畢業(yè)設(shè)計---六履帶擺臂說明書

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計---六履帶擺臂說明書</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在對實驗室原有六履帶擺臂式搜救機器人結(jié)構(gòu)特點、運動特性進行詳盡分析和深入解析的基礎(chǔ)上，依據(jù)新型六履帶擺臂式搜救機器人功能要求、使用條件的具體情況，設(shè)計了一種越障能力更強、使用功能更全、機動靈活、可靠性高的六履帶擺臂式搜救機器人，完成了機器人的結(jié)構(gòu)改造

2、設(shè)計及其動畫仿真制作，為新型六履帶擺臂式搜救機器人的研制奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。</p><p>　　六履帶擺臂式搜救機器人的傳動方式、結(jié)構(gòu)形式十分復(fù)雜，只有通過對原有的六履帶擺臂式搜救機器人進行結(jié)構(gòu)剖析與測量，了解其結(jié)構(gòu)特點與運動特性，并采用功能對比的方式，才能了解并掌握其設(shè)計要點。本文通過結(jié)構(gòu)仿真、性能分析和優(yōu)化設(shè)計等方式，實現(xiàn)了六履帶擺臂式搜救機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計與建模、性能分析與仿真、場景動畫制作與實現(xiàn)，并對機

3、器人本體結(jié)構(gòu)、傳動裝置、張緊裝置進行了工程設(shè)計和技術(shù)分析。</p><p>　　首先，以實驗室原有六履帶擺臂式搜救機器人為改進設(shè)計的藍本，采用結(jié)構(gòu)對比、性能分析和機構(gòu)優(yōu)化等技術(shù)手段，以六履帶擺臂式搜救機器人傳動系、推進系、支撐系、調(diào)整系為主線，開展機器人結(jié)構(gòu)的改進與優(yōu)化設(shè)計，特別是對機器人在不同擺臂時機構(gòu)的運動和作用進行了分析，給出了幾種典型的變形擺臂方式，探討了相應(yīng)的使用效果。</p><p

4、>　　其次，使用軟件建模分析方法，研究了六履帶擺臂式搜救機器人在不同環(huán)境下的機身姿態(tài)與行進步態(tài)，給出了六履帶擺臂式搜救機器人的運動分析結(jié)果，并提出了步態(tài)規(guī)劃的幾個原則，設(shè)計了一種穩(wěn)定的六履帶擺臂式搜救機器人運行方式，且進行了仿真驗證。</p><p>　　以上工作內(nèi)容是六履帶擺臂式搜救機器人研究的基礎(chǔ)和開端，將對六履帶擺臂式搜救機器人的深入研究產(chǎn)生直接而重要的影響，同時，為六履帶擺臂式搜救機器人結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)

5、計提供了理論依據(jù)，也為六履帶擺臂式搜救機器人的研究提供了共性技術(shù)基礎(chǔ)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：六履帶擺臂式搜救機器人；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計；行進步態(tài)規(guī)劃；Pro/Engineer造型軟件；實體造型；動畫仿真</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The original variable structure r

6、obot status and development trend analysis based on, according to requirements and technical indicators used to design a climbing obstacle stronger, more complete, flexible, high reliability, variable structure robot cra

7、wler, to complete the structural transformation of the robot design and animation simulation.</p><p>　　Transmission mode variable structure robot more complex structure, so the robot on the original structur

8、al analysis and measurement to understand their body structure and gait capital in place, compared with simulation and structure of the transmission function of contrast, enabling a crawler the design of variable structu

9、re robot model, and their body structure, drive design, the design of a tension-depth discussions.</p><p>　　First generation of machines to the structure size and simple structure optimization is to select t

10、he parameters of reasonable means, this is one of the key elements to the robot crawler variable structure determination of main drive pulley, for example, introduced a tracked variable structure Optimization of robot sp

11、ecific program, the structure of this variable structure robot design outlined in detail, but also on the different state agencies when DOF is analyzed, and gives the state some typ</p><p>　　First generation

12、 machines to structure size and simple in structure optimization is to select the parameter of the reasonable means, the focus of this article also one of the elements, in order to track Variable Manipulators of the main

13、 drive pulley to identify an example, the Lvdai-type variable structure robot specific program structure optimization, the structure of this variable structure robot design outlined in detail, but also on the different s

14、tate agencies when DOF is analyzed, and give</p><p>　　Second, using the software modeling analysis, this variable structure of the robot at different gait under the fuselage structure, given the track-type v

15、ariable structure structure of the robot gait. Variable structure of the tracked robot gait planning to conduct a study of several proposed gait planning principles, design a stable variable structure robot tracked the s

16、tatic operation mode, and simulation verification.</p><p>　　Key words: Six search and rescue robot crawler rocker Structural Optimization Road gait planning Pro / Engineer modeling software Solid Modeling

17、 Animated Simulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>

18、;<b>　　1.1引言1</b></p><p>　　1.2六履帶擺臂式搜救機器人研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.2.1六履帶擺臂式搜救機器人的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.2六履帶擺臂式搜救機器人的發(fā)展趨勢4</p><p>　　1.3課題研究內(nèi)容及意義5</p>&l

19、t;p>　　1.3.1課題研究的主要內(nèi)容5</p><p>　　1.3.2課題研究的目的與意義5</p><p>　　第二章 六履帶擺臂式搜救機器人的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計7</p><p>　　2.1六履帶擺臂式搜救機器人的機械設(shè)計概述7</p><p>　　2.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)與組成9</p><p>

20、　　2.2.1機構(gòu)設(shè)計的依據(jù)9</p><p>　　2.2.2六履帶擺臂式搜救機器人的組成10</p><p>　　2.3傳動機構(gòu)設(shè)計11</p><p>　　2.4履帶式行走方式設(shè)計12</p><p>　　第三章 機構(gòu)的選擇與計算14</p><p><b>　　3.1引言14</b&

21、gt;</p><p>　　3.2材料的選擇14</p><p>　　3.3帶輪裝置的選擇與計算15</p><p>　　3.4張緊裝置的選擇與計算18</p><p>　　3.5驅(qū)動裝置設(shè)計21</p><p>　　3.5.1 電機選擇21</p><p>　　3.5.2 驅(qū)動安裝位

22、置設(shè)置22</p><p>　　3.6 本章小結(jié)22</p><p>　　第四章 實體造型及動畫制作23</p><p>　　4.1用Pro/E軟件制作實體模型23</p><p>　　4.2零件的畫法24</p><p>　　4.3 三維動畫軟件的選擇27</p><p>　　4

23、.4 六履帶擺臂式搜救機器人裝配動畫的設(shè)計與制作28</p><p>　　第五章 總結(jié)30</p><p><b>　　參考文獻31</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p&

24、gt;<b>　　1.1引言</b></p><p>　　人類在征服自然和推動社會進步的過程中，面臨著自身能力、能量的局限，因而發(fā)明和創(chuàng)造了許多機器人來輔助或代替人類完成任務(wù)。機器人，是這種機器的最理想形式，也是人類科學(xué)研究中所面臨的最大挑戰(zhàn)之一。</p><p>　　六履帶擺臂式搜救機器人是機器人學(xué)中的一個重要組成部分，它是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與

25、執(zhí)行等多種功能于一體的綜合智能控制系統(tǒng)。從現(xiàn)實中，履帶式機器人包括偵察機器人、巡邏機器人、爆炸處理機器人、和步兵支援機器人和復(fù)雜環(huán)境下搜救機器人等，用來代替深入敵方或危險的環(huán)境下去偵查或搜集資料、排除爆炸物等工作，能夠在很大程度上減少人員的傷亡，在現(xiàn)代和未來的戰(zhàn)爭中起到越來越重要的作用。民用履帶式機器人被廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)以及各種服務(wù)領(lǐng)域，如生產(chǎn)線傳輸、倉物物品搬運、清掃、割草、室內(nèi)傳送、導(dǎo)盲、導(dǎo)游導(dǎo)購、室內(nèi)外清洗和搜救復(fù)雜環(huán)境下的資料等

26、各個方面。</p><p>　　但國內(nèi)對這機器人研究起步較晚，大多數(shù)研究尚處于某個單項研究階段，主要的研究工作有：清華大學(xué)智能移動機器人于1994年通過鑒定。涉及到五個方面的關(guān)鍵技術(shù)：基于地圖的全局路徑規(guī)劃技術(shù)研究（準結(jié)構(gòu)道路網(wǎng)環(huán)境下的全局路徑規(guī)劃、具有障礙物越野環(huán)境下的全局路徑規(guī)劃、自然地形環(huán)境下的全局路徑規(guī)劃）；基于傳感器信息的局部路徑規(guī)劃技術(shù)研究;路徑規(guī)劃的仿真技術(shù)研究（基于地圖的全局路徑規(guī)劃系統(tǒng)的仿真模擬

27、、室外移動機器人規(guī)劃系統(tǒng)的仿真模擬、室內(nèi)移動機器人局部路徑規(guī)劃系統(tǒng)的仿真模擬）；傳感技術(shù)、信息融合技術(shù)研究（差分全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、磁羅盤和光嗎盤定位系統(tǒng)、超聲測距系統(tǒng)、視覺處理技術(shù)、信息融合技術(shù)）；智能移動機器人的設(shè)計和實現(xiàn)（智能移動機器人THMR-Ⅲ的體系結(jié)構(gòu)、高效快速的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、自動駕駛系統(tǒng)）。上海交通大學(xué)的地面移動消防機器人已投入使用。北京理工大學(xué)、南京理工大學(xué)等單位承擔(dān)的總裝項目“地面軍用機器人技術(shù)”研究也是以卡車、面包車作

28、為平臺來研究的，是大型智能作戰(zhàn)平臺。香港城市大學(xué)智能設(shè)計、自動化及制造研究中心的自動導(dǎo)航車和服務(wù)機器人。中國科學(xué)院沈陽自動化研究所的AGC和防爆機器人。中國科學(xué)院自動化自行設(shè)計</p><p>　　1.2六履帶擺臂式搜救機器人研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　1.2.1六履帶擺臂式搜救機器人的研究現(xiàn)狀</p><p>　　從20世紀60年代到70年代，迅速普及

29、并實用化的工業(yè)機器人給人的印象只是自動機械手。廣泛開展機器人移動功能的研究和開發(fā)是進入20世紀80年代以后的事?，F(xiàn)在作為移動機器人而開發(fā)試制的移動機械種類已遠遠超過了機械手。特別是履帶式機器人，它不僅是生物體中沒見過的移動形態(tài)，而且能夠在復(fù)雜的底面行進。</p><p>　　履帶式機器人因采用履帶傳動方式而得名。履帶傳動方式又叫循環(huán)傳動方式，其最大特征是將圓狀的循環(huán)軌道履帶卷繞在若干車輪上，使車輪不與地面直接接觸

30、，利用履帶緩沖地面而帶來的沖擊，使機器人能夠在各種路面條件下行進。</p><p>　　到目前六履帶擺臂式搜救機器人還是局限于單個或兩個自由度。其系統(tǒng)主要由機器人的機械本體、控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等部分組成。六履帶擺臂式搜救機器人的研究涉及以下幾個方面，首先是移動方式的選擇。對于履帶式移動機器人，可以是輪履復(fù)合式、兩履帶式、四履帶式等。其次，必須考慮驅(qū)動器的控制，以使機器人達到期望的目標(biāo)。第三，必須考慮導(dǎo)航或路徑規(guī)劃

31、，如傳感信息融合，特征提取，避碰以及環(huán)境映射。第四，必須考慮擺臂角的原理，這方面需要重點考慮，因為靠其臂的調(diào)整來改變自身高度以越障這種機器人的最大特點，結(jié)構(gòu)形式對機器人穩(wěn)定性，功能特點都有著極大的決定作用。對于這些問題的研究，可歸結(jié)為：機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計、運動學(xué)與動力學(xué)建模、導(dǎo)航與定位、多傳感器信息融合等。</p><p>　　下圖為美國及其它國家在研的各種履帶式可變形機器人：</p>&l

32、t;p>　　（1） 美國的拆彈專家：</p><p>　　如圖1-1、1-2、1-3、1-4所示，這是美國iRobot的一種較小型“PackBot”機器人，現(xiàn)服役于美國軍隊，這個“PackBot”搭配了一個爆炸物感應(yīng)系統(tǒng)，有效地探測炸彈。目前這種測試系統(tǒng)還處于實驗階段?！癙ackBot”機器人還以進行挖掘和拆彈工作。配備了稱為“explosive ordnance disposal”(eod)和工程師的全套

33、工具，可以對土壤進行挖掘，然后舉起相當(dāng)于自身重量2倍的炸彈。</p><p>　　圖1-3這種iRobot SUGV的機器人是一種小型地面探測車，重量僅為30磅。它帶有一個稱為“tactical head”的頭部，還有一個相機、一個紅外感應(yīng)器和一個可即時傳送影像的攝像頭。</p><p>　　圖1-4是iRobot生產(chǎn)的“Warrior”機器人配備了兩個全自動、自動裝彈、可遙控的12桿機搶

34、，重量為250磅。這種機槍被稱為“錘子”（Hammer），目前還處于實驗階段。</p><p>　　圖1-1 RackBot準備展開 圖1-2 RackBot伸展情況</p><p>　　圖1-3 SUGV機器人 圖1-4 Warrior機器人</p><p>　?。?） 德

35、國telemax防爆機器人：</p><p>　　僅在一兩年前，德國公司出品了一款防爆機器人，現(xiàn)在2006年的新一代機器人已經(jīng)上市了，其結(jié)構(gòu)比以前的更加輕便，體積更小。這款機器人依靠一個靈活的小型系統(tǒng)有了和一些大型機器人一樣的功能。</p><p>　　這款機器人依靠一個靈活的小型系統(tǒng)從而有了一些與大型機器人類似的功能，所以它小得以至于可以在地鐵車廂或者飛行工具里操作，同時又足夠大得可以直

36、接處理一些在所有現(xiàn)行飛機的頭頂貯藏室里的可疑項目處理。</p><p>　　圖1-5 telemax</p><p>　　這款產(chǎn)品具有很大的創(chuàng)新價值，經(jīng)過數(shù)十年經(jīng)驗的累計取得了變結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域的重大發(fā)展。</p><p>　　圖1-6 telemax行走姿勢 圖1-7最緊湊姿勢</p><p>　　它的機械結(jié)構(gòu)

37、由4個獨立履帶齒輪驅(qū)動技術(shù)提供了非凡的移動力，它可以爬坡45度，并且可以越障500mm的高度，它做的比其它很多類似機器人都好，它的可伸展的上臂加上一個高度可調(diào)的地盤，給予了這款機器人一個可達到的非凡的垂直高度2350mm。它的鉗子可以吊起重達5Kg的貨物，這就意味著它可以裝配彈道系統(tǒng)和其它工具。 </p><p>　　圖1-8 telemax防爆機器人

38、</p><p>　　1.2.2六履帶擺臂式搜救機器人的發(fā)展趨勢</p><p>　　通過對國內(nèi)外六履帶擺臂式搜救機器人的現(xiàn)狀的分析，可以看出六履帶擺臂式搜救機器人今后的發(fā)展有以下幾個方面的趨勢：</p><p>　　（1）結(jié)構(gòu)上，趨向小型、微型。</p><p>　　（2）運動上，趨向全方位，更靈活，更具自主性?，F(xiàn)有的履帶移動機器人，局限在

39、一般的地面環(huán)境里，以后會要求機器人能在越來越多的環(huán)境中實現(xiàn)多維運動、過渡運動，能夠?qū)Νh(huán)境進行識別，能適應(yīng)未知環(huán)境。</p><p>　?。?）在用途上，趨向于功能多功能化。比如拓展其應(yīng)用到軍事上，用于軍事偵察，甚至于軍事攻擊。</p><p>　　1.3課題研究內(nèi)容及意義</p><p>　　1.3.1課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　

40、（1）對現(xiàn)有的六履帶擺臂式搜救機器人的結(jié)構(gòu)進行深層分析。結(jié)合結(jié)構(gòu)對機器人的控制進行了策略研究，為六履帶擺臂式搜救機器人的研制提供一定的理論框架支持。重點從結(jié)構(gòu)上解決驅(qū)動、擺臂、履帶張緊等實際問題，提出框架長度變化的問題。</p><p>　?。?）六履帶擺臂式搜救機器人步態(tài)結(jié)構(gòu)分析與仿真。對整個系統(tǒng)的步態(tài)結(jié)構(gòu)分析與仿真的方案進行研究與分析。對系統(tǒng)中的重要及關(guān)鍵零部件進行力的校核，從理論上驗證二代機機構(gòu)設(shè)計的合理性

41、及可行性。</p><p>　　（3）六履帶擺臂式搜救機器人驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計。</p><p>　　（4）運用Pro/Engineer軟件和3DSMAX軟件對六履帶擺臂式搜救機器人進行實體造型及演示動畫的制作。</p><p>　　1.3.2課題研究的目的與意義</p><p>　　研制一種可以在狹小低矮空間機動行駛并具有一定越障能力的六履帶擺臂

42、器人。該機器人可以通過改變自身高度以適應(yīng)不同環(huán)境的要求，既可以以較低的整體高度在狹小空間內(nèi)工作，又可以通過調(diào)整自身高度翻越障礙，從而克服了傳統(tǒng)微小型地面移動機器人環(huán)境適應(yīng)能力差的缺點。</p><p>　　以國內(nèi)外同類機器人的結(jié)構(gòu)特點，研究六履帶擺臂式搜救機器人實現(xiàn)擺臂的原理與條件，通過對比分析，確立六履帶擺臂式搜救機器人的總體設(shè)計目標(biāo)、技術(shù)要求和性能指標(biāo)；在上述工作的基礎(chǔ)上，提出六履帶擺臂式搜救機器人的總體結(jié)構(gòu)

43、方案，對機器人的工作和運動機理進行詳細分析，進而根據(jù)機器人整體的技術(shù)要求和各構(gòu)件間的相互關(guān)系，確定機器人結(jié)構(gòu)尺寸，并使用PRO/E三維設(shè)計軟件創(chuàng)建六履帶擺臂式搜救機器人的實體模型；最后，根據(jù)分析與仿真結(jié)果，完成機器人驅(qū)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計和電機選型，并對整體方案的演示動畫進行設(shè)計與制作。</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)代人類對復(fù)雜環(huán)境使用機器人的依賴，設(shè)計了一種新的運行方式，它對復(fù)雜環(huán)境具有很好的適應(yīng)性，針對這種探測機器

44、人開展的研究為我國未來的機械化搜救機器人設(shè)計提供了必要的理論參考。本課題不僅具有理論價值，而且具有實際的應(yīng)用意義。</p><p>　　第二章 六履帶擺臂式搜救機器人的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　2.1六履帶擺臂式搜救機器人的機械設(shè)計概述</p><p>　　機器人機械設(shè)計具有機電一體化的特點，它在結(jié)構(gòu)緊湊性、靈巧性以及特殊性方面比一般機械設(shè)計有更高的要求。

45、結(jié)構(gòu)設(shè)計是本課題機器人系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，整機機械結(jié)構(gòu)、擺臂角度、驅(qū)動方式和傳動機構(gòu)等都會直接影響變結(jié)構(gòu)機器人的運動和動力性能。然而，六履帶擺臂式搜救機器人機構(gòu)設(shè)計除了需要滿足系統(tǒng)的技術(shù)性能外，還需要滿足經(jīng)濟性要求，即必須在滿足機器人的預(yù)期技術(shù)指標(biāo)的同時，考慮用材合理、制造安裝便捷、價格低以及可靠性高等問題。機器人的機械設(shè)計可以從一下四個方面考慮：</p><p>　?。?）機器人的應(yīng)用和可行性</p>

46、<p>　　研究現(xiàn)有同類機器人的產(chǎn)品性能和特點，進行可行性調(diào)查，論證技術(shù)上是否先進，是否可行；核算經(jīng)濟上的成本；明確機器人應(yīng)用的領(lǐng)域，實現(xiàn)什么樣的功能。</p><p>　　（2）明確機器人的設(shè)計要求</p><p>　　確定工藝過程、動作要求和有關(guān)參數(shù)，并對機器人的工作環(huán)境進行分析。</p><p>　　明確功能、性能指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)</p>

47、<p>　　了解國內(nèi)外同類機器人的水平和研制的技術(shù)難點，結(jié)合現(xiàn)有的工作條件和功能要求，明確提出設(shè)計的機器人具有的功能、性能指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)。這一步至關(guān)重要，因為所有的設(shè)計都是圍繞著這個中心來設(shè)計的。</p><p><b>　　（4）方案比較</b></p><p>　　初步提出若干總體設(shè)計方案，通過對工藝生產(chǎn)、技術(shù)和價值分析選擇最佳方案。</p&g

48、t;<p>　　本文以六履帶擺臂式搜救機器人的靈活性和實用性為目標(biāo)，完成六履帶擺臂式搜救機器人的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，并進行運動學(xué)分析與仿真。具體研究內(nèi)容歸納如下：</p><p>　?。?）在對國內(nèi)履帶式機器人研究項目進行廣泛調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，了解履帶式機器人的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，根據(jù)機器人的使用功能和約束條件，確定具體的設(shè)計目標(biāo)。</p><p>　　（2）采用模擬的方式進行

49、機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，包括擺臂結(jié)構(gòu)設(shè)計、驅(qū)動及傳動設(shè)計等，并對現(xiàn)有的一代機基礎(chǔ)上進行深入剖析，實現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，確定樣機的幾何尺寸，然后根據(jù)設(shè)計指標(biāo)進行機械結(jié)構(gòu)建模。</p><p>　?。?）對機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進行分析研究。</p><p>　?。?）造一個數(shù)字化的樣機進行運動學(xué)仿真，完成物理樣機的運動功能，分析機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題和解決的方案，最后運用造型軟件進一

50、步建模。研究流程如圖2-1所示</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖2-1 設(shè)計流程圖</p><p>　　從總體設(shè)計框圖上可以看出，六履帶擺臂式搜救機器人的機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計是總體設(shè)計的基礎(chǔ)，也可以說是所有技術(shù)群體的靈魂。本文的目的就是完

51、成機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計的主要上作，包括了機構(gòu)設(shè)計優(yōu)化和虛擬樣機運動仿真，這些內(nèi)容直接影響六履帶擺臂式搜救機器人的控制系統(tǒng)的設(shè)計、影響六履帶擺臂式搜救機器人的整體運動、動力性能。其意義在于為六履帶擺臂式搜救機器人的擺臂原理和合理結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論依據(jù)，為六履帶擺臂式搜救機器人的研究提供了共性技術(shù)基礎(chǔ)和途徑，也進一步完善了我國六履帶擺臂式搜救機器人研究體系。</p><p>　　2.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)與組成</p>

52、;<p>　　2.2.1機構(gòu)設(shè)計的依據(jù)</p><p>　　如果將六履帶擺臂式搜救機器人分為行走裝置、動力裝置和傳動裝置等部分。那么對其功能要求可以歸納為：</p><p>　?。?）具有一定的承載能力，運動靈活。</p><p>　　（2）能向前、向后行駛，轉(zhuǎn)彎，有一定的避障、攀登臺階能力。</p><p>　?。?）重心要低

53、，以保持車體行駛穩(wěn)定。</p><p>　　具體的性能指標(biāo)要求如下：</p><p>　　表 2-1 變結(jié)構(gòu)機器人設(shè)計指標(biāo)</p><p>　　根據(jù)如上要求，初步設(shè)計選擇如下：</p><p>　　（1）機器人可以在復(fù)雜的環(huán)境中進行搜索，所以為了便于行動，選擇了履帶式行走方式。</p><p>　　（2）為了增加其

54、越障能力，所以將履帶式與擺臂式巧妙的結(jié)合在一起，轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)角度設(shè)計為0～360°，車體長度為300mm～350mm。</p><p>　　（3）在轉(zhuǎn)臂前端裝有測量器材.這樣也可以增加測量器材高度的調(diào)整范圍。</p><p>　　（4）機器人越寬，行走時穩(wěn)定性越好，但同時考慮到電機的安裝，重量等因素，初步設(shè)計寬度為200mm～220mm。</p><p>　

55、?。?）由于環(huán)境的未知性比較大，所以初步設(shè)計用全履帶，即履帶包裹著機體。這樣不管在什么情況下，車體以任何方位與地面接觸都是履帶接觸的，這樣就可以極大的減少翻車和被異物卡死情況。</p><p>　　2.2.2六履帶擺臂式搜救機器人的組成</p><p>　　六履帶擺臂式搜救機器人如圖2-2所示，它是由車架4、履帶7、驅(qū)動鏈輪6、張緊輪1和張緊機構(gòu)等零部件組成。</p><

56、;p>　　圖2-2 六履帶擺臂式搜救機器人的組成</p><p>　　一般的履帶式機器人，在其車體左右兩側(cè)各設(shè)有一套履帶驅(qū)動裝置。在該履帶驅(qū)動裝置中，履帶卷繞在兩個以上的車輪上，其中用一個車輪來驅(qū)動履帶，其他的車輪是從動輪、導(dǎo)向輪或承重輪，通常在履帶的內(nèi)側(cè)裝有一派凸塊或溝槽，以防止車輪與履帶脫離。</p><p>　　履帶是圓形的帶狀物。用于室外行走的履帶是將金屬零件連接成鏈狀（見

57、圖2-3a）；</p><p>　　圖2-3 履帶構(gòu)造示意圖</p><p>　　鏈式 b）齒式 c）齒帶式</p><p>　　用于室內(nèi)行走的履帶則用橡膠抱住金屬零件構(gòu)成履帶板，并安裝在平整是橡膠帶上（見圖2-3b），以防止損壞地面；或在內(nèi)含增強纜繩的橡膠齒形帶外側(cè)生成一連串橡膠凸塊，再切削加工成齒形（見圖2-3c）。</p><p>　

58、　在履帶式傳動機構(gòu)中，驅(qū)動輪必須將足夠大的驅(qū)動力傳遞給履帶。履帶的驅(qū)動方法主要有圖2-4所示的幾種。圖2-4a 所示驅(qū)動輪為鏈輪，它的齒與金屬履帶板的孔互相嚙合； 圖2-4b所示驅(qū)動輪是一種齒形皮帶輪，它將安裝在平整履帶上的寬幅履帶板的兩端掛在齒輪凸緣上；圖2-4c所示驅(qū)動輪是帶齒車輪，以驅(qū)動帶齒的履帶。</p><p>　　圖2-4 履帶的驅(qū)動方式</p><p>　　驅(qū)動輪為鏈式

59、 b）驅(qū)動輪為齒形 c）驅(qū)動輪為帶齒車輪</p><p>　　由于履帶成卷繞狀，所以在履帶傳動機構(gòu)中不能采用汽車式的轉(zhuǎn)向機構(gòu)。要改變履帶式機器人的行進方向，或者是對某一側(cè)的履帶驅(qū)動系統(tǒng)進行制動，使左右兩側(cè)履帶的速度不一樣；或者是對某一側(cè)的履帶進行反響驅(qū)動，使履帶與路面之間產(chǎn)生橫向滑移，這樣就能使履帶式機器人原地旋轉(zhuǎn)，而且可以轉(zhuǎn)小彎。但這時旋轉(zhuǎn)車體所需的能耗較大，還有可能損壞路面。 </p

60、><p>　　2.3傳動機構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　傳動機構(gòu)用來把驅(qū)動器的運動傳遞到關(guān)節(jié)和動作部位。機器人中常用的傳動機構(gòu)有齒輪傳動、螺旋傳動、帶傳動、鏈傳動、流體傳動和連桿機構(gòu)與凸輪傳動。</p><p>　　電動機是高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動器，而我們所設(shè)計的變結(jié)構(gòu)機器人卻要求低轉(zhuǎn)速，高轉(zhuǎn)矩.因此，我們選用了齒輪傳動機構(gòu)來完成速度和力矩的轉(zhuǎn)化與調(diào)節(jié).如下圖是本文對齒輪

61、的初步設(shè)計造型，結(jié)合車體的高度，初定傳動比為1：3，大輪直徑為45～60mm。如圖2-6所示：</p><p>　　傳動根據(jù)2.3節(jié)所述變形原理，由于需要大的傳動比和較小的質(zhì)量和體積，所以傳動設(shè)計如圖2-7所示：</p><p>　　電機經(jīng)過減速器調(diào)整，經(jīng)過齒輪傳動，大齒輪與轉(zhuǎn)臂固連。</p><p>　　圖 2-6 軟件中的齒輪裝備圖</p><

62、;p>　　圖2-7 傳動設(shè)計圖</p><p>　　2.4履帶式行走方式設(shè)計</p><p>　　履帶式行走方式也稱為無限軌道方式，其最大特征是將圓環(huán)狀的無限軌道，履帶卷繞在多個車輪上，使車輪不直接與路面接觸。在野外凹凸不平或松軟路面上上作時，輪式移動就顯得非常吃力，而利用履帶可以增大輪子與路面的接觸面積，緩沖路面狀態(tài)，實現(xiàn)機器人的平穩(wěn)運動。軍用機器人和那些使用場所不固定的機器人常采

63、用這種移動方式。</p><p>　　下表為其它行走方式與履帶式的特點對比：</p><p>　　表2-2 個行走方式特點</p><p>　　履帶式行走方式還有如下特點：</p><p>　?。?）支承面積大，接地比壓小。路面粘著力強，越野機動性好。</p><p>　　（2）履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著

64、性能好，有利于發(fā)揮較大牽引力。</p><p>　　（3）用兩個電機驅(qū)動兩條履帶從而實現(xiàn)了原地轉(zhuǎn)彎，利用履帶可以緩沖路面狀態(tài)。</p><p>　?。?）比較穩(wěn)定，容易爬坡，履帶本身給車輪起鋪路的作用。</p><p>　　通過對上述移動機器人各種移動機構(gòu)進行分析，并針對本課題對機器人機動性、可控性和穩(wěn)定性的要求，我們設(shè)計了類似于同步帶的行走履帶，履帶內(nèi)齒面為同步帶

65、標(biāo)準齒形，外齒面（著地面）采用矩形截面齒形，以提高其攀越障礙的能力。工作時，帶齒與帶輪的齒槽相嚙合，是一種嚙合運動，因而具有帶傳動的優(yōu)點，如耐屈撓性能、伸長率小、強力高等。</p><p>　　從攀越障礙、防止打滑以及履帶式獨特的轉(zhuǎn)彎方式角度分析， 驅(qū)動輪位于機體后部，其齒形為標(biāo)準同步帶輪齒形，帶擋邊，以限制履帶橫向移動。轉(zhuǎn)臂前端的轉(zhuǎn)臂輪以及誘導(dǎo)輪在結(jié)構(gòu)上與驅(qū)動輪完全一致。機體前部的底輪為帶擋邊的光輪，直徑與驅(qū)動

66、輪相同。綜合底盤離地高度和機器人整體高度，初步設(shè)計驅(qū)動輪直徑為60mm。</p><p><b>　　如圖2-7所示：</b></p><p>　　圖2-7 行走方式圖</p><p>　　第三章 機構(gòu)的選擇與計算</p><p><b>　　3.1引言</b></p><p

67、>　　穩(wěn)態(tài)下研究的機器人運動學(xué)分析只限于靜態(tài)位置問題的討論，未涉及機器人的運動的力，速度，加速度等動態(tài)過程。實際上，機器人是一個復(fù)雜的動力學(xué)系統(tǒng)，機器人系統(tǒng)在外載荷和關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩的作用下將取得靜力平衡，在驅(qū)動力的作用下將發(fā)生運動變化。機器人的動態(tài)特性不僅與運動學(xué)因素有關(guān)，還與機器人結(jié)構(gòu)形式、質(zhì)量分布、執(zhí)行機構(gòu)的位置、傳動裝置等對動力學(xué)產(chǎn)生重要影響的因素有關(guān)。</p><p>　　機器人動力學(xué)主要研究機器人運

68、動和受力之間的關(guān)系，目的是對機器人進行控制、優(yōu)化設(shè)計和仿真。機器人動力學(xué)主要解決動力學(xué)正解和逆解兩類：動力學(xué)正解是根據(jù)各連接位置的驅(qū)動力，求解機器人的運動（位移、速度、加速度），主要用于機器人仿真；動力學(xué)逆解是已知機器人關(guān)節(jié)位移、速度、加速度，求解所需要關(guān)節(jié)力或力矩。</p><p>　　機器人是一個非線性的復(fù)雜動力學(xué)系統(tǒng)。動力學(xué)問題的求解比較困難，而且需要較長的運算時間，因此，簡化解過程，最大限度的減少工業(yè)機器

69、人動力學(xué)在線計算的時間是很有必要的。</p><p>　　由上一章的分析及有關(guān)數(shù)據(jù)，本章對其中幾個主要結(jié)構(gòu)進行詳細計算。</p><p><b>　　3.2材料的選擇</b></p><p>　　選擇機器人本體材料應(yīng)從機器人的性能要求出發(fā)，滿足機器人的設(shè)計和制作要求。機器人本體用來支承、連接，固定機器人的各部分，當(dāng)然也包括機器人的運動部分，這一

70、點與一般機械結(jié)構(gòu)特性相同。機器人本體所用的材料也是結(jié)構(gòu)材料，但另一方面，機器人本體又不單是固定構(gòu)件，比如機器人轉(zhuǎn)臂是運動的，機器人整體也是運動的。所以，機器人運動部分材料質(zhì)量應(yīng)輕。</p><p>　　精密機器人對于機器人的剛度有一定的要求，即對材料的剛度要求。剛度設(shè)計時要考慮靜剛度和動剛度，既要考慮振動問題。從材料角度來看，控制振動涉及減輕重量和抑制振動兩方面，其本質(zhì)就是材料內(nèi)部的能量損耗和剛度問題，它與材料的

71、抗振性緊緊相關(guān)。另外人們對于現(xiàn)代機器人的外觀更加要求美感，所以機器人材料又應(yīng)具備柔軟和外表美觀的特點。</p><p>　　總之，正確選用結(jié)構(gòu)件材料不僅可以降低機器人的成本價格，更重要的是可以適應(yīng)機器人的工速滑，高載荷化及高精度化，滿足其靜力學(xué)及動力學(xué)特性要求。隨著材料工業(yè)的發(fā)展，新材料的出現(xiàn)給機器人的發(fā)展提供了寬廣的空間。</p><p>　　與一般機械設(shè)備相比，機器人結(jié)構(gòu)的運動學(xué)特性十

72、分重要，這是材料選擇的出發(fā)點。材料選擇的基本要求是：</p><p><b>　　（1）強度高 </b></p><p>　　機器人轉(zhuǎn)臂是直接受力的構(gòu)件，高強度材料不僅能滿足機器人轉(zhuǎn)臂的強度條件，而且可望減少轉(zhuǎn)臂界面尺寸，減輕重量.</p><p><b>　?。?）彈性模量大 </b></p><p&

73、gt;　　由材料力學(xué)的知識可知，構(gòu)件剛度(或變形量) 與材料的彈性模量E 、G有關(guān)。彈性模量越大，變形量越小，剛度越大。不同材料的彈性模量差別很大。</p><p><b>　?。?）重量輕 </b></p><p>　　機器人轉(zhuǎn)動變形中所需要的驅(qū)動力矩直接和轉(zhuǎn)臂重量相關(guān)，所以它影響著電機的選擇。因此我們應(yīng)該選擇高彈性模量低密度的材料。</p><

74、p>　　阻尼大選擇機器人的材料不僅要求剛度大，重量輕，而且希望材料的阻尼盡可能大。機器人轉(zhuǎn)臂經(jīng)過運動后，要求能平穩(wěn)的停下來。可是在終止運動瞬間構(gòu)件會產(chǎn)生慣性力和慣性力矩，構(gòu)建自身又具有彈性，因而會產(chǎn)生殘余振動。從提高定位精度和傳動平衡性考慮，希望采用大阻尼材料或采取增加構(gòu)件阻尼的措施來吸收能量。</p><p><b>　　（4）材料經(jīng)濟性 </b></p><p&

75、gt;　　材料價格是機器人成本價格的重要組成部分。</p><p>　　本文所選擇的鋁合金材料重量輕，價格適中，雖然彈性模量不太大，但是材料密度小，鋁的密度約為2.7×103kg/m3。故E/P之比可與鋼材相比.總的來說鋁合金材料有一下優(yōu)點： </p><p>　　鋁比重小，重量輕，可以用來代替鋼鐵。它不僅能使設(shè)備重量減輕很多，而且強度高，不怕腐蝕，因而用途廣泛。鋁的強度不算低，

76、當(dāng)加入少量銅、錳、硅、鎂等元素形成合金后，其強度又顯著提高，經(jīng)過一定的處理，甚至超過了一些鋼的強度，但重量卻比鋼輕很多。鋁的導(dǎo)電性能也很好，雖比銅要差卻好于鐵，但它的質(zhì)量只有銅的2/3倍，并且鋁導(dǎo)線散熱快，能通過較大電流而不會被燒壞。再加上價格便宜。鋁的導(dǎo)熱性能好，幾乎是鐵的4倍，散熱性能好。鋁容易加工成型，可壓成薄板或拉成細絲。鋁容易與氧發(fā)生反應(yīng)而在表面生成一層堅韌的氧化膜。這層膜性質(zhì)穩(wěn)定，有較強的抗腐蝕能力，因而防腐能力強。鋁是非磁

77、性金屬，可防止復(fù)雜環(huán)境中的很多磁干擾。</p><p>　　3.3帶輪裝置的選擇與計算</p><p>　　現(xiàn)以主傳帶為例介紹帶傳動的選擇過程：由上訴資料可以得到要求傳遞功率為11w，車的行駛速度為5000mm/min，其傳動比i=1，中心距a為280mm左右，帶輪的初定直徑為96mm左右。</p><p>　　(1)由車的速度可知帶輪的轉(zhuǎn)速</p>

78、<p>　　(2)確定計算功率Pd=KAP，由表6-10（在《帶傳動和鏈傳動設(shè)計手冊》中，本例下同），查得工況系數(shù)KA=2.1，所以</p><p>　?。?）選擇同步帶的節(jié)距pb</p><p>　　有帶輪的轉(zhuǎn)速 及計算功率pb=23.1w同時考慮到帶要做為與外界接觸的主傳動，按圖6-3選用H型同步帶，即節(jié)距pb=12.70mm。</p><p>　?。?/p>

79、4）確定帶輪的齒數(shù)和節(jié)圓直徑</p><p>　　按 又由上述材料得知其帶輪要大小要在96左右，故由表6-11差得同步帶的的齒數(shù)z=24，則帶輪的的節(jié)圓直徑</p><p><b>　　驗算其線速度</b></p><p>　　由表6-9差得H型同步帶允許的線速度vmax=40m/s，合格。</p><p>　?。?）確

80、定同步帶的節(jié)長、齒數(shù)及傳動中心距</p><p>　　按上訴要求的中心距 ，求得同步帶的節(jié)長近似值</p><p>　　由標(biāo)準同步帶節(jié)線長度系列（見表6-3）查得H行中和 最相近的同步帶標(biāo)準節(jié)長 ，同步帶的節(jié)距代號為345，同步帶齒數(shù) 。</p><p>　　（6）計算左右在帶輪軸上的力</p><p>　　表3-1 周節(jié)制同步帶帶輪的尺寸和

81、公差 mm</p><p>　　3.4張緊裝置的選擇與計算</p><p>　　帶輪傳動選好后就要進行張緊設(shè)計，現(xiàn)取其中一邊帶來算，讓其平均分在兩個支架上，則邊支架要加的張緊力為668N上邊安裝4個彈簧，則每個彈簧所承擔(dān)的力F=83.5N。</p><p>　?。?）選擇材料和確定許可應(yīng)力 根據(jù)彈簧所受載荷特性及要求，在表2-61（由《彈簧手冊》中取用，本節(jié)未特

82、殊說的均是這樣）選用B組不銹鋼彈簧鋼絲。許用應(yīng)力 。材料的抗拉強度 與鋼絲直徑d有關(guān)，先假設(shè)鋼絲直徑d=1~3mm，其對應(yīng)的 。根據(jù)表2-2得切變模量G=71.5x103MPa。取試驗切應(yīng)力 。</p><p>　　（2）選擇旋繞比 根據(jù)表10-4初步選旋繞比C=6。</p><p>　　（3）計算鋼絲直徑 根據(jù)式（10-18）可得計算鋼絲直徑為</p><p>

83、;　　由于所受載荷的確定性因素多，所以取曲度系數(shù)K=1.25。</p><p>　　鋼絲直徑在假設(shè)范圍內(nèi)，根據(jù)表10-2選取d=1.6mm。</p><p><b>　?。?）彈簧的中徑</b></p><p>　　按表10-3取系列值D=10mm。</p><p>　?。?）計算彈簧圈數(shù) 根據(jù)表10-13得</

84、p><p>　　查表10-5系列值，取n=7。</p><p>　　兩端各取承載圈一圈，則彈簧總?cè)?shù)：</p><p>　?。?）計算試驗載荷 根據(jù)式（10-3），得試驗載荷：</p><p>　　（7）自由高度 為了增加其受力均勻性，采用YI型端部結(jié)構(gòu)兩端并緊并磨平，按表10-6可知其自由高度：</p><p>　　

85、取 ，按式（10-11）初估節(jié)距：</p><p>　　代入上式得自由高度：</p><p>　　按表10-7系列值，取 。</p><p>　?。?）彈簧的節(jié)距 根據(jù)表10-8，可得節(jié)距：</p><p>　?。?）彈簧的螺旋角 按式（10-9）可得螺旋角：</p><p>　　此值符合一般要求 。</p&

86、gt;<p>　　（10）彈簧的穩(wěn)定性驗算 采用兩端固定支撐。其高徑比：</p><p>　　按表9-3可知 ,滿足穩(wěn)定性要求。</p><p>　　（11）彈簧材料展開長度 根據(jù)式（10-13）可得材料展開長度：</p><p>　?。?2）彈簧的實際性能參數(shù) 根據(jù)表10-13可知彈簧剛度：</p><p>　　對應(yīng)于變

87、形f=10mm的彈簧載荷：</p><p><b>　　彈簧的試驗變形：</b></p><p>　　其他參數(shù)見表3-2（本文中）。</p><p>　　表3-2 設(shè)計計算參數(shù)</p><p><b>　　3.5驅(qū)動裝置設(shè)計</b></p><p>　　3.5.1 電機選擇&

88、lt;/p><p>　　目前，電動機尤其是伺服電機己成為最常用的機器人驅(qū)動器，它的控制性能好，適合于高精度機器人，而且有較高的柔性和可靠性。伺服電機包括了帶有反饋的直流電機、交流電機、無刷電機等。 </p><p>　?。?）影響電機選擇的因素</p><p>　　變結(jié)構(gòu)機器人驅(qū)動電機的選擇至關(guān)重要，它與機器人的運動功能、控制硬件的配置、電源能量消耗、控制的難易程

89、度都有很大關(guān)系。首先必須考慮電機能夠提供負載所需的瞬時轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，從偏于安全的意義上來講，就是要求電機能夠克服峰值負載所需的功率。還有其它方面的因素需要考慮，其中影響驅(qū)動電機的主要因素有以下幾點：</p><p>　?、僦亓亢腕w積因素 設(shè)計之初，機器人總體的重量往往是給定的，而在機器人結(jié)構(gòu)中，電機及其附件又是重量最大的一部分，選擇體積小、重量輕的電機，能夠有效地達到減輕重量的目的。</p><

90、;p>　　②驅(qū)動功率因素 機器人在不同地貌環(huán)境中行走時，各變形的姿態(tài)不同，各關(guān)節(jié)所需的驅(qū)動力矩大小也各不相同，電機的確定必須綜合考慮傳動系統(tǒng)中的效率、安全系數(shù)以及所需的最大驅(qū)動力矩要求。</p><p>　　③轉(zhuǎn)動速度的要求 變結(jié)構(gòu)機器人的行走速度比較慢，所有關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動速度都是從高速轉(zhuǎn)動的電機軸徑上減速得到的，因此電機必須有足夠的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍。</p><p>　　（2）本設(shè)計電

91、機選型</p><p>　　因此，針對課題的要求，我們選擇直流電機驅(qū)動方式。直流電機實際上是機器人平臺的標(biāo)準電機，有著極寬的功率調(diào)節(jié)范圍、適用性好，具有很高的性價比，是一種最為通用的電機。到目前為止，直流電機仍是輸出功率最強勁的電機。數(shù)年來，很多深入的研究使得直流電機變得更快、更強、更高效。本設(shè)計中用一個電機驅(qū)動攝像頭的轉(zhuǎn)動角度調(diào)整，可以停在任意角度(±90°)，一個電機驅(qū)動轉(zhuǎn)臂的角度調(diào)整，也

92、可以停在0～90°之間的任意角度。所以機器人的位置、行駛速度都需要精確控制，又考慮到機器人只能帶36V的直流電機(安全考慮)，所以決定選用高精密的直流伺服電機。又因為在驅(qū)動力矩一定的情況下驅(qū)動器和電機的體積越小越好，所以通常選用無刷電機。但是綜合考慮了關(guān)于現(xiàn)有型號、需求以及價格等方面因素，我們沒有選用無刷電機而選擇了石墨電機。</p><p>　　本履帶式變結(jié)構(gòu)機器人采用石墨直流電機作為驅(qū)動器。石墨是非

93、金屬，但具有灰黑色的金屬光澤，是電的良導(dǎo)體。</p><p>　　3.5.2 驅(qū)動安裝位置設(shè)置</p><p>　　驅(qū)動裝置可以前置，也可以后置。驅(qū)動裝置后置呈現(xiàn)出行駛技術(shù)上的優(yōu)勢，驅(qū)動裝置前置時，大部分履帶在行駛時承受較大的牽引力。履帶劇烈伸長，特別在使用預(yù)扭力履帶時，在拉伸方向有更大的彈性。在行駛時就導(dǎo)致前下部履帶處形成所謂的“履帶腹部”，在轉(zhuǎn)向行駛時履帶有脫落的危險。因此，我們將驅(qū)動

94、裝置后置。</p><p>　　六履帶擺臂式搜救機器人兩側(cè)采有獨立的電機驅(qū)動，依靠左右輪的差速實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。機器人總共有8個電機，擺臂控制電機4個，驅(qū)動電機2個，攝像頭角度調(diào)整和調(diào)焦控制電機2個。這8個驅(qū)動電機整體裝載在機器人的靠后部位，從而在一定程度上保證了變形過程的平衡性和穩(wěn)定性，從控制的簡單性靈活性考慮，我們采用每個電機獨立驅(qū)動的方式。下面是8個電機的型號參數(shù)：</p><p><

95、b>　　表4-1 電機型號</b></p><p><b>　　3.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要對所設(shè)計的機構(gòu)進行了標(biāo)準化的選擇及計算。首先，選擇總體結(jié)構(gòu)中最重要的部件和最危險的零件，校核了其強度的要求。其次，定義了材料，重力之后，針對驅(qū)動力要求進行了仿真分析。最后，根據(jù)分析結(jié)果對所設(shè)計的方案進行修改，以達到性能的要求。<

96、/p><p>　　第四章 實體造型及動畫制作</p><p>　　4.1用Pro/E軟件制作實體模型</p><p>　　Pro/Engineer軟件具有強大的實體造型功能，首先通過草繪畫出零件的平面圖，再通過拉伸，旋轉(zhuǎn)，倒角等工能就能完成基本零件的實際尺寸造型。在裝配模式下可以以預(yù)期方式完成各零件間的實際連接，Pro/Engineer軟件會根據(jù)選擇的連接方式自動生成

97、運動約束。圖4-1、4-2、4-3、4-4、4-5為變結(jié)構(gòu)機器人五個典型位置的造型。</p><p>　　圖4-1 平開式 圖4-2 內(nèi)縮式</p><p>　　圖4-3 抬臂式 圖4-4 站立式</p><p>&l

98、t;b>　　圖4-5 俯臥式</b></p><p>　　以上各種姿勢都是由擺臂來完成的動作，具有一定的靈活性，其各種姿勢的主要功能見表4-1：</p><p>　　表4-1 各個姿態(tài)的功能說明</p><p>　　從表4-1可以看出其各個功能都是有其優(yōu)缺點，故在實際操作中就要求操作人員對其各個功能要交叉使用以使機器人的功能最大化。</p&g

99、t;<p><b>　　4.2零件的畫法</b></p><p>　　現(xiàn)以彈簧的畫法來說明proe在實體建模的過程。其具體畫法如下：</p><p>　?。?）啟動Pro/ENGINEER軟件。</p><p>　　（2）單擊菜單命令“文件”-“設(shè)置工作目錄”，系統(tǒng)自動打開“選取工作目錄”對話框。</p><p

100、>　　（3）在對話框中的“查找范圍”文本框里指定工作目錄為文件夾“**”（可根據(jù)自己的需要而定），然后單擊確定按鈕關(guān)閉對話框。</p><p>　?。?）單擊窗口上部工具欄中的“創(chuàng)建新對象”按鈕，打開“新建”對話框，確認“類型”選項為“零件”，“子類型”選項為“實體”，在“名稱”文本框里輸入“tanhuang”，將其作為零件的文件名，不要勾選“使用缺省模版”選項，然后單擊確定按鈕，系統(tǒng)自動打開“新文件選項”

101、對話框。</p><p>　?。?）選取“新文件選項”對話框中的“mmns_part_solid”選項，然后單擊確定按鈕，系統(tǒng)自動進入草匯環(huán)境界面。</p><p>　?。?）單擊菜單命令“插入”-“螺旋掃描”-“伸出項”，系統(tǒng)會自動打開如圖4-6所示的菜單管理器和如圖4-7所示的“伸出項：螺旋掃描”對話框。 </p><p>　　圖 4-6 菜單管理

102、器1 圖 4-7 “伸出項：螺旋掃描”對話框</p><p>　?。?）選擇“可變的”然后單擊菜單管理器中“完成”選項，菜單管理器會自動更新，如圖4-8所示，并同時彈出如圖4-9所示的“選取”對話框。 </p><p>　　圖 4-8 菜單管理2 圖 4-9 選取對話框 圖 4-10 菜單管理器3&l

103、t;/p><p>　　（8）在窗口左側(cè)的模型樹中單擊基準平面特征，將其作為草繪平面，菜單管理器自動更新，如圖4-10所示。</p><p>　?。?）單擊菜單管理器中的“確定”選項，菜單管理器將會自動更新，如圖4-11所示。</p><p>　?。?0）單擊菜單管理器中的“缺省”選項，系統(tǒng)會自動進入草圖繪制界面。</p><p>　?。?1）利用

104、右側(cè)的繪圖工具畫出如圖4-12所示的草圖。 </p><p>　　圖4-11 菜單管理器4 圖4-12 繪制掃描軌跡 圖4-13 繪制中心線</p><p>　　（12）單擊草繪工具欄中“創(chuàng)建2點線” 按鈕旁邊的下拉箭頭，在彈出的按鈕列表中單擊“創(chuàng)建2點中心線” 按鈕，繪制出圖4-13中鼠標(biāo)光標(biāo)所指的中心線。</p>&l

105、t;p>　?。?3）單擊草繪工具欄中的“繼續(xù)當(dāng)前部分”按鈕，確定當(dāng)前繪制結(jié)果，系統(tǒng)會自動在窗口底部打開“輸入節(jié)距值”文本框。</p><p>　?。?4）在“輸入節(jié)距值”文本框里輸入“0.1”，按“回車”，再次輸入“0.1”，按“回車”系統(tǒng)會自動彈出“菜單管理器”跟“選取對話框”。</p><p>　　（15）選擇剛才草繪中的上方一個點，然后在“輸入節(jié)距值”文本框里輸入“3.2”按“

106、回車”選擇第二點，然后在“輸入節(jié)距值”文本框里輸入“2.76”按“回車”系統(tǒng)會自動進入草繪界面。</p><p>　?。?6）單擊草繪工具欄中的“創(chuàng)建圓”按鈕，繪制出如圖4-14所示的圓。</p><p>　　圖4-14 繪制掃描剖面 圖4-15 創(chuàng)建的掃描特征效果</p><p>　?。?7）單擊操控板中的“繼續(xù)當(dāng)前部分”按鈕，然后單擊

107、“伸出項：螺旋掃描”對話框中的按鈕，確認無誤后再單擊按鈕，系統(tǒng)會自動生成如圖4-15所示的立體效果。</p><p>　?。?8）利用“拉伸切除”命令把兩端的尾部切平，最后生成的彈簧如圖4-16所示。</p><p>　　（19）單擊窗口上部工具欄中的“保存活動對象”按鈕，打開“保存對象”對話框，單擊其中的確定按鈕，系統(tǒng)會自動以“tanhuang.prt”為文件名保存當(dāng)前文檔。</p

108、><p><b>　　圖4-16 彈簧</b></p><p>　　4.3 三維動畫軟件的選擇</p><p>　　3D Studio MAX 是Autodesk公司享譽世界的一款功能強大三維動畫軟件，用戶可以方便地使用該軟件創(chuàng)作出各種逼真的三維模型和三維視頻效果G，可以渲染成為照片級質(zhì)量的完美作品。它與MAYA等同類的動畫設(shè)計軟件相比有許多獨特的

109、特點：更為便利的動畫制作，更為簡潔的材質(zhì)動畫，豐富方便的造型功能和制作特技動畫的功能。它始終以無與倫比的強大實力占據(jù)著市場的主導(dǎo)地位，這與它獨特而方便的操作界面和強大的功能設(shè)置分不開的。在本次設(shè)計中采用的3D Studio MAX8.0。它和它的前面版本相比具有了更多的功能，加速了三維動畫制作的進程。</p><p>　　由于3D Studio MAX8.0軟件在計算機三維動畫制作方面的強大功能，結(jié)合本次機器人動

110、畫設(shè)計的特點，在本次的機器人動畫設(shè)計中采用了3D Studio MAX8.0軟件。下圖4-17是3D Studio MAX8.0的操作界面[10-12]。</p><p>　　圖4-17 3D Studio MAX8.0</p><p>　　4.4 六履帶擺臂式搜救機器人裝配動畫的設(shè)計與制作</p><p>　?。?）文件格式的轉(zhuǎn)換</p><p