系统主要的任务是为了获取内外部工作信息,这是机器人感知决策和行动2.2移动机器人运动控制研究本文革所研究的四轮机构也像普通的机器人一样采用轮子，小腿，小支架的形式以及其他机构并存的情况卜.进行有效的运动。主要采用的是后轮强动机构，前轮从幼，二期前轮的作用仅为支架的作用，后轮驱动采用的是双电机驱动，主要控制轮子的转弯与角速度的有效控制，合理的完成转弯越障碍

7、物等一系列更杂的任务。2.2.1 车体结构与运动学分析看以I；结构图形，很明显的看到两后轮的双浜动装置，电机与电机之间互不干扰，电压稳定为直流电压，速度恒定输出,而I1.I时可以根据需要调节电压的大小来控制其转速。前轮是从动轮，仅起到支掠的作用无向导功能问。图2.2车体结构图图2.3车体运动路径图3为车体运动路径示意图O为坐标底点，也是车体运动的起始点，经过I时间后小车慢慢的运动A点.在这其中,EX慢)、Ey(t)分别为小车在X方向上和Y方向上的位移:。与W分别是小车的角位移和角速度.根据以上假设，可以推断出以下关系式：Ex=fvcos6(k/(1)Ey=vsn19(r)J(2)0=fco(t

8、)dt(3)在允许的误差内我们可以认为，：Gfcos+Gsin?(20)Fi为驱动电机的驱动力矩。由上述分析可知，机器人轮胎与运动面的最大除摩擦系数决定了机器人可爬越的最大角度，而电机的特性和坡度的大小，决定了机器人爬坡过程的最大加速和爬坡的快速性。根据橡胶与木材的摩擦系数u=07,由Guco*?=Gsm21)得出B=35四轮机器人在最大爬坡能力小于35出于以上爬坡能力的要求，对此我们需要进一步对机器人进行爬裔台的运动进行分析，从而全面要求机器人在越障方面有一些更高的性能水平。当机器人最大限度的爬越育台，机器人行走机构与水平地面形成的俯仰角的极限角为,如图5所示，机器人理论上的跨越极限高度H为

9、：“=1.sina(22)1.为四轮机器人的轴距：由图5得出：在轮胎能爬上高台的条件下，轴距1.越长，机器人跨越极限的高度越高,稳定性越好.根据图示运用直观法不难看出，小车爬坡与爬裔的能力大小与其轮胎的大小好坏也有很大的关系,在进行设计时需要把轮胎的外在影响因素记录在内，为能够准确的掌握小车性能车轮直径的大小直接影响着小车的越障能力及运行速度。车轮轮系的增大可以有效的提裔车辆的承载能力。另外车轮的宽度也直接的影响到小车的性能。同样，后轮变宽，其转向阻力也会进步加大。进步，增大的车轮宽度比的增加更加有效地降低到压实的电阻的车轮直径因此，根据实时情况设计出有效合理的比例.3. 2移动机器人的结构设

10、计(D为了整体方便运行，小车采用了一种检体的车身组成结构。轴与四轮之间连接构成车体本身，整体性能过硬，是的所承我的重员全局部散到四个轮子上，其受力均衡，使得承我能力变得更强。(2)四轮系与框架构成了小车的移动机构。前车轮为从动轮，后车轮由于拥有两台电机,可以全方位移动进行调向.四轮接地点构成矩形块，提高了其稳定性。(3)小车车体上由中央处理器，掌控对整个小车的控制。(4)控制模式，首选自主导航的双控模式。小车应注重装有自主导航系统，控制系统，个体智能系统等。(5)应赋予机器人应急电源，使其在没电的情况卜.自主的充电。返回基地。(6)此次设计的小车其外形尺寸为850520X410mm.(7)车轮

11、的直径设计为180宅米，其宽度可为55皂米.其以卜一图为移动机器人整体框架结构简图：中心距a”/iren*5传动比”模数W1111h,端杆分度回直径dMD*蜗杆头数Z,我H齿数，期轮变位系数XJ选择传动4004.83“2“22.杀62支-0.1Oa7.25。2“22.4“4432批-O.IOg9.A1.6p2m骐3的-0.25277777214.52222.4。222“YUog181.6“2g223力-0.25g29，2。22.42P2-0.1003%1.6p2gP38-0.25g49。1.232gP伽-0.50g62c1“18。62a0.OOOQ比i=494.传动装置运动以及其动力参数（1）

12、由高至低依次分别为传动I轴、传动I【轴（工作轴）等等I：n11-=-3（XX）r/mini.oII：n；!=61.2rmini149（2）各个轴所输入的功率为：I轴P1=Puni=500X0.993=496.5W11轴Pz=P11111,=496.5X0.735X0.998=364.20W（3）各个轴所输入的转矩为1轴T1=T1111s=9550X&ns95500.993=1.4887Nmnv3185H轴T11=T1J1=I.4887X0.998X49=72.80表1运动和动力参数轴的号功率（W）扭矩（Nm）转速（rmin）电机轴5000003185.003000.00机盖壁厚1-3机座凸缘壁

13、厚b1.54.5机或凸缘壁厚b1.1.514.5机座底凸绿壁序b22.5B7.5地角螺钉直径d56地角螺钉数目n自-1轴承旁联接螺栓直径(11O.75d54.5盖与座联接螺栓直径d2(O.5O.6)153联接螺栓12的间即1轴承端盖螺钉直径d3(0.4-0.5)153窥视孔盖螺钉直径d4(O.3O.4)d53定位销直径d(0.7-0.8)I.2蜗轮轮毂端面与内机壁距离2中间轴两传动件的轴向距离3875机靛、机座筋厚m1.、mm1.O.851m0.85抽承端盖外径D239轴承旁联接螺栓距离S下表显示了如何确定各段轴的长度表4轴各段直彳仝确实定符号确定方法及说明d按许用扭转剪应力的计算方法估算.尽可能圆整为标准直径（查手册,如有外接零件（如联轴器），d应与外接零件的孔径一致，并满足键的强度要求。d1.d1.=d+2aa为轴肩高度。用于轴上零件的定位和固定，通常取0.07d=a=0.1dM1.应符合密封元件的孔径要求（查手册）,轴肩过渡圆用的要求杳手册.(12d2=d1.+（1-3）Ed1.和d2的变化仅为方便及区