有轨装车机机行走机构设计分析

论文编号:JX2033 论文字数:11646，附CAD图纸，任务书，3D图

有轨装车机机行走机构设计分析

摘 要

有轨装车机机有轨行走机构具有良好的运动性能，在室内环境中可以上下楼梯 ，跨越台阶，在室外非结构地形中可以、跨越壕沟、自适应路面。通过加载不同的设备和仪器，机器人可广泛用于救援、抢险、防爆、科考、军事等领域，其应用价值十分巨大

本文提出了一种 3自由度便携式机器人设计方案。机器人整体结构分三段，采用模块化设计，具有可拆装、维修方便等特点，设计完成的机器人与同类机器人相比较，从机械结构上保证了在有轨行走性能、跨沟性能、路面 自适应性能等方面更加具有优势。小型地面移动机器人具有体积小巧、机动性高、环境适应能力强、承载能力突出等优点,而机器人的小型化和有轨行走能力的矛盾一直成为其实用化的制约条件,如何提高机器人的有轨行走性能成为近年来移动机器人基础研究的热点问题。本文以基于行星轮链接式车体结构的新型有轨行走机器人为研究对象,围绕机器人的结构设计的优化、有轨行走性能的分析及其机电系统的设计展开了研究,具体研究工作如下: 分析了国内外小型移动机器人的研究设计及其实用化程度的现状,针对基于行星轮系结构和链接式结构的运载平台分别进行了深入的比较和讨论。针对现有传统轮式、腿式和履带式运动底盘的优缺点进行了分析,概况了小型移动机器人未来发展趋势,确定了本文中新型有轨行走机器人的研究背景和设计目标。 分析机器人驱动模块的设计方案,详细推导了其结构相关参数的优化过程。综合现有运载底盘的性能特点,提出了多种车体框架结构方案,并进行了比较、筛选和综合。终确定了以行星轮驱动模块为有轨行走机构,以链接式结构为车体框架的机器人机构总体方案。 推导行星轮链接式底盘在通过各种时受力情况。对有轨行走分析过程中机器人的相关参数进行了详细的定义与说明,对分析的环境进行了合理、有效的假设以简化计算过程。分析了机器人的轮触地条件、斜坡行驶和攀越台阶等的约束条件。根据其动力和阻力的相互制约情况,将单级台阶的有轨行走过程细化为多个阶段进行详细的受力分析,确定有轨行走高度和多个车体结构参数之间的关系。分析了有轨行走过程中各种参数的耦合和矛盾,指出分析过程中遇到的问题及其研究方向。 结合在ADAMS中虚拟模型的仿真实验结果,优化得到样机的车体结构参数,并设计制作了机器人的机械系统。通过仿真分析初步验证了上述分析理论的正确性。阐述了基于上述有轨行走性能的要求,机器人所需要的控制系统的设计及其具体的实现方案。 设计制作完成的新型有轨行走机器人样机通过了一系列性能试验,得到了样机达到的实际性能指标,并和设计指标进行了比较和分析。试验结果表明新型有轨行走机器人达到了良好的有轨行走性能,行星轮链接式底盘充分地集成了轮式和履带式底盘的优点并成功避开了其各自的缺陷。试验验证了理论分析及仿真的有效性,通过对试验结果进行细致的分析与思考,找出了理论分析与设计过程中需要改进的地方,为下一步工作指明了方向。

关键词：有轨行走； 改进设计

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目 录

摘 要III

AbstractIV

目 录V

第1章 绪论1

第2章 有轨行走总体方案确定2

2.1 有轨行走装置工作原理2

2.2有轨行走总体设计3

2.2.1有轨行走方案4

2.2.2 有轨行走的整机结构及选择6

2.2.3 有轨行走的工作流程7

第3章 有轨行走结构设计9

3.1 有轨行走原理10

3.2 有轨行走类型选择11

第4章 传动件的选择12

4.1 整机承载计算13

4.1.1 轴承的选择14

4.1.2 撑支架强度计算16

4.2 销轴的设计计算17

4.2.1 轴的材料选择19

4.2.2 轴的小直径确定20

4.2.3 轴的结构设计22

4.2.4 轴的校核23

第5章 有限元分析12

5.1 有限元简介13

5.1.1 力学分析简介14

5.1.2 动力学分析简介16

5.2 机构承载分析17

5.2.1 前处理19

5.2.2 网格划分20

5.2.3 边况设定20

5.2.4 分析结果22

5.3 动力学分析17

致 谢28