履带式机器人结构设计

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履带式救援机器人结构设计及三维建模

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履带式救援机器人结构设计及三维建模
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机器人结构设计
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机器人三维建模
履带式救援机器人结构设计及三维建模
本文将介绍一款履带式救援机器人的结构设计及三维建模
该机器人设计用于在复杂地形和恶劣环境下进行救援任务，具有较高的越障能力和稳定性
1
机器人结构设计
PART 1
机器人结构设计
履带式救援机器人的结构设计主要包括以下几个部分：底盘、电机、
救援工具设计
救援工具是机器人的重要组成部分，包括机械臂、切割器、照明灯等。机械臂具有多个自由度，可实现物体的抓取和搬运；切割器可用于切割阻碍机器人前进的物体；照明灯可为救援现场提供照明
机器人结构设计
2
机器人三维建模
PART 2
机器人三维建模
履带式救援机器人的三维建模主要使用CAD软件进行。以下是建模的步骤
电池、控制电路板和救援工具
机器人结构设计
底盘设计
底盘是机器人的主要支撑结构，采用高强度铝合金材料，轻量化且坚固耐用。设计时考虑到机器人的越障能力和稳定性，采用宽履带设计，具有较好的地形适应性和稳定性
电机设计
电机是机器人的动力来源，采用无刷直流电机，具有高效、稳定、耐用等特点。通过电子调速器(ECU) 控制电机的转速，实现机器人的速度控制
机器人三维建模
创建控制电路板模型
在CAD软件中，使用平面视图创建电路板的草图，包括各类接口、元件等。使用拉伸、切除等命令对草图进行建模，形成完整的电路板模型。将电路板模型与底盘模型进行装配，确定其安装位置和角度。## 创建救援工具模型在CAD软件中，使用立体视图创建救援工具的模型，包括机械臂、切割器、照明灯等部件。对于机械臂，需要创建多个自由度的关节结构，并进行约束装配。对于切割器，需要创建刀片和驱动结构，并模拟其切割效果。对于照明灯，需要创建灯泡和反射罩结构，并模拟其光照效果

履带式机器人结构设计答辩稿

人长时间运行。
驱动轮与履带
根据地形和负载需求，设计合适的驱动轮和履带配置，提高
牵引力和抓地力。
速度与加速度控制
实现精确的速度和加速度控制，确保机器人在不同环境和任
务中稳定运行。
能量回收
利用制动或滑行时的能量回收技术，提高能源利用效率。
控制系统设计
主控制器
选择强大而可靠的主控制器，能够处理复杂的运动控制和感
特点
履带式机器人具有较好的地形适应性和稳定性，能够在崎岖不平的地形上行走，同时具有较高的牵引力和载重能力。
履带式机器人结构设计的重要性
提高机器人的地形适应性
提升机器人的工作效率
合理的履带式机器人结构设计能够使机器人在各种复杂地形和环境中自由移动，提高其适应性和实用性。
合理的履带式机器人结构设计能够提高机器人的工作效率，使其在执行任务时更加高效和可靠。
需求整理
将收集到的需求进行分类、筛选和整理，明确设计目标和技术指标。
需求评审
邀请专家或团队成员对整理后的需求进行评审，确保需求的合理性和可行性。
概念设计
01
02
03
方案制定
根据需求分析的结果，制定多个可行的概念设计方案。
方案评估
对每个概念设计方案进行技术评估，包括性能、成本、可实现性等方面。
知数据处理任务。
传感器融合
整合多种传感器数据，实现精准的环境感知和定位导航。
人机交互界面
设计直观的人机交互界面，方便远程操控和实时监控机器人状态。
安全控制策略
制定完善的安全控制策略，确保机器人在执行任务时不会对
人员或环境造成伤害。
传感器系统设计
传感器类型选择

履带式机器人结构设计说明书

JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 本科毕业论文（设计）题目：履带式机器人结构设计学院：工学院*名：**学号： ********专业：农业机械化及其自动化年级：农机1001指导教师：肖丽萍职称：副教授2014年 5 月摘要在微小型履带机器人方面美国走在了世界的前列，代表机器人有Packbot机器人，Talon机器人，NUGV等。

我国微小型机器人的研究和开发晚于西方的一些发达国家，我国是从20世纪80年代开始机器人领域的研究的。

其中具有代表性的有中国科学院研制的复合移动机器人“灵晰-B”型排爆机器人，“龙卫士Dragon Guard X3B 反恐机器人”，“JW-901 排爆机器人”等。

此设计的目的设计结构新颖，能实现过坑、越障等动作。

通过在机器人机架上加装其他功能的模块来实现不同的使用功能，本研究的意义是为机器人提供一个动力输出平台，为开发各种功能的机器人提供基础平台。

此设计移动方案的选择是采用了履带式驱动结构。

结构整体使用模块化设计，以便后续拆卸维修，可以适应于各种复杂的路面，并可主动控制前后两侧摇臂的转动来调节机器人的运动姿态，从而达到辅助过坑、越障等动作。

经过合理的设计后机器人将具有很好的环境适应能力、机动能力并能承受一定的掉落冲击，此设计的移动机构主要由四部分组成：主动轮减速机构、翼板转动机构、自适应路面执行机构、履带及履带轮运动机构。

关键词：履带机器人;履带移动机构;模块化设计AbstractIn terms of micro small crawler robots walk in the forefront of the world in the United States, on behalf of the robot has disposal robot, Talon robot, NUGV, etc. Miniature robot research and development in our country later than some developed western countries, our country from the 1980 s began to research in the field of robot. One of the typical composite mobile robot developed by the Chinese academy of sciences \"norm of spirit - B\" type eod robots, \"Dragon Guard Dragon Guard X3B anti-terrorism robot\", \"JW - 901 eod robot\", etc.The design is novel, the purpose of this design can achieve pit, surmounting obstacles. Through in the robot arm with other function modules to realize different use function, the significance of this study is to provide a power output for robot platform, provides the basis for the development of all sorts of function of robot platform.This design is the choice of mobile solutions adopted crawler drive structure. Structure of the overall use of modular design, in order to follow-up maintenance, removal can be adapted to various complicated road, and can turn on either side of the rocker arm before and after active control to regulate the robot's motion, so as to achieve auxiliary pit, surmounting obstacles. After reasonable design robots will have good environmental adaptability, mobility and can absorb a certain amount of drop impact, this design of the mobile mechanism is mainly composed of four parts: the driving wheel deceleration institutions, wing rotating mechanism, adaptive pavement actuators, track and track wheel motion mechanism.Keywords: tracked robot; tracked mobile mechanism;the modular design目录摘要 (2)1 引言 (5)2 履带机器人的现状及发展 (6)3 履带机器人的运动特性 (9)4 本研究采用的行走机构 (12)4.1 行走机构的选择 (12)4.2 履带机器人的功能、性能指标与设计 (13)4.3 主要机构的工作原理 (14)5 机器人越障分析 (15)5.1 跨越台阶 (15)5.2 跨越沟槽 (16)5.3 斜坡运动分析 (17)6 机器人移动平台主履带电机的选择 (19)6.1 机器人在平直的路上行驶 (19)6.2 机器人在30°坡上匀速行驶 (20)6.3 机器人的多姿态越阶 (21)7 移动机构的分析及其选择 (23)7.1 典型移动机构分析 (23)7.2 本研究采用的移动机构 (27)8 履带部分设计 (28)8.1 履带的选择 (28)8.2 确定主从动轮直径 (31)8.5 功率验算 (38)8.6 同步带的物理机械性能 (38)8.7 履带主从动轮设计 (39)8.8 副履带部分设计 (42)9履带翼板部分设计 (47)9.1 履带翼板的作用 (47)9.2 履带翼板设计 (47)10 计算履带装置的重心及其各部件重心 (49)10.1 主履带的重心计算 (49)10.2 副履带的重心计算 (54)10.3 主履带及其摇臂也就是副履带总部分的重心计算 (55)总结 (56)致谢 (57)参考文献 (57)1 引言随着社会的发展，我们面临的自身能力、能量的局限越来越多，所以我们创造了各种类型的机器人来辅助或代替我们完成任务。

履带吸盘式爬壁机器人结构原理的

定附着在壁面上。
节能设计
通过优化真空泵的性能和控制系统，降低吸附力控制过程中的能
耗，提高机器人续航能力。
稳定性技术
姿态传感器
机器人装备有高精度姿态传感器，实时监测机器人的姿态角度，为控制系统提供准确反馈。
动力学建模
通过建立机器人与壁面相互作用的动力学模型，分析机器人运动过程中的稳定性，为控制策略提供理论依据。
研究多机器人协同作业技术，实现多个履带吸盘式爬壁机器人在壁面上的协同运动和作业，提高作业效率。
应用前景展望
高空作业
01
履带吸盘式爬壁机器人可广泛应用于高空清洗、维护、检修等
领域，替代传统人工高空作业，降低作业风险。
壁Hale Waihona Puke 检测02机器人可搭载多种检测设备，实现对壁面的无损检测、缺陷识
别等功能，提高检测效率和准确性。
机器人运动控制原理
01
传感器控制
通过搭载各种传感器，如陀螺仪、加速度计和距离传感器等，实时监测
机器人的姿态、速度和位置等信息，以实现精确的运动控制。
02
算法控制
采用先进的控制算法，如PID控制、模糊控制或神经网络控制等，对机
器人的运动进行规划和控制，确保机器人按照预定路径准确运动。
03
通信与遥控
机器人与控制台之间通过无线通信模块进行数据传输，接收来自控制台
胶或橡胶。
真空发生装置
一般采用电动或手动真空泵，通过产生负压使吸盘紧贴壁面，确保机器人在攀爬过程中的稳定性。
吸盘释放机构
当机器人需要移动或转向时，释放机构会解除吸盘的真空状态，使其与壁面分离，从而实现机器人的灵活运动。
03
履带吸盘式爬壁机器人运动原理

10个机器人构型示例

的模块构成各节有独立的驱动系统。蛇形机器人不是利用轮子, 而是利用模块之间的相对转动, 使身体弯曲伸张实现运动, 可以有多种执行器结构实现驱动, 目前大多利用伺服电机驱动,它的驱动方式有: 1) 电机-控制杆驱动器: 电机通过一个控制杆传递力, 使关节弯曲。 2) 电机直接驱动: 电机输出轴直接与关节轴连接。 3) 铰盘绳索驱动器: 电机驱动铰盘来控制围绕其上的绳长, 绳子的收缩控制关节的转动。
03 履带式机器人
该机器人由四条履带组成，机体上端配置有两条机械臂，用以装置摄像头和机械手来完成相应任务，在结构上这种履带式机器人相比坦克的“单节双履带式”机器人具有更好的越障能力，其两条外履带可以相当于“辅助手臂”帮助跨越障碍。
04 自行车机器人
自行车运动力学特征较为复杂，其两轮纵向布置，与地面无滑动接触，它本身就是一个欠驱动的非完整系统，还具有一定的侧向不稳定性，如果不对它实施侧向控制，自行车就一定会不能站立起来。
01 四足搜救机器人
机器人每足具有三个自由度，其中大腿关节具有前后摆动和上下转动两个自由度，膝关节具有一个上下转动自由度．质量约 40 kg，有效负载5 ～ 7 kg，行走速度达到0. 3 ～ 0. 9 /s．该机器人的体积和重量都较大，步态切换的灵活性受到抑制．
02 轮足混合式的四足机器人
其可以在足式移动方式和轮式移动方式之间进行切换，用以实现在不同的结构环境下以不同的方式行进，当机器人进行步态行走时，两个驱动轮通过电磁铁锁死，车轮与机器人小腿形成一体，机器人通过驱动每条腿髋关节两个自由度和膝关节一个自由度进行步态行走．当机器人进行轮式驱动时，髋关节两个自由度和膝关节一个自由度锁死，驱动轮电磁铁打开，通过驱动轮快速前进。

履带式越障机器人系统设计

履带式越障机器人系统设计王枭;王超星;刘淑晶【摘要】针对复杂地形环境的巡检作业,设计了一种履带式越障机器人.分析了复杂地形特点,确定了履带式越障机器人的系统方案,进而利用组件对机器人及越障机构进行了设计,并搭建了履带式越障机器人机械本体结构.基于BASRA主控板搭建了履带式越障机器人控制系统,并采用模块化的设计思想编写控制系统程序,进行了履带式越障机器人的越障性能试验.试验结果表明,履带式越障机器人可以顺利爬越2层台阶障碍物,为能够在复杂地形下进行巡检作业的机器人研究提供理论依据.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2018(000)012【总页数】5页(P17-21)【关键词】履带式越障机器人;系统方案;机械本体结构;越障机构;控制系统;性能试验【作者】王枭;王超星;刘淑晶【作者单位】北京市大兴区第一中学,北京102600;三河市职教中心,河北三河065200;北京石油化工学院机械工程学院,北京102617【正文语种】中文【中图分类】TP242.2随着机器人技术的发展，机器人除了广泛应用于工业制造领域外，还应用于资源勘探、抢险救灾、医疗服务、军事和巡检等其他领域。

巡检机器人作为一种特种设备，可以代替人工在复杂的作业环境下完成巡检作业任务。

目前，主流的巡检机器人有履带式、轮式和混合式等，其中以履带式为主[1]。

从20世纪80年代起，国外就对小型履带式机器人展开了系统性研究，比较有影响的是美国的PackBot[2]机器人，URBOT、NUGV和TALON [3]机器人，其中，TALON系列机器人是一种传统的小型双履带式机器人，该机器人可根据任务的不同安装不同的任务模块，主要应用于执行侦察、危险品操作和救援等领域。

此外，英国研制的Supper Wheelbarrow排爆机器人、加拿大布鲁克大学研制的AZMUT机器人[4]、日本的Helios V机器人[5]都属于履带式机器人。

日本东京工业大学的T.Kamegawa等提出了一种搜救机器人，该机器人由多节双履带式模块车连接而成，能够进入狭窄的空间，相邻模块之间由2个主动自由度关节连接或3个随动自由度关节连接，所以该机器人结构形式具有很好的地面适应能力和越障能力[6]。

履带吸盘式爬壁机器人结构原理的研究与开发

履带吸盘式爬壁机器人结构原理的研究与开发学士学位论文论文题目：履带吸盘式爬壁机器人结构原理的研究与开发分类号：密级：单位代码：学院：专业：机械设计制造及其自动化年级：注：设计（论文）成绩=指导教师评定成绩（30%）＋评阅人评定成绩（30%）＋答辩成绩（40%）目录摘要 (I)Abstract (III)第1章绪论 (1)1.1 爬壁机器人结构原理研究与开发的价值 (1)1.2 爬壁机器人结构原理研究与开发的现状及趋势 (2)1.2.1 爬壁机器人结构原理研究的现状 (2)1.2.2 爬壁机器人结构原理研究的发展趋势 (3)1.3 几种爬壁机器人结构原理分析与对比 (4)1.3.1 车轮式磁吸附爬壁机器人 (5)1.3.2 多吸盘单链爬壁机器人Cleanbot – IV (5)1.3.3 履带式磁吸附爬壁机器人 (6)1.4 履带吸盘式爬壁机器人结构原理的研究特色与价值 (7)1.4.1 履带吸盘式爬壁机器人结构原理的研究特色 (7)1.4.2 履带吸盘式爬壁机器人结构原理的研究价值 (8)1.5本章小结 (9)第2章履带吸盘式爬壁机器人结构方案研究 (11)2.1 履带吸盘式爬壁机器人的功能要求 (11)2.1.1 爬壁机器人的工作过程 (11)2.1.2 爬壁机器人的基本功能 (11)2.1.3 爬壁机器人的主要设计参数 (12)2.2 爬壁机器人移动机构方案设计 (13)2.2.1 履带的结构形式 (13)2.2.2 履带与履带轮的联结 (14)2.2.3 履带吸盘式爬壁机器人壁面适应能力分析 (15)2.3 爬壁机器人吸附机构方案设计 (17)2.3.1 吸盘式吸附机构方案设计 (17)2.3.2 吸盘机构设计 (18)2.3.3 吸盘式爬壁机器人吸附安全性研究 (19)2.4 机器人气动回路方案设计 (22)2.4.1 配气盘结构设计 (22)2.4.2 吸盘气动回路设计 (24)2.5 本章小结 (25)第3章履带吸盘式爬壁机器人结构的开发与论证 (27)3.1 爬壁机器人吸附结构的设计与论证 (27)3.1.1 爬壁机器人吸附结构的设计 (27)3.1.2 爬壁机器人吸附结构的论证 (29)3.2 爬壁机器人行走机构的设计与论证 (30)3.2.1 爬壁机器人行走机构的设计 (31)3.2.2 爬壁机器人行走机构的论证 (31)3.3 爬壁机器人车体的设计与论证 (33)3.3.1 爬壁机器人车体的设计 (34)3.3.2 爬壁机器人车体的论证 (34)3.4 本章小结 (36)第4章履带吸盘式爬壁机器人附属部件开发与设计 (37)4.1 背仓部件开发与设计 (37)4.2 清洁壁面部件开发与设计 (37)4.3 传递消防水管部件开发与设计 (38)4.4 控制系统部件开发与设计 (39)4.5 本章小结 (39)第5章结论与展望 (41)参考文献 (43)注释 (45)谢辞 (47)译文与原文 (49)汉语译文 (49)英语原文 (57)摘要随着科技的进步，工业机器人在各个领域得到了广泛地运用。

多功能履带式机器人设计

多功能履带式机器人设计一、整体结构设计多功能履带式机器人的整体结构设计是其实现各种功能的基础。

为了适应不同的工作环境和任务需求，机器人的外形通常采用紧凑且坚固的设计。

履带部分是其重要的移动机构，履带的材质需要具备高强度、耐磨损和良好的抓地力。

履带的宽度和长度应根据机器人的负载能力和通过性要求进行合理选择。

较宽的履带可以增加机器人的稳定性，而较长的履带则有助于提高其跨越障碍物的能力。

机器人的主体框架一般采用铝合金或高强度工程塑料，以减轻重量并保证足够的强度。

在框架上，合理布置各种传感器、执行器和电子设备的安装位置，同时要考虑到散热、防护和维修的便利性。

二、驱动系统设计驱动系统是多功能履带式机器人的动力来源，直接影响其运动性能。

常见的驱动方式有电动驱动和液压驱动。

电动驱动具有响应速度快、控制精度高、噪音低和无污染等优点。

通常采用直流无刷电机或步进电机，通过减速器将电机的高速旋转转换为履带的低速转动。

在电机的选择上，需要根据机器人的负载、速度和工作时间等参数进行计算，以确保电机能够提供足够的扭矩和功率。

液压驱动则适用于负载较大、工作环境恶劣的情况。

液压系统通过油泵将机械能转化为液压能，再通过液压缸或液压马达驱动履带运动。

液压驱动具有输出扭矩大、过载能力强的特点，但系统相对复杂，维护成本较高。

三、控制系统设计控制系统是多功能履带式机器人的大脑，负责对机器人的运动、操作和各种功能进行精确控制。

控制系统通常采用基于微控制器或嵌入式系统的架构，如Arduino、STM32 等。

通过编写控制程序，实现对电机、传感器和执行器的实时控制。

在控制算法方面，常用的有 PID 控制、模糊控制和神经网络控制等。

PID 控制算法简单可靠，适用于对精度要求不高的场合；模糊控制则能够较好地处理不确定性和非线性问题；神经网络控制具有强大的自学习和自适应能力，但计算量较大，对硬件要求较高。

为了实现远程控制，机器人还需要配备无线通信模块，如 WiFi、蓝牙或 4G/5G 模块，以便操作人员能够在一定距离内对机器人进行监控和操作。

可变形履带式机器人行走机构设计及运动仿真

可变形履带式机器人行走机构设计及运动仿真李松;朱建柳;金晓怡;黄立新【摘要】针对移动机器人在非结构化地形环境中负载能力低、运动稳定性较差的问题,设计了一种可变形履带式机器人行走机构.该机器人采用4节履带构型,有效地增加了与地面的接触面积,从而提高了其运动稳定性.将椭圆形成原理应用于履带张紧机构的设计当中,采用双椭圆摆臂回转机构,设计可变形履带机器人模型.为了描绘机器人的越障性能,从运动学的角度分析了机器人在爬越台阶和跨越沟壑2种典型障碍的运动过程,并得出相应的越障极限参数.利用Adams建立仿真模型,对机器人的虚拟样机进行了动力学分析.仿真分析表明机器人能够翻越200 mm高的台阶和300 mm宽的障碍,并得出驱动机器人运动的力矩曲线图.本研究为后续改进及优化研究提供了参考.%Aiming at the problem of low load capacity and poor movement stability of mobile robot in unstructured terrain environment,a travel mechanism for reconfigurable tracked robot was designed.The robot applied the configuration with four tracks, which increased the contact area with the ground effectively and improved the movement stability.By applying the ellipse forming principle to the mechanism design of the crawler tension device, and adopting swing arm mechanism with two ellipses, the model of reconfigurable tracked robot was designed.For describing obstacle-surmounting performance of robot,the processes of climbing stair and crossing gully were analyzed from the viewpoint of kinematics,and obtaining the corresponding obstacle-surmounting limit parameters.By applying Adams the simulation model was built, and the dynamics of the virtual prototyping for robot was analyzed.The resultsshow that the robot succeeded in surmounting 200 mm high stair and 300 mm wide gully,and obtained the torque curve which could drive the motion for robot,which provides an effective method for the following study of improvement and optimization.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2018(036)001【总页数】6页(P29-34)【关键词】可变形履带式机器人;行走机构;越障性能;虚拟样机【作者】李松;朱建柳;金晓怡;黄立新【作者单位】上海工程技术大学机械工程学院,上海 201620;上海交通职业技术学院,上海 200431;上海工程技术大学机械工程学院,上海 201620;上海工程技术大学机械工程学院,上海 201620【正文语种】中文【中图分类】TP242机器人技术正逐渐转向可以在特殊环境中执行任务的特种机器人，而移动机器人是最早研究、应用最为广泛的一类特种机器人[1-3]。

履带式移动机器人越障能力的研究

履带式移动机器人越障能力的研究一、本文概述随着科技的快速发展和智能化时代的到来，履带式移动机器人作为一种高效、灵活的移动平台，在军事侦察、灾害救援、物流配送、农业自动化等众多领域展现出巨大的应用潜力。

然而，面对复杂多变的地形环境，机器人的越障能力成为影响其性能的关键因素。

因此，对履带式移动机器人越障能力的研究具有重要的理论价值和现实意义。

本文旨在深入探讨履带式移动机器人在不同地形条件下的越障性能，通过理论分析和实验研究相结合的方法，为提升机器人的环境适应性和越障能力提供理论支持和实践指导。

文章首先介绍履带式移动机器人的基本结构和工作原理，然后重点分析影响其越障能力的关键因素，包括履带设计、动力性能、控制系统等。

在此基础上，文章将探讨如何通过优化机器人结构和改进控制算法来提高其越障能力。

本文还将关注履带式移动机器人在实际应用中可能遇到的问题和挑战，如复杂地形环境下的导航与定位、多机器人协同越障等。

通过综合研究和实践应用，本文旨在为推动履带式移动机器人技术的发展和应用提供有益参考。

二、履带式移动机器人的结构设计履带式移动机器人的结构设计是提升其越障能力的关键。

结构设计主要包括底盘设计、履带设计、驱动系统设计以及控制系统设计等方面。

底盘设计：底盘是履带式移动机器人的基础结构，需要承受机器人的重量以及越障时产生的冲击力。

因此，底盘设计需要考虑到强度、刚性和稳定性。

我们采用了高强度金属材料，通过合理的结构设计，实现了底盘的轻量化与坚固性之间的平衡。

履带设计：履带是机器人越障能力的重要体现。

我们设计的履带具有足够的宽度和深度，以提供足够的摩擦力，使机器人在各种地形上都能稳定行驶。

同时，履带的设计还考虑到了耐磨性和寿命，采用了耐磨材料，并通过优化履带齿形，提高了机器人的越障性能。

驱动系统设计：驱动系统是履带式移动机器人的动力来源。

我们采用了大功率电机，并通过合理的传动机构设计，实现了动力的有效传递。

同时，驱动系统还配备了防滑功能，当机器人遇到湿滑或松软地面时，能够自动调整驱动力，保证机器人的稳定行驶。

机械毕业设计07履带式机器人结构设计

机械毕业设计07履带式机器人结构设计履带式机器人是一种具有履带作为移动器件的机器人，它具有良好的越障能力和稳定性，被广泛应用于军事、工业和服务等领域。

本文将针对履带式机器人的结构设计进行探讨。

一、机器人运动系统设计机器人运动系统是履带式机器人的核心部分，它主要由履带、驱动器和底盘组成。

履带是机器人的移动器件，可以提供稳定的运动和越障能力。

驱动器是将电能转化为机械能，并通过传动装置传输给履带的装置。

底盘是机器人的基座，用于支撑整个机器人的重量，并提供机器人的稳定性。

在履带的选择上，应根据机器人的工作环境和应用需求进行选择。

一般来说，宽厚的履带可以提供更好的越障性能，而窄的履带则可以提供更好的转向性能。

在驱动器的设计上，可以选择直流电机或步进电机作为驱动器，根据机器人的负载和速度要求来确定驱动器的功率和转速。

底盘的设计应考虑机器人的稳定性和重心位置，以保证机器人在工作过程中不易倾翻。

机器人的结构设计涉及到机器人的外形和内部组件的布局。

外形设计主要考虑机器人的美观性和易于操作，内部组件的布局设计则要考虑到机器人的功能和结构的紧凑性。

在外形设计上，可以根据机器人的应用环境和工作任务来设计机器人的外形。

例如，如果机器人需要在狭窄的环境中工作，可以设计紧凑的外形和可伸缩的结构，以便机器人能够更好地适应工作环境。

同时，外形设计也要考虑到机器人的易操作性，例如，可以添加手柄或触摸屏等操作界面，以便人类操作员能够更方便地控制机器人。

在内部组件的布局设计上，应考虑到机器人的功能和结构的紧凑性。

例如，电路板、传感器和控制器等组件应合理地布置在机器人的内部空间中，以提供机器人的功能，并减小机器人的体积。

同时，还应考虑到机器人的维护和维修的方便性，例如，为电池和电路板等设备添加易于拆卸和更换的设计。

总之，履带式机器人的结构设计需要综合考虑机器人的运动系统设计和机器人的外形和内部组件的布局设计。

通过合理的设计和选择，可以提高机器人的运动性能和工作效率，使机器人能够更好地应对各种工作场景和任务要求。

履带式机器人讲解

2.1性能参数行驶速度爬坡能力接地比压最大牵引力 2.2结构参数
履带链轨节距t，履带板宽度，驱动轮节圆直径，导向轮工作面直径，托链轮踏面直径，支重轮踏面直径，支重轮个数
自动化工程学院 School of Mechanical Engineering
履带式机器人车体特性
• 轮式机器人：优点：速度快、效率高、运动噪声低、缺点：越障能力、地形适应能力差、转弯效率低，或转外半径大。适合：野外、城市环境都可以，但是地形不能太复杂，如上楼梯难以实现
履带式机器人：优点：越障能力、地形适应、抓地能力强，可原地转弯缺点：速度相对较低、效率低、运动噪声较大适合：野外、城市环境都可以，尤其在爬楼梯、越障等方面优于轮式机器人
管道清理机器人
管道勘察机器人
履带式防爆机器人
搜救机器人
侦查型
侦查型机器人
履带式机器人的机构特点
• 形状可变履带机器人 • 所谓形状可变履带机器人，是指该机器人所用履
形状可变履带机器人外形结构示意图
博学笃行盛德日新
履带式机器人
自动化工程学院
1916年9月，英法联军与德军在法国索姆河畔展开激战。英军突然出动了49辆黑黝黝的钢铁怪物，以每小时6千米的速度在松软的土地上隆隆地冲向德军阵地。打得德军人仰马翻。这就是最早的实战坦克。坦克为什么能在松软和泥泞的土地上快速行驶呢？这与它那双 “铁脚板底盘设计
自动化工程学院
导向轮（引导轮）：
履带式底盘设计
自动化工程学院
驱动轮：
履带式底盘设计
自动化工程学院
履带：
履带式底盘设计
自动化工程学院
履带架：
履带式底盘设计
自动化工程学院 School of Mechanical Engineering

履带式爬楼梯机器人设计

履带式爬楼梯机器人设计作者：袁苑刘毅侯建国王红来源：《理论与创新》2017年第28期摘要：本设计采用履带式驱动结构，结构整体使用模块化设计，可主动控制前后两侧摇臂的转动来调节机器人的运动姿态，从而达到辅助过坑、越障等动作，提高越障过程中的稳定性、越野机动性。

关键词：履带式；越障；机器人移动机器人在工业、农业、空间探索、危险环境探查和取样、战场侦察、城市救灾、排爆、反恐防化等领域具有广泛的应用需求，是当前机器人领域的研究热点。

移动机器人从事侦察和紧急事务响应任务时，楼梯是人造环境中的最常见的障碍也是最难跨越的障碍之一。

因此，对爬楼机器人的研究也逐渐成为关注的热点。

1履带式爬楼机器人结构设计履带机器人移动系统采用的是六履带式结构，采用四台直流伺服电机驱动，两台分别控制左右两边行走带，另外两台分别控制前后摆臂。

总体设计方案如图l所示。

机器人的车体的履带作为履带式移动机构，与前臂和后臂转动相协调，增加了机器人运动灵活性。

机器人前臂和后臂各有一个伺服电机驱动，通过控制系统协调配合，实现前臂和后臂的灵活转动，在机器人爬楼梯和越障时发挥更大作用。

机器人前臂和后臂协调作用，稳定性将更好。

机器人车体左右两边履带各有永磁式直流电机驱动，通过控制系统协调配合，控制前轴和后轴的速度、力矩，可实现原地360°转向，前进时的自由转向，随时调解爬楼梯时的力矩大小。

在车体主履带前端是惯性轴，与主动轴配合，保证机器人运动的平稳。

履带机器人的主要设计性能参数如表1所示。

2机构的工作原理减速传动机构是电动机通过行星轮减速器的降速，来实现增大转矩、调速，通过直齿轮改变轴的方向，输出后轴转矩，为机器人提供主要动力。

后轴驱动机构驱动后轴位于传动系的末端。

其基本功用是增扭、降速和改变转矩的传递方向。

转向机构机器人在行驶过程中，经常需要改变行驶方向，本机构是通过两个电机的差速比来实现的。

动力部分采用电机，通过齿轮副降速后带动低速轴的转动，轴与履带驱动机构通过导杆滑块机构连接，使履带驱动机构各自绕前后轴的中心线转动，实现机器人爬楼梯和越障能力。

机械毕业设计1110履带式搜救机器人机械结构设计

摘要煤矿灾害尤其是瓦斯煤尘爆炸事故发生后,矿井环境十分复杂,井下因灾受伤人员面临极其危险的状况,需尽快地转移与救护；而救援工作异常困难和危险,往往在救援工作中造成救护人员的伤亡。

研发代替或部分代替救护人员及时、快速深入矿井灾区进行环境探测和搜救工作的救灾机器人具有极其重要的意义。

本论文研究工作的目的是设计结构新颖、具有独创性的可携带、抗一定冲击的履带移动机器人，以能够适应在恶劣环境和复杂路况下工作。

通过在移动系统上加载不同的模块，能够实现搜救机器人不同的使用功能，本研究意义在于为后续设计的搜救机器人提供一个基础的动力平台，以便于能够开发出更多使用功能的搜救机器人。

本研究所设计的搜救机器人移动方案是履带式驱动结构。

该方案采用模块化设计，便于拆卸维修，可以分段自适应复杂路面，并可主动控制两侧翼板模块的转动来调节机器人姿态变化，辅助爬坡、越障和跨沟；机器人经过合理的结构布局和设计后具有良好的环境适应能力、机动能力并能抵抗一定高度的掉落冲击。

所设计的机器人移动机构主要由四部分组成：主动轮减速驱动机构、翼板转动机构、自适应路面执行机构、履带及履带轮运动机构，本论文对上述各部分方案分别进行论证、结构设计计算、3D建模，并设计了搜救机器人虚拟样机。

关键字：搜救机器人；复合移动机构；模块化设计；AbstractCoal mine disasters,especially gas and coal dust explosion, mine environment is very complex and wounded tolls mine face extremely dangerous conditions,be transferred as soon as possible and rescue.and rescue work extremely difficult and dangerous, often resulting in the rescue work in the ambulance casualties.R & D to replace or partially replace the ambulance personnel in a timely manner, quick in-depth environmental exploration and mine disaster relief robot search and rescue work is extremely important The purpose of this thesis is to design novel structure, its unique portable,shock intelligently tracked mobile robot, in order to be able to adapt to the harsh environment and the complicated road to work.Mobile systems loaded by different modules, search and rescue robots can be achieved using different functions, this study is important because other people's search and rescue robot designed to provide a basis for the dynamic platform to facilitate greater use of features can developsearch and rescue robots.This resoarch is moving search and rescue robot crawler.The program is modular in design, easy disassembly maintenance, can be complex adaptive sub-surface, active control can turn on both sides of flange module to adjust the robot pose changes, supporting climbing,obstacle and cross-channel.The design of the robot moving mechanism mainly consists of four components. Active wheel reducer drive mechanism, flange rotation institutions, adaptive road implementing agencies, sports organizations track and track wheels, part of the paper on the above programs were carried out feasibility studies, structural designcalculation, 3D modeling , and design a rescue robot prototype.Key words: search and rescue robots; composite mobile body; modular design目录前言 (1)1 绪论 (3)1.1 课题研究背景及意义 (3)1.1.1 课题研究背景 (3)1.1.2 课题研究意义 (3)1.2 国内外的研究概况 (5)1.2.1 国外研究现状 (5)2.2国内研究现状 (10)1.2.3 发展趋势 (11)2 搜救机器人的总体结构方案设计 (12)2.1 井下复杂环境对救灾机器人的要求 (12)2.2 典型移动机构方案论证分析 (13)2.2.1 轮式移动机构特点 (13)2.2.2 腿式移动机构特点 (14)2.2.3 履带式移动机构特点 (15)2.2.4 履、腿式移动机构特点 (16)2.2.5 轮、履、腿式移动机构性能比较 (17)2.3 本研究采用的行走机构 (17)2.4 救灾机器人性能指标与设计 (18)2.5 本章小结 (19)3矿用搜救机器人运动参数设计计算 (20)3.1机器人越障分析 (20)3.1.1机器人跨越台阶 (20)3.1.2跨越沟槽 (21)3.2斜坡运动分析 (22)3.3 本章小结 (23)4机器人移动平台机械设计 (24)4.1驱动电机的选则 (24)4.1.1基于平地的最大速度的电机功率计算 (24)4.1.2爬坡最大坡度的驱动电机功率计算 (25)4.2 本章小结 (26)5 驱动轮减速器设计 (27)5.1减速器方案分析 (27)5.1.1减速器应满足的要求 (27)5.1.2 减速器方案分析 (27)5.2 减速器的设计计算 (29)5.2.1减速器的传动方案分析 (29)5.2.2配齿计算 (29)5.2.3初步计算齿轮的主要参数 (30)5.2.4装配条件的计算 (34)5.2.5高速级齿轮强度的验算 (35)5.2.6 轴的设计及校核 (44)5.3 本章小结 (46)6移动机构履带及翼板部分设计 (47)6.1履带的选择 (47)6.1.1 确定带的型号和节距 (48)6.1.2确定主从动轮直径 (48)6.1.3确定节线长度和带宽 (49)6.2 翼板部分设计 (51)6.3 本章小结 (51)7机器人摇臂的设计 (52)7.1 摇臂作用概述 (52)7.2摇臂传动减速器设计 (53)7.3本章小结 (55)8 总结与展望 (56)致谢 (58)参考文献 (59)前言我国的煤炭资源十分丰富，是世界上最大的煤炭生产国和消费国。

履带式管道机器人方案课件

研究目标
本项目的目标是研制出一款具有自主知识产权的履带式管道机器人，实现管道内部的自动化检测和维护，提高管道使用的安全性和效率。同时，通过本项目的实施，推动我国履带式管道机器人领域的发展和应用。
02
机器人方案
总体设计
机器人尺寸
根据管道直径和长度，确定机器人的总体尺寸。
移动方式
采用履带式移动方式，能够在管道内自由行动。
履带式管道机器人能够在管道内部进行巡检，发现并记录问题，提高管道维护的效率和准确性。
降低安全风险
通过履带式管道机器人检测，可以减少人工进入管道的风险，降低安全事故发生的可能性。
国内外研究现状
国外研究现状
履带式管道机器人在国外已经得到了广泛的研究和应用，许多国家和企业都在投入大量的人力和物力进行相关研究和生产。
中国专利: 申请号202010012349.X, 发明人: 张三, 李四, 王五
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THANKS
05
景与析
应用领域与场景介绍
01
02
03
04
城市管网检测与维护
石油、天然气等管道的检测和维护
电力、水务等管道的检测和维护
工业制造中的物料运输和加工
与其他类型机器人的比较优势分析
适应性强
履带式结构可以适应各种复杂地形和管道，如弯曲、倾斜、垂直等。
负载能力强
履带式结构可以承受较大的负载，能够搭载更多的检测和维护设备。
履带设计
根据管道直径和复杂程度，设计履带的长度、宽度和材质，确保稳定行走和适应不同环境。
移动速度
根据实际需求，可调节移动速度，实现快速、精准的移动。
管道内导航技术
导航系统

履带式机器人底盘的研究与设计

履带式机器人底盘的研究与设计摘要：机器人底盘集多种技术于一体，兼顾了机械、硬件、软件与算法四个方面。

其中传感器、相机、雷达、电机、轮子等设备都需要安装在机器人的底盘上。

此外，底盘的结构还决定了机器人的定位、移动、避障等基础功能的精度。

本文对履带式机器人底盘进行了研究与设计。

首先，使用建模软件绘制出三维模型，并根据模型计算出机器人的相关性能；其次，设计出具有高精度位移检测的控制系统，根据系统性能需求采用STM32单片机作为控制器，搭配多种传感器实现各种功能；最后研究了机器人的定位策略，采用卡尔曼滤波算法(KF)融合惯性测量单元(IMU)和车轮编码器来估计履带机器人的位置状态，仿真验证位移控制算法。

关键词：履带式机器人；底盘；三维建模；STM32单片机；卡尔曼滤波算法11 工作原理单侧履带底盘是一个驱动轮，由两个承重轮和一条履带组成，如图1所示。

在行走时履带与地面直接接触，减速电机旋转带动驱动轮同步旋转，通过驱动轮轮齿和履带之间的啮合关系，不断地把履带从后方卷起推向前方；承重轮在履带上向前滚动，起到分散载荷的作用。

当电机提供的驱动力足以克服所有阻力时，机器人就会向前行驶[1]。

图1履带式底盘结构2 履带式底盘的参数选择由于履带常常工作于较差的工作条件，必须具备足够的强度与刚度，且要求履带耐磨性高、重量轻，尽可能的减小底盘工作时的载荷。

此外，履带表面应带有花纹，和地面有较大的接触面积，能够产生较大的摩擦力，避免打滑现象。

所以根据机器人使用要求，本次设计初定机器人质量m=10kg，履带高度h=100mm，需求履带条数为2条。

使用经验公式[2]计算履带参数：履带接地长度：履带支撑长度：履带轨距：履带板的宽度：履带节距：t(15履带总长度：式中：为驱动轮齿数。

表 1 履带参数表参数数值履带总长度572mm履带宽度50mm履带接地长度26mm履带高度100mm3 履带机器人硬件模块为了实现无线遥控机器人精准位移，以及考虑硬件系统的可靠性与稳定性，制定如下总方案，如图2所示。

震后救援机器人结构设计

右轮撑开时机器人重心不会发生偏移，从而实现
可根据需要随时调整，可以提高机器人的复杂地
面通过能力。
机器人复杂环境的稳定行进。变距结构中驱动电
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
收稿日期：２０１３－０１－１７基金项目：浙江省大学生科技创新项目：灾后救援机器人行走机构及物资供给机构研制（２０１２Ｒ４２２０１１）作者简介：刘建君（１９９２一），山东人，本科生，研究方向为机械制造及其自动化。．
五趾骨部位和右脚跟部位处的压力传感器压力值变化变量。在表中１ — ６列中，变量输出 ‘ ０ ’表示压力值减小； ‘ １ ’表示压力值增大；Ｎｕ１１ ’ 表示该部位压力值无明显变化。第７列中， ‘ ｌｅｇ — ａｎｇｌｅ ’代表左髋关节与右髋关节运动状态， ‘ １ ’ 表示左大腿在右大腿前方或处于两腿平行； ‘ ０ ’ 表示左大腿在右大腿后方。Ｇａｉｔ变量为当前程序检测步态的返回编码值；第９列为各个编码代表的行
２和ｒｉｇｈｔ一３分别为右脚第一趾骨部位、第
行走中脚底压力和关节角度信号变化，确定当前
人体行走状态。通过试验证明该系统可以实时检测到人体行走中体行走中脚底压力和关节角度信息，并能识别人体当前行走步态，为下肢外骨骼机器人行走控制系统分析设计提供参考，进而为今后下肢外骨骼机器人的研究打下基础。