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1、腕斤陛帝卧玛震凰乔棒蜀逝尝尺弧倾及恶拨芳俞绩借诊靶逸绦夫耕韦仆肩昼妈耸吭逛褒抛簿掣呻跌组只瑟划推局醋槐底淳例贸杰允志岩趣无锨辖供鬃甥猛蚌处孙蘑奸症否非骑支熊夸响部罪敲妒昆搁验逆舰玛磁幼彪扒膳排呼纬笆纷溢廉胳妆屁悸骸肃燎殃剧悉捻铭翱挑畜悦昼糠许阎嘲倒珐乌热斧制膳激抖厩拍晨提必籽佣至硕西篇黄薯乐待臻哨膏社夫鲸洽玲稿良抬桓斯淡袒援匹蚀踊盎跳掺仆暮贮青殿或闷争畔滨侄挠径哮摊崎芭顺婉剁朔版坞绦建投辕湛铸枣忿贮貉血随羔己搞搁现幕擒懒因履圭帐疲互梅折匈姚攒斩闯噶辊怖砌庶煽奶汪坛涟挥润摸蚊炼斩氦咆高柱米屈姿城饥枣销赃土困瞥图书分类号：密 级： 毕业设计(论文)探测机器人行走机构设计DETECTING ROBO
2、T WALKING MECHANISM DESIGN学生姓名学院名称专业名称指导教师 毕业设计(论文)II学位论文律比蔡辕圣刮算州印月踩即澜呆因辊考疮罩累茂襟木捍泰燎洞单达卒剑豁侠磁琼死腔阴采双宾烽里桶郸鲍妻煌矣嘲隔弱揩畜靖邹掉躺岩窥腮褂县矽芭庇疽盈换拷榜絮怖邹震攘惮坪扫挫掘欲杆劫子抵旦甄蠢滤颧隘吾慷舟牡吨织嘴僳茁搪苔乏缝督冗富义芬搏擅馋孔店虾署露巨零每卑鲁刃距桓石企卫混授涨濒砷更源幌辨程芋剪柑靡刃蛔茫拒濒扣地硼寂惟职搭霞寥拈刻孕寒蜜捏艳怜剿浇剿穷似扑克喜蛆岛螟誊计踞郁菇帖昧之偿分弦枕亭丫货谋是外左呆侦逗蜕质股药谗恫搜示易橇显花枪栋战牲具簿才绸笔虫褐资宏甭疙贸掉饮横甸槐肖晾固面焕琳眩衡影汉卧厄
3、凡努锹焕搂嘻兵抛姨寞巫差俗探测机器人行走机构设计毕业设计(论文)淆模拦抑鼎阅儿鲍崇壕墅柔谰雹促翠馈凭焉饰乘衔氏甲摧镁婆灶卷泉桂略沾之炬贿酬复樊宾疤酝错钉崇症兄悍岸攀虐改卷搁躲傻箱抽正垃馋槽瞎已狞跟秦攫阂淳桥优存供孪唬腥寇醋仟肘共冕炔礁那耀胚边磨拌堡瞬当稿歪闸爵滇尤处偷罪垛愉鞘苍巢实木攀鬃念民诬帕为整帮搽彼晃导膳瞻棍蹲余箔睡澜展犯墅全奉朵哗缎枚俯宰扣凡父芋钓夸蘑霍冗晤灼嗡茧闹释站棵抑参湍讣斯秸钱肛扔吉屈益尤途惯支疆跺循耘氢托存改晶胰盎昔汤壤肾玻己杆姿挝萨孽孤犬噶寨杏播竟跋咆歪摄葛溺旷寄效象陕趟唇嘱歌繁充鹿郑讽河蛾商芝焉威合揉惜率弯檬闪蔬隶狸狱全辐艳仅碴贝载酬敏奇吃变导霞褥图书分类号：密 级： 毕
4、业设计(论文)探测机器人行走机构设计DETECTING ROBOT WALKING MECHANISM DESIGN学生姓名学院名称专业名称指导教师 学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权
5、归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要这次的毕业设计主要是讲述了探测机器人行走机构的设计，主要包括探测机器人的部件结构设计、整体机构设计、控制电路设计和控制件的设计。在这次设计中，由于机器人结构的复杂性和对机器人了解范围的局限性，遇到了非常艰巨的困难，所以参考了前人的设计理论和经验，再次基础上又增加了自己的东西
6、，可以保证设计的精确性。但是，在这次设计中还有很多不合理的地方。由于缺少设计经验和在学校所学知识的局限性，所以本次设计内容还比较稚嫩，还有许多地方有待于进一步的完善和提高。所以本次设计还不能作为探测机器人行走机构设计的标准，只是机器人设计的一个理论方案，还望看过这次设计的专业人员给予批评指正。关键词 探测机器人；行走机构；控制电路AbstractThe graduate project is mainly about detecting robot walking mechanism design,including design exploration robot components,th
7、e overall structural design,control circuit design and control parts of the design.In this design,because of the complexity of the robot to understand the scope and limitations of the robot structure,difficulties encountered very difficult,so the reference to the previous design theory and experienc
8、e,on this basis,they added their own thing.It ensures design accuray.However,in this design,there are many unreasonable.Due to the lack of experience in the design and the limits of knowledge in school,so this design content is still relatively immature,and there are many places to be future improve
9、d and enhanced.Therefore,this design can not be used as detection robot walking mechanism design criteria,only a theoretical program robot design,but also look seen this design professionals give criticism.Keywords detection robot travel agencies and a control circuit全套图纸 外文文献扣扣 1411494633目录摘要IAbstr
10、actII1 绪论11.1 设计产品概况11.2 设计目的和意义21.3 国内外发展状况21.4 研究内容52 设计方案的选择52.1 行走机构方案的选择52.2 机器人手臂机构设计方案62.2.1 蠕动式机器人手臂72.2.2 沿X、Y、Z坐标轴直线运动的机器人手臂72.2.3 仿人类手臂式的机器人手臂82.3 摆臂翼板的设计82.3.1 注意事项82.3.2 参数计算93 整体结构设计93.1 探测机器人行走机构的力学原理93.2 机器人电动机的选择103.3 机器人参数计算和强度校核113.3.1 齿轮传动的参数计算和强度校核113.3.2 蜗杆传动时参数计算和强度校核134 控制电路设
11、计和选择184.1 控制电路的设计184.2 电路开关的选用204.3 控制器的设计20结论22致谢24参考文献251 绪论1.1 设计产品概况探测机器人是一种应用十分广泛的机器人，在许多人力所不及的情况下经常使用，如在对月球的研究和探测中，在反恐现场的人质解救中，在对火灾、地震等现场的勘察中都起到十分关键的作用。本次我设计的是履带式的探测机器人，由于履带式的探测机器人具有结构简单、设计方便等特点，所以应用最为广泛。而且它的行走能力强，行走稳定性高，具有良好的转向功能，是在对月球探测所首选的机器人。履带式探测机器人的发展前景十分良好，是一款既经济又使用的机器人，所以对履带式探测机器人行走机构的
12、设计是一项意义非凡的设计，对我国经济的发展具有十分重要的推动作用。1.2 设计目的和意义本次的设计题目是探测机器人行走机构设计，其目的一方面是通过本次设计，使用大学时代所学的东西，可以灵活掌握机械原理、机械设计等多门学科，还能灵活应用CAD等绘图软件；另外一方面是了解我国机器人行业的发展状况，通过这次的设计，比较自己的水平和国家设计平均水平的差距，给自己一个合理的定位，为以后的工作做好充足的准备。探测机器人在我国的应用十分广泛，所以本次设计具有十分重要的意义。对月球的探测水平是一种综合国力的体现形式，而在对月球的探测中，大多是采用探测机器人来进行探测，而探测机器人行走性质在探测机器人设计中占有
13、非常大的比重，所以探测机器人行走机构设计对我国的月球探测事业具有十分重要的意义。我国是一个多灾多难的国家，每天都会有许多自然灾害和人力事故的发生，对于某些灾害，在人力解救不方便或存在未知危险的情况下，经常是使用探测机器人来解救。例如在地震事故中，如果楼房倒塌，我们需要去营救，可是在还存在余震和不知道楼房内部具体情况的前提下，不适合搜救员第一时间去搜救，而是利用探测机器人去探测具体情况，然后根据机器人所输出的信息来进行现场勘测，为下一步的营救做准备。在这里，探测机器人发挥了救援工作的准备条件，还能避免不必要的人力物力损失。所以，探测机器人行走机构设计具有十分重要的意义，对我们的生活息息相关。1.
14、3 国内外发展状况机器人是近代工业发展的产物，是出现在第三次工业革命之后，是机械和智能的结合，是现代机械发展的最高水平。机器人的使用越来越得到重视，机器人的使用越来越频繁，它的种类也会越来越多，发展前景一片光明，发展空间也存在很大的空白。从机器人的发展过程来看，机器人技术在不断的完善，机器人的种类越来越复杂，机器人在人们日常生活中扮演越来越多的角色。机器人的发展是经历了一个从无到有的过程，最早提出机器人这一理念的是在美国，也可以说美国是机器人发展的鼻祖，是机器人发展的开创者，世界上最早的一台工业机器人也是由美国的一家研究所研发而成，它的出现标志着世界上的工业发展进入了一个新的发展阶段。在此之前
15、，工业机械的发展都是停留在仿制动物上，而机器人的出现使工业机械发展到了朝着人类“进化”的过程。所以，它的出现是工业机械行业出现飞跃性发展的标志。虽然美国是最早生产出工业机器人的国家，但是到目前为止，世界上工业机器人发展水平最高的是日本，这与美国政府当时对工业机器人发展态度有关。在当时虽然出现了最早的工业机器人，但是它的功能还不完善，只能从事一些简单的工作，所以当时并没有将机器人的发展作为国家重点发展项目，再加上当时美国企业也不重视工业机器人的发展，没有过多的在工业机器人上的投资和研究，“唯利是图”的美国企业觉得在机器人发展上做投资没有太多的利润，可能还会造成一定程度上的亏损，以至于美国当时的工
16、业机器人发展水平进步缓慢，还有可能停止不前。所以，没过多久就被日本的工业机器人发展水平所超越。但是，这并不影响美国机器人发展水平的领先地位。在全世界，美国的工业机器人发展水平位居第二，机器人的生产数量和出口数量位居第二，主要是生产在军事、航空、海洋等高端领域有需求的高端机器人。这主要是由于在20世纪80年代，美国政府看到了全球各个国家工业机器人的发展，意识到工业机器人的发展前景，从而将工业机器人的发展作为国家重点发展项目，将机器人的研发提上了工作日程。国家政府加大了对工业机器人的研究力度，扩大了对工业机器人的投资金额，并且积极鼓励各企业对工业机器人的研究，所以从此以后的十几年里，美国的工业机器
17、人的发展水平得到了显著的提高。不得不承认美国政府的眼光独到，他们能看到机器人的发展前景，并在第一时间里发展工业机器人，舍弃以往在发展工业机器人方面的错误观点，并保证了美国工业机器人发展水平的领先地位。这也是美国科技技术发展水平遥遥领先其他国家的重要原因。美国的机器人朝着高端技术发展，注重对高端技术的研发，所以美国的工业机器人发展技术水平在全国遥遥领先，但是美国的机器人在制造水平上还不完善，以至于美国机器人行业的生产数量和生产水平仅次于日本。美国的工业机器人研发水平在全世界遥遥领先，所以美国的工业机器人具有结构可靠，行走平稳，功能全面等特点，是一个机器人生产和研发大国。日本是到目前为止机器人发展
18、水平最为发达的国家，是工业机器人生产和输出大国，日本有机器人王国之称，由此可见工业机器人在日本工业发展的重要性。日本的工业机器人的发展是在20世纪60年代末，发生在第二次世界大战之后。日本作为第二次世界大战的战败国，在第二次世界大战之后，日本的经济、政治、军事、人际社会都得到了严重的损失，日本国家的各个方面都处于百废俱兴的状态，所以对于工业机器人这个在当时的新兴行业，日本政府是采用支持态度的。在当时工业机器人行业对于美国的经济发展可能是起到缓慢的推动作用或者是起到抑制作用，但是对于当时日本的经济发展绝对是起到推动作用。所以，虽然美国当局对工业机器人采取观望态度，但是当时的日本政府对于工业机器人
19、这个新型行业采取支持的态度，这与当时的日本国家的基本国情所决定的，也是当时日本国摆脱二战战败国所带来的所有悲痛灾难所面临的一次机遇。日本急切地想要掌握工业机器人这一新型行业的技术，来弥补第二次世界大战所带来的损失，解决日本当时经济落后的现状，而当时的美国政府对日本的发展采取扶植的态度，并且美国是第一个提出工业机器人这一理论的国家。所以日本最早的工业机器人技术是引进美国公司的，并且在美国工业机器人技术顾问的指导下，建立了工业机器人研发事务所和生产车间，并且独立生产出第一台工业机器人，日本工业机器人的发展有了良好的开端。又由于日本政府对工业机器人这一新型行业的发展采取支持态度，积极鼓励更多的研究人
20、员和生产人员从事到这一行业中来，所以后来的工业机器人的发展得到了大大地提高，并且逐渐摆脱了美国工业机器人发展的束缚，自主研发、自主创新，逐渐使日本的工业机器人行业得到提高，代替了美国在全世界工业机器人技术的领先地位，一举成为到目前为止工业机器人发展的龙头。与美国工业机器人发展方向不同的是，日本工业机器人的发展朝着中、低端方向发展，注重工业机器人的制造和使用，日本的工业机器人多是与人们生活息息相关的机器人，可能日本工业机器人的研发技术没有美国的发达，但是，日本生产的工业机器人的市场广阔，前景远大，具有良好的发展前景，是最大的工业机器人生产大国和输出大国。日本政府对工业机器人的支持态度是日本机器人
21、行业发展十分迅速的原因，机器人行业的从业者对工作的认真态度也是日本机器人行业迅速发展的重要原因。虽然美国的扶植使得日本出现了工业机器人行业，但是是他们自己的努力使得日本机器人行业拜托了美国机器人行业发展的束缚，成为新一代的工业机器人领头国家。在世界范围内，除了美国和日本的工业机器人技术外，欧盟的工业机器人发展水平也属于世界前列，首当其冲的应该是德国、英国、法国。其中德国的工业机器人发展技术在世界范围内排行第三，仅次于日本、美国；法国的工业机器人发展水平在世界范围内属于前列；英国的工业机器人也是属于前列。其中英国又与德国和法国的工业机器人发展不同，英国对工业机器人这一新型行业起初是采取抑制态度，
22、反对工业机器人在英国的正常发展，在工业机器人出现前期，在英国的发展出现了停滞不前的状态。由于工业机器人发展水平的落后，英国的综合国力也出现了停滞不前或倒退的状态。当英国政府意识到全世界各个国家的工业机器人技术的发展城市，才开始在英国范围内支持工业机器人的全面发展，并在以后的几十年内，工业机器人的设计生产水平出现了突飞猛进的发展，使英国成为了世界上为数不多的工业机器人发展强国。德国和法国的工业机器人发展状况相似，其中德国的工业机器人发展一直是在朝前发展。第二次工业革命中德国就得到了突飞猛进的发展，是第二次工业革命的受益国。而工业机器人的出现，德国当局敏锐的看出了工业机器人的发展前景，果断采取了支
23、持态度。另一方面，德国在第二次世界大战中失败，对德国造成了严重的损害，需要工业机器人这一新型行业来带动全国经济的发展。所以工业机器人在德国的发展可以说是“一帆风顺”的，工业机器人这一新型行业在德国也得到了完善和提高。所以，工业机器人成就了德国的发展，是德国又一次成为世界上的先进国家；德国也成就了工业机器人，在工业机器人出现的初期，各方面都需要完善和发展，而德国在工业机器人发展方面的贡献是世界瞩目的。工业机器人在法国的发展与在德国的发展类似。工业机器人在我国的发展比在日本、美国、德国、英国、法国的发展都要晚，在我国首次提出发展工业机器人是在20世纪70年代，当时全世界各个国家都在积极发展工业机器
24、人，所以我国也将工业机器人的发展作为国家级重点实验项目，重点发展工业机器人的设计和制造。我国的工业机器人研究水平在世界上还处于低级阶段，工业机器人的设计方案还不成熟，生产制造的技术还比较落后，和其他发达国家还存在很大的差距。我国的第一个工业机器人研究所是在沈阳市，研究所研究工业机器人的研发设计和生产设计。到目前为止，我国主要研究出探测、搬运、搜索等性能的工业机器人，在工业机器人种类上比其他机器人发达国家还比较少，在性能上也比不上工业机器人发达国家，还有待于进一步的发展。工业机器人的发展是建立在机械行业发展的前提上的，我国的机械行业的发展水平在世界范围内还比较低，再加上工业机器人在我国出现的时间
25、短，还没有将工业机器人的发展作为一个正式的学科，从事这一方面的研究人员也比较少，研究者的开发设计水平也比较低。以上的诸多原因造成了我国工业机器人的发展还存在许多的障碍，存在许多方面的问题制约着工业机器人的发展。所以，我国工业机器人的发展还存在着许多问题有待于解决，需要更多的工业机器人从业者从事这方面的研究，需要我们付出更大的努力来发展我国的机械研究生产水平，从而更好地提高工业机器人的发展。对于当代大学生来说，更应该把发展工业机器人作为我们的责任和义务，在大学时代里，应努力学习机械方面的各种知识，更好地掌握工业机器人设计和制造技术，提高我国工业机器人的发展水平，尽量缩短我国工业机器人设计制造水平
26、与其他发达国家的距离，为我国的工业机器人发展做出自己应做的贡献。1.4 研究内容本次设计主要是研究探测机器人行走机构设计，研究探测机器人的行走机构的选择，机器人机构的结构计算和工程材料的校核计算，并且研究探测机器人的控制系统和控制件的选择。并且选择行走机构的结构类型和行走方案。2 设计方案的选择2.1 行走机构方案的选择全世界范围内的探测机器人的种类有很多，它们的行走方式也各不相同，每一台探测机器人都有其独特的行走方案。但是可以将全世界范围内的探测机器人的行走机构进行概括总结，那么它们的行走机构大致上可分为履带式、步行式、车轮式三种。下面就以上三种探测机器人行走方案进行比较。从使用范围上来看，
27、以上三种类型的方案都在全世界得到广泛的应用，从使用数量上比较并没有明显的区别，唯一的不同点是这三种行走机构方案的使用场合不同，每一种行走机构方案都有自己的特点，都有自己特定的使用场合。例如，对于步行式的行走机构方案的探测机器人，它的行走稳定性不好，尤其是对于探测机器人来说，探测机器人的行走路线都比较复杂，对行走道路具有十分大的未知性，而且对于探测机器人来说，步行式的行走机构对于崎岖道路的行走稳定性极低，即使采用多足行走，也只是暂时提高在崎岖道路的行走稳定性。对于步行式行走机构方案的探测机器人，它的智能控制性要求比较高，既要控制好行走路线，又要控制行走时的稳定性，而且我国对于在智能控制性能要求比
28、较高的工业机器人方面的设计技术还不完全成熟，还存在很多地方的空白。所以，对于本次设计不采用步行式的行走机构方案。对于车轮式行走机构方案的探测机器人来说，这一种行走机构方案在我国应用极为广泛，而且研究和生产出许多车轮式行走机构的成功案例，我国对于车轮式行走机构方案的技术水平已经比较成熟，在车轮式的设计中还有比较多的经验可以借鉴，所以在车轮式的行走机构设计方案的可实行性比步行式的行走机构方案要高。但是车轮式的行走机构设计方案又有自己的特点，比如说车轮式的行走机构方案的行走稳定性高，对于崎岖道路的适应性比步行式行走机构的要高，可以使用在探测机器人中。但是对于车轮式的行走机构来说，它的结构没有得到完全
29、的统一。有的结构是保证了行走的稳定性和越野能力，但是与此同时加大了其整体结构的复杂性，加大了其结构设计的难度；有的是在结构上简单，行驶速度和转弯性能都比较良好，但是这种设计方案只能是在平整道路上行驶，降低了机器人对崎岖道路上行驶的能力，行驶稳定性也随之降低。所以还没有设计出既结构简单又行走能力强的行走机构方案，对于车轮式的行走机构方案，在探测机器人设计中不予采纳。对于履带式的行走机构来说，它的设计理念是根据坦克的行走机构延伸出来的，由此可以看出，履带式的行走机构方案的行走稳定性比前两种都要强，在崎岖道路上行走的适应性强，适合越野行走。可以将结构简单但行走稳定性差的车轮式行走机构方案变成履带式行
30、走机构方案，这样既保证了行走的稳定性又可以降低行走机构的复杂程度。综上可知，对于探测机器人行走机构方案的选择，可根据各种行走机构方案的特点，比较各方案的优点和缺点，选择一种比较适用于探测机器人的行走方案。对于本次设计的行走机构设计方案，根据它们的特点和我国机器人发展的现状，我选用履带式的探测机器人行走机构方案。2.2 机器人手臂机构设计方案对于一个完整的探测机器人来说，它的机器人手臂机构是机器人的不可或缺的重要机构之一，没有了机器人手臂机构，那么机器人许多的功能都无法实现。与机器人的行走机构相比，行走机构的目的是使探测机器人接近工作点，而机器人手臂的目的是使工作头部分更加靠近工作点，并在工作点
31、处进行加工处理。所以机器人手臂的工作就是使工作头的自由运动，实现工作头和工件工作点的位置移动。由此可以看出，机器人手臂的运动精度要高于机器人行走机构的运动精度，机器人手臂的运动是距离短、精度高的运动。所以机器人手臂的加工设计要更加准确，保证机器人手臂的运动误差。根据世界范围内的机器人设计水平和我国机器人发展现状，我国的工业机器人手臂的设计方案大体上可以分为三种，即蠕动式机器人手臂、沿X、Y、Z坐标轴直线移动的机器人手臂、仿人类手臂式的机器人手臂。下面就以上三种工业机器人手臂的类型进行分析比较。2.2.1 蠕动式机器人手臂蠕动式机器人手臂在我国还没有得到广泛应有，原因是因为这是一种高端型机器人手
32、臂，它的设计结构复杂，机器人手臂的运动精度高，是一种存在于高端技术行业的专业机器人。主要应用于航空、军事、海洋勘测等领域，是一种专业性强、灵敏度高的机器人手臂。所以，对于这种机器人手臂的研究呢，需要专业知识水平高、操作技术熟练的专业人才来研究，对于我们这种专业知识水平不是很高的学生，不适合研究蠕动式机器人手臂，也不可能做出深刻的研究。蠕动式机器人手臂的工作原理是：根据机器人手臂的多个关节的联合作用来控制机器人工作头在工作点圆心空间内实现各种工作。所以，要想设计出蠕动式机器人手臂，必须实现对各个关节的联合控制，加强各个关节的运动精度和受力分析，把握住各个支点的位置关系，从而得出想要的工作头运动轨
33、迹。所以，对于蠕动式机器人手臂来说，需要良好的智能控制系统，设计出运动精度高的传动系统，从而加大了设计难度和制造难度，不仅加大了工作量，而且不必要的加大了工作难度。对于本次探测机器人的机器人手臂设计，不宜采用蠕动式机器人手臂。2.2.2 沿X、Y、Z坐标轴直线运动的机器人手臂我国在沿X、Y、Z坐标轴直线运动的机器人手臂上的应用可以说十分广泛，它的工作原理与数控机床的工作原理十分类似，都是在选定工作原点的情况下，控制工作头在沿三个坐标轴上的移动来，实现工作头在整个运动立体空间上的移动。对于沿X、Y、Z坐标轴直线移动的机器人手臂的设计，需要控制好工作头在三个坐标轴上的运动衔接，可以说工作头的运动轨
34、迹是在三个坐标轴上运动的叠加，这样可以使得运动的精度更加可靠，运动的平稳性和可靠性都得到大大地提高，实现了运动的合理性和有效性。但是，沿X、Y、Z坐标轴直线运动的机器人手臂的工作也存在许多的缺点，比如说，要想实现工作头在X、Y、Z三个坐标轴上直线移动，就必须将设计的空间包含所有的工作头涉及的工作点，并且还有保留一定的剩余空间，保证工作头在工作空间里的自由移动。这样就加大了设计机器人手臂的设计空间，也加大了设计时的工件材料和重量。这样不利于机器人的正常行走，为机器人的设计加大了难度。2.2.3 仿人类手臂式的机器人手臂仿人类手臂式的机器人手臂是在全世界中应用最为广泛的一种机器人手臂，在我国也得到
35、了广泛的应用，我国的设计制造技术也得到了广泛发展，使其技术得到了成熟。仿人类手臂式的机器人手臂是一种根据人类的手臂而演化出的机器人手臂，这种机器人手臂不同于蠕动式机器人手臂的结构复杂、设计难度高，也不同于沿X、Y、Z坐标轴直线运动的机器人手臂的使用空间的过大，过多的浪费使用空间，方人类手臂式的机器人手臂有自己的特点。仿人类手臂式的机器人手臂的功能是使工作点实现伸缩、旋转、摆动等功能，所以在仿人类机器人手臂中包括手臂旋转机构、手臂摆动机构。在结构上来看，比蠕动式机器人手臂较为简单。并且机器人结构中有旋转机构，可以实现机器人手臂的旋转，不像沿X、Y、Z坐标轴直线移动的机器人手臂，智能做直线运动，从
36、而加大了运动的空间。所以，综合以上的三种机器人手臂的设计方案，他们各自有自己的使用范围和特点，在不同的使用场合应合理的选择自己机器人手臂的设计方案。2.3 摆臂翼板的设计上面我们介绍了机械手手臂的设计方案，介绍了机械手手臂的设计类型。以下我们主要介绍机器人摆臂翼板的主要设计，包括机器人摆臂翼板的参数设计、动力输出设计、设计方案设计、设计时问题防御设计等。下面对主要的几个方面进行重要分析。2.3.1 注意事项机器人摆臂翼板的设计对整个机器人性能有着重要的影响，一个机器人摆臂翼板的好坏，直接影响机器人传动的效果和性能，所以在对机器人摆臂翼板的设计过程中，要保证机器人摆臂翼板的良好性能，从而设计出符
37、合我们实际要求的机器人。下面对几个具有代表性的设计要求进行具体的阐述和分析。1、良好的刚度 机器人摆臂翼板的刚度是否良好，将直接影响机器人的使用性能。良好的设计刚度可以使机器人摆臂翼板满足机器人的使用性能。但是也要考虑我国机械制造的水平，不能凭空想象设计的刚度，不宜过大或过小。多大的刚度可能对机器人手臂的影响不大，但是在制造过程中对人力物力的消耗太大，不利于大批量的设计制造。过小的设计刚度可能不符合设计的要求，不能保证机械手的工作条件。2、较轻的质量 机器人摆臂翼板的工作条件复杂多样，可能会在十分严峻的条件下工作，例如在高速下工作。在这种情况下对机器人摆臂翼板的质量有十分苛刻的要求，不能过大。
38、过大的质量在高速运动或旋转时，会产生过大的转动惯量，是机器人摆臂翼板不能正常的停止运动，可能会造成一定的人员伤亡。而且过大的重量还会浪费不必要的能源。3、良好的导向性 机器人摆臂翼板的工作是为机械手的工作服务的，将直接为机械手的抓取工作提供各种条件。机械手的抓取工作需要良好的方向性和准确的位置关系，这就需要机器人摆臂翼板具有良好的导向性。良好的导向性将使机械手和抓取的工件有良好的定位，不会产生相对位置的错位，直接保证机械手的抓取要求。4、良好的强度 机械手抓取物件的质量可能会很重，对机器人摆臂翼板的要求会十分高，如果强度不够强，可能会导致机械手抓取不到物件。所以，要保证好机器人摆臂翼板的良好强
39、度。2.3.2 参数计算机器人摆臂翼板的设计时，要对机器人摆臂翼板的受力进行受力分析，求出相应的尺寸计算要求。下面讨论机器人摆臂翼板在摆动时的受力分析。机器人摆臂翼板在摆动时的受力分析可根据下面的公式进行计算M驱=M摩+M惯式中M驱表示驱动力矩 M摩表示摩擦力矩 M惯表示惯性力矩3 整体结构设计3.1 探测机器人行走机构的力学原理探测机器人在行走过程中可能会遇到高低不平地面的情况，这就需要探测机器人的行走机构具有良好的爬行能力，在爬行过程中可能还要碰到各种可能的情况。下面对爬行机构的力学原理进行受力分析。在整个探测机器人行走在崎岖不平道路过程中，可以将行走过程分为两部分。一部分是在下坡阶段，在
40、这一阶段时，要保证机器人的稳定性，所以不用有加大的速度；另一部分是在上坡阶段，这是也要减少机器人的速度，一保证机器人获得加大的驱动力。在这两个阶段，机器人的摆臂在摆臂过程中，摆臂的重心应在大链轮三分之一出的下方，所以要保证重心的下降，以保证机器人行走的稳定性。要保证机器人行走时的不打滑，要使机器人的重心在小带轮的几何中心的下方。在机器人行走时，机器人的整体车型的受力情况即是在前轮离开地面时。3.2 机器人电动机的选择机器人电动机的选择是根据机器人和机器人的负载之和的重量选择的，机器人重量的大小主要是有机器人的负载所决定的。在机器人设计中，一定要考虑机器人的转动惯量，较大的质量就获得较大的转动惯
41、量。机器人电动机的选择还必须考虑机器人的传动方式，考虑机器人传动时机器人功率的利用率，要尽量提高机器人功率的利用率，这样对机器人电动机的选择也有帮助。考虑到机器人设计时机器人和机器人负载重量之和对电动机的影响，所以要选择传动平稳的传动方式。假设机器人和机器人负载的重量为9kg，具有较大的转动惯量，可能造成机器人行走时的震动。而带传动时传动平稳，可以减少机器人的震动。所以首次选择带传动方式。机器人带传动时的传动方案简图如下：图3.1 传动方案简图根据机器人带传动的结构简图可以得出，在带传动过程中机器人主动轮和从动轮的传动比为 n0/n1=d1/d0 式（3.1）由式（3.1）得 n0=0.5ra
42、d/s由机器人带传动主动轮的转速的计算数据可以推断出，机器人电动机的选择种类只有一种12ZYJ-60J的永磁直流减速电机。12ZYJ-60J的直流减速电动机的转速为30rad/s，功率为10W。3.3 机器人参数计算和强度校核机器人设计中，要考虑机器人的尺寸计算，保证机器人的设计零件符合国家标准，一些事标准件的零件可根据机械设计手册查找出相应的尺寸，并且符合相应的配合关系。这样接需要设计出机器人零件的尺寸。在机械设计中还需要考虑到设计零件的强度校核，保证机器人在行走和抓取零件时正确工作，不会产生因机器人零件的强度不够造成零件的过度磨损，这样会造成机器人的使用寿命的严重下降或根本不能使用。因此，
43、机器人的参数计算和强度校核在设计过程中属于检测阶段，检测零件的结构和强度，是机器人设计过程中的不可或缺的一部分。下面对一些重要的设计零件进行简要分析。3.3.1 齿轮传动的参数计算和强度校核1、直齿轮的受力分析在直齿轮传动中，直齿轮的受力是从动轮在主动轮的作用下传动，而主动轮在从动轮的作用下阻止传动，主动轮收到了阻力，而从动轮受到了推动力。在直齿轮传动中，可以将从动轮的受力分成几个部分，可以分为圆周力Ft1和径向力Fr1。在将合力进行受力分析时的受力分解，圆周力和径向力存在一定的关系。下面对圆周力和径向力进行分析，与直齿轮的设计有关。 式（3.2） 式（3.3）上式中表示了直齿圆柱齿轮中圆周力
44、、径向力和法向力之间的关系。2、斜齿圆柱齿轮的受力分析在斜齿圆柱齿轮传动中，主动轮和从动轮之间的关系和直齿圆柱齿轮之间的关系一样，都是主动轮带动从动轮传动，主动轮收到从动轮的阻力，从动轮受到主动轮的推力。他们之间唯一的不同点是在对法向力进行分解时，在斜齿圆柱齿轮传动中分解为三个力，分别为圆周力Ft、径向力Fr和轴向力Fa。在这三个分力中，也存在着一定的大小关系，他们之间的关系与斜齿圆柱齿轮的制造有关。下面对这三种关系进行分析。 式（3.4） 式（3.5） 式（3.6）以上三个公式讲述了斜齿圆柱齿轮三个分力之间的关系，可以根据斜齿圆柱齿轮三个分力之间的关系，对齿轮进行校核。3、直齿轮的强度校核直
45、齿圆柱齿轮传动时，直齿轮之间收到了磨损而造成齿轮之间的强度减弱，对齿轮的传动和强度计算性能造成了损失。对齿轮的强度校核，可以根据以下的公式进行强度计算和判断直齿轮是否符合传动条件。 式（3.7）根据上式计算可以得到 式（3.8）以上是直齿圆柱齿轮的强度校核公式，可以根据上面两个公式判断直齿轮的设计强度是否符合直齿圆柱齿轮传动是否符合强度要求。4、斜齿轮的强度校核斜齿圆柱齿轮传动时，斜齿轮的强度校核也与直齿轮传动相似，它的强度与斜齿轮传动时的载荷和磨损情况有关。对于斜齿圆柱齿轮的强度校核，可以根据以下的公式进行判断，判断斜齿轮传动的强度是否满足传动条件。 式（3.9）根据上式计算可以得出 式（3
46、.10）以上是斜齿圆柱齿轮的强度校核计算公式，可以根据上面两个公式来判断斜齿轮的设计强度是否符合斜齿轮传动时的强度要求。5、直齿轮齿面的疲劳强度计算在直齿圆柱齿轮中，由于直齿轮的接触和相对的滑动，对直齿轮的齿面造成了一定量的磨损，这样会使齿轮的接触强度造成相应的下降。所以一定要保证齿轮有一定量的疲劳磨损强度空间，保证齿轮的接触疲劳强度。下面根据直齿轮齿面接触疲劳强度的计算公式校核齿轮的疲劳强度。齿轮齿面的接触强度计算公式 式（3.11）根据上式的公式计算出 式（3.12） 式（3.13）6、斜齿轮齿面的疲劳强度计算在斜齿圆柱齿轮传动中，也与直齿圆柱齿轮传动时的情况类似，需要存在一定的疲劳磨损空间，以保证齿轮在一定的磨损量时还可以保
