有軌裝車機機行走機構設計分析

摘  要

有軌裝車機機有軌行走機構具有良好的運動性能，在室內環境中可以上下樓梯 ，跨越臺階，在室外非結構地形中可以、跨越壕溝、自適應路面。通過加載不同的設備和儀器，機器人可廣泛用于救援、搶險、防爆、科考、軍事等領域，其應用價值十分巨大  

本文提出了一種 3自由度便攜式機器人設計方案。機器人整體結構分三段，采用模塊化設計，具有可拆裝、維修方便等特點，設計完成的機器人與同類機器人相比較，從機械結構上保證了在有軌行走性能、跨溝性能、路面 自適應性能等方面更加具有優勢。小型地面移動機器人具有體積小巧、機動性高、環境適應能力強、承載能力突出等優點,而機器人的小型化和有軌行走能力的矛盾一直成為其實用化的制約條件,如何提高機器人的有軌行走性能成為近年來移動機器人基礎研究的熱點問題。本文以基于行星輪鏈接式車體結構的新型有軌行走機器人為研究對象,圍繞機器人的結構設計的優化、有軌行走性能的分析及其機電系統的設計展開了研究,具體研究工作如下: 分析了國內外小型移動機器人的研究設計及其實用化程度的現狀,針對基于行星輪系結構和鏈接式結構的運載平臺分別進行了深入的比較和討論。針對現有傳統輪式、腿式和履帶式運動底盤的優缺點進行了分析,概況了小型移動機器人未來發展趨勢,確定了本文中新型有軌行走機器人的研究背景和設計目標。 分析機器人驅動模塊的設計方案,詳細推導了其結構相關參數的優化過程。綜合現有運載底盤的性能特點,提出了多種車體框架結構方案,并進行了比較、篩選和綜合。最終確定了以行星輪驅動模塊為有軌行走機構,以鏈接式結構為車體框架的機器人機構總體方案。 推導行星輪鏈接式底盤在通過各種時受力情況。對有軌行走分析過程中機器人的相關參數進行了詳細的定義與說明,對分析的環境進行了合理、有效的假設以簡化計算過程。分析了機器人的輪觸地條件、斜坡行駛和攀越臺階等的約束條件。根據其動力和阻力的相互制約情況,將單級臺階的有軌行走過程細化為多個階段進行詳細的受力分析,確定有軌行走高度和多個車體結構參數之間的關系。分析了有軌行走過程中各種參數的耦合和矛盾,指出分析過程中遇到的問題及其研究方向。 結合在ADAMS中虛擬模型的仿真實驗結果,優化得到樣機的車體結構參數,并設計制作了機器人的機械系統。通過仿真分析初步驗證了上述分析理論的正確性。闡述了基于上述有軌行走性能的要求,機器人所需要的控制系統的設計及其具體的實現方案。 設計制作完成的新型有軌行走機器人樣機通過了一系列性能試驗,得到了樣機達到的實際性能指標,并和設計指標進行了比較和分析。試驗結果表明新型有軌行走機器人達到了良好的有軌行走性能,行星輪鏈接式底盤充分地集成了輪式和履帶式底盤的優點并成功避開了其各自的缺陷。試驗驗證了理論分析及仿真的有效性,通過對試驗結果進行細致的分析與思考,找出了理論分析與設計過程中需要改進的地方,為下一步工作指明了方向。

關鍵詞：有軌行走； 改進設計

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目  錄

摘  要III

AbstractIV

目  錄V

第1章 緒論1

第2章 有軌行走總體方案確定2

2.1  有軌行走裝置工作原理2

2.2有軌行走總體設計3

2.2.1有軌行走方案4

2.2.2 有軌行走的整機結構及選擇6

2.2.3 有軌行走的工作流程7

第3章 有軌行走結構設計9

3.1  有軌行走原理10

3.2  有軌行走類型選擇11

第4章 傳動件的選擇12

4.1  整機承載計算13

4.1.1  軸承的選擇14

4.1.2  撐支架強度計算16

4.2  銷軸的設計計算17

4.2.1  軸的材料選擇19

4.2.2  軸的最小直徑確定20

4.2.3  軸的結構設計22

4.2.4  軸的校核23

第5章 有限元分析12

5.1  有限元簡介13

5.1.1  力學分析簡介14

5.1.2  動力學分析簡介16

5.2  機構承載分析17

5.2.1  前處理19

5.2.2  網格劃分20

5.2.3  邊況設定20

5.2.4  分析結果22

5.3  動力學分析17

致  謝28