面向仓储智能化的有轨攀爬机器人的设计文献综述

 2023-08-03 15:30:21

文献综述(或调研报告):

移动机器人结构设计:

双轮对称式移动机器人同样有自平衡差的问题,但其体型小,更灵活,相对于自行车式移动机器人,它的最小转弯半径可以低至0m,极大提高了其面对不同路况下的适应能力,在任何平坦的路面上都能工作。美国发明家DeanKamen设计了一种采用电机驱动的两轮交通 工具“Segway”,利用陀螺仪和加速度传感器来检测车体姿态的变化,并通过伺服控制系统来精确地驱动电机进行相应的调整,实现整个系统的动态平衡[1]。它的结构简单,运动灵活,通过控制两轮电机的PWM输出实现差速转向,可完成全向零半径的运动。

由于三点决定一个面,三轮移动机器人[2]的平稳性比单、双轮式的好。三轮式机器人常采用1个中心前轮,2个对称分布的后轮,呈简单的等腰三角状,这种布局最为稳定。而四轮式的机器人最为常见,结构设计、驱动系统和控制系统都最为容易实现。三轮及四轮的机器人结构稳定,其承载能力较单、双轮式有了很大的提高。但是三轮及四轮式的机器人在坑洼的路面上移动会很颠簸。三轮及四轮式的机器人适合在负载要求大、移速要求高,但路面较平整的情况下工作,其应用范围最为广泛。

四轮AGV由于其在粗糙地面上的更好的载荷分布和稳定性,以及由于其驱动冗余和更多的驱动冗余因此在工业应用越来越受青睐。阿克曼[3]和双驱动器都有转向前轮和非转向后轮。在阿克曼AGV中,两个前轮是驱动的,而在双驱动模型中,后轮是驱动的。

在当前机械领域中,齿轮传动是使用最多、应用最广泛的传动机构之一。齿轮传动具有传递精确、平稳性好、结构紧凑、传动效率高、瞬时传动比恒定、传动比大,以及使用寿命长等优点[4]。由于齿轮副实际生产加工和装配存在一定误差,齿轮啮合受力产生变形,使得齿轮的性能和使用寿命降低。齿轮修形可以提高齿轮啮合性,减少啮合冲击,有效改善载荷分布,提高齿轮的使用寿命和承载极限,降低工作噪声。齿轮修形优化过程非常复杂,需要经验丰富的设计者进行大量计算。

高速重载齿轮[5]时常会受到加速度大、冲击载荷大、启动、制动等的影响。因此,为保证运行的安全性和可靠性,齿轮弯曲强度的安全系数应高于接触强度的安全系数。齿轮的主要失效形式主要有:轮齿折断、齿面磨损、齿面胶合、齿面点蚀、塑性变形等。由此可见,高速重载齿轮的设计必须保证齿轮在整个工作寿命期间不失效,由于目前还没有建立起工程实际中行之有效的设计方法和设计数据,目前按照保证齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度两个准则来设计齿轮。

从外面看,Kiva机器人[6]外壳的每一侧都有红外传感阵列,以及气动保险杠,用于检测和缓冲碰撞。外壳上还有充电接口和一系列状态指示灯。每一台Kiva机器人有三个独立的自由度:两个驱动轮,加上一个用于起重的旋转电机。起重电机转动时,两个驱动轮反方向旋转,结果是托盘相对于地面没有旋转,只在滚珠丝杠的作用下升高。相比于传统的大负载直线驱动方案比如液压、剪式升降台,Kiva的这种利用轮子的结构显然更加简单可靠。

转向器[7]主要零件有小齿轮、齿条、外壳、转向传动轴等。转向传动轴下部是布置的齿轮,与齿条进行啮合传动。当方向盘转动的时候,力矩经转向轴带动小齿轮做回转运动,在通过齿条把运动转成沿切向的直线运动,进而带动转向节横转和横拉杆往复运动,以实现汽车的转向运动。

对于整个滑移门结构[8]而言,其总共有上、中、下3个导轨,并且每个导轨都具有各自的作用。上导轨的作用就是承受向外的力,避免侧门在力的作用下向外侧滑动;中导轨由于位置比较特殊,会承受向下和向外两个方向的力;下导轨承受力的方向主要有两个,即向下和向内。

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