轮腿式机器人结构设计.zip

I摘要摘要此次设计了一种新适用于野外环境的移动机器人，它能够适应各种野外环境.它的驱动系统采用轮腿式，可以实现高效的越障功能。机器人的六轮腿结构，可以确保机器人的平稳性。本文对机器人的驱动装置进行了全面的设计，包括车轮、腿臂、车身等部件的设计，以及电机、制动器、减速器等部件的选择，并对机器人的性能进行了详细的分析。通过步态分析，在 Pro/E 设计环境中，我们可以精确地检测机器人的结构，消除干扰，并将其精确地绘制在 CAD 中，以便于更好地完成装配任务。关键词：机器人；越障机构；六轮腿式；驱动装置 IIAbstractThis time,a new mobile robot suitable for outdoor environments has been designed,which can adapt to various outdoor environments.Its driving system adopts a wheel leg type,which can achieve efficient obstacle crossing function.The six wheeled leg structure of the robot can ensure its stability.This article provides a comprehensive design of the driving device of the robot,including the design of components such as wheels,legs,arms,and body,as well as the selection of components such as motors,brakes,and reducers.It also provides a detailed analysis of the robots performance.Through gait analysis,in the Pro/E design environment,we can accurately detect the structure of the robot,eliminate interference,and accurately draw it in CAD to better complete assembly tasks.Key words:robot;obstacle mechanism;six-wheel leg;drive device 目录目录摘要.IAbstract.II1 引言.111 移动机器人的发展概况.11.2 轮腿式移动机器人的发展趋势.11.3 轮腿式移动 机器人关键技术的研究.31.4 本次设计目的及意义.42 轮腿式移动机器人驱动方案设计.52.1 课题要求.52.2 轮腿式机器人结构方案设计.52.2.1 轮腿配置方案的选择.52.2.2 轮腿式机器人的结构方案.52.2.3 六轮腿的分布方案.72.2.4 越障机构的设计.72.2.5 车轮方案设计.82.2.6 腿臂传动方案设计.92.2.7 总体方案.103 轮腿式移动机器人驱动装置结构设计.123.1 车轮设计.123.1.1 车轮直径设计.123.1.2 轮宽的选择.123.2 腿臂的设计.123.3 车底盘设计.133.4 机构受力分析与计算.143.4.1 机构重力估计.143.4.2 受力分析.143.4.3 前排轮翻越台阶时车身受力分析.153.4.4 车轮驱动功率.173.4.5 关节功率计算.183.4.6 轮子驱动转矩计算.183.4.7 在斜坡上所需的制动力.183.5 驱动装置的设计.193.5.1 驱动方式概述.193.5.2 车轮电机和制动器选择设计.203.5.3 腿臂驱动电机和减速器，离合器的选择.213.6 总体结构图.224 零件设计.234.1 零件设计的主要方面.234.2 零件具体设计.234.2.1 车体的设计.234.2.2 长臂的设计.244.2.3 短臂的设计.244.2.4 摇杆的设计.244.2.5 车轮的设计.25 4.2.6 腿臂驱动设计.304.2.7 整体结构.335 性能分析.345.1 动态打滑的稳定性分析.345.2 爬坡步态分析.355.2.1 坡面行使.355.2.2 越障步态.36结 论.38致 谢.39参 考 文 献.40 11 引言1 引言11 移动机器人的发展概况11 移动机器人的发展概况近年来，由于科学的飞速发展，人类的眼光变得更加广阔，他们渴求去发现更多的神秘。从月球到火星，从深渊到大洋，他们都在不断深入的挖掘，去发现更多的秘密，比如深不可测的历史古迹、文化遗产、地形地貌。随着科技的进步，当今世界的军事竞赛更加激烈，而且反恐斗争的挑战更加严峻。为了有效应对这些挑战，我们必须具备足够的技术，以便在极端的气候条件下，快速、精细、有效的执行侦查、攻击、防御、救援等工作。然而，在这些极端的自然条件下，我们往往会感到力不从心1,2。通过远程操作和对地貌的适应调整，移动机器人已经超越了传统的技术，它们具有良好的灵活性，并且能够在各种恶劣的气候和环境中运作，从而实现我们难以想象的探索和发现。随着科技的发展，移动机器人已经不仅仅局限于实现简单的任务，它们还可以通过与周围的环境进行交流，并且可以根据不同的情况进行调整，使得它们更加适应复杂的任务。尤其是那些可以进行高难度任务的小型地面移动机器人，它们的尺寸更加紧凑，价格更加实惠，并且具备更高的生命安全性。随着科技的进步，许多新的技术和新的设备都可用来满足对机器人的需求，特别是在处理复杂的、难以跨越的障碍和地形的情况下。因此，研制出一款可跨越障碍的、可实现高效的、低成本的小型地面移动机器人显得尤为重要。随着科学技术的进步，轮式移动机器人已经不再仅仅是用于探索智能和决策，它们拥有更强大的机动性、更高效的跨界功能，并且可以实现更加完善的集成化设计3,4,5。1.2 轮腿式移动机器人的发展趋势 1.2 轮腿式移动机器人的发展趋势 轮式移动机器人的发展相对发达，各国都在大力研究。其中，有各种新型的移动机器人，如滚动式轮腿式移动机器人（如图 1 所示）、管道式轮腿移动机器人（图 2所示）和轮腿式变结构移动机器人（见图 3）6。随着技术的不断进步，微小的、可携带的、可操控的移动式机器人正在变成生活的无所不在的部分，为我们的工作提供了强大的支持。2 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 近日，美国科学家们发明了一款全新的 netbook 电脑机器人取名“Three”9（如图 4）。它的底座由两个可移动的滚筒组成，滚筒的两端用于支撑 netbook 电脑，使其能够在任何环境下运行。这种新的设计非常容易掌握，甚至不需要任何基础的技术，只需要按照说明书的指示就可轻松地进行控制和组装。图 4“Three”新式 netbook 电脑机器人据说，这款机器人配备了强劲的推力和尖端的技术。它不但能够运行，而且能够通过使用专门的软件和用户自定义的认证系统来实现自我管理，为用户提供更加优质的服务。除了这些，为了让消费者更加满足，还有必要配备一些先进的设备，比如红外线传感器和外部摄影设备。据报道，为了提升反恐防暴机器人的非结构环境适应能力，研发团队开发出一种 3全新的轮腿履带复合移动机构.该机构在结构设计和本体稳定性分析方面表现优异，具备良好的机动性能和转向性能，因此被成功地用于反恐防暴任务。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。轮腿式移式人工智能因具有高度流动性和高度智能，它们不仅可以完成人们无法直接完成的任务，还具有重要的社会意义。轮腿式移动机器人的技术已经取得了长足的进步，它们具备了良好的爬坡、越障、稳定性以及抗干扰性.因此，它们已经成为各类环境下的理想选择。它们的出现，将极大地提高我们的安全性，并且有助于我们更好的完成各类任务，比如探索复杂的环境、开拓宇宙，以及进行一些军事行动。实现真正的人工智慧，并实现完全的独立运行的核心技术。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1.3 轮腿式移动 机器人关键技术的研究由于科技的发展，机器人技术的智慧不仅仅表现在它的行走距离，而且还可以拓展它的视野，拓展它的潜力，拓展它的可操作性。因此，人们不仅希望它具有足够的自主性，还希望它具有足够的灵活性，以便它可以在不断变化的外部世界中自由移动，4并且具备良好的环境适应能力。近年来，由于技术发展，移动机器人，尤其是自主式移动机器人，已经迅速发展，并在机器人研究领域占有重要位置。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.通过这种新型的技术，我们的机器人能够更好的适应复杂的环境，并且具备良好的倾覆稳定性。此外，我们还通过正弦路面的仿真，发现这种新型的技术具备良好的稳定性。这个系统的运行速度快，稳定，并且在处理复杂情况下具有很强的安全保证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1.4 本次设计目的及意义通过深入的研究，我们发现，轮腿式移动机器人的驱动装置可以将腿式移动与轮式移动相融合，从而实现更加高效的移动。为了满足不同的实际需求，我们开发了一种全新的移动机器人驱动装置，它可以根据不同的地形条件，提供更加灵活的移动性，并且可以轻松穿过复杂的地形，还可以实现更高的跨越障碍的功能。通过使用 CAD 技术，我们可以精心规划出一个完整的驱动系统，包括精心挑选的机电部件，以及深入探索机器人的跨界操作特性。52 轮腿式移动机器人驱动方案设计2 轮腿式移动机器人驱动方案设计2.1 课题要求 2.1 课题要求 本研究旨在深入研究机器人的步履与转向的运用，并将这两种运用技术相融合，以开发一种新型的、可以应用于野外恶劣环境的步履型机器人，它不仅可以轻松穿梭于各种道路，而且还可以实现高效的跨界操作。通过使用 CAD 技术，我们可以快速制定出一个驱动装置的整体架构，精心挑选出适当的机电部件，同时还可以深入探索机器人的越障能力。设计技术要求：1每个轮子都是独立运行的，采用环境适应能力好的六腿式结构。2重量低于 45Kg，外形尺寸长小于 800mm，宽度小于 600mm，以满足消费者的需求。3这台机器人拥有最大的 10Km/h 的行驶速度，并且可以轻松翻越障碍物。4要求具备跨越 250mm 高的障碍、攀登 15陡峭的斜坡的技能。2.2 轮腿式机器人结构方案设计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 通过采用六轮腿式机器人，可以实现轮腿式移动越障机器人的高效运动，这种机器人的特点是具备良好的平衡性，可以