履帶式移動機器人平臺設計

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1、Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 河北工業(yè)大學城市學院 畢業(yè)設計說明書 作 系 者： 王佳 學號： 063268 機械工程 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 題 目: 多感官履帶式移動機器人平臺設計 指導者： 丁承君 教授 評閱者： （姓名） （專業(yè)技術職務） （姓名） （專業(yè)技術職務） 2010年6 月1日 Gen erated by Foxit PDF Creator

2、? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 畢業(yè)設計中文摘要 多感官履帶式移動機器人底盤設計 摘要： 多感官履帶機器人是國家高技術發(fā)展研究計劃（863）支持項目之一，包括 雙節(jié)履帶直流伺服驅(qū)動底盤和機器人多感官頭部以及傳感器系統(tǒng)和計算機控制 系統(tǒng)。本題目的設計目標是完成底盤機械結構設計，完成底盤驅(qū)動系統(tǒng)的電機功 率扭矩等參數(shù)計算校核、選型。 本設計利用了機械設計、機械制造、機電傳動等專業(yè)知識，解決多感官履帶 式機器人移動平臺的驅(qū)動、移動平臺的機械系統(tǒng)設計以及多節(jié)履帶和附屬部件的 設計。本設計的

3、具有較強的實用性，可以作為各種移動機器人平臺以及其它移動 設備的載體。 關鍵詞： 機器人 平臺設計 履帶設計 Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 畢業(yè)設計(論文)外文摘要 Title The Chassis Design of Multi-sensory Crawler-type Mobile Robot Abstract The multi-sensory crawler robot , which includes

4、 the twin-crawler DCservo drive chassis and multi-se nsory robot head as well as the sen sor systems and computer control systems , is one of the items supported by The National High Tech no logy Research and Developme nt Program (863 Program).This subject is desig ned to complete the chassis mecha

5、 ni cal structure desig n, to complete the parameter calculation and proof-reading such as the torque of the electric-motor power of the chassis drive system and to complete the proper type-select ions. In this design specialized knowledge such as the mechanical design, the mach inery manu factur

6、i ng and the mecha ni cal & electrical tran smissi on is used to design the drive system,mechanical system,multi-section crawler system and ancillary components of the mobile chassis of the multi-sensory crawler robot. This desig n has strong practical applicati on s, it can be used as the chassis

7、 of many kinds of moving robots and also as the carrier of other moving equipme nts. Keywords Robot Chassis desig n Crawler desig n Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 目錄（Index） 1緒論 1.1研究現(xiàn)狀 1 1.2研究意義及目的 2 1.3應用情況 3 1.4研究方向 4 1.

8、5虛擬設計技術在多感官機器人中的應用 5 2課題內(nèi)容及其參數(shù)要求 2.1課題主要解決的問題 6 2.2遇到的主要問題 7 2.3解決問題的方法 7 2.4參數(shù)要求 7 3總體設計方案 3.1底盤設計 8 3.2傳動系統(tǒng)設計 10 3.3驅(qū)動系統(tǒng)設計 11 3.4小結 12 4移動平臺底盤的機械設計 4.1底盤設計 14 4.2擺臂設計 15 4.3多感官傳感器 18 4.4承載輪 18 4.5履帶 19 4.6外殼及輔助裝置 20 5移動機器人動力系統(tǒng)設計 5.1基于平地最大速度的驅(qū)動電機功率計算 22 5.2基于爬坡最大坡度的驅(qū)動電機功率計算 23

9、 5.3直流伺服電機的選型 24 5.4電源選擇 26 5.5小結 26 6傳動系統(tǒng)設計 6.1后輪減速器系統(tǒng) 27 6.2擺臂傳動系統(tǒng) 29 7移動平臺關鍵零部件有限元分析和校核 7.1底盤的有限元分析 30 7.2行星輪外支架有限元分析 32 7.3擺臂支架有限元分析 32 7.4小結 34 8總結及展望 34 致謝 34 參考文獻 35 Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 1、 緒論 1.1

10、 移動機器人的研究現(xiàn)狀 移動機器人的研究始于60年代末期。斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen 和Charles Rosen等人，在1966年至1972年中研造出了取名 Shakey的自主移 動機器人。目的是研究應用人工智能技術，在復雜環(huán)境下機器人系統(tǒng)的自主推理、 規(guī)劃和控制。與此同時，最早的操作式步行機器人也研制成功， 從而開始了機器 人步行機構方面的研究，以解決機器人在不平整地域內(nèi)的運動問題， 設計并研制 出了多足步行機器人。其中最著名是名為 General ElectricQ uadruped 的步行 機器人。70年代末，隨著計算機的應用和傳感技術的發(fā)展，移動機器人研究

11、又 出現(xiàn)了新的高潮。特別是在80年代中期，設計和制造機器人的浪潮席卷全世界， 一大批世界著名的公司開始研制移動機器人平臺，這些移動機器人主要作為大學 實驗室及研究機構的移動機器人實驗平臺，從而促進了移動機器人學多種研究方 向的出現(xiàn)。90年代以來，以研制高水平的環(huán)境信息傳感器和信息處理技術，高 適應性的移動機器人控制技術，真實環(huán)境下的規(guī)劃技術為標志，開展了移動機器 人更高層次的研究。 智能移動機器人是機器人研究領域中的一個重要分支。智能移動機器人集人 工智能、智能控制、信息處理、圖像處理、檢測與轉(zhuǎn)換等專業(yè)技術為一體，跨計 算機、自動控制、機械、電子等多學科，代表機電一體化的最高成就，是當前智

12、能機器人研究的熱點之一。 隨著在智能移動機器人應用領域的不斷擴大，機器人要完成的任務也越來越 復雜。盡管對智能移動機器人的研究已經(jīng)取得了令人鼓舞的可喜成果， 但隨著機 器人研究的不斷深入，智能移動機器人研究領域還存在許多的挑戰(zhàn)性課題有待我 們解決⑴。 1.2 研究意義及目的 科學技術是第一生產(chǎn)力，各國之間綜合國力的競爭，很大程度上取決于高新 技術之間的競爭，作為機電一體化的最高成就，機器人技術普遍受到了各國政府 的重視，他們都將機器人作為一個戰(zhàn)略高新技術給予支持。 中國工程院院士宋健 曾指出：“機器人學的進步和應用是20世紀自動控制最有說服力的成就，是當代 最高意義上的自動化?！敝悄軝C

13、器人是具有感知、思維和行動功能的機器人，是 機構學、自動控制、計算機、人工智能、光電技術、傳感技術、通訊技術、仿真 技術等多種學科和技術的綜合成果。智能機器人作為新一代生產(chǎn)和服務工具，在 制造領域和非制造領域占有廣泛、 重要的位置，對人類開辟新的產(chǎn)業(yè)，提高生產(chǎn) 與生活水平具有十分現(xiàn)實的意義[2] 0 移動機器人是智能機器人中智能最高的機器人， 它可以在動態(tài)壞境中無須人 工干預便自主完成從起點到終點的行駛任務。 近十年來，移動機器人的研究十分 活躍，其得到快速開發(fā)的原因主要有兩個方面：其一，移動機器人有廣泛的應用 范圍，包括制造系統(tǒng)、服務行業(yè)、國防、航天及其它社會應用方面。其最成功的 應用是

14、作為自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中的物料搬運裝置， 用以完成機床之間、機床與自動 倉庫之間的工件傳送，以及機床與工具庫間的工具傳送。由于移動機器人運動靈 活，因而大大增加了生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性和自動化程度。星際探索和海洋開發(fā)也是促 使移動機器人發(fā)展的重要因素。早在六十年代，美國MIT就開始研究火星探索用 移動機器人，以便在火星上軟著陸后進行移動收集數(shù)據(jù)。 海洋開發(fā)方面，移動機 器人的作用是資源調(diào)查、石油礦藏開采、沉船打撈等?，F(xiàn)在，移動機器人的研究 開發(fā)除上述應用外，還涉及許多其它應用領域。如在采礦業(yè)中進行隧道的掘進和 礦藏的開采，在醫(yī)療中對病人進行護理，在農(nóng)業(yè)中實施化肥和農(nóng)藥的噴灑， 在軍 事上用于探測偵察、爆炸

15、物處理，特別是在一些具有危險性的操作中，例如，核 電廠的廢料搬運、有毒的化工場地作業(yè)。最近幾年，移動機器人技術也應用到了 智能交通系統(tǒng)中。其二，與任何一門現(xiàn)代技術分支一樣，移動機器人研究的興起 一方面是社會生產(chǎn)發(fā)展的需要，另一方面也是相關技術領域交叉發(fā)展的結果。 其 中一個最直接的因素是計算機技術的發(fā)展。 計算機信息處理、存儲能力的大幅提 高，為移動機器人運行更復雜的實時控制算法創(chuàng)造了條件。 另外計算機科學出現(xiàn) 了一系列諸如人工智能、專家系統(tǒng)等新興技術分支學科，這些學科為移動機器人 未知或動態(tài)環(huán)境的實時導航開辟了道路。移動機器人技術已成為眾多高新技術的 產(chǎn)物，同時也為其它技術的發(fā)展提供了豐

16、富的研究素材和應用場所。 從阿波羅登 月計劃中的月球車到美國NASA亍星漫游計劃中的六輪采樣車，從西方各國正在 加緊研制的戰(zhàn)場巡邏機器人、偵察車到新近研制的管道清洗檢測機器人和智能服 務機器人，都有力地顯示出移動機器人正在成為智能機器人發(fā)展的方向。 不同于 傳統(tǒng)的機器人手臂，移動機器人具有其特殊的機構模型和應用性，是一個集多種 功能于一體的綜合系統(tǒng)。移動機器人的研究提出了許多新穎的、挑戰(zhàn)性的理論與 工程技術課題，引起了越來越多的專家學者和工程技術人員的興趣。 智能移動機 器人的發(fā)展極大的擴展了人類對周圍環(huán)境空間的認識范圍， 也為機器人技術與人 工智能的發(fā)展提供了一個極好的研究平臺。 智能

17、移動機器人正在走進我們的日常 工作和生活。 1.3 應用情況 早在六十年代，國外就已經(jīng)開始了關于移動機器人的研究， 并且己經(jīng)研究出 能適應地面、地下、水中、空中以及太空環(huán)境作業(yè)的多種機器人機構。斯坦福研 究所(SRT)的NilsNilssen 和CharlesRosen等人，在1966年至2972年間研制的 名為shakey的自主移動機器人，成為世界上第一個運用邏輯思維自行定位物體， 并在物體周圍移動的智能移動機器人，如圖 1.3.1所示。 圖1.3.1 Shakey機器人 由美國iRobot公司生產(chǎn)的Packbot系列機器人因其在伊拉克和阿富汗戰(zhàn)場 上表現(xiàn)優(yōu)秀，挽救了很多士兵

18、的生命而享譽盛名，見圖 1.3.1.4。“Packbot”意 指“背包機器人”，它體型小，易于攜帶，美國軍方已準備將其納入美軍新型單 兵標準裝備“模塊化輕型攜行裝備(MOLLE)中。它的最大時速可達 14公里，每 次充電后行駛距離能超過13公里，同時涉水深度可達3米?！?Packbot”機器人 十分結實，即使從1.8米的高度摔在硬質(zhì)混凝土上，也毫發(fā)無傷。“Packbot”越 障能力極強，能爬60%勺坡度樓梯，有多種越障方式，能越過比自身高度大許多 的障礙，可以從任何顛覆狀態(tài)下恢復到正常行駛狀態(tài)。可用于偵察、反狙擊、戰(zhàn) 術實施，如反地道、近距離干擾等?，F(xiàn)在，iRobot 公司正在研發(fā)一種名

19、為“勇 士”的多功能模塊化機器人，它是繼“ Packbot”之后的新一代機器人，并能運 送“ Packbot”機器人，可以執(zhí)行補給、安裝武器、醫(yī)療救護、機動、為士兵運 送裝備等任務[3][4]。 圖 1.3.2 “ Packbot” 機器人 國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)，經(jīng)過近二十年的不懈努力，取得了一 系列令世界矚目的科研成果。從大型的工業(yè)機器人到小型的納米機器人， 從代表 國家最高科技水平的登月機器人到提高學生綜合素質(zhì)的教育機器人， 機器人產(chǎn)業(yè) 在中國正進入一個快速發(fā)展的時期，呈現(xiàn)出一種欣欣向榮的前景 ⑸。 1.4研究方向 1、拓展履帶機器人的使用范圍 目前

20、履帶機器人在民用領域主要用途是安全監(jiān)視、 反恐、排爆、消防、搜救; 在軍事領域主要用途是洞穴、建筑物勘測、掃雷、破障、生化戰(zhàn)劑探測等；但這 還遠不能滿足目前日益增長的生產(chǎn)、 生活需求和軍事需求，正因為如此，世界各 國開始積極拓展小型履帶式機器人的使用范圍，包括將便攜式履帶機器人用于家 庭服務、科學考察、充當旅行助手或者是在戰(zhàn)爭中用于目標指示、火力發(fā)射、戰(zhàn) 術運輸、通信中繼等⑹。 2、 實際應用履帶機器人 目前，履帶機器人無論是軍用還是民用都未普及， 主要是該類機器人造價不 菲，如一臺Packbot價值32萬人民幣，雖然在阿富汗戰(zhàn)爭，伊拉克戰(zhàn)爭中使用 過，但由于價格太高，美軍也未能大面積

21、部署。進一步降低機器人成本，推向?qū)?用化才能挖掘出機器人的潛力和存在價值⑹。 3、 增加履帶機器人與其它種類機器人之間的互操作能力 單一的地面小型履帶機器人所能完成的任務有限，為提高執(zhí)行任務能力，在 多種作業(yè)環(huán)境下如地面、水下和空中，各類機器人要求能密切集成與合作，這樣 需要機器人之間增強互操作能力，互操作能力所需的信息技術標準和接口涉及信 息傳輸、建模、處理與安全以及人機接口等方面技術。 4、 進一步提高履帶機器人運動靈活性和運動可靠性 機器人可根據(jù)外界環(huán)境變化主動調(diào)節(jié)運動關節(jié)輔助爬坡、 越障，從而增強機 器人運動靈活性和地形通過能力;另外機器人應具備良好的運動可靠性，如機器 人有

22、抗沖擊能力，執(zhí)行任務時從高處掉落而不損壞⑺⑹。 1.5虛擬設計技術在多感官機器人中的應用 虛擬設計是20世紀90年代發(fā)展起來的一個新的研究領域，是計算機圖形學、 人工智能、計算機網(wǎng)絡、信息處理、機械設計與制造等技術綜合發(fā)展的產(chǎn)物。它 以計算機仿真和產(chǎn)品生命周期建模為基礎,集計算機圖形學、人工智能、并行工 程、網(wǎng)絡技術、多媒體技術和虛擬現(xiàn)實技術為一體,在虛擬的條件下對產(chǎn)品進行 構思、設計、制造、測試和分析;從而提高產(chǎn)品在時間、質(zhì)量、成本、服務環(huán)境 等多目標中的決策水平,達到全局優(yōu)化和一次性開發(fā)成功的目的。 通過虛擬設計可以完成多感官移動機器人的虛擬設計， 虛擬裝配，虛擬運動 仿真等工作，

23、并且在虛擬設計中，設計人員可以使用各種裝配工具對設計的機構 進行裝配檢驗,確定零部件的安裝有無困難、零部件之間是否有干涉現(xiàn)象等。若 有則可以隨時進行改進設計，從而避免了由于設計上的疏忽而造成大批零件的報 廢。 2、課題內(nèi)容及其參數(shù)要求 2.1課題主要解決的問題 移動平臺的機械結構設計是本課題主要解決的問題。 室外移動機器人是一個 組成結構非常復雜的系統(tǒng)，它應不僅具有加速、減速、前進、后退、轉(zhuǎn)向以及越 障等常規(guī)的功能，而且還應具有任務分析、路徑規(guī)劃、路徑跟蹤、信息感知、自 主決策等類似人類智能行為的人工智能。因此，按其功能劃分，室外移動機器人 可以看作是由機械裝置、行為控制器、知識庫及

24、傳感器系統(tǒng)組成的相互聯(lián)系、相 互作用的復雜動態(tài)系統(tǒng)。 本文設計的多感官履帶式移動機器人主要應用在消防、 反恐、公安等需要特 殊作業(yè)的部門，這就要求移動機器人在野外路面和城市路面能夠自如行駛， 可以 通過諸如樓梯、斜坡等一般障礙，在野外自然裸土山上行駛時具有防塵功能。為 了使機器人實現(xiàn)不同的功能，機器人應可以搭載不同的子系統(tǒng)，如消防、輕武器、 偵察監(jiān)聽設備、夜視設備、機械手等，同時搭載平臺應該具有兩個以上的自由度 以便靈活作業(yè)。此外在執(zhí)行任務的過程中機器人除了本身能存儲一定的聲音圖像 資料外，還應實時傳遞信息，實現(xiàn)機器人與人之間的通訊。在突發(fā)狀況通訊中斷 時機器人應具有一定的自主行動能力，

25、 使其能夠安全返回。綜上所述，多功能特 殊移動機器人要完成既定任務應具體有以下幾方面需求： 1） 移動靈活敏捷?？梢栽诔鞘新访嬉约安糠忠巴饴访嬉暂^高的速度行走，轉(zhuǎn)向 靈活； 2） 較強的越障、避障能力?？梢酝ㄟ^城市內(nèi)一般障礙，可以攀爬標準樓梯以及 城市內(nèi)所有坡道； 3） 適應性能較強?？梢栽趷毫拥沫h(huán)境中作業(yè)； 4） 結構緊湊輕巧。降低了移動機器人的重心，保證了其行進中的穩(wěn)定性：同時作 為戰(zhàn)場機器人使用時，也便于機器人的隱蔽、攜帶。 2.2遇到的主要問題 在前期設計中主要遇到的問題是：普通的移動機器人運動平臺中的減速器和 電機占的空間過大，是地盤結構復雜，體積過大，機構不緊湊，無法滿

26、足要求， 如果可以減少減速器和電機占的空間， 就能在平臺中安裝更多的其它設備， 提高 機器人的總體性能。 2.3解決問題的方法 遇到此問題后查閱了《汽車構造》一書，其中減速器一章介紹了輪邊減速器。 在重載貨車、越野車或大型客車上，當要求有較大的主傳動比和較大的離地間隙 時，往往將雙機主減速器中的第二集減速齒輪機構制成同樣的兩套， 分別安裝在 兩側驅(qū)動車輪的近旁。由此想到用行星輪減速器，將其裝在驅(qū)動輪中，這種結構 可以增大減速比，提高驅(qū)動力，同時減小了減速器所占的空間，而且機構緊湊。 經(jīng)過計算，兩級行星輪減速器可以達到 1/25的減速比。 2.4參數(shù)要求 表2.4.1多感官移動機器人移

27、動平臺設計要求 總體結構 雙節(jié)履帶式結構 結構指標 自重 <100Kg 載荷 >50Kg 搭載接口 二維隨動搭載平臺 結構尺寸 1200*700*500 機動指標 干地取大速度 >1m/s 正常速度 0.7m/s 最大通過坡度 >30° 樓梯通過能力 能通過普通標準樓梯 轉(zhuǎn)向能力 零半徑 續(xù)航能力 1小時以上 防護能力 防水防塵，抗沖擊。 3總體設計方案 本設計的多感官機器人移動平臺包括移動平臺的機械系統(tǒng)和動力系統(tǒng)。 機械 系統(tǒng)又包括底盤和傳動系統(tǒng)。總體布局如圖 3.1所示。 圖3.1多感官履帶式移動機器人平臺總體布局 3.

28、1底盤設計 移動平臺的底盤是移動機器人的基礎， 機器人的各種傳感器、控制器、驅(qū)動 器以及搭 載平臺都需要以移動平臺為載體，同時移動平臺還要實現(xiàn)移動機器人的基本功能 一一移動。 機器人的移動方式多種多樣，主要的移動機構有:輪式、履帶式、腿式等。 履帶式移動機器人適合在未加工的天然路面上行走，履帶本身起著給車輪連續(xù)鋪 路的作用。履帶式移動機構和輪式、腿式移動機構相比，具有如下特點： 1） 支撐面積大，接地比壓小，適合于松軟或泥濘場地作業(yè)，下陷度小，滾動阻力 小，通過性能較好； 2） 越野機動性好，爬坡、越溝等性能均優(yōu)于輪式移動機構； 3） 履帶支撐面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能

29、好，有利于發(fā)揮較大的牽引力； 4） 結構復雜，重量大，運動慣性大，減震性能差，零件易損壞。 雙節(jié)履帶設計是目前出現(xiàn)的眾多復合履帶式結構移動機器人中的一種。 雙節(jié) 履帶設計可以提高履帶車的爬坡和越野能力， 使履帶車更容易通過障礙物，增加 了機器人的靈活性，目前雙節(jié)履帶設計在移動機器人上已有較多應用。 本設計采用雙節(jié)履帶設計，每個擺臂可以單獨有電動機驅(qū)動，擺臂履帶為從 動。布局如圖3.1.1所示。 圖3.1.1雙節(jié)履帶設計布局 移動機器人驅(qū)動輪的選擇關系到機器人的運動性能指標。履帶式移動機器人 的驅(qū)動輪分布主要有后輪驅(qū)動和前輪驅(qū)動兩種。履帶兩端的導向輪哪一個用來驅(qū) 動更為合適

30、與履帶機構的形狀有關。 對于本題目中的雙節(jié)履帶，以驅(qū)動輪在后方 比較有利，這時履帶的上分支受力較小，導向輪受力也較小，主履帶承載分支處 于微張緊狀態(tài)，運行阻力較小，如圖 3.1.2 (a)所示。反之，前輪為驅(qū)動輪時， 履帶的上分支及導向輪承載最大載荷，履帶承載分支部分長度處于壓縮彎折狀 態(tài)，運行阻力較大，見3.1.2 (b)圖。 移動機器人使用兩臺電機分別對兩個后輪進行驅(qū)動， 通過控制電機的轉(zhuǎn)速實 現(xiàn)移動機器人的差速轉(zhuǎn)向。這樣可以實現(xiàn)機器人的快速轉(zhuǎn)向和原地零半徑回轉(zhuǎn)。 如圖3.1.3所示。 驅(qū)動電機 傳動系統(tǒng) // 圖3.1.3多感官履帶式移動機

31、器人平臺動力系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)布局 3.2傳動系統(tǒng)設計 為了節(jié)省空間，本題目中的傳動系統(tǒng)采用了行星減速器設計。 從結構上實現(xiàn) 了電機直接驅(qū)動后輪。行星減速器采用 2K-H型行星齒輪傳動。原理如圖3.2.1 所示。 圖3.2.1 2K-H型行星齒輪傳動機構 a、b :太陽輪；e：行星輪；H :轉(zhuǎn)臂 行星減速機其優(yōu)點是結構比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長, 額定輸出扭矩可以做的很大。但價格略貴。 3.3驅(qū)動系統(tǒng)設計 驅(qū)動系統(tǒng)是機器人系統(tǒng)的動力來源，選擇最佳的驅(qū)動系統(tǒng)是設計多感官移動 機器人的關鍵?，F(xiàn)代機器人的驅(qū)動方式主要有氣動驅(qū)動、液壓驅(qū)動和電動驅(qū)動三 種。 氣動驅(qū)

32、動系統(tǒng)以壓縮空氣為動力源， 具有氣源方便，系統(tǒng)結構簡單，運動快 速靈活，不污染環(huán)境，以及維修方便，價格便宜，適合在惡劣工況條件下工作等 特點。但是由于氣體具有可壓縮性，氣動驅(qū)動系統(tǒng)的平穩(wěn)性差，高速時要設緩沖 或制動裝置，低速時不易控制，速度、位置控制難于達到精確值，一般不能用于 伺服系統(tǒng)。 液壓驅(qū)動系統(tǒng)是較早被采用的驅(qū)動方式， 它具有重量輕、慣量小、傳動平穩(wěn)、 控制環(huán)節(jié)簡單等特點。但是液壓驅(qū)動系統(tǒng)的液壓油容易泄漏， 影響工作性能和污 染環(huán)境，它需要單獨的油源，所占空間較大，主要適用于中、大型機器人。 電動驅(qū)動系統(tǒng)具有傳動平穩(wěn)、靈活、速度快、控制簡單精確、無污染、效率 高、結構簡單、無管路系

33、統(tǒng)、維護方便等特點。適用于中、小型機器人。 采用電動驅(qū)動系統(tǒng)是現(xiàn)代機器人的技術發(fā)展趨勢之一，負荷 1000N以內(nèi)的 中、小型機器人，現(xiàn)已絕大部分采用了電動驅(qū)動系統(tǒng)。 因此多感官移動機器人平 臺采用電動方式驅(qū)動，并將蓄電池作為電動機和控制系統(tǒng)的動力能源。 在確定了驅(qū)動方式后，需要選擇合適的電動機。電動機的性能直接決定著驅(qū) 動系統(tǒng)的性能，它的選擇成為設計多功能特殊移動機器人驅(qū)動系統(tǒng)的基礎。 電動 機按照工作電源分類可分為交流電機(AC)和直流電機(DC)兩種。 交流電機(AC)具有結構簡單、造價便宜、維護方便等優(yōu)點，一些工業(yè)機器人 就使用交流供電，但是交流電機控制特性較差，要實現(xiàn)無級調(diào)速

34、必須做到頻率無 級調(diào)節(jié)，雖然在現(xiàn)代控制理論發(fā)展到今天和產(chǎn)生了矢量控制技術以及脈寬調(diào)(PWM) 技術的條件下交流電機變頻調(diào)速己成為現(xiàn)實，但是交流電機的調(diào)速系統(tǒng)還是比較 復雜。 直流電機(DC)的激勵電流和電樞電流二者的大小及方向可以獨立地分別控 制，從而使轉(zhuǎn)速在很寬的范圍內(nèi)可以得到精確的調(diào)節(jié)，具有良好的控制性能和調(diào) 速性能。但是傳統(tǒng)的有刷直流電機體積較大，結構復雜、散熱性能差，它必須有 炭刷和換向器，炭刷易產(chǎn)生電火花會引起電磁干擾， 它和換向器易損壞，降低了 電機的穩(wěn)定性和壽命。無刷直流電機由電子換向器取代了普通有刷直流電機炭刷 和換向器的機械換向，消除了機械換向帶來的諸多限制，它既保持著有刷

35、直流電 機的優(yōu)秀控制性和調(diào)速性，又具有可靠性高、結構簡單、壽命長、體積小、噪聲 低、損耗低、無干擾性、過載能力大等優(yōu)點，是交流電機與直流電機優(yōu)點的結合， 廣泛用于機械、交通運輸?shù)阮I域。 綜上所述，多功能特殊移動機器人移動平臺選用無刷直流電機進行驅(qū)動， 具 體由電動機、減速箱、數(shù)字伺服驅(qū)動器和光電編碼器組成。 兩臺電動機分別驅(qū)動 兩個驅(qū)動輪為機器人運行提供動力，數(shù)字伺服驅(qū)動器對電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向進行 控制，并通過光電編碼器對電機轉(zhuǎn)速和位置的反饋進行不斷調(diào)整， 它們共同組成 一個閉環(huán)系統(tǒng)，控制機器人完成前進、后退和轉(zhuǎn)向等動作。如圖3.3.1為驅(qū)動閉 壞系統(tǒng)的示意圖。 圖3.3.1驅(qū)動閉

36、環(huán)系統(tǒng) 3.4小結 綜上所述，多感官移動機器人平臺包括了平臺底盤，傳動系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)。 由于每個系統(tǒng)之間相互聯(lián)系又相互制約，總體設計的目的就是為了是每個子系統(tǒng) 合理布局，是整個平臺盡量結構緊湊、運行靈活。 移動平臺的最終三維示意圖如圖 3.4.1所示。 圖3.4.1多感官履帶式移動機器人平臺渲染效果圖 -13 - Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 4、移動平臺底盤的機械設計 要設計在室外工作的移動機器人

37、， 首先要考慮移動平臺的機械結構。移動平 臺是車上儀器設備的搭載平臺，是移動機器人的基礎，其功能和適應性的好壞直 接關系到機器人的使用壽命和完成任務的情況。因此，移動平臺機械結構設計是 移動機器人開發(fā)過程中的一個非常重要的環(huán)節(jié)。 4.1底盤設計 多感官移動機器人底盤是各種機械結構韻載體， 它承載著其它機械結構和搭 載元件的部分重量，同時也是其它部件的定位基準。這就要求機器人底盤具有一 定的強度、剛度和較高的可靠性。在加工精度方面，底盤各軸孔、定位面應該具 有較高的精度，以保證其它元件的準確定位。另外，根據(jù)機器人指標要求，移動 機器人應該具有較高的通過障礙能力.，在進行底盤設計時，應該充分

38、考慮到底 盤通過能力。 本設計中的底盤采用鋼板彎曲焊接而成，制造成本低，結構簡單，重量輕， 剛度大，而且便于其它設備連接。材料采用 45鋼，易于折彎焊接。另外底盤還 附屬有其它加強結構。結構如圖 4.1.1圖4.1.2所示。 圖4.1.1底盤板料 圖4.1.2底盤折彎焊接后成型 4.2擺臂設計 本題目中的擺臂設計為各自可 360°自由旋轉(zhuǎn)，可以通過各種障礙物，增加 了靈活度，擺臂與渦輪蝸桿減速器相連，可以實現(xiàn)反向自鎖。同時擺臂與前輪從 動輪直接相連，無需單獨驅(qū)動，即簡化了結構，又不影響爬坡能力。結構如圖 4.2.1所示。 圖4.2.1能360。旋轉(zhuǎn)的擺臂 為

39、了能使擺臂易于安裝，擺臂設計為外伸結構，中間用空心支撐桶來支撐固 定前輪，中間軸來帶動擺臂運動。中軸與內(nèi)部的絕對碼盤和蝸輪蝸桿減速器相連 接?？招闹瓮Y構如圖4.2.2所示。 圖4.2.2前輪及擺臂示意圖 由于在使用擺臂過障礙時，車身重量的一半會落在擺臂的履帶上， 如果擺臂 上的履帶沒有承載輪的話，將會使履帶拉伸過于嚴重。如圖 4.2.3 -15 - Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 -17 -

40、 Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 圖4.2.3過障礙時擺臂履帶會過載 為此，在擺臂上加裝了承載輪，是平臺在過障礙時更加容易，同時也保護了 擺臂所用的履帶，延長了使用壽命。改進如圖 4.2.4所示 圖4.2.4擺臂加裝的承載輪

41、 -# - Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 4.3多感官傳感器 本題目為多感官移動式履帶機器人，因此在移動平臺上加裝了視覺傳感器、 測距、聲音傳感器動多種傳感器。視覺傳感器采用攝像頭，在攝像頭旁邊裝有 LED燈，可以在夜晚使用，在攝像頭的下方裝有紅外線燈，以備特殊情況使用。 同時傳感器的本身可以90°旋轉(zhuǎn)，增加了靈活性和視角。如圖 431所示 圖4.3.1多感官傳感器

42、4.4承載輪 移動平臺雖然有了前輪和后輪的支撐和動力可以行走， 但是如果機器人平臺 需要過障礙物，障礙物在前后輪之間的時候，會對履帶產(chǎn)生非常大的壓力，甚至 于損壞履帶。因此必須有承載輪來分擔履帶的受力。承載輪如果使用剛性固定的， 會使機器人平臺產(chǎn)生較大的震動，不易于過障礙和平地行走，因此承載輪上安裝 了減震彈簧，使其變?yōu)閺椥暂喯?。其結構如圖 4.4.1所示。 圖441承載輪結構 4.5履帶 履帶機器人的行走部件是本題目所設計的移動平臺， 該平臺采用搖擺帶動一 節(jié)可旋轉(zhuǎn)履帶，即雙節(jié)履帶設計。結構如圖二所示。主履帶采用環(huán)型無接頭履帶， 內(nèi)部有加強鋼絲，無接頭，整體抗拉強度高。同時

43、節(jié)距穩(wěn)定性強，誤差少。工作 過程中節(jié)距不發(fā)生變形或位移，確保了運行過程中全時與驅(qū)動輪正確嚙合， 機械 傳動功率損失少，延長了機器與橡膠履帶的壽命。而且伸長率極低。環(huán)型無接頭 橡膠履帶的伸長率僅僅是鋼絲簾線的伸長量，數(shù)值非常小。此伸長量的存在對履 帶的正常使用不構成任何影響，只要鋼絲不斷，橡膠履帶在首次使用的跑合期張 緊后，今后無需再張緊。因此本設計題目中未加入張緊裝置。 圖4.5.1環(huán)型無接頭履帶 4.6外殼及輔助裝置 為了防止碰撞給履帶和后輪帶來的損壞， 在移動平臺上設計了具有保護性的 外殼。外殼設計有可以打開的蓋子，蓋子下面裝有控制器，可以方便的打開蓋子 對移動平臺進行操作。

44、 在總裝配體中，擺臂不用時可以與主履帶平行放置，既節(jié)省空間又防止擺臂 履帶碰撞損壞，當需要時可以在旋轉(zhuǎn)伸出擺臂。如圖 4.6.1所示 -21 - Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 -23 - Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 圖4.6

45、.1裝配圖效果圖中的外殼 外殼的后部有可視窗口，可以將其打開，里面裝有控制器，方便操作調(diào)試。 如圖4.6.2所示 圖462打開后蓋以便操作控制器 -# - Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 5、移動機器人動力系

46、統(tǒng)設計 5.1基于平地最大速度的驅(qū)動電機功率計算 圖5.1.1移動機器人平地直線運動受力圖 根據(jù)理論力學平面交匯力系平衡條件和合力矩定理： F 0 n 5.1.1 Mo Fi 0 i 1 則，移動機器人平地直線運動的平衡方程為： X 0, Ml/ R f 0 Y 0, N1 N2 mg 0 5.1.2 Mo F 0 Mlr Ml fR N2L1 mgL3 0 其中， m:為移動機器人的質(zhì)量(kg)，m=50K； R：為移動機器人驅(qū)動輪半徑(m)，R=0.15m L1:為移動機器人支撐輪軸心到驅(qū)動輪軸心的水平距離(m)，

47、Ll=0.7llm ； L3:為移動機器人重心到驅(qū)動輪軸心 0的水平距離(m)， L3=0.34m ； ML為驅(qū)動電機的驅(qū)動力矩(Nm); N1、N2:為地面對移動機器人的支撐力； MLR為滾動摩阻力矩(Nm), MLR電(N1+N2,取5 =0.007m f:為地面對移動機器人的摩擦阻力； 卩：為地面與履帶摩擦系數(shù)，取產(chǎn)=0.17 圖5.2.1移動機器人爬坡受力圖 -25 - Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書

48、 Ml M LR-fR+N 2i-mgL3 fR 0.17 100 9.8 0.15 24.99Nm 可以得出，移動機器人兩側電機經(jīng)減速器減速后在最大行駛速度下需要提供 的極限扭矩為12.5Nm 在lm/s的最大行駛速度下，驅(qū)動電機經(jīng)過減速箱減速后需要提供的極限轉(zhuǎn) 速為： 1 n max vmax/ D 1.06r/s 63.7 r/min 3.14 0.3 5.2基于爬坡最大坡度的驅(qū)動電機功率計算 相對于平地行駛過程，爬坡能力對于移動機器人的驅(qū)動能力是一個重要的衡 量指標，所以在進行驅(qū)動系統(tǒng)設計時，爬坡指標的計算也應作為選擇電機的必須 依據(jù)。 假設移動機器人在最大

49、指標 30°的斜坡上勻速行駛，行駛速度為 0.3m/s。 在行駛過程中機器人輪子作瞬時純滾動，不考慮空氣阻力的影響。移動機器人爬 坡受力情況如圖5.2.1所示。 移動機器人爬坡平衡方程為: X 0, Ml/R f mgsi n30 0 Y 0, N1 N2 mgcos30 0 5.2.1 圖5.2.1移動機器人爬坡受力圖 -27 - Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 Mo F 0 Mlr Ml fR

50、N 2L1 mgL3cos30 解方程的: M l Mlr fR N2L1 mgL3 cos30 f mg sin30 R 0.17 100 9.8 100 9.8 sin30 0.15 98.5Nm 可以得出，移動機器人兩側電機經(jīng)減速器減速后在最大坡度下爬坡需要提供的極 限扭矩為49.25Nm 0.3m/s 的速度爬坡時，驅(qū)動電機經(jīng)過減速器后所需提供的轉(zhuǎn)速為： n v/ D 03 19.1r/min 3.14 0.3 由以上分析可知，移動機器人平地直線運動時要求的驅(qū)動電機輸出轉(zhuǎn)速較 大，而爬坡時要求的驅(qū)動電機輸出扭矩較大。 因此在電機選型時，應根據(jù)平地直 線運動要求

51、轉(zhuǎn)速和爬坡要求扭矩進行選擇。 5.3直流伺服電機的選型 電動機選擇上海從化S3系列，如表5.2.1 圖5.2.1移動機器人爬坡受力圖 -# - Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 S 3-753 S3-754 S3-755 S3-756 ■■ 蔽龍功軍-P [WJ 100 9D 200 1B0 3Q0 2SD 300 220 最衣轉(zhuǎn)S [tpm| 6000

52、4S0C? 5000 3SIM 4000 3300 3000 JOOO 04 0.35 1 15 1 * 1 5 -Tu|Nm] 2.16 2 35 2 65 3.65 3 3 4..05 4 45 占1 tn速度 + ° M Irad/sec^J 27250 30500 204 0D 28100 17150 213D0 25500 返憔扭距下的頓毎電H |A] 3,5 2,7 4,2 5.4 4.B A A ittta按霜下的額定（&盍[A| 18 15.3 18 18 1? 保大烘陽

53、一晅圧* V, [V| 9D 巫矩晉良鳴）|N常叢| 0.122 0.156 0.149 0<.204 0.186 0.227 0 249 0.342 甩壓宸戒-Kn(*M0%) |V/kRPM| 12.75 1B 3 15.6 21 3 19-5 23.a 26 1 35.8 25七的直藍阻抗? RJ*M2.5%）[Q1 3.3 5.5 1.6 3.0 12 2.0 1.9 3.5 感應系敖-LtftmH] 3.0 4.7 1.7 S.1 1.4 2.4 1.5 2.fl 問需註? rjmej 17

54、17 9.4 3-4 6.6 6 6 7.3 7.2 25-001電汽時閽需豔? q [m&] 0 91 0.B5 1.1 1.03 1.2 1.2 0.9 o.a 表5.3.1上海從化S3系列直流伺服電機 根據(jù)功率，選擇 S3-756系列直流伺服電機，最高轉(zhuǎn)速為 2000rpm從而確 定減速器減速比為25: 1。S3-756直流伺服電機的轉(zhuǎn)居轉(zhuǎn)速特性圖如圖 5.3.1 所示。峰值扭矩為Tp=6.1Nm連續(xù)扭矩 Tc=1.5Nm最高轉(zhuǎn)速為 nmax=2000rpm 額定功率P=220W S3? 756-01C-XXX ￡壬衆(zhòng)ffl 圖5.3.

55、1 S3-756C直流伺服電機扭矩轉(zhuǎn)速圖 -# - Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 轉(zhuǎn)速（r pm） 圖5.3.1 S3-756C直流伺服電機扭矩轉(zhuǎn)速圖 -29 - Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 圖5.3.2 S3-756C直流伺服

56、電機（上海從化） 5.4電源選擇 移動平臺的電源選用了上海華伍波爾的 HW36V10A鋰電池，規(guī)格為36V20AH 電池組品質(zhì)為3.8Kg。最大連續(xù)放電電流不超過 20A最大脈沖電流不超過30A 最大輸出功率為720W可以滿足兩臺電動機需求。電池組還具有防過充，防過 放，防短路，防高溫，過電流保護等功能。 5.5小結 本章對多感官移動機器人的動力系統(tǒng)做了計算校核及選型。 動力系統(tǒng)的好壞 直接影響到機器人的使用情況，因此十分重要。在查閱了移動機器人使用的各種 場合，對比發(fā)現(xiàn)本設計題目中的機器人主要以平地運動為主， 因此電動機以平地 運動為主要計算參數(shù)。由于直流伺服電機可以周期性過載運

57、行，因此本移動平臺 不能長時間爬坡運行。這樣可以減小電動機功率和電源功率， 使移動平臺更加靈 活和便攜，同時也能使用與絕大多數(shù)場合使用。 6、傳動系統(tǒng)設計 由電動機輸出的動力，需要通過傳動系統(tǒng)傳遞到機器人移動平臺的后輪上， 以便驅(qū)動機器人運動?？梢妭鲃酉到y(tǒng)是整個移動平臺實現(xiàn)是運動功能的紐帶和關 鍵。 6.1后輪減速器系統(tǒng) 移動平臺另一個關鍵部分是傳動系統(tǒng)， 而傳動系統(tǒng)的核心是減速器。體積小， 功率大，結構合理的減速器是傳動系統(tǒng)的關鍵。 行星減速機是一種用途廣泛的工業(yè)產(chǎn)品，其性能可與其它軍品級減速機產(chǎn)品 相媲美，卻有著工業(yè)級產(chǎn)品的價格，主要用于塔式起重機的回轉(zhuǎn)機構， 又可作為 配套部件

58、用于起重、挖掘、運輸、建筑等行業(yè)。 行星減速器內(nèi)部齒輪采用 20CvMnT滲碳淬火和磨齒具有體積小、重量輕，承 載能力高，使用壽命長、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低、輸出扭矩大，速比在、效率高、性 能安全的特點。兼具功率分流、多齒嚙合獨用的特性。是一種具有廣泛通用性的 新性減速機。最大輸入功率可達104kW適用于起重運輸、工程機械、冶金、礦 山、石油化工、建筑機械、輕工紡織、醫(yī)療器械、儀器儀表、汽車、船舶、兵器 和航空航天等工業(yè)部門行星系列新品種 WG定軸傳動減速器、WN子母齒輪傳動 減速器、彈性均載少齒差減速器。 本題目中選用了兩級行星減速器，減速比為 25: 1,每一級減速比為5： 1, 如圖6.

59、1.1所示為減速器結構圖，采用行星減速器可以有效的節(jié)約移動平臺內(nèi)部 空間，從而可以搭載更多的傳感器和其它設備。 /////////////////^ 圖6.1.2后輪傳動系統(tǒng)三維示意圖 6.2擺臂傳動系統(tǒng) 擺臂設計是使用在移動平臺過障礙的過程中，提高通過能力的裝置。為了能 是擺臂轉(zhuǎn)動，需要有電動機來帶動其轉(zhuǎn)動，但當擺臂使用是必須固定不動，才能 起到支撐作用。因此擺臂的傳動系統(tǒng)必須有鎖定更能， 同時機器人系統(tǒng)還需要能 檢測到擺臂的位置，以便控制各種姿態(tài)。 蝸輪蝸桿減速機是一種動力傳達機構，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機（馬 達）的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)

60、數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機構。在目前用于傳遞動 力與運動的機構中，減速機的應用范圍相當廣泛。幾乎在各式機械的傳動系統(tǒng)中 都可以見到它的蹤跡，從交通工具的船舶、汽車、機車，建筑用的重型機具，機 械工業(yè)所用的加工機具及自動化生產(chǎn)設備， 到日常生活中常見的家電，鐘表等等. 其應用從大動力的傳輸工作，到小負荷，精確的角度傳輸都可以見到減速機的應 用，且在工業(yè)應用上，減速機具有減速及增加轉(zhuǎn)矩功能。因此廣泛應用在速度與 圖6.1.1后輪傳動系統(tǒng)二維結構示意圖 -31 - Gen erated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software For evaluati

61、on only. 河北工業(yè)大學城市學院 2010屆本科畢業(yè)說明書 扭矩的轉(zhuǎn)換設備。 擺臂驅(qū)動裝置采用蝸輪蝸桿減速器，減速比為 66: 1，采用力矩電機驅(qū)動。 結構如圖6.2.1所示。蝸輪蝸桿減速機的主要特點是具有反向自鎖功能，同時可 以有較大的減速比。因此用在驅(qū)動擺臂上就可以省去了抱閘機構。 圖6.2.1蝸輪蝸桿減速器三維示意圖 7、移動平臺關鍵零部件有限元分析和校核 多感官移動機器人平臺的關鍵零部件有底盤、行星輪外支架和擺臂。 底盤是移動平臺的基礎，底盤的強度和剛度直接影響整個平臺是否能夠使 用，因此必須進行校核。 行星輪外支架直接為后輪提供動力，是否符合強度要

62、求是平臺運動能力的關 鍵，因此需要對其進行校核。 擺臂是移動平臺過障礙時使用的，過障礙時二分之一的重量都分擔在擺臂 上，如果擺臂剛度不夠，會影響移動平臺過障礙的能力，因此也需要校核。 本設計使用了 solidworks 自帶的COSMOSXpres進行有限元分析。Cosmos 軟件是美國SRAC公司的產(chǎn)品，它具有計算速度快、解題時占用磁盤空間少、使 用方便、分析功能全面、與其他 CAD/CA軟件集成性好等優(yōu)點。 7.1底盤的有限元分析 底盤的材料為45號鋼，建模時材料選擇普通碳鋼，劃分單元格最小0.62mm 單元公差0.03mm最大受力1000N全部加載在橫梁上。計算求解后，得到底盤

63、的應力分布云圖和位移分布云圖分別如圖 7.1.1和7.1.2所示。 6 從計算結果來看，最大應力 9.44 10 Nm，材料許應力為 8 m 6.2 10 Nm，安全系數(shù)s=0.015，因此符合要求。 9. 444?+006 8.637e+006 7 STOe+OOG 7.0S3e+006 6. 296e+006 5. 50S?+00G 4.722e+006 3.勺勢電"06 3. 149e+006 2.3&le*006 1. 5T4e+006 7 07Oe+OO5 1.191e+001 ——A ?屈康力：&? 204e+0Q8 圖7.1.1應力分布云圖

64、 圖7.1.2位移分布云圖 2.675*^002 2.432arOD2 2. 2. 006e-002 1. 733e-002 1. 5S0e-002 i” 337t-002 1. U5e-002 3. ?1“一0曲 &.&3?e-003 4.456S-003 2, 229t-Q03 1. 000?-030 7.2行星輪外支架有限元分析 行星輪外支架的材料為45號鋼，建模時材料選擇普通碳鋼，劃分單元格最 小0.62mm單元公差0.03mm最大受力750N全部加載在橫梁上。計算求解后， 得到底盤的應力分布云圖如圖7.2.1所示。 從計算結果來看，最大應力 3.89 107Nm，材料許應力為 m 22 105 Nm，安全系數(shù)s=0.177，因此符合要求。 圖7.2.1行星輪外支架應力分布云圖 7.3擺臂支架有限元分析 擺臂支架的材料為 45號鋼，建模時材料選擇普通碳鋼，劃分單元格最小 0.62mm單元公差0.03mm最大受力500N全部加載在橫梁上。計算求解后， 得到底盤的應力分布云圖如圖7.3.1所示。 從計算結果來看，最大應力 2?56 107Nm，材料許應力為 8 m 2.2 10 Nm，安全系數(shù)s=0.116，因此符合要求。 圖7.3.1前輪擺臂支架應力分布云圖 7.4小結 通過對各個主要部件的有限元分析，