基于履带式的沙滩行走机器人教育.docx
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基于履带式的沙滩行走机器人教育
基于履带式的沙滩行走机器人[教育]
基于履带式的沙滩行走机器人
一、履带传动装置的设计二、垃圾搜集装置的设计三、动力驱动设备的设计四、远程遥控探测的设计五、整体机械构造设计六、制造材料的选择
一、履带传动装置的设计
传统的履带传动技术已经比较成熟，而我们的设计将在传统的设计上有创新，以适应水陆两用，主要就是在履带上增设一排划水铁片，以提供机器人在水中运行的动力。
在传统的履带传动设计中主要需要考虑底盘、轮轴、轴承、承重轮的设计，以下是一些设计模式
详细的设计附在另一文档中，短时间我没有研究明白，也研究不明白，真正的机械设计太过专业。
接着就要在履带上添加铁片了，除了加铁片驱动，也可以考虑用特别履带划水前进、用螺旋桨推进、用喷水式推进器喷水前进，加铁片估计会动力不足
以下提供一些搜索到的资料以供参考
履带划水推进
履带划水推进是靠下支履带划水产生推力。
一般需将上支履带罩住，并加装尾部导流装置。
这种推进方式的结构简单，但航速不高、转向半径较大、水上机动性较差。
与车轮划水相比，虽然负重轮直径与车轮直径相差不大，但我们可以将履带看成是一个巨大车轮接地的一段圆弧，履带还将车轮间的不连续段联成连续的可划水段，履带宽度一般又是负重轮挂胶宽度的两倍以上。
这样，履带就使轮式车辆的单轴驱动变成全轮驱动了。
履带上一定高度的履齿有利于加大划水量，而轮胎上的花纹是为挤出公路路面上的积水，划水效果甚微，以上几方面叠加起来，大大扩大了履带划水表面积和划水量，因而增大了水上推力，能够推动步兵战车和轻型坦克，而且水上推进速度可达到5.5~7.8千米/小时。
主要靠由发动机带动的履带划水。
履带就好比是装甲车在陆地上行走的双脚，在水上行走的双桨。
大家知道，履带在水中作圆周运动，就如同电风扇在空中旋转一样，一般只在原地转动，是不能前进的。
两栖装甲车的研制人员，在履带的上方以及前后两端，给它装上位置和尺寸恰当的挡泥板和挡水罩，其在水上的功能就是减小履带划水时上半部分履带的反作用力，使车辆得以前进（或后退）。
这里边有比较复杂的力学计算。
以上是我提供的相关建议，希望懂行的队友予以考虑
二、垃圾搜集装置的设计
为了能让机器人在水面上能行走，则要保证其密封性，所以垃圾搜集装置要独立于密封体之外，有几种方案，一是将垃圾收集体放在密封体顶部。
使用采用类似簸箕的垃圾收集铲，通过电机带动其转动，将发现的垃圾铲入收集，然后再放入主垃圾箱中。
在工作过程中，垃圾收集铲位于水面以下，从而使得其不会影响整个装置的探测工作。
如果选择机械臂进行垃圾搜集
机械臂的结构设计（来自本科生论文）
机械臂是拆弹机器人的功能部件，不仅需要精准，而且需要较大的负载能力，一般的实验型机器人多采用航模标准的伺服电机，虽然技术成熟通用性高但是功率不足。
履带机器人使用的是步进电机与蜗杆的结合，在蜗杆和步进电机之间还加了一级行星减速系统，这样不仅能在高负载的情况下提供足够的扭矩，也可以在精心的拆弹工作中提供足够的微调精准度。
大体上分为前臂，中臂，后臂，底座四个部分。
前臂
包含机械手和两个自由度的控制，因为在整个机械臂的末端，所以采用了重量较轻的42步进电机。
图3-28中能看出内部安装的三个42部件电机，行星减速机构与后部的蜗杆机构。
图3-28前臂的透视图
Figure3-28Forearmperspective
图3-29前臂框架结构图
Figure3-29Forearmframestructure
腕关节，使用了一个推力轴承和一个滚针轴承。
提供两个方向的足够的支撑。
可以应付较大的载荷。
图3-30很好的显示了腕关节的结构，从左到又分别是，机械爪的末端框架、轴承内部支撑、10mm推力轴承、30mm滚针轴承、轴承外部支撑、机械臂前臂框架。
这样由推力轴承承担轴向力，滚针轴承承担法相力，可以对机械臂产生足够的支持力。
图3-30腕关节轴承部件的分解视图
Figure3-30Wristbearingcomponentofthedecompositionof
View
中臂
中臂较长，提供足够的操作范围，因为传递的扭矩较大所以使用了较大的57步进电机，作为过渡阶段，许多配件与前臂后臂是通用的。
中臂也是改装成侦查臂与战斗臂的基础。
图3-31中臂
Figure3-31Inarm
图3-32中臂的透视图
Figure3-32Perspectiveoftheinarm
中臂框架的结构图
Figure3-33Frameworkstructureinthearm图3-33所示的部件与后臂相同位置的部件是通用的，圆柱形的空间里装着蜗杆机构，旋转轴的轴承部件与主轴的轴承部件相同。
图3-34支撑架
Figure3-34Backstop
支撑架，在中臂前端连接前臂的部件，负责传递两个自由度的动作。
上端的开口时为了安装前臂而设置的，否则前臂轴无法装入，装入后由螺栓固定。
后臂
图3-35后臂
Figure3-35Afterarm
图3-36后臂的内部结构
Figure3-36Theinternalstructureoftheafterarm
图3-37后臂支撑架
Figure3-37Afterarmsupportframe配件与中臂基本相同，唯一不同的是尾部，因为在行进过程中，整个机械臂会折叠起来，所以有一定的死角，这样提高一定的高度使机械臂可以完全收起。
图3-38折叠状态
Figure3-38Foldedstate
这样设计虽然会有更高的自由度范围，但是会相应的降低结构的强度，所以仅仅是后臂与中臂的连接处使用了这种设计，前臂与中臂的自由度范围足够应付大部分工作情况所以并没有采用这种设计。
框架
整体采用的仍然是不锈钢的方管，因为器材与零件全部整合在臂端的模块中，所以除了臂端模块以外的部分可以根据情况随意改变，比如延长或缩短杆的长度，或者使用圆管等。
图3-39机械臂框架
Figure3-39Armframe
三、动力驱动设备的设计
四、远程遥控探测的设计
A传感B传感
器器
物体反射获得信号为高电平
A传感器可以收集物体时
的波形图
B传感器
A传感器不可以收集物体
时的波形图
B传感器
原因是当A、B同时接收到信号时表明该物体大小已经超出铲斗大小
无法收集
开始
有判断遥控器信号
无手动挡
自动挡
无扫描周围是否有前进5s物体物体
有
否辨认是否收集物体调转45?
是
前进
循
环调整方向
过
程A
收集物体
否是否收集完成
是
垃圾探测
船体顺时针旋
转
调整45?
无A处是否有信号前进5S
有
开始计时计时用来判断旋转
角度
B接收到信号
无判断A处信号是物体大小不合适，继否合适（从有到无，续旋转到计时时间为见“扫描模块）T/2，前进5s
有
物体大小合适，电机逆
时针旋转小角度到B处无
信号
垃圾收集
结束
垃圾收集
否撬杆处对
前进管有信号是
主电机停止
转动
撬杆电机
正转
否
上侧行程开关有无信号是
停止1s
反转
否
下侧行程开关有无信号是
回主程序
结束
直接使用遥控芯片。
购买现有的集成遥控芯片远比自己设计、制板、焊接来得合算。
SC2272-M6六通道遥控芯片。
同时，我们使用软件编程的方式来弥补硬件上的不足。
在软件中完成信号的锁定。
设计的单片机编程还要进一步了解。
PLC作为主控单元，其功能十分强大，使得其它的电路十分简单，主要是对PLC的基本辅助，对PLC以及其它电子元件（遥控板以及传感器等）供能，同时对信号进行简单的处理。
继电器使用欧姆龙MY2NJ-24DAC继电器。
电池使用两块T.E.T12M5.0（12,,.0Ah）镍镉蓄电池，充满电后可以连续工作超过5个小时。
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