带机械臂的四轮足复合式机器人+CAD图纸(2)
伴随着机电一体化在各个领域的应用，机械设备的自动控制成分显得越来越重要，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。因此机械手就在这样诞生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识。它能部分地代替人工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它可在空间抓、放、搬运物体等,动作灵活多样,广泛应用在工业生产和其他领域内。应用PLC控制机械手能实现各种规定的工序动作,不仅可以提高产品的质量与产量,而且对保障人身安全,改善劳动环境,减轻劳动强度,提高劳动生产率,节约原材料消耗以及降低生产成本,有着十分重要的意义。
综其上述，我决定设计一款带机械臂的四轮足复合式机器人，来满足上下料的搬运及操作，并兼具速度快越障能力强等特点。
3 轮足机器人主体结构设计
3.1机器人车轮驱动部分设计
车轮的旋转和转向是独立控制的，车轮架安装在基座上
图 3.1 车轮旋转结构
3.1.2 车轮驱动机构设计
根据任务书中轮式工况行走的最大速度为3.5千米/每小时，为了获得较为精确的速度控制，本设计将采用步进电机和齿轮减速器的驱动控制。将齿轮减速器连接固定在步进电机的输出端，而另一端通过螺栓连接来车轮架上。
减速器输出轴通过滚轮内侧中心孔进行径向定位，用螺钉和平键进行轴向定位，并用端盖固定在车轮架上。
车轮本设计采用的是滚筒式车轮，他的特点是步进电机和齿轮减速器的整体固定在滚筒式车轮的内部，车轮面积增大，不易产生打滑现象，并且车架轴通过滚筒的中心，可以有效地减少弯矩对结构的影响。
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图2 车轮驱动部分部件图
3.1.2 车轮驱动电机选型设计
在机器人的驱动器一般采用以下几种电机：直流电机、步进电机和舵机。对于本课题来说，由于本课题机器人最大速度为3.5千米/每小时。速度需要精确控制，如果用直流电机，由于受转速和力矩的影响，要配减速器。而如果用步进电机，控制位置精度比较高可以达到 1.8 度。而且不需要减速器避免造成结构冗繁。 因此选择步进电机。
下面对旋转步进电机型号进行选择，轮式移动机器人在移动的时候，需要克服两种阻力：摩擦力和重力。对于平面内移动的机器人来讲则只需要克服摩擦力。带有机械臂的全方位移动机器人整体重量在 20KG左右，地面摩擦系数按金属与混凝土之间的取为0.45，则机器人需要的总功率为：
G总=20 kg * 9.8= 196N
F总=G总*ʯ=196N*0.45=88.2N
P总=F总*v=88.2N
P平=P总/4=22.05N
P=M*w=M*v/r
M=P/w=P*r/v=22.05*50mm/1m/s=1102.5mN*m
(1) 负载所需要的扭矩
扭力为1.03N*m，在此数值附近，则选择57型步进电机较为合适
（2）确定步进电机的转速
步进电机特性，转速升高，扭矩下降。
为此：本设计选择南京华兴57BYG4504步进电机
参数：步距角0.9/1.8度 36V 保持转矩1.4N*m 质量1.1千克
3.2 机器人转向机构设计
根据图2 所示为转向机构部件图，机构由转向电机，转向连接件，联轴器，底盘，轴承，设计的基本路线由下及上。