CATIA小型履带式机器人底盘结构设计与运动分析(4)

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本课题的主要任务是设计一种轻便并能爬坡越障的履带式移动机器人底盘结构。根据设计的需要，其主要设计指标和要求如下：

（1）较小、轻便、履带式结构；

（2）尺寸：长 x 宽 x 高：560x300x150(mm)；

（3）总重：50kg；

（4）平均速度达到 2m/s；

（5）越障能力大约 250mm；

（6）爬坡能力大于 45 度；

（7）可以爬越普通楼梯；

（8）车体具有防尘、防雨功能。

2.2 履带式机器人底盘结构的选择

对于履带式移动机器人，主要有两种底盘结构可以选择：

①坦克履带式机械结构。顾名思义，这种结构就是类似于坦克，难度较低，但由于它的越障高度取决于前导轮的高度，所以要越过更高的障碍，必须加大地面到前导轮的高度，造成机器人的总高度变得很高，导致其很难通过狭小的空间，所以一般都是较大型的机器人采用这种结构，例如挖掘，消防和救援机器人等。

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②前轮带摆臂机械结构。这种结构也就是双段双履带式结构，履带前轮与摆臂部分相连，

而且摆臂可以调整任意角度，因此可以在保持机器人总高度不变的情况下提高攀爬的高度，所以只要提高前导轮的高度，就可具备相同高度的越障能力[13]。

图 2.1 双履带式移动结构

综上分析，本设计选择前轮带摆臂机械结构，如图 2.1 所示，使用双电机驱动，以提高机构的灵活性。为了实现更强的越障和爬坡能力，在主履带的基础上，多加了一对副履带，靠一个电机驱动，可以实现除前进、后退和转向功能外，还能利用摆臂越过一定高度的楼梯。本次设计的履带机器人主要分为运动部分、摆臂部分和驱动部分[14]，下章将进行一一设计。来!自~751论-文|网www.751com.cn

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3 履带式机器人底盘结构设计及三维建模

3.1 驱动部分设计

履带机器人的驱动部分主要由电机、减速器和电源（锂电池）构成。目前，移动机器人的驱动方式主要分为前驱和后驱两类，而选择哪种驱动方式是由履带

结构所决定的，本次设计采用双履带式，选择后轮驱动较好。因为后轮驱动，主动轮承受的载荷较小，其余分担载荷的部分也处于相对宽松的状态，所以行进过程产生的阻力较小；而采用前轮驱动，主动轮承受载荷大，其余分担载荷的部分也处于相对张紧的状态，行进过程的阻力较大。还有由于使用的是两台电机对后轮分别驱动，可以通过控制电机的转速实现履带机器人的差速、转向和原地回转。

驱动部分作为履带式机器人的核心，选择合适的驱动类型可以影响到履带式机器人的性能。移动机器人的驱动来源主要分为三类：电机、气动和液压驱动。对于小型履带式机器人来说，电机驱动的方式显然更加合适。因此，本设计履带式机器人采用电机驱动，并使用锂电池供电。

电动机有多个种类，对于履带式机器人来说，使用的是控制类的伺服电机比较合适。伺服电机按工作电源可分为交流电动机和直流电动机。目前直流伺服电机主要有无刷和有刷电机两类。无刷电机相对于有刷电机有着体积较小、力矩较大和寿命长的优点，而交流伺服电机采用的是交流电不利于长期野外作业的机器人，所以综合比较后，选用直流无刷伺服电机较好