一種多姿態(tài)越障機(jī)器人設(shè)計(jì)

一種多姿態(tài)越障機(jī)器人設(shè)計(jì)Adesignforcolourfulobstacle-navigationrobot（西南科技大學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐班621010）摘要：設(shè)計(jì)了一種關(guān)節(jié)式機(jī)器人，其主要特點(diǎn)是制作成本低，重量小，便于攜帶，運(yùn)行平穩(wěn)，越障能力強(qiáng)。主要介紹了機(jī)械結(jié)構(gòu)，克服不同障礙的過(guò)程及重心分析。關(guān)鍵詞：越障運(yùn)動(dòng)過(guò)程重心分析Abstract：lnthiskindofajointtyperobot，themaincharacteristicislowcostandstableoperation,strongobstacle-climbingcapability.Andthetextmainlyintroducesthemechanicalstructure,theprogressofovercomingthedifferentbarriersandgravityanalysiskeyWords:obstacle-navigationmotorprocessgravityanalysis引言便攜式越障機(jī)器人具有良好的運(yùn)動(dòng)性能，在室內(nèi)環(huán)境中可以上下樓梯，跨越臺(tái)階，在室外非結(jié)構(gòu)地形中可以翻越障礙、跨越壕溝、自適應(yīng)路面。通過(guò)加載不同的設(shè)備和儀器，機(jī)器人可廣泛用于救援、搶險(xiǎn)、防爆、科考、軍事等領(lǐng)域，其應(yīng)用價(jià)值十分巨大本文提出了一種3自由度便攜式機(jī)器人設(shè)計(jì)方案。機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)分三段，采用模塊化設(shè)計(jì)，具有可拆裝、維修方便等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)完成的機(jī)器人與同類(lèi)機(jī)器人相比較，從機(jī)械結(jié)構(gòu)上保證了在越障性能、跨溝性能、路面自適應(yīng)性能等方面更加具有優(yōu)勢(shì)。1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)救援車(chē)應(yīng)該有一定的越障功能，根據(jù)查閱的專(zhuān)利及論文我們創(chuàng)新出了一種新的越障運(yùn)動(dòng)模式。

障礙大體可以分為分為三類(lèi)即：較高的垂直阻擋塊，溝道和連續(xù)阻擋（如：樓梯）。我們的小車(chē)根據(jù)這三種障礙的特點(diǎn)調(diào)整出三種不同的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)給以應(yīng)對(duì)。車(chē)體主體結(jié)構(gòu)如下：圖一實(shí)物原理圖：圖二

前支撐臂長(zhǎng)400,重量8Kg,車(chē)體長(zhǎng)500重5.5Kg（前200重5Kg）,后支撐桿長(zhǎng)480重1Kg。車(chē)體和后支撐桿可發(fā)生超過(guò)60度的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，車(chē)體和前支撐臂可發(fā)生360度的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。2.機(jī)器人多姿態(tài)越障過(guò)程2.1運(yùn)動(dòng)姿態(tài)一：跨越垂直阻擋塊在跨越垂直擋塊時(shí)，可越過(guò)＜=300mm高的障礙。2.1運(yùn)動(dòng)姿態(tài)一：跨越垂直阻擋塊2.2運(yùn)動(dòng)姿態(tài)二：跨越溝道

設(shè)主輪軸為原點(diǎn)，小車(chē)前進(jìn)的方向?yàn)橹狗较颉t小車(chē)在平地前臂伸直時(shí)重心250x8-50x5-640x114=79mm小車(chē)在平地豎起前臂90°時(shí)重心100x8-50x5-640x114當(dāng)小車(chē)前臂轉(zhuǎn)角超過(guò)90°時(shí)重心在負(fù)半軸。基于以上論證，我們?cè)谲?chē)體上加以可控游動(dòng)配重，可保證車(chē)體運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠。4結(jié)論本文闡述了一種兩關(guān)節(jié)三自由度機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，具體分析了其越障能力。與同類(lèi)機(jī)器人相比有制作成本低，重量小，便于攜帶，運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)分析及實(shí)驗(yàn)證明了該機(jī)器人運(yùn)行平穩(wěn)，越障能力強(qiáng)?？捎糜诰仍岆U(xiǎn)、防爆、科考、軍事等領(lǐng)域參考文獻(xiàn)：梁建宏，王田苗，周丹，韓廣，王野.便攜式可重構(gòu)機(jī)器人.北京航空航天大學(xué)，2005趙希慶，尚建忠，羅自榮，謝惠祥.四連桿變形履帶式機(jī)器人的越障性能分析.機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2009.12李允旺，葛世榮，朱華.搖桿式履帶懸架的構(gòu)型推衍及其在煤礦救災(zāi)機(jī)器人上的應(yīng)用.機(jī)器人.2010,1隆文革，王艾倫.一種多姿態(tài)便攜式履帶機(jī)器人的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì).機(jī)械傳動(dòng)，2007鄭超，趙言，付莊.一種小型履帶機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)..上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所，20025關(guān)于設(shè)計(jì)和制作的總結(jié)對(duì)于本小車(chē)我個(gè)人認(rèn)為，設(shè)計(jì)是成功的制作室失敗的。先總結(jié)成功的經(jīng)驗(yàn)。成功有以下幾點(diǎn)：1，設(shè)計(jì)達(dá)到的我們預(yù)想的功能也就是跨越小于300mm高的障礙和跨越小于400mm的溝道，對(duì)于爬樓梯的功能經(jīng)計(jì)算證明是可以實(shí)現(xiàn)的。2，本設(shè)計(jì)有幾個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，（1）我們參照了很多越障機(jī)器人的模塊化設(shè)計(jì)方法——把機(jī)器人的各功能部分模塊化，便于拆裝和運(yùn)輸；（2）本機(jī)器人我們讓其分步運(yùn)動(dòng)，即識(shí)別不同的障礙啟動(dòng)不同的越障模式，有別于一般越障機(jī)器人的單一越障模式（3）本機(jī)器人不光可以越過(guò)障礙，而且可以在機(jī)器人的車(chē)體上裝上不同的執(zhí)行部件執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，完成相應(yīng)的救援任務(wù)，如裝上切割機(jī)可以切割作業(yè)，可以執(zhí)行運(yùn)輸食物等工作；（4）本機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制造，且制造成本低。下面重點(diǎn)總結(jié)失敗的經(jīng)驗(yàn)：1，失敗主要在制造方面，首先在于電機(jī)的選擇。這主要是由于楊勇沒(méi)有主動(dòng)承擔(dān)起電機(jī)選擇的任務(wù)，直接導(dǎo)致了電機(jī)選擇失敗，造成整個(gè)機(jī)器沒(méi)有足夠的動(dòng)力。幾乎整個(gè)車(chē)所用的6個(gè)電機(jī)都不符合轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的要求，而且與適合的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速相去甚遠(yuǎn)。首先，驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速太快，轉(zhuǎn)矩太小；然后是，前臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩也太小；最后是，前臂齒輪采用步進(jìn)電機(jī)是個(gè)失敗的舉措，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩過(guò)小，轉(zhuǎn)速也不能符合要求。整個(gè)全部電機(jī)都是失敗的，對(duì)于電機(jī)的選擇不該由學(xué)電的同學(xué)來(lái)選擇，而該由學(xué)機(jī)械的楊勇同學(xué)來(lái)計(jì)算選擇。對(duì)此，楊勇也表示知錯(cuò)，表示今后自己將主動(dòng)承擔(dān)起驅(qū)動(dòng)的計(jì)算選擇任務(wù)。2，整過(guò)車(chē)體的加工也是失敗的，整過(guò)車(chē)體的加工就只能用粗制濫造來(lái)形容。以為憑自己的雙手和簡(jiǎn)單的工具可以達(dá)到制造的精度和剛度。當(dāng)用于打造出來(lái)后才發(fā)現(xiàn)整個(gè)車(chē)體的強(qiáng)度都達(dá)不到要求，而且在關(guān)鍵的鏈接處根本就達(dá)不到強(qiáng)度和精度要求。其實(shí)，楊勇是考慮過(guò)機(jī)加工的；但是考慮到經(jīng)費(fèi)的問(wèn)題，就只能將就手工加工了。當(dāng)楊勇把機(jī)械方面所需要的零部件買(mǎi)回來(lái)時(shí)，我們的經(jīng)費(fèi)都只剩下100多塊錢(qián)了。根據(jù)師兄們的經(jīng)驗(yàn)，如果把圖紙?jiān)O(shè)計(jì)出來(lái)加工最少也得600塊以上，車(chē)體的粗制濫造直接導(dǎo)致了整個(gè)車(chē)體不成形，毫無(wú)精度可言。做為學(xué)機(jī)械的同學(xué)，我為自己制造出來(lái)的車(chē)體感到羞愧。3，軸的鏈接是失敗的，所謂軸的鏈接。根本就不是一個(gè)學(xué)機(jī)械的人制造出來(lái)的，全是用AB膠粘接在一起的。這樣就直接導(dǎo)致了軸連接強(qiáng)度不夠，精度及差。4，軸的運(yùn)用是失敗的，所謂的軸，不過(guò)是從一堆廢物里面找出的鋁管和不銹鋼管罷了。這樣直接導(dǎo)致鏈接處的精度不能保證，因?yàn)椴豢赡苷业絼偤么笮M(mǎn)足的管子。軸的強(qiáng)度直接沒(méi)了保證，因?yàn)槭枪茏拥谋谑呛鼙〉?，薄壁就直接?dǎo)致常用的軸連接方法不能使用。5，電機(jī)的固定是失敗的，電機(jī)沒(méi)有按照標(biāo)準(zhǔn)的固定方法固定。只用細(xì)鐵絲綁定，哎，沒(méi)辦法啊，是沒(méi)設(shè)計(jì)到位。不過(guò)這個(gè)相對(duì)于前面的問(wèn)題這個(gè)就不算是問(wèn)題。以上的問(wèn)題并不是不可避免的，完全可以解決。1，針對(duì)電機(jī)的問(wèn)題，我可以再計(jì)算購(gòu)買(mǎi)。2，車(chē)體的強(qiáng)度和精度問(wèn)題我可以采用標(biāo)準(zhǔn)件和機(jī)加工的方式解決3，軸連接的問(wèn)題可以設(shè)計(jì)聯(lián)軸器加以解決4，軸我可以設(shè)計(jì)圖紙用車(chē)加工加以解決5，電機(jī)的固定可以買(mǎi)標(biāo)準(zhǔn)件加以解決雖然所有的問(wèn)題都是可以解決的，但是所有