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1、题题 目:昆虫仿生全地型自动搜索机器人目:昆虫仿生全地型自动搜索机器人 英文题目:英文题目:Automatic search robots of all terrain based on Bionic of insect 学学 院:机电工程学院院:机电工程学院 专业班级:机械设计制造及其自动化专业班级:机械设计制造及其自动化 06-4 班班 学生姓名:学生姓名: 学学 号:号:20060310010618 指导老师:指导老师: 华东交通大学华东交通大学 2010 年年 6 月月 6 日日 毕业设计(论文)诚信声明毕业设计(论文)诚信声明 本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文)是我个人在导师指导
2、下进行 的研究工作及取得的研究成果。就我所知,除了文中特别加以标注和致谢的 地方外,本设计(论文)中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果,也不 包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。 如在文中涉及抄袭或剽窃行为,本人愿承担由此而造成的一切后果及责 任。 本人签名: 导师签名: 年 月 日 华东交通大学毕业设计(论文)开题报告书华东交通大学毕业设计(论文)开题报告书 课题名称昆虫仿生全地型自动搜索机器人 课题来源课题类型 AY 导 师 学生姓名学 号 2060310010618 专 业机械设计制造及其自动化 开题报告内容: 一、设计背景 我们知道, 机器人是靠自身动力和
3、控制能力来实现各种功能的一种机器。随着科技 的发展,近几十年,各种各样的机器人在科研工作者的努力研究下诞生,使人类的许多梦想变 成了现实。随着机器人工作环境和工作任务的复杂化,要求机器人具有更高的运动灵活性和 在特殊环境的适应性,机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求。 在仿生技术,控制技术和制造技术不断发展的今天,仿生机器人已经成为机器人家族中的重 要成员。 二、仿生机器人的原理 在自然界中,各种昆虫形态各异,姿态万千,其运动规律更是复杂灵活,对复杂地形的 适应性让我们叹为观止。我们从这些小生物上得到启发,希望制造出和其相类似功能的机器, 于是就有了当今热门的仿生机器人
4、研究。仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运 动原理和行为方式的系统,能从事生物特点工作的机器人。 三、课题研究的主要内容 仿生机器人的研究在国内外有了很大的成果,日本研究工作者得到政府的巨额投资来研 究可摇控的仿蟑螂机器人,并取得了喜人的成果;由瑞士西部城市洛桑的“瑞士联邦工 艺学校”设计并制造出来的超级机器人“007”机器蟑螂跟真实的蟑螂几乎无异。 然而在这些机器当中都有个问题是难以适应复杂地型的灵活稳定的移动,对此本 课题就这问题做出了大胆的改进设计,主要思想是集轮和足的优点来实现它的功 能。 方法及预期目的: 指导教师签名: 日期: 课题类型:(1)A工程设计;B技术开发;C软件
5、工程;D理论研究; (2)X真实课题;Y模拟课题;Z虚拟课题 (1) 、 (2)均要填,如 AY、BX 等。 华东交通大学毕业设计(论文)任务书华东交通大学毕业设计(论文)任务书 姓名学号20060310010618毕业届别2010 届专业 机械设计制造及 其自动化 毕业设计(论文)题目 昆虫仿生全地型自动搜索机器人 指导教师学 历博士研究生职 称讲师 具体要求: 进度安排: 2009.12.282010.03.01 完成毕业设计资料检索,并列出毕业设计提纲。 2010.03.012010.04.01 完成毕业设计基本内容模块,列出主要目录,对每个目录下的主要 内容进行简单阐述。 2010.0
6、4.012010.04.30 完成毕业设计主要内容,设计类完成主要的设计框架,并完成三维 仿真模型。 2010.05.042010.05.15 完成毕业设计初稿,并交指导老师检查。 2010.05.162010.05.29 完成毕业设计终稿。 指导教师签字: 年 月 日 教研室意见: 教研室主任签字: 年 月 日 题目发出日期设计(论文)起止时间 附注: I 昆虫仿生全地型自动搜索机器人昆虫仿生全地型自动搜索机器人 摘要摘要 自然界中的生物以其丰富的型态、灵巧的动作与神奇的功能,而能在复杂多变的环 境下生存下来,在复杂地形表面行走自如。这些从它们身上体现出来的特点,都是我们 研究仿生学的重要依
7、据。仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状或某些机能的机 器人系统。之前许多研究人员对六足仿生机器人的研究很感兴趣,它具有容易实现平衡 稳定的优点,也是一个研究步态行走理论的机器人模型。 本文所讨论的就是基于六足机器人的理论研究成果上对行走步态方面做出了大胆的 设计,使其更能够适应高复杂地形表面行走,且能保持高速稳定。蟑螂在我们的日常生 活中可说是很常见的一种昆虫,它可以快速的在我们周围任意地形中行走,本文讨论的 就是通过观测其运动方式及步态,抽象出它的机构原理,设计出能适应复杂地形的机器 人。 蟑螂的六个腿我们抽象成在地面支撑机器人的六个接触点,其每个腿都有相应的三 个均布圆周的“腿” (
8、类似三角叉)来交替完成其在地面的支撑工作,而每一组腿都由同 步电机来拖动。可以通过调整着地的腿之间的相角来实现机器人在各种复杂地形表面行 走的功能。再利用传感器和微电脑来控制电机的运动,从而就可以实现控制机器人的避 障,快速,慢行等更加适应人类需求的功能。 关键词:仿生学、六足机器人、避障,传感器。关键词:仿生学、六足机器人、避障,传感器。 Automatic search robots of all terrain based on Bionic of insect ABSTRACT The natural biologist can be to survive in complex and
9、 volatile environment with their rich type, clever movement and magic functions, and they depend on these capacity walk freely in the complex terrible surface. The characteristic from them is important basis for us to research bionics. Bio mimetic robots is a robot system that mimic the extemal shap
10、e or some function of natural biology. Many researchers are interest in researching hexapod bio-robot. It is easy to realize the advantages of stability and balance, walk gait is also a research robot model theory. Discussed in this passage is based on theoretical research. Hexapod bio-robot walking
11、 on aspects of the results made bold design, make it able to adapt to walk in terrain surface and can walk rapidly. Cockroaches are common insect in our daily lives could see. They can move quickly and freely to anywhere. This paper depend on observations of their locomotion gait, mimicking their in
12、stitutional principle. Design that can adapt to the complex terrain of the robot. The six legs of cockroaches on the ground support we abstracted the robots six contact points, each of its three legs have a corresponding uniform circumference of the “legs“ (similar to the triangular cross) to turn t
13、he support to complete its work on the ground from each group by the synchronous motor to drag the legs. Re-use sensors and microcomputer to control the motor movement in order to achieve control of the robot can avoid obstacles, quick, slow to adapt to human needs such as more functional. Key words
14、: Biomimetic robots, Hexapod robot, Obstacle avoidance, sensor 华东交通大学毕业设计华东交通大学毕业设计(论文论文)评阅书评阅书(1) 姓名邓小泉学号20060310010618专业机械设计制造及其自动化 毕业设计(论文)题目昆虫仿生全地型自动搜索机器人 指导教师评语: 指导教师签字: 年 月 日 得分 评阅人评语: 评 阅人签字: 年 月 日 得分 华东交通大学毕业设计华东交通大学毕业设计(论文论文)评阅书评阅书(2) 姓名邓小泉学号20060310010618专业机械设计制造及其自动化 毕业设计(论文)题目昆虫仿生全地型自动搜索
15、机器人 答辩小组评语: 等级 组长签字: 年 月 日 答辩委员会意见: 等级 答辩委员会主任签字: 年 月 日(学院公章) 注:答辩小组根据评阅人的评阅签署意见、初步评定成绩,交答辩委员会审定,盖学院公章。 “等级”用优、良、中、及、不及五级制(可按学院制定的毕业设计(论文)成绩评定办法评定最后成 绩) 。 华东交通大学毕业设计(论文)答辩记录华东交通大学毕业设计(论文)答辩记录 姓名邓小泉学号20060310010618毕业届别2010 届专业机械设计制造及其自动化 题目昆虫仿生全地型自动搜索机器人答辩时间 答辩组成员(签字): 答辩记录: 记录人(签字): 年 月 日 答辩小组组长(签字)
16、: 年 月 日 附注: 目 录 1 绪论1 1.1 引言1 1.2 仿生机器人的基本概念1 1.3 仿生机器人的研究现状1 1.3.1 日本投巨资把蟑螂变成可以遥控的机器人1 1.3.2 超级机器人“007”卧底2 1.3.3 仿生机器人:优化腿的结构2 1.4 仿生机器人研究的意义2 2 仿生机器人总体设计4 2.1 设计背景4 2.2 设计思路4 2.2.1 蟑螂的特点4 2.2.2 仿蟑螂机器人的优势4 2.3 仿生机器人的结构设计5 2.3.1 机器人的主要组成系统5 2.3.2 仿生机器人的轮足式腿设计5 2.3.3 主动轴的设计6 2.3.4 机器人机架的设计7 2.3.5 转向设
17、计7 2.4 主要零部件的选材8 3 仿生机器人的驱动设计9 3.1 步态分析9 3.2 仿生机器人的动力设计10 3.3 仿生机器人的传动设计10 3.4 驱动电机的计算和选择11 4 仿生机器人建模14 4.1 PRO/E 计算机辅助软件概述14 4.2 仿生机器人的主要零件建模示意图14 4.3 装配16 4.3.1 装配连接简介16 4.3.2 装配总成18 5 仿生机器人仿真20 5.1 机构模块简介20 5.2 总体界面及使用环境20 5.2.1 “编辑”菜单22 5.2.2 “视图”菜单22 5.3 机械设计模块的分析流程22 5.4 仿真数据结果23 6 总 结26 谢 辞27
18、 参考文献28 附录 A 外文翻译原文部份29 附录 B 外文翻译译文部份 34 华东交通大学毕业设计 1 1 绪论绪论 1.1 引言引言 人们对机器人的幻想与追求已有 3000 多年历史,人类希望制造一种像人一 样的机器,以便代替人类完成各种工作,1959 年,第一台工业机器人在美国诞 生,近几十年,各种用途的机器人相继问世,使人类的许多梦想变成了现实, 随着机器人工作环境和工作任务的复杂化,要求机器人具有更高的运动灵活性 和在特殊环境的适应性,机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变 复杂的环境要求。在仿生技术,控制技术和制造技术不断发展的今天,仿生机 器人已经成为机器人家族中的重要
19、成员。 1.2 仿生机器人的基本概念仿生机器人的基本概念 仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系 统,能从事生物特点工作的机器人。仿生机器人的类型很多,主要为仿人,仿 生物和生物机器人三大类,侧重于机器人的主要特点:一是多为冗余自由度或 超冗余自由讶然机器人,机构复杂;二是其驱动方式有些不 同于常规的关节型 机器人,通常采用绳索,人造肌肉或形状记忆合金等驱动。 大自然的演化过程中孕育了各种生物,每种生物都拥有神奇的特性与功能, 能够在复杂多变的环境中生存下来。所谓仿生学(Bionics),就是要向生物学习、 模仿或得到启示,仿造各种生物的结构、功能、工作原理及控制机制
20、,以用于 人类科学技术的创造或改进。而仿生机器人的研究也在这样的潮流下展开了。 动物经过亿万年的物种演化,产生了各式各样的运动器官和运动形式,如 行走、 奔跑、跳跃、爬行、蠕动、游泳、飞行等,使他们生活范围遍及水下、 陆地和空中。人们模仿自然界中动物的运动方式和相应的运动器官,实现机器 人的运动功能。迄今为止,机器人所采用的运动方式主要有:轮式、履带式、 足式、蠕动式、震动式、泳动式、飞行式等等1。 1.3 仿生机器人的研究现状仿生机器人的研究现状 1.3.1 日本投巨资把蟑螂变成可以遥控的机器人日本投巨资把蟑螂变成可以遥控的机器人 日本政府正投巨资进行遥控蟑螂的研究。研究人员给蟑螂装上电子背
21、包再 将电子背包与蟑螂的大脑连接起来。当进行适当的刺激时,蟑螂就能根据需求 向左转或是向右转,向前移动或是向后退。 日本政府将向东京大学的这项研究计划投资 340 万英镑。科学家们希望能 研制出可携带照相机的机器人蟑螂,用于灾难发生后的搜索与救援工作。每个 蟑螂机器人的处理器背包都与植入昆虫善的脉冲发射电极相连结。电子背包收 到信号之后就可以刺激电极使蟑螂移动。 日前这个系统还不完善,所以植入脉冲发射电极的蟑螂仍然按自己的意愿 在行动,甚至对脉冲信号毫无反应。助理教授 Isao Shimoyama 说:“昆虫能够 做许多人类不能做的事情。这项工作的潜在应用对仗类有巨大的意义。 ” 邓小泉:昆虫
22、仿生全地型自动搜索机器人 2 1.3.2 超级机器人超级机器人“007”卧底卧底 它看起来像一只蟑螂,身体所散发出来的味道也是蟑螂专有的,行为方式 分明就是蟑螂,但是如果 说它是蟑螂 的话,那就完全错误了,因为它是一个 不折不扣的机器人,是各国的科学家们聚在一起研究出来的机器人。 “恩斯伯特” ,身体呈现绿色,尺寸大约有一个火柴盒大,身体内部激光和一个体积非常轻 的感应器组成。这个小机器人最终是由瑞士西部城市洛桑的“瑞士联邦工艺学 校”设计并制造出来的。精心打造的“恩斯伯特”果然不负众望,让科学家们 着实满足了一把。打个比方来说,如果把它放在蟑螂 堆里,不知情的人根本就 辨认不出来,而且它行为
23、方式和真正的蟑螂也是“融为一体的”:其他的蟑螂 做什么,它就做什么,越多的蟑螂靠近,它保持不动的时间越长。 图 1.1 超级机器人“007”卧底 1.3.3 仿生机器人:优化腿的结构仿生机器人:优化腿的结构 美国国家科学基金会(NSF)宣布向加利福尼亚大学提供 500 万资金用于 一个预计历时 5 年的动物学研究项目。项目研究组涉及人员包括生物学家,数 学家,工程学家等多个学科的精英人才。这个项目是 NSF 耗资 3000 万美圆的 六个前沿科学研究项目之一。蟑螂 开关的机器人则是此项目的开端,它将帮助 科学家们进一点了解昆虫是如何保持平衡而不摔倒的。对于火星登陆机器人来 说,这一点可谓至关重
24、要。 轮子的流动被认为是效率最高的运动开工,已经有悠久的历史。正因为如 此,老一代的机器人大多是造轮子做上下,前后,左右的机械运动。然而当机 器人进入一些较为复杂不平的地面时轮子就有它的局限性了,所以怎么样优化 其腿的结构,一直是科学家们所关心的问题。 1.4 仿生机器人研究的意义仿生机器人研究的意义 仿生学(bionics)是 20 世纪 60 年代出现的一门综合性边缘科学,它由生 命科学与工程技术学科相互渗透,相互结合而成,通过学习,模仿,复制和再 造生物系统的结构,功能,建筑和工艺过程。仿生学将有关生物学原理应用到 对工程的研究与设计中,尤其对当今日益发展的机器人科学起到了巨大的推动 作
25、用。人们要求机器人不仅要适应原来结构化的,已知的环境,更要适应未来 发展中的非结构化的,未知的环境。除了传统的设计方法,人们也把目光对准 了生物界,力求从丰富多彩的生物动植物 身上获得灵感,将它们的运动机理和 行为方式运用到对机器人运动机理和控制的研究中,这就是仿生学在机器人科 学中的应用。这一应用已经成为军用机器人研究领域的热点和未来发展方向之 华东交通大学毕业设计 3 一。蟑螂这一存在世间近三亿年的昆虫有着适应在复杂表面上快速移动,且其 强大精确的感知系统机理为我们提供了机器人研究的依据。模仿蟑螂的各部份 器官和运动机理研制出来的仿蟑螂机器人因其体积小且运动灵活,再加上现代 微电子技术装备
26、使它在航空航天,星际探索,军事侦察与攻击,水下地下管道 探测及信息采集,抢险救灾等领域有着很大的作用。 机器蟑螂的应用前景是很广阔的,在空探险中“火星车”可谓风光占尽, 但是当他遇到障碍物时却因为不能及时躲避而夭折失去其他功能。白白浪费千 万美元的资金。而机器蟑螂可以轻松做到。在探矿以及其他高危险高复杂地形 中蟑螂也可以发挥它攀爬,快速前行的簧片。在军事上也将会有它的用开之地。 无人侦察机可以占据空中优势,而机器蟑螂可以占据地面优势。他在逼近军事 情报,自引爆破敌人等方面有更优越的作用,在机器人研究领域有着重大意义。 邓小泉:昆虫仿生全地型自动搜索机器人 4 2 仿生机器人总体设计仿生机器人总
27、体设计 2.1 设计背景设计背景 在现代生活工作中,机器人的作用十越来越重要,而工业生产当中仿生机 器人占了很大的比例,有很多创新者将生物学原理转化到机器人学上,而在仿 生机器人中爬行多足类机器人(虫)又占了很大的比例。经科学家们的不断努 力,仿生类机器人的研究在现在已经有相当的成果了。 图 2.1 蟑螂 蟑螂(见图 2.1)昆虫在人类社会生活中确实是属于害虫这一类。人们厌弃 它。然而在仿生学中,它却是很有用的参照物。蟑螂是能够离开地面的。 因为它们可以仅用两条腿以每秒钟五十到七十步的速度快速移动。倘若人 类也能够有这种速度的话,那我们一小时可以走一百多公里,想想到那时我们 就不必借助自行车、
28、汽车之类交通工具,从面了减少了大气污染,可以说是一 种绿色环保的一项新技术。 2.2 设计思路设计思路 2.2.1 蟑螂的特点蟑螂的特点 在我们的生活中,蟑螂这种昆虫应该是比较常见的,它对于人类世界的感 知能力是非常强大的。生在蟑螂触角上的细毛可以感知极微弱的变化,即使只 是温度、湿度的瞬间波动也逃不过它们的探测。也正因此,只要是稍微潮湿点 的地方就能发现它们。蟑螂有眼睛,但基本上是没有用的,蟑螂主要靠触角和 脚上的细毛来感觉气流的变化用来判断运动物体的位置。而这仅仅是蟑螂的短 程探测系统。它们还有一套长程探测系统尾部的短须,与第二颗大脑相连。它 们能精确的察觉各种由移动所产生的冲击波等。蟑螂
29、的生命力顽强,它利用脚行 走,而且速度很快,行走没有规律,基本上是撞到哪就是哪里,路线也是弯弯折, 很难看到蟑螂有走直线的,这跟它的运动规律有关2。 2.2.2 仿蟑螂机器人的优势仿蟑螂机器人的优势 两足机器人最主要就是人形机器人,其实机器人要模仿人类用双脚站立并 不容易,最主要的问题在于重心,因为机器人并不像人类可以保持平衡。四足 华东交通大学毕业设计 5 的机器人的平衡的问题就比两足的机器人简单许多,虽然四只脚比两只脚更容 易平衡,但是对机 器人而言,四足机器人的重心还是一个问题;当它举起一只 脚的同时,也可能因为 重心不稳而翻倒。然而一个六足机器人,却可以每一只 脚举起时仍然维持三足鼎立
30、的姿势,或者它可以在不影响其平衡安定的状况下, 举起任何两只脚。六足机器人的构造主要是藉由模仿这种具有六个脚的昆虫而 来的,所以六足机器人一共拥有六只脚。仿蟑螂机器人就是利用三对脚的快速 交替支撑来实现它的快速且在复杂地形中移动的。 然而机械系统毕竟不能像真生物那样有很强且准确的感知及控制系统,在 复杂地形上行走时的稳定和快速及避障等功能就不易实现。我们知道,机器人 要保证平衡,可以简单的认为当哪里失衡要倒下时就在那里给予支撑就可以调 整其恢复稳定。也就是说如果能做到每次失衡时都急时的给机器人相应的支撑, 那他就不会再倒下了。如果给予支撑的六个脚有足够高的频率,就能快速给予 平衡支撑。从而能够
31、使机器人保持平衡而不容易摔倒。为了能实现这一功能, 把六个足用轮足式三角叉来代替,当它快速旋转时能保证在任意很短的时间内 都能有三个脚着地,从而保证了机器人能平稳的行走。再把三角叉做一定的设 计,就能使机器人在复杂表面自由的行走,再用上现代微电子技术和传感器, 还可以使蟑螂具备避障的功能。 2.3 仿生机器人的结构设计仿生机器人的结构设计 2.3.1 机器人的主要组成系统机器人的主要组成系统 仿生机器人的总体结构主要有:机械系统,主要是完成机器人运动,支撑 等功能;感知系统,主要是对外界环境的数据进行采集;处理系统,主要完成 对所获取的信息进行处理,传送和反馈功能;控制系统,主要是对机器人的运
32、 动,绕障和适应复杂地形上的随机处理.这几个部份都有各自的任务,自行运转 除控制系统和机械系统相关联外,其它基本相对独立. 综合以上述确定了用模仿蟑螂的生物特点来设计蟑螂机器人,蟑螂的感觉 系统很强大,所以要求我们用的传感器灵敏度很高,以现在已有的技术,这是 不难做到的,蟑螂不具备像人一样的信息处理功能,它做出的一系列反应基本 上是原始的备件反射,我们可以用微处理器来实现,跟据不同功能和用途的机 器人可以写不同的处理程序,这样同传感器获取的信号经处理器运算后输出到 执行部份。这里的执行部份主要就是机器人的运动了,而控制运动就是控制动 力源电机。由于本人所学有限,感知和控制系统这里就不进行设计制
33、作了, 主要做蟑螂机器人的机械结构和传动设计。 2.3.2 仿生机器人的轮足式腿设计仿生机器人的轮足式腿设计 蟑螂腿的运动方式很特别:它们利用不断变化的三足着地。三条腿(两条 在同侧一前一后,一条在另外一则)做出同样的动作,相当于人的一条腿。然 后另外三条腿放下来,这相当于人的另外一条腿,它们就是这样跳动的。蟑螂 能够无意识的跌跌撞撞地往前冲,尤其在比较复杂的地形中,在崎岖的道路上 反而更能灵活的闪躲快速前进。之前美国斯坦福大学以及伯克利加利福尼亚大 学在实验室里早已完成对蟑螂的初步研究且小有成果。在这些研究成果的基础 上做一个我认为行之有效的改变。 邓小泉:昆虫仿生全地型自动搜索机器人 6
34、蟑螂共有六条腿,运动时是三条腿交替着地前进,如果就按实际的蟑螂腿 的结构来设计,那它的关节运动很复杂,且不易控制,如果把腿做大点,那么 考虑动力等因素就会使得整体结构加大,重量加大,这都不是我们所想要的, 如果做小点,跟实际蟑螂差不多大,那么比较难做到如蟑螂运动那样的控制, 且我们做出来的机器人理论上讲是比实际的蟑螂要重的,这就在复杂地形中大 大降低了其实用性能,鉴于此我把蟑螂的腿用轮足式三角叉来代替。把腿的结 构做成像弯勾伞把样式,腿的下部是由在空间两两互成 120 度角组成,在落地 时保证其中的两只与地接触,增加了平稳性和摩擦力。如图 2.2 所示. 图 2.2 轮足式腿的实体模型 与地接
35、触的部份设计成弧开,在与复杂地面接触时随着地面的凹陷面增大 接触表面,从而使蟑螂机器人的整体不容易被虚地所陷住.另外当两足同时着地 时由于是互成 120 度角可起到一足支撑一足制动的作用,在轮本身不动的情况 下不容易滑动,这有利于机器人静态作业时的安全性能提高. 2.3.3 主动轴的设计主动轴的设计 作为本机器人移动系统的重要部件,承载着两边的驱动力,主动轴要求具 有强度足够,使用中不发生弯曲变形;结构简单、合理,易于加工;质量轻, 尺寸较小; 本机器人驱动轴安装在车体中间,在自身驱动两轮足外还要把动力传送给 两边的驱动轴。主动轴上装有两个皮带轮和一个直齿圆柱齿轮,四个支撑轴承, 两个驱动轮。
36、既承受弯矩,又承受扭矩,属转轴类型。 估算轴的最小直径 由于这本机器人只是个模型设想,所以并没有确切的功率给定,由经验类 比估算,取机器人的最小直系3 主动轴的结构设计 其结构如图 2.3 所示,从左往右看每一节分别安装轮足-轴承(内径为 4mm)轴承皮带轮齿轮(皮带轮)皮带轮轴承轴承轮足. 皮带轮由套筒固定. 两个滚动轴承采用深沟球轴承,型号为 68005,其外形尺寸 dDB 为 5196 和 68004,其外形尺寸 dDB 为 4165。 华东交通大学毕业设计 7 图 2.3 主动轴 2.3.4 机器人机架的设计机器人机架的设计 整个机器人以车的形式来设计,但为了适应复杂地面的凹凸不平,高
37、低相 差较大的情况,把车身做了一定的改造,如图 2.4 所示,同前中后三部份组成, 中间与两边分别用相对有一个自由度的铰链连接,使得蟑螂机器人在攀爬翻越 更有机动性.当机器人行进到一个前面比后面更高的不平地面时,向前运动的部 份随着轮足的运动可以向上爬,而此时机体的主要重量还是在后面的两部份上, 相当于整个机体是分三步越过的,而不是传统的车那样直接越过. 图 2.4 机架实体模型 2.3.5 转向设计转向设计 本机器人采用了三轴驱动设计,即六个轮足都是主动轮,都有动力,前后 两驱动有转向功能,其转向机构简图如图 2.5 所示. 图 2.5 转向机构简图 当转向驱动力传给杆 AB 使之转动,从而使机器人实现转向功能.如图所示, 给 AB 杆一驱动力使它向图中箭头所示方向转动,这时起连带作用后拉动杆 CA 向箭头一方向运动,推动杆 BD 向箭头 2 方向运动,此后轮就同步的向箭头 邓小泉:昆虫仿生全地型自动搜索机器人 8 3、4 方向转过一个角度,从而实现转向的功能。 2.4 主要零部件的选材主要零部件的选材 自动和人工机器人总重不能超过 50kg,在机构选定的前提下,材料
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