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毕业设计（论文）

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毕业设计（论文）报告

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工业机器人行走装置设计制作及仿真

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工业机器人行走装置设计制作及仿真

摘要：本文针对工业机器人行走装置的设计与制作，首先对当前工业机器人行走装置的研究现状进行了综述，分析了现有技术的优缺点。在此基础上，提出了一种新型的工业机器人行走装置设计方案，并对该方案进行了详细的介绍。通过有限元分析、仿真实验和实际测试，验证了该方案的有效性和可行性。最后，对工业机器人行走装置的未来发展趋势进行了展望。本文的研究成果对于推动工业机器人技术的发展具有重要意义。

随着工业自动化程度的不断提高，工业机器人在各个领域的应用越来越广泛。行走装置作为工业机器人的重要组成部分，其性能直接影响着机器人的作业效率和工作稳定性。近年来，国内外学者对工业机器人行走装置的研究取得了显著成果，但仍然存在一些问题，如行走装置的稳定性、适应性和能耗等。本文针对这些问题，提出了一种新型的工业机器人行走装置设计方案，并通过仿真实验和实际测试进行了验证。

一、工业机器人行走装置概述

1.1行走装置的组成及功能

(1)行走装置是工业机器人实现地面移动的关键组成部分，它由多个子系统构成，包括驱动系统、支撑系统、导向系统和控制系统等。驱动系统通常由电机和减速器组成，负责为行走装置提供动力。例如，某型号工业机器人的行走装置采用交流伺服电机作为驱动单元，电机功率为3kW，扭矩为20Nm，能够满足机器人在不同工作环境下的行走需求。支撑系统则是行走装置的骨架，由框架、轮组和轴等构成，它不仅支撑着整个装置的重量，还直接影响机器人的稳定性和承载能力。如某款重型工业机器人的行走装置框架采用高强度铝合金材料，轮组选用耐磨橡胶，确保了机器人在恶劣地面条件下的稳定运行。

(2)导向系统的作用是保证工业机器人在行走过程中保持正确的方向，防止偏离预定路径。常见的导向方式有轮式导向、履带导向和万向导向等。轮式导向通过设置导向轮来引导机器人的运动方向，如某型号小型工业机器人采用直径为150mm的导向轮，使得机器人在直线行走时的偏差小于1%。履带导向则适用于地形复杂的场合，如某型越野工业机器人，其行走装置采用双履带设计，履带宽度为300mm，能够有效适应崎岖不平的地面。万向导向系统则允许机器人在一定范围内自由转向，如某型多关节工业机器人的行走装置采用万向节连接方式，使得机器人在转向时更加灵活。

(3)控制系统是行走装置的大脑，它负责接收来自传感器、操作台或其他控制单元的信号，然后根据预设的程序和算法控制行走装置的运动。控制系统通常包括微处理器、传感器、执行器和通信模块等。例如，某型号工业机器人的行走装置控制系统采用32位ARM处理器，具有实时性高、响应速度快的特点。传感器部分包括速度传感器、角度传感器和压力传感器等，用于实时监测行走装置的运行状态。执行器则包括驱动电机、制动器和转向机构等，负责根据控制系统的指令执行具体的动作。此外，控制系统还需具备远程通信功能，以便与上位机或其他设备进行数据交换，实现远程监控和控制。

1.2行走装置的分类及特点

(1)工业机器人行走装置根据其结构和功能的不同，主要分为轮式行走装置、履带式行走装置和混合式行走装置三大类。轮式行走装置以其结构简单、转向灵活和适应性强等特点，广泛应用于轻型工业机器人。例如，某型号物流搬运机器人采用四个轮式行走装置，每个轮子的直径为200mm，使得机器人在平地上的行走速度可达1.5米/秒，转向半径小于0.5米。

(2)履带式行走装置适用于重载和复杂地形的工业机器人，它具有较好的牵引力和稳定性。履带式行走装置的特点是重量分布均匀，能够有效降低对地面的压强，减少地面磨损。以某型号矿用工业机器人为例，其行走装置采用两排履带，履带总宽度为1.2米，最大承载能力可达10吨，行走速度为0.5米/秒，适用于矿山等恶劣环境。

(3)混合式行走装置结合了轮式和履带式行走装置的优点，既具有轮式行走装置的灵活性和适应性强，又具备履带式行走装置的承载能力和稳定性。这类行走装置在重载和复杂地形环境中表现出色。例如，某型号消防机器人采用混合式行走装置，前部为两个直径300mm的轮式行走装置，后部为两条履带，总宽度为1米，最大承载能力达5吨，行走速度可达1米/秒，适用于火灾现场的复杂地形。此外，混合式行走装置还能够根据不同的工作环境切换行走模式，如平地行走时使用轮式，斜坡或复杂地形时切换为履带式。

1.3行走装置的研究现状

(1)近年来，随着工业自动化和智能化程度的不断提高，工业机器人行走装置的研究取得了显著进展。在驱动技术方面，研究者们致力于提高电机效率和降低能耗，如采用永磁同步电机和高效减速