道路清障小车的结构设计张涛然1 陈小军2 晁晓洁1 1.重庆邮电大学移通学院 重庆合川 401520;2.重庆千能实业有限公司 重庆开县 405401 摘 要：设计了一种应对现代多情况路面的排障遥控概念车，通过模拟动态分析得出数据，并对清障车进行改进。通过对原有清障车的结构进行分析和研究，增加了一条机械臂，这样大大提高了其清障能力，并实现了远程操控。本设计是一个多元化的道路清障车，实现了机械臂和履带的结合，能在事故发生的地点恢复道路通畅，并对履带式机器人的局部作了具体分析。 关键词：履带车；机械臂；UG；控制 1 道路清障小车的现实意义机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序。它的任务是协助或取代人类做一些高强度和高危险的工作。 在生活中一旦遇到像山体滑坡这样的突发情况时，改装后的道路清障小车还可以加一个直倾铲用来清除道路障碍物，道路积水可以用铲子将水土铲开，还可以将道路上的碎石推到两边，从而快速恢复道路畅通。同时，机械手臂还能完成抓取岩石放在道路两边、简化功能搬运货物、抓取货物送到指定地点来帮助人类减少负重等。 机械手臂上的爪子可以根据实际需求改换成其他形状，来实现相应的指令。同时，将机械小车的构件材料更换成不同的材质，可代替人类去到高危险工作区，如地震清障。 由于汽车在道路上行驶时，故障和事故是不可避免的，特别是在高等级公路上，这种现象时有发生，此时道路清障车可以迅速地将故障车和事故车及时地拖离现场，从而确保了道路的畅通无阻。 2 道路清障小车的运动原理2.1 履带车 履带式行走装置的作用是：支撑车身，与地面接触并在地面上运动；将来自发动机的扭矩转化为小车行驶的牵引力；缓冲路面冲击，减震。 履带式行走装置主要由、托链轮、引导轮、张紧装置及履带组成。 行驶原理：发动机经输出功经传动机构到达驱动轮，转变为扭矩。驱动轮转动，上面的轮齿和履带齿相互啮合将履带不断向前铺设，导向轮、支重轮沿铺设的履带不断向前滚动从而使车体向前移动。 履带收到驱动轮传达的力矩Mq，履带内部张力T，履带张紧，履带受到向后的作用力，履带所接触的土壤受到剪切而发生剪切形变，进而导致履带发生滑转。同时，由于力的相互作用，土壤对履带产生水平反力Fq，作为驱动力。当驱动力大于行走阻力时，支重轮就会在履带上向前滚动，从而使车体发生位移。 2.2 机械手 本次设计的机械手臂为五个自由度关节型，关节实时性，通过UART串口通信接收上位机的控制命令，并实时采集调节工作状态。 手部安装与手臂前端是用来抓持工件的部件。根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种形式结构。如夹持型、托持型和吸附型等，它模仿人类的手指，分为无关节型、固定关节型和自由关节型3种，手指的数量可分为二指、三指、四指等，本次设计的采用二指形手抓。 手部上舵机链接部分有小齿轮，小齿轮与同轴齿轮大齿轮啮合传动并起到减速增力的作用。 3 道路清障小车的机械结构及控制方式整个机器人系统分为几个部分，机械臂，履带底盘，和清障铲。其中机械臂和履带底盘均通过上位机无线通讯模块来实现控制。 整个系统流程：通过控制端来控制机器达到预计的地方，然后利用控制端指挥机械臂实现旋转，抓取指定物到指定方位。 3.1 机械手臂 机械手臂选择并采用了2mm厚铝合金支架，强度更大，采用杯式轴承，使转向更加灵活，而6个自由度的机械臂，加大了机械臂的机动性和活动范围，并且使用常规标准零件更容易更换。  总装图 3.2 履带底盘 采用履带底盘使车不打滑，且重量足够不会发生偏倒。而且能够是清障小车适应多地形。在作品上，我们从灵活度、成本、通用性上考虑，力求底盘结构上实现机器人的回转半径小，移动平稳；在机械臂上实现灵活度高和可达空间广阔等优点。 3.3 控制方式 此次设计采用16路舵机控制器用蓝牙模块实现控制。控制命令可以从手机软件蓝牙模块输入，或从电脑PC端进行控制。 3.4 总装图 清障小车在以上基础上加入了前铲的多元构思，使道路清障车更名副其实，在我们的设想中不仅可以使用机械臂搬运物体，还可以使用前铲推开道路上的阻碍，是道路达到通顺。总装配图如图所示。 4 应用环境清障小车可以应用多个领域，比如在山体滑坡阻挡的交通道路时候、路面积水积雪情况、货运码头、地震救险等等。缩小版清障小车还可以应用于家务，帮人类分担重物。当然，将车子结构改变：机械手臂的爪子改为切削刀盘，以实现全面的切削开挖，将履带车前面的铲子改为螺旋钻头，可实现挖洞的功能。 参考文献： [1]濮良贵.机械设计(第九版).高等教育出版社,2013. [2]孙玉莲.工程制图.中国建材工业出版社,2012. [3]王艳秋.自动控制理论.清华大学出版社,2013. [4]王玮.单片机原理及其应用.西安电子科技大学出版社,2012. [5]展迪优.UG8.0机械设计教程.机械工业出版社,2013. [6]廖念钊.互换性与技术测量.中国质检出版社,2012. 作者简介：张涛然 (1984-)，男，重庆邮电大学移通学院讲师。 |
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