带机械臂的四轮足复合式机器人+CAD图纸(3)
图2 . 转向机构部件图
(1) 转向轴
转向轴整体焊接在车轮架上，一端采用阶梯轴的形式，便于与底盘联接；另一端与车轮部分联接，以保证足够的强度和良好的工艺性。
（2）转向轴与电机的连接
转向轴相对底盘来说只有一个自由度，形成的是转动副，转向轴在机器人移动过程中承受径向力和比较大的轴向力，适合这种情况的常用轴承有角接触轴承和圆锥滚子轴承，但后者较前者能承受更大的轴向力。轴承采用套筒隔开的两端支承结构，这样设计可以保证转向轴在转向的过程中不发生摇摆，保证转向的精度并且可以减小对转向相关零部件的磨损。一对轴承用套筒隔开后，轴承内圈由轴肩和轴用弹性挡圈固定。两轴承外圈与底盘上座孔和轴承端盖固定。这样完成了转向轴的设计。
（3）转向驱动电机与底盘的联接
当转向轴与基座构成转动副以后，只需要用电机来驱动转向轴即可实现车轮的转向。将电机固定在底盘上需要一个连接件，连接件设计过程中选用了剖分式机构，剖分式定心性稍差一点，可以组合成封闭结构，具有可靠的刚度，防尘，拆卸方便。
3.3 电机的选型及计算
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，由于本课题机器人转向控制精度较高。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。
下面选择转向电机，机器人对转向速度要求较低，对位置精度比较严格，选用步进电机可以满足设计要求。转向电机主要是使车轮实现零半径回转，克服地面摩擦力，要求的转速不高，因此主要计算电机静力矩。在这里我们假设每个车轮与地面的接触按照理想状态即相切线接触，那么
平均每个车轮的摩擦力为：
f=1/4*20kg*9.8*0.45=22.05N
由于车轮是零半径回转，所以克服的摩擦力矩为：
M=2 =f*l/4=22.05*100/4=0.551N.m
式中 l——车轮的宽度，也即车轮与地面的接触长度
为此：本设计选择用南京华兴电机有限公司生产的57BYG4501步进电机
参数：步距角0.9/1.8度 驱动36V 保持转矩1.4N*m 质量1.1千克
4 轮足机器人机械臂设计
机器人的关节分为转动关节和移动关节两种形式。本文采用中转动关节形式，结构简单，控制容易。本文机械臂的设计成2个摆动2个回转关节。如图4.11机器人的机械臂是由旋转基座、手臂、手腕和末端执行。
图 4.11机械臂部件图
4.1 机械臂U型零件设计
本文采用铝合金材料设计成薄壁件，一方面保证机械臂的刚度，另一方面
减小机械臂的重量，减小对基座关节电机的载荷，提高机械臂的动态响应。首
先介绍U型零件，U型零件为装配舵机设计成如图4.11所示结构，此时舵机自
身也参与了杆件的组成，既节约了材料和设计空间，又增加了机械臂的刚度。
如图 4.12，U型零件是为支承舵机轴而设计，它与舵机的配合形成了机械臂
的摆动关节，关节的左端用自制的联轴器相连传动，是通过舵机摇臂和舵机主体之间的相对转动实现关节驱动的；在关节的右端，舵机没有提供如摇臂一类的连接件，而只提供一个螺纹孔，我们自制了一个舵机配轴，欲用这个轴作为支撑。
合设计具有如下优点：
a) 此零件结构加工简单，可大量生产制造，价格低廉，重量轻。