便攜式絞盤機(jī)牽引越障工藝及裝置設(shè)計

摘  要

便攜式越障機(jī)器人具有良好的運(yùn)動性能，在室內(nèi)環(huán)境中可以上下樓梯 ，跨越臺階，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。通過加載不同的設(shè)備和儀器，機(jī)器人可廣泛用于救援、搶險、防爆、科考、軍事等領(lǐng)域，其應(yīng)用價值十分巨大  

本文提出了一種 3自由度便攜式機(jī)器人設(shè)計方案。機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)分三段，采用模塊化設(shè)計，具有可拆裝、維修方便等特點(diǎn)，設(shè)計完成的機(jī)器人與同類機(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。小型地面移動機(jī)器人具有體積小巧、機(jī)動性高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、承載能力突出等優(yōu)點(diǎn),而機(jī)器人的小型化和越障能力的矛盾一直成為其實(shí)用化的制約條件,如何提高機(jī)器人的越障性能成為近年來移動機(jī)器人基礎(chǔ)研究的熱點(diǎn)問題。本文以基于行星輪鏈接式車體結(jié)構(gòu)的新型越障機(jī)器人為研究對象,圍繞機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化、越障性能的分析及其機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計展開了研究,具體研究工作如下: 分析了國內(nèi)外小型移動機(jī)器人的研究設(shè)計及其實(shí)用化程度的現(xiàn)狀,針對基于行星輪系結(jié)構(gòu)和鏈接式結(jié)構(gòu)的運(yùn)載平臺分別進(jìn)行了深入的比較和討論。針對現(xiàn)有傳統(tǒng)輪式、腿式和履帶式運(yùn)動底盤的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析,概況了小型移動機(jī)器人未來發(fā)展趨勢,確定了本文中新型越障機(jī)器人的研究背景和設(shè)計目標(biāo)。 分析機(jī)器人驅(qū)動模塊的設(shè)計方案,詳細(xì)推導(dǎo)了其結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化過程。綜合現(xiàn)有運(yùn)載底盤的性能特點(diǎn),提出了多種車體框架結(jié)構(gòu)方案,并進(jìn)行了比較、篩選和綜合。最終確定了以行星輪驅(qū)動模塊為行走機(jī)構(gòu),以鏈接式結(jié)構(gòu)為車體框架的機(jī)器人機(jī)構(gòu)總體方案。 推導(dǎo)行星輪鏈接式底盤在通過各種障礙時受力情況。對越障分析過程中機(jī)器人的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的定義與說明,對分析的環(huán)境進(jìn)行了合理、有效的假設(shè)以簡化計算過程。分析了機(jī)器人的輪觸地條件、斜坡行駛和攀越臺階等障礙的約束條件。根據(jù)其動力和阻力的相互制約情況,將單級臺階的越障過程細(xì)化為多個階段進(jìn)行詳細(xì)的受力分析,確定越障高度和多個車體結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系。分析了越障過程中各種參數(shù)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(jié)合在ADAMS中虛擬模型的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果,優(yōu)化得到樣機(jī)的車體結(jié)構(gòu)參數(shù),并設(shè)計制作了機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)。通過仿真分析初步驗(yàn)證了上述分析理論的正確性。闡述了基于上述越障性能的要求,機(jī)器人所需要的控制系統(tǒng)的設(shè)計及其具體的實(shí)現(xiàn)方案。 設(shè)計制作完成的新型越障機(jī)器人樣機(jī)通過了一系列性能試驗(yàn),得到了樣機(jī)達(dá)到的實(shí)際性能指標(biāo),并和設(shè)計指標(biāo)進(jìn)行了比較和分析。試驗(yàn)結(jié)果表明新型越障機(jī)器人達(dá)到了良好的越障性能,行星輪鏈接式底盤充分地集成了輪式和履帶式底盤的優(yōu)點(diǎn)并成功避開了其各自的缺陷。試驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析及仿真的有效性,通過對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行細(xì)致的分析與思考,找出了理論分析與設(shè)計過程中需要改進(jìn)的地方,為下一步工作指明了方向。

關(guān)鍵詞：越障； 改進(jìn)設(shè)計

Abstract....

目  錄

摘  要III

AbstractIV

目  錄V

第1章 緒論1

第2章 越障總體方案確定2

2.1  越障裝置工作原理2

2.2越障總體設(shè)計3

2.2.1越障方案4

2.2.2 越障的整機(jī)結(jié)構(gòu)及選擇6

2.2.3 越障的工作流程7

第3章 越障結(jié)構(gòu)設(shè)計9

3.1  越障原理10

3.2  越障類型選擇11

第4章 傳動件的選擇12

4.1  整機(jī)承載計算13

4.1.1  軸承的選擇14

4.1.2  撐支架強(qiáng)度計算16

4.2  銷軸的設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計22

4.2.4  軸的校核23

結(jié)論26

參考文獻(xiàn)27

致  謝28