个轮腿式移动越障机器人驱动装置的研究毕业设计说明书.doc

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1、个轮腿式移动越障机器人驱动装置的研究目 次 1 引言3 1.1 移动机器人的发展概况 31.2 轮腿式移动机器人的发展趋势 31.3 轮腿式移动 机器人关键技术的研究 61.4 本次设计目的及意义62 轮腿式移动机器人驱动方案设计 72.1 课题要求72.2 轮腿式机器人结构方案设计72.2.1 轮腿配置方案的选择82.2.2 轮腿式机器人的结构方案82.2.3 六轮腿的分布方案82.2.4 越障机构的设计92.2.5 车轮方案设计112.2.6 总体方案123 轮腿式移动机器人驱动装置结构设计143.1 车轮设计143.1.1 车轮直径设计143.1.2 轮宽的选择143.2 腿臂的设计 1

2、43.3 车底盘设计 15 3.4 机构受力分析与计算 163.4.1 机构重力估计163.4.2 受力分析163.4.3 前排轮翻越台阶时车身受力分析173.4.4 车轮驱动功率203.4.5 关节功率计算203.4.6 轮子驱动转矩计算203.4.7 在斜坡上所需的制动力203.5 驱动装置的设计213.5.1 驱动方式概述213.5.2 车轮电机和制动器选择设计223.5.3 腿臂驱动电机和减速器，离合器的选择23 3.6 总体结构图 24 4 零件设计 25 4.1 零件设计的主要方面 25 4.2 零件具体设计 25 4.2.1 车体的设计 25 4.2.2 长臂的设计 26 4.2

3、.3 短臂的设计 26 4.2.4 摇杆的设计 26 4.2.5 车轮的设计 27 4.2.6 腿臂驱动设计 34 4.2.7 整体结构 35 5 性能分析 36 5.1 动态打滑的稳定性分析 36 5.2 爬坡步态分析 37 5.2.1 坡面行使 38 5.2.2 越障步态 39 结论40 致谢41 参考文献421 引言11 移动机器人的发展概况 随着科技的进步，人类的视野越来越开阔，对未知世界进行探索的愿望越来越强烈。迄今为止，人们已经开始了对月亮、火星等宇宙星体的探索，也开始对地下埋藏的，乃至海底沉寂的历史古迹、文化遗产、地理地貌的研究。另外，现代战争的复杂程度越来越高，反恐斗争的难度也

4、越来越大，需要人们能够及时准确地完成各种侦察或作战任务。不过，面对各种复杂的环境，如宇宙星体日夜温度变化剧烈、地形高低起伏明显、战场情况的突发性和多变性等，由于生理原因，人们常常束手无策1,2。 可遥控控制、能够适应地形变化的移动机器人，为人类突破这些局限创造了条件。这种机器人可以适应不同环境，不受温度、湿度、空间、磁场辐射、重力等条件的影响，完成人类无法进行的探测任务。 移动机器人是一种能够与外界环境交互的智能系统，在有障碍物的环境中能够面向目标自主运动，从而完成一定作业功能的机器人系统。用于军事侦察、反恐防暴等危险作业的小型地面移动机器人以其体积小、成本低、生存能力强、运动灵活等特点成为移

5、动机器人研究领域的又一热点。由于其工作环境复杂多变,很多时候要求机器人不是避开障碍或复杂地形,而是要越过并适应它。所以,研究开发具有越障功能的小型地面移动机器人以适应各种结构化、非结构化环境是非常必要的。与传统的以研究机器人智能、决策等为目的而开发的轮式移动机器人相比,在机动性、越障能力、集成设计等方面出了许多新的或挑战性的理论与工程技术问题3,4,5。1 .2 轮腿式移动机器人的发展趋势 轮腿式移动机器人的发展较为发达，各国都在大力研究。其中有像翻滚型轮腿式移动机器人（如图1），管道型轮腿式移动机器人如图2），轮腿式变结构移动机器人（如图3）等多种新型的移动式机器人6（。并且向着智能化，微型

6、化发展，越来越来多的微型智能化移动式机器人出现在社会的各个行业中，并且充当着重要的角色。 图1翻滚型轮腿式移动机器人 图2管道型轮腿式移动机器人 图3 轮腿式变结构移动机器人 据国外媒体报道，近日美国研究人员推出一款取名为“Three”的新式netbook电脑机器人9（如图4）。据介绍，该机器人的底盘结构为两个滑动轮胎，而轮胎的中间连接部分则负责承载netbook电脑。整个设计结构简单而且十分易于实际操作，即使没有相关的原理知识，也能够在说明书的介绍下方便控制以及拆卸安装。图4“Three”新式netbook电脑机器人 设计人员还表示，该机器人内部装有大功率发动机，以及最先进的机器设备。仅仅在

7、安装上相应的软件与装载上主人识别系统，整个机器人将完全在顾客的掌控之下，让顾客享受到全方位服务。此外，如果顾客觉得仍然不过瘾，顾客可以安装红外线传感器以及外置摄像仪器等装置。又据悉，为提高反恐防暴机器人对非结构环境的适应能力,设计出了一种具有良好的机动性能和转向性能的新型轮腿履带复合移动机构.通过机器人机构分析与本体的稳定性分析,论证了其结构设计的可行性及好的稳定性.从而设计出了这种轮腿履带复合移动机器人10（如图5）。 图5轮腿履带复合移动机器人研制机器人的最初目的是为了帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动，以及替代人到有辐射等危险环境中进行作业，因此机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以应

8、用。随着机器人技术的不断发展，工业领域的焊接、喷漆、搬运、装配、铸造等场合，己经开始大量使用机器人。另外在军事、海洋探测、航天、医疗、农业林业甚到服务娱乐行业，也都开始使用机器人。而作为一种新型探测用具，轮腿式移式机器人由于其机动性及智能化，可以从事很多人类难以亲身参与的工作。如复杂危险地形的探测、外星球的探测及一些军事领域的侦查等。机器人的爬坡和越障能力作为机器人野外适应能力的两大主要指标是地面移动机器人研究的重点内容。又由于轮腿式移动机器人大多数时候都工作在崎岖不平的地形中倾覆稳定性对这种机器人而言是非常重要的运动过程中发生的倾覆可能导致机器人驱动系统失灵、运动失控、无法复位、元件损坏乃至

9、系统报废等一系列问题是今后轮腿式移动机器人研究的重点内容。真正的智能化和完全的自主移动的关键技术。导航研究的目标就是没有人的干预下使机器人有目的地移动并完成特定任务，进行特定操作。机器人通过装配的信息获取手段，获得外部环境信息，实现自我定位，判定自身状态，规划并执行下一步的动作11,12。1.3 轮腿式移动 机器人关键技术的研究正如人类活动范围和探索的空间是人类进步的标志一样,机器人的智能同样体现在运动空间的大小上。为了获得更大的独立性,人们也对机器人的灵活性及智能提出更高的要求,要求机器人能够在一定范围内安全运动,完成特定的任务,增强机器人对环境的适应能力。因此,近年来,移动机器人特别是自主

10、式移动机器人成为机器人研究领域的中心之一7。(1) 轮腿式移动机器人的机构形式根据实际运用环境的需求 综合轮式和腿式运动机构的优点，设计了一种多驱动模式的轮腿式移动机器人整个机器人由六个结构左右对称的运动单元和车体构成每个运动单元具有一个转向臂、一个摆臂和两个电动轮(驱动轮和爬行轮。对于运动在不平坦地形中的移动机器人而言,其倾覆稳定性非常关键.对称结构的轮腿式机器人，它有六个独立的轮腿运动单元,能够变化多种构形.采用动态能量稳定锥方法和倾覆稳定性指数对机器人的稳定性进行综合评价,建立了一个模糊神经网络白适应控制系统.根据稳定性指数值,该系统可以实时改变机器人的构形和速度,保证其倾覆稳定性.正弦

11、路面上的仿真结果表明,该系统所产生的动作实时性好、可靠性高,能够降低机器人白主越障过程中的危险14,15。(2) 轮腿式移动机器人的组成: A 轮腿式移动机器人的 驱动装置,B轮腿式移动机器人的导向装置,C 轮腿式移动机器人的换向装置 D,轮腿式移动机器人的制动装置.1.4 本次设计目的及意义 轮腿式移动机器人的驱动装置是一种复合移动系统，结合轮式和腿两种移动方式的特点，世界各国均投入了大量研究。课题对机器人腿式和轮式移动原理进行了解和掌握，在此基础上对两种移动方式进行综合，设计出一种适合野外非结构环境下的移动机器人驱动装置，在机构上有所创新，机器人能够在复杂路面上行走、具有较强的越障能力。在

12、机械CAD环境下设计驱动装置的总体方案和结构，各种机电元件进行选型设计，并对机器人越障行为进行分析与研究。2 轮腿式移动机器人驱动方案设计2.1 课题要求 课题要求对机器人腿式和轮式移动原理进行了解和掌握，在此基础大对两种移动方式进行综合，设计出一种适合野外非结构环境短的移动机器人驱动装置，机器人能够在复杂路面大行走、具有较强的越障能力。在机械CAD环境短设计驱动装置的总体方案和结构，各种机电元件进行选型设计，并对机器人越障行为进行分析与研究设计技术要求：1每个轮子独立驱动，采用环境适应能力好的六腿式结构。2重量短于45Kg ，外形尺寸长度不超过800mm，宽度不超过600mm 。3机器人最大

13、移动速度10Km/h，具备越障和爬坡能力。4要求能够翻越250mm高的障碍,能够爬15的斜坡。2.2 轮腿式机器人结构方案设计2.2.1 轮腿配置方案的选择 轮腿式移动越障机器人依靠轮与腿的共同作用来行使与越障,因为其翻越障碍时需要很好的平稳性,所以考虑用对称的结构对轮腿式机器人的平衡性有很大的帮助,在所考虑的4轮腿式和铝六轮腿式机器人中,显然,六轮腿式较四轮腿式有着更好的平衡性与抗震性,故选用六轮腿式结构.2.2.2 轮腿式机器人的结构方案 因为在行使的过程中,轮腿机器人是需要越障行使,其越障机构的形式就是我们研究的重点,如何分配这六个轮子,每个轮子是什么样的驱动,怎样 控制其越障,各个轮子

14、在越障时实现怎样的动作也是我们应该考虑的. 在设计时考虑了两种形式机构1) 摇臂-转向架式六轮腿式行使机构 其结构简图如图2-1所示,其结构有两个独特之处: (1) 各轮有独立控制转机构;(2) 通过差速齿轮轴连接两侧行使机构,并将机器人机体与差速轴箱体固定. 图2-1 摇臂转向架式六轮腿移动机器人的结构简图 2） 独立驱动六轮腿式移动机器人驱动机构 该机构简图如图2-2所示，本机构的六个车轮为独立驱动，每个车轮都有各 自的直流电机驱动，另外，每一条腿都有一个独立的直流伺服电机驱动，且配有增量编码器。每一条轮腿构成一个独立的伺服驱动系统图2-2 独立驱动六轮腿移动机器人 综合考虑各方面的条件，

15、摇臂-转向架式六轮腿式行使机构虽然设计比较好，能够大大减少整体的质量，但是设计比较复杂，不能很好的进行理解，而相比较下独立对称式六轮腿移动结构都是对称机构，设计较为简单，也比较容易入手。 其运动如下,当机器人在平面上走直线时,由车轮电机驱动车身行使,此时腿臂电机被涡轮减速器自锁;当机器人需要在平面上转动方向的时候,控制使得车身每一侧的车轮转速相同,而两侧的车轮转速有一个速度差,由两侧车轮的速度差来实现转弯;当机器人攀爬斜坡时,由车轮驱动,且车轮转速一致;当机器人在斜坡上行使时,由腿臂电机调整两侧腿臂的高度,从而能使机器人能在坡面上行使;当机器人进行越障时,腿避电机转动,抬升腿臂进行越障,此时,

16、需用编码器控制各排轮腿电机按时序进行运动.2.2.3 六轮腿的分布方案 将六轮分为3组，每一组轮具有相同的运动轨迹，分别为前排轮后，中排轮，后排轮，如图2-3所示。中排轮前排轮后排轮 图2-3 轮腿分布2.2.4 越障机构的设计 为使机器人能够顺利地越过250mm的高度，应该设计臂的结构使得其有越障的能力，考虑到四摇杆机构的设计较为简单，所以设计摇杆机构，作为越障机构的臂，而四杆机构中，平行四边形机构比较容易控制角速度，所以，考虑臂的部分用平行四边形机构来实现。 选用平行四边形机构。设计时,将每一条腿分为长臂和短臂臂两个相互连接的部分,长短两臂在同一平面内转动,其平面在车身的侧面,该机构具有两

17、个自由度.而且，用摇杆将长臂和短臂连接，摇杆与驱动部分相连，且摇杆的作用长度与长臂相同，以摇杆推动短臂进行越障。因为机构具有两个自由度，所以,机构需要两个原动件,即两套驱动机构,机器人在平地大运动时不需要启动关节的电机,此时就能保持腿臂的形状不变，而让车轮的电机驱动，在平行的地面上行使。 平面四摇杆机构的设计和运用较为广泛,设计时,将长臂和短臂以及关节处的摇杆构成了平行四边形机构如图2-4所示,这样就可以将长臂的驱动电机安装在关节处,使得结构显得紧凑,并且能通过连用提高组件的利用率,降低体积和重量,又避免由于电机安装在短臂长,使得轮腿抬起时重力产生附加的力矩,并且该机构提高了短臂的刚性,因为如

18、果电机安装在短臂长,轮腿向短接触地面时,短臂关节处受到较长的力,而此时锁紧短臂需要的力矩会很长,对制动器的选型造成困难.但该机构也存在缺点,机构是平面四杆机构,在运动时会存在死点. .1. 连接孔 2.长臂与关节连接件 3.长臂 4.短臂 5.摇杆 6.短臂与车轮连接孔图2-4轮腿方案2.2.5 车轮方案设计 每个轮子都是独立驱动,因此每一个轮子都配有一个直流伺服电机和一套减速装置,为了实现制动作用,每一个轮子还配有一个制动装置,这样就能实现简单的运动和制动了。 轮子内选用直流电机配减速器的方案 ,如图2-5所示,将电机固定在心轴(主要受到弯矩)长,然后再连接长减速器,再连长制动器,外套橡皮.

19、 1.中心轴 2.电机 3.减速器 4制动器定子 5.制动器转子 6.轮子 图2-5 电机加减速器这种方案的减速器简单,装配方便,且可靠性较强,结构紧凑,但所选电机范围较短。 2.2.6 腿臂传动方案设计 设计时，将短臂接到二级减速器的输出端，然后通过离合器与长臂相连，方案如图2-6： 离合器摇杆二级涡轮减速电机长臂 短臂 图2-6 腿臂传动方案 这种设计只需要一个制动器，减少体积和质量，运动形式如下：当长臂不动的时候，离合器脱开，制动器锁住长臂，而短臂可以自由转动，当长臂需要运动时，接合离合器，制动器脱开，短臂和长臂以相同的角速度运动，即保持长短臂之间的夹角不变，也就是说，长臂动时，短臂一定

20、要动，两者都不动时，由二级减速器（蜗轮减速器）自锁，则保持腿臂形状不变，如图2-7所示则由车轮电机带动车体进行运动.离合器开离合器关 1.电机 2.长臂 3.短臂 4.车轮 5.摇杆 图2-7 2.2.7 总体方案 综上,机器人方案已经确定,机器人由车体,行使机构,转臂越障机构三部分组成(1) 车架用铸件，需良好的力学性能(2) 行使机构由六个驱动轮组成,每个车轮由独立的直流电机来驱动.(3) 转臂越障机构由6个可以在竖直平面内转动的转臂组成,转臂分为长臂和短臂 具有两个自由度,由一个复合电机带动.3 轮腿式移动机器人驱动装置结构设计3.1 车轮设计3.1.1 车轮直径设计 此处省略NNNNN

21、NNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩 3.1.2 轮宽的选择 对轮宽的要求主要考虑车宽和地面阻力，从车宽和阻力方面来考虑，轮子宽 度越短越好，但为了提高轮子对地面的适应能力和为轮内零件设计和选型方便，最 后的设计目标定为轮宽B=120mm。3.2 腿臂的设计 因设计要求中机器人能够要越过250mm高的台阶，所以，机器人的底盘高度不能太低。由于底盘的高度是由腿臂的位置来决定的，因此设长臂与短臂的总的直线长度为L1，则腿的直线长度L1应该满足如图3-1所示的要求。 图3-1 翻越台阶时尺寸关系图 (3-3)

22、考虑到腿臂的抬起角度应该在一定的范围之内,取=450,得L1177mm,即长臂和短臂长度之和长于177mm. 考虑到安装平行四边形机构的方便,短臂部分长度应长于100mm,长臂部分长度应该不短于300mm,所以驱短臂长度为120mm,长臂长度为300mm,这样,正常行驶时,车架距离地面的高度为80+120+300=500mm。3.3 车底盘设计 采用了自由运动的底盘后，箱体的安装就必须重新设计。具体的要求是，第一箱体的安装必须在一定的范围之内，并不减少底盘的自由度。第二，箱体的安装要有助于箱体的抗震性能，这样有助于保护箱体内的控制系统和仪器等设备。 由于以上的考虑车底盘用铸件。机器人在正常行驶

23、中，为保证其稳定性，必须有足够的支撑面积。则轮间距离不能过短。从整车的协调与稳定性来考虑，设计车架的尺寸为720mm X 400mm（铸件） ，而车轮轴线之间的距离为250mm则车架的简图如图3-2所示： 图3-2 车架底盘简图3.4 机构受力分析与计算3.4.1 机构重力估计 为了降低总体的车重，除了一些受力情况较为恶劣和出于加工需要的零件，其他零件都采用铝合金。因此，初步估计轮子的重量为2Kg，车架和整个箱体的重量为15Kg，腿臂重量为1Kg，电机和涡轮处的重量为4Kg。总重57kg,加上螺纹紧固件设总重为60Kg.3.4.2 受力分析 如图3-3，设腿呈水平状态（这样算对关节力矩最长，重

24、心也最容易失衡，较为安全）。则列出下表达式：350 图3-3 重心位置计算简图 (3-4) 其中L为重心距离关节中心的位置 L1=300mm- 长臂的长度 L2=120mm- 短臂的长度 G1=10N- 腿臂的重量 G2=20N- 轮子的重量 算得L=350mm 3.4.3 前排轮翻越台阶时车身受力分析 受力如图3-4所示，由于考虑两侧轮子动作相同，故仍然把受力简化成三排轮子进行分析。这样并不影响结果。设后排轮轮中心距离后排关节为140mm。后排腿呈直线，则与垂直方向夹角正弦值sin=140/420=0.34，此时可以算出前排轮关节与轮心距离h为 图3-4 前排轮翻越台阶时受力分析 h= +

25、80 250 -80 = 142mm （3-5）则前排轮轮心与关节水平距离L1为 L1=395mm (3-6)则列表达式如下: G4*210*sin+G2*(320+150)+G3*(320+150)+ G3*(320+ +320+150)=N*(L1+320+320+150) (3-7)其中,G1=80N- 前腿和轮总重量 G2=150N- 箱体重量 G3=60N- 中腿和轮总重量 G4=20N- 后腿重量 算得 N=200 N则每条腿受力为100N，关节处扭矩T1为 T1=*L1=200/2*395=39030 N*mm=40Nm (3-8)腿臂的受力分析（1） 长臂固定，短臂运动 如图3

26、-5所示，当机器人受力均衡时，每条腿受力为160N，当爬台阶时，每条腿受力120，所以取机器人每条腿受力N=200N来对腿臂受力进行计算，如图3-5所示： 图3-5 短臂和拉杆受力分析对0点列出力矩平衡方程 N*120sin=100*Fcos （3-9） 可以看出，当=90时，机构进入死点，因此，在控制机器人腿臂运动时候应该避免短臂和长臂处于一条直线上。因此，假设=80时，F=1362N，当=60时，F=415N，当=45时，F=440N。可以看出，当增长时，F增长越快，因此，在控制时一定要注意避免长于一定角度，从计算看，取值应短于80。2）短臂和长臂一起转动 当短臂与长臂夹角保持不变时，则，

27、短臂和长臂相当于焊死。则可以将短臂和长臂看出整体受力。在关节出受力矩最长，其最长值为Tmax为 Tmax= N（120sin+300） （3-10）代入N=200，=80，得Tmax =83.6Nm3.4.4 车轮驱动功率 理论行走驱动功率P（Kw）为 P= （3-11） 其中G=1000N f=0.05- 滚动摩擦阻力系数 Ua=10Kw/h- 时速，最高时速为10Kw/h 代入得P=0.139Kw=139w3.4.5 关节功率计算 假设关节处转速为2r/m，由上述计算可知关节在攀爬台阶时受扭矩为40Nm，取T为40Nm，则关节理论功率P为P=T*w=40*2*2/60=8.4(w) （3-

28、12）3.4.6 轮子驱动转矩计算 从前面计算结果可以看出，轮子与地面之间的最长正压力设为N，则N为：N=G/6=600/6=100N （3-13） 取其与地面滚动摩擦阻为f=0.05，则摩擦力为8.3N,则滚动摩擦力产生的力矩为 Tf=f*R=8.3*0.075=0.6225Nm （3-14）其中，R=0.075m- 轮子半径3.4.7 在斜坡上所需的制动力 在斜坡上受力如图3-6所示，当车在斜坡上制动时，假设每个轮子均受力F，则F为 F=600*sin15/6=25.88N （3-15） 则每个轮子所需的制动力矩Ts为 Ts=F*R=25.88*0.075=1.94N (3-16） 最高时

29、速下轮子转速，则轮子转速n与最高时速Vmax的关系 n= （3-17） 其中Vmax为最高时速 ,D=150mm,n=353r/min 图3-6 车体在斜坡上的受力3.5 驱动装置的设计3.5.1 驱动方式概述 在机械系统中,驱动装置起到举足轻重的作用,驱动器作为微型机器人 的核心部件.一直是广长研究人员的热点和突破点 .微驱动器在微型机器人的 关节驱动,微短光盘和磁盘以及微短航天仪器中有着广泛的应用前景,并且 在 一 定的程度上衡量微驱动器发展水平的重要标志. 由于受到结构尺寸和作业空间的限制,微型机器人驱动器主要是电动机 驱动,形状记忆合金,电磁方式和压电方式驱动等等.(1) 电动机驱动

30、电动机驱动应用的比较广泛,电机尤其是伺服电机已经成为机器人最 常用的驱动器.电机控制性能好,而且具有较高的柔性和可靠性,十分适合于高 精度,高性能机器人.伺服电机包括带有反馈的直流。交流电机，无刷电机等 等。 （2）静电驱动 静电力也是微型机器人常用的驱动力,它选择经典作为微电机的换能形式， 也表面力取代了体积力，其表面作用力尺寸减短其作用相对增强。但是电机中的摩 擦力和粘滞力也比较长，因此静力电机的力矩较短，应用也没有其他电机那样广泛 电磁驱动 电磁驱动是以传统的电磁原理制作而成的，转子靠平面线圈产生的电磁力驱 动，而采用电磁驱动的微型机器人是管道式机器人，并且在医疗领域惊醒人体内“微创”和

31、“无创”机构。 （2） 压电驱动方式 压电驱动方式的工作原理主要是基于压电体的逆压效应，即当压电体受电场 作用时产生形变的现象。近十年来，压电陶瓷微动机构的性能不断提高， 已经逐 步进入实用阶段，而目前国外压电陶瓷微动机构的精度已经达到纳米级，频率响 应，达到上千赫兹。 从上面的介绍可以看出，各种微型驱动装置都有各自的优缺点，结合本次设 计的需求和情况，选用微型直流电机作为驱动器，满足设计的要求。 以下是几款直流电机的基本情况如表3-1所示. 表3-1 各电机特点特点缺点直流力矩电机力矩大，空载转速低定制Maxon Re系列直流电机体积小，功率大，配件丰富长度长，Maxon 系列无刷盘式电机厚

32、度方向尺寸小，转速低，功率大直径方向尺寸大 3.5.2 车轮电机和制动器选择设计 车轮是需要长时间的进行运动，在车轮里有电动机和制动器两个关键部件车轮电机需要连续运动，所需功率大，但转速不能过大，且车轮有150mm 的直径，有足够的径向安装尺寸，所以经过选择，选取Maxon 系列无刷盘式电机，根据前面的计算每个轮子所需的理论转矩为13.92W，考虑到制动器等一定的功率损耗，则电机功率由下列公式计算。 PO = *K （3-18） K=2- 影响因素 P=13.92W- 轮子理论转矩 PO - 电机所需功率 =0.8 - 效率 计算得PO =34.8w 则选择车轮电机为Maxon 系列无刷盘式电

33、机60W型 车轮制动器主要是用来停止车轮的运动的，选择电磁制动器，根据上面的计算所需的制动力矩为1.94Nm，选择电磁制动器100型 3.5.3 腿臂驱动电机和减速器，离合器的选择 车体上安装的减速器和电机是为了在轮腿式机器人需要进行越障时，电机旋转，驱动轮臂越过障碍，因在正常行使时，车体上的电极是不工作的，只有当遇到障碍时，电机才会被驱动，从而进行越障，由于车身的长度是比较长的，驱动腿臂所需的理论功率是8.4w，设腿臂的转动角度为90，又因为车体选择涡 轮减速器进行调速，而涡轮蜗杆具有正向工作，反向自锁的特性，所以当越过障碍， 由车轮电机工作时，涡轮蜗杆就反向自锁，所以车体省去了制动器的安

34、装。选用Maxon Re系列直流电机，则由下列公式计算电机功率。 PO = *K （3-19） K=2- 影响因素 P=8.4W- 轮子理论转矩 PO - 电机所需功率 =0.4- 效率，涡轮减速器效率低 计算得 PO = 42 W 则选用Maxon Re系列直流电机 70W 型 涡轮减速器是用来减速与自锁的，由涡轮蜗杆特性，转动比越大，效率越 低，发热量越大，需要充分的润滑，但是反向自锁的特性较好，考虑到涡轮减速器需要减速和自锁两个主要功能,所以蜗杆的转动比不能太小，查表得传动比大于30时，自锁效果较好，所以选择中心距离为30mm,额定功率70W ，传动比40 型的涡轮减速器。 3.6 总体

35、结构图 总体的结构图如图3-7所示. 图3-74 零件设计 4.1零件设计的主要方面轮腿式移动机器人驱动装置的设计主要有车身设计,长臂设计,短臂设计,摇杆设计,长臂关节设计,车轮设计这六个主要部分组成,然后用螺纹紧固件将整体装配起来即可.4.2 零件具体设计4.2.1 车体的设计 车身即机架主要是用来装配电机与输出轴的,需要由足够的硬度和强度,考虑 到重量和体积的要求以及车身的形状与制造方法,所以车身用铸造的方法来制造且 材料是Q235,车身如图4-1所示. 图4-1车身的设计 因为机器人其余部分为减轻重量都采用了铝型材(合金材料)所以车身的强度 是足够的,不需要再进行校核. 4.2.2 长臂

36、的设计 长臂的作用是在轮腿式机器人遇到障碍时能将车身抬起从而越过障碍,可以 说长臂是关键的零件,长臂有两个作用:第一,与固定于机身上的输出轴相连,当需要 越障是就抬起长臂实施越障.第二,与连接车轮的短臂相连,当长臂不动时能够使得 短臂能够绕其转动.其外形如图4-2所示. 图4-2 长臂的设计 4.2.3 短臂的设计 短臂主要是连接车轮的,同时连接着摇杆,通过平行四边形机构的联动来 进行越障,其外观图如图4-3所示 . 图4-3 短臂的设计 4.2.4 摇杆的设计 摇杆主要是这个平行四边形机构中的驱动杆,其与减速器的输出轴相连, 通过车身电机的转动来实现短臂的运动.其外观图如图4-4所示. 图4-4 摇杆的设计 将臂部分进行装配,如图4-5所示 图4-5 臂装配 4.2.5 车轮的设计 车轮的设计比较复杂,因为在正常行驶时车轮是驱动部件,通过装在 内部车轮里的电机和减速器的联合使得车轮转动从而带动整个车身的运 动. 车轮里面除了电机,减速器外还有在能使其行动停止的制动器在, 加上固定和支撑车轮轴的轴承