毕业设计论文--机器人(4)

中国矿业大学09届本科生毕业设计论文 第12页 目前的研究基础以及现有的技术条件，通过对轮式、履带式机器人和其它形式的机器人的定性分析，确定煤矿救灾机器人采用轮式作为驱动模块。同时考虑到轮式行走机构的特点，给其加上摆臂使得轮式行走机构的越障能力提高。

中国矿业大学09届本科生毕业设计论文 第13页 3机器人行走机构的机械设计

3.1 机器人行走机构总体方案

机器人采用对称结构，摆臂运动单元不仅能够实现车轮自身的旋转运动，而且能够绕主动轮中心摆动，车轮之间为机器人的主体部分，可装载控制系统、数据采集模块及其他各种设备。为保证机器人在矿井内部的良好通过性，对摆臂的长度、驱动轮直径、车体长度以及机器人的整体尺寸等进行综合考虑。

同时在煤矿煤尘爆炸事故后的探测营救过程中，救护人员在井下高温环境下负重作业，其体力以及氧气消耗都很大。营救机器人主要作用是代替救护人员搬运、转移伤员和遇难者至安全区域，而且营救机器人需要携带必要的救护设备和仪器，因此营救机器人应该具有足够大的尺寸和动力以及良好的续航能力。

依此方案设计的机器人分配为：两边的主转动轮为2自由度；两条摆臂车轮转动为2自由度；两摆臂各自的摆动为2自由度。这样机器人总共需要6自由度，需要6个电机，由于机器人尺寸、总质量、驱动功率以及防爆要求等限制，必需在不影响机器人运动能力的前提下，尽可能的减少电动机的数量。因此，将主转动轮的驱动用2个自由度，把两个摆臂连成一体共用1个自由度，这样机器人共有3个自由度，需要3个驱动电动机。机身结构如图3-1所示。

图3-1 机身总体结构图

中国矿业大学09届本科生毕业设计论文 第14页 3.1.1 主传动系统设计 主传动机构是由驱动电机、圆柱齿轮副、星齿轮减速器和链传动组成，主传动机构系统如图3-2所示：

图 3-2 主传动机构图

备注：1驱动电动机，2传动大齿轮，3电机固定板，4传动小齿轮，5行星减速器，6链轮。

主传动系统中驱动电机1经过圆柱齿轮副2和行星齿轮减速器5将驱动动力传给链轮6。然后链轮6再把动力传递给轮边的链轮。

3.1.2 摆臂方案设计

在机器人的两个前臂运动单元中，除了链轮的旋转驱动外，还有摆臂的摆动。如图3-3所示：

中国矿业大学09届本科生毕业设计论文 第15页

8轴承，9传动轴。

图3-3 摆臂机构图

备注：1小齿轮，2电机安装底座，3电机，4轴承套，5摆臂，6链轮，7大齿轮，

电机3经过小齿轮将驱动动力传给大齿轮7，大齿轮7通过螺栓联接将动力传给摆臂，从而实现摆臂绕从动轮中心转动。传动轴9与大齿轮7之间有轴承连接两个运动相互独立，互不干涉。传动轴9 把动力传给链轮6，链轮6与摆臂5的运动相互独立。

3.2 机器人行走机构具体设计

3.2.1 主传动系统的具体设计

⑴ 主电机功率估算

轮式煤矿救援机器人设计数据： ①车体重量：车体总重 310Kg ②最高运行速度：60m/min ③最大爬坡高度：30°

④轮与地面的摩擦系数：0.7

⑤机器人工作阻力：机器人的受力模型如图3-4所示。

中国矿业大学09届本科生毕业设计论文 第16页

图3-4 机器人受力分析模型

13F?Gcos60??Gcos30?u=310?9.8??310?9.8??0.7=3360.7N (3-1)

22电机的最大输出功率为：

P'max?vmax.F60?3360.7??3.4kw (3-2) 6060其中vmax为机器人行走的最大速度。

由于左右两轮各用一个电机同时驱动，所以每个电机的最大输出功率为： P'max3.4???1.7kw (3-3) Pmax22直流伺服电机的效率一般为70%—80%，取电机的效率为?1?80%。一级行星齿轮减速器的传动效率一般为0.9—0.95，取减速器的效率为?2?93%，则传动系统的总效率为：

?2?0.8?0.93?0.744 (3-4) ???1.所以电机的功率为： P1.7 P'?max? (3-5) ?2.28kw0.7440.744考虑到电机的功率储备和链条的摩擦及其他功率消耗，取安全裕量系数S=1.4,则希望的电机个功率为：

P?P'?S?2.28?1.4?3.2kw (3-6)

⑵主电动机的选择

根据电机的功率需要选定电动机型号为360SXP-CM02。绕线盘式电枢直流伺服电动机及机组是近年来发展来的新型力能元件。其电枢为无铁心盘式结构，具有转动惯量小、时间常数小，无铁损、效率高，换向性能好和电刷寿命长等特点。通常与电磁制动器、测速发电机及光编码器同轴安装构成机组。可广泛用于复印机、计算机外围设备、电动自行车、汽车及机器人。

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