履帶式機器人的機構(gòu)特點

　　隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，光機電一體化技術(shù)應(yīng)運而生。光機電一體化技術(shù)是機械技術(shù)、光電技術(shù)、電子技術(shù)以及計算機技術(shù)等群體技術(shù)的綜合運用。光機電一體化技術(shù)涉及機械制造、交通、家電、儀器儀表、醫(yī)療、玩具娛樂等眾多行業(yè)，在工業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展中有著重要的地位。信息、生物、空間、海洋、新材料、新能源等高科技領(lǐng)域，國防裝備的信息化、現(xiàn)代化及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造都離不開光機電一體化技術(shù)的發(fā)展。

　　光機電一體化技術(shù)發(fā)展迅速，其中各項技術(shù)正從原來的技術(shù)體系分離出來，具有較強的系統(tǒng)特色和相對獨立的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。隨著微電子技術(shù)和微系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，光機電一體化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展進入了一個全新的階段。機電產(chǎn)品和光機電產(chǎn)品成為家電、醫(yī)療器材、玩具等產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)品；光機電一體化技術(shù)對于工業(yè)設(shè)備改造、提高制造裝備精度和效率起到了重要的作用；光機電一體化技術(shù)在航空航天、國防、智能機器人研制等凸現(xiàn)國家綜合實力的科研領(lǐng)域中更是地位突出。

　　《光機電一體化系統(tǒng)常用機構(gòu)》一書包括光機電一體化系統(tǒng)常用機構(gòu)的設(shè)計理論、基本構(gòu)成、機構(gòu)特點、關(guān)鍵技術(shù)、典型案例和應(yīng)用特性等，其中，既以數(shù)控機床、加工中心、三坐標測量儀、工具顯微鏡、工業(yè)機器人、激光打印機等經(jīng)典光機電一體化產(chǎn)品的常用機構(gòu)為例，系統(tǒng)介紹了這些產(chǎn)品所含機構(gòu)的組成特性和應(yīng)用特點，又以激光切割機、光電經(jīng)緯儀、車輪和履帶式機器人、仿生機器人、CT掃描機、光盤驅(qū)動器等新興光機電一體化裝置的實用機構(gòu)為例，詳細分析了這些裝置所含機構(gòu)的組成特性和應(yīng)用特點，并展示了光機電一體化系統(tǒng)常用機構(gòu)的新技術(shù)和新成果。

1. 形狀可變履帶機器人

　　所謂形狀可變履帶機器人，是指該機器人所用履帶的構(gòu)形可以根據(jù)地形條件和作業(yè)要求進行適當變化。圖8-44所示為一種形狀可變履帶機器人的外形示意圖。該機器人的主體部分是兩條形狀可變的履帶，分別由兩個主電動機驅(qū)動。當兩條履帶的速度相同時，機器人實現(xiàn)前進或后退移動；當兩條履帶的速度不同時，機器人實現(xiàn)轉(zhuǎn)向運動。當主臂桿繞履帶架上的軸旋轉(zhuǎn)時，帶動行星輪轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)履帶的不同構(gòu)形，以適應(yīng)不同的運動和作業(yè)環(huán)境（見圖8-45）。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　圖8-46所示為變形履帶傳動機構(gòu)示意圖。主電動機帶動驅(qū)動輪運動，使履帶轉(zhuǎn)動。主臂電動機通過與電動機同軸的小齒輪與齒輪1嚙合，一方面帶動主臂桿轉(zhuǎn)動；另一方面通過齒輪2、齒輪3和齒輪4的嚙合，帶動鏈輪旋轉(zhuǎn)；鏈輪通過鏈條進一步使安裝行星輪的曲柄回轉(zhuǎn)。因為齒輪1和4，齒輪2和3的齒數(shù)分別相同，因此齒輪1和齒輪4的轉(zhuǎn)速一致，而方向相反。加上鏈條兩端的鏈輪齒數(shù)相等，使得主臂電動機工作時，主臂桿轉(zhuǎn)過的角度與曲柄的絕對轉(zhuǎn)角大小相等、方向相反。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　圖8-47為行星輪輪心軌跡計算圖，由圖可以導(dǎo)出該行星輪輪心P點的運動軌跡滿足下式：
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　　顯然，式(8-4)是一個標準橢圓方程，這說明該機器人的履帶在任何形狀時都能保持松緊程度不發(fā)生變化。

2. 位置可變履帶機器人

　　所謂位置可變履帶機器人，是指履帶相對于車體的位置可以發(fā)生變化的履帶式機器人。這種位置的改變既可以是一個自由度的，也可以是兩個自由度的。圖8-48所示為一種二自由度變位履帶機器人，各履帶能夠繞車體的水平軸線和垂直軸線偏轉(zhuǎn)，從而改變機器人的整體構(gòu)形。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　圖8-49為上述變位履帶機器人傳動機構(gòu)示意圖。由圖8-49a可知，當A軸轉(zhuǎn)動時，通過一對錐齒輪的嚙合，將運動傳遞給驅(qū)動輪，從而帶動履帶運動；當B軸轉(zhuǎn)動時，通過另一對錐齒輪的嚙合，帶動與履帶架相連的曲柄，使履帶繞主動軸軸線回轉(zhuǎn)變位；當C軸傳動時，履帶連同其安裝架一起繞C軸線相對于車體轉(zhuǎn)動，改變其位置。A、B、C三軸由一臺電動機帶動，通過切換A、B、C三個離合器，使之實現(xiàn)不同的傳動路線，具體情況參見圖8-49b。

　　　　    　　
　　變位履帶機器人集履帶式機器人和全方位輪式機器人的優(yōu)點于一身。當其履帶沿一個自由度方向變位時，可用于攀爬階梯和跨越溝渠（見圖8-50）；當其履帶沿另一個自由度方向變位時，可實現(xiàn)車體的全方位行走方式（見圖8-51）。