机构的结构分析和综合

爬楼越障机器人机构分析与综合研究一、本文概述Overview of this article随着科技的飞速发展和城市建设的日新月异，高楼大厦的维护、救援和侦察等任务对机器人的需求日益增加。

爬楼越障机器人作为一种新型移动机器人，具有在复杂环境中自主导航、越障和爬楼的能力，因此受到了广泛关注。

本文旨在对爬楼越障机器人的机构进行深入的分析与综合研究，以期为该类机器人的设计、优化和应用提供理论支持和实践指导。

With the rapid development of technology and the rapid progress of urban construction, the demand for robots in tasks such as maintenance, rescue, and reconnaissance of high-rise buildings is increasing. As a new type of mobile robot, the obstacle climbing robot has the ability to autonomously navigate, overcome obstacles, and climb buildings in complex environments, thus receiving widespread attention. This article aims to conduct in-depth analysis and comprehensive research on the mechanism of climbing and obstacle crossingrobots, in order to provide theoretical support and practical guidance for the design, optimization, and application of such robots.本文首先介绍了爬楼越障机器人的研究背景和意义，阐述了机器人在高楼维护、救援和侦察等领域的应用价值。

研究机构结构分析和综合的目的如下：(1)研究组成机构的要素及机构具有确定运动的条件，然后判断机构能否运动。

(2) 研究机构的组成原理，并根据结构特点对机构进行分类，以便于对其进行运动分析和力分析。

(3)研究机构运动简图的绘制方法，即研究如何用简单的图形表示机构的结构和运动状态。

(4)研究机构结构综合方法，即研究在满足预期运动及工作条件下，如何综合出机构可能的结构型式及其影响机构运动的结构参数。

一、机构的组成要素(Main Elements of Composing a Mechanism)机构是具有相对运动的构件组合体，是由构件和运动副两个要素组成的。

1.构件(Member)所谓构件是指机器中独立的运动单元。

构件是运动的单元，零件是加工制造的单元。

下图所示齿轮轴构件是由齿轮、轴、键三个零件组成的。

2.运动副(Kinematic Pair)两构件直接接触并能相互产生相对运动而组成的活动联接称为运动副。

两构件参与接触而构成运动副的部分称为运动副元素。

两构件间的运动副所起的作用是限制构件间的相对运动，使相对运动自由度的数目减少，这种限制作用称为约束，而仍具有的相对运动叫做自由度（见下面给出的常用运动副的三维动态图）。

3.运动链(Kinematic Chain )由若干个构件通过运动副联接组成相对可动的构件系统称为运动链。

如果运动链中的各构件构成首末封闭的系统则称为闭式链(如图2-3a)，否则称为开式链(如图2-3b )。

在一般机构中，大多采用闭式链，而机器人机构中大多采用开式链。

图2-3a 图2-3b4.机构(Mechanism)如果运动链中的一个构件固定作为机架时则这种运动链称为机构。

二、运动副的分类(Classification of Kinematic Pairs )1. 根据运动副所引入的约束数分类。

把引入一个约束数的运动副称为I级副，引入两个约束数的运动副称为Ⅱ级副，依此类推。

2. 根据构成运动副的两构件的接触情况进行分类。

第一章 机构的结构分析与运动分析一、 考点提要（一）机构的结构分析1.机器与机构机器具有以下三大本质属性：（1）人为实物的组合体、（2）各实物（称为构件）间具有确定的相对运动，能够传递和变换运动。

（3）能对外完成有用的机械功或实现能量转换。

机器是由机构组成的，机构是具有各自特点的，能传递和变换运动的基本组合体。

机构只具有机器的前两个属性。

（1）从结构、运动方面看，机器、机构无区别,机构是机器的组成单元；机器可以有一个或多个机构组成。

（2）从功能方面看，机器、机构有区别。

机器实现能量转换或作机械功而机构是实现运动、动力的传递。

2.机械从结构和运动的角度看，机构和机器是相同的，一般统称为机械。

3.构件与零件构件是机构中的组成元件也是运动单元，零件是机械中的制造单元；构件是由一个或若干个零件固定连接组合而成的，各个零件间不能再有相对运动。

构件在图形表达上是用规定的最简单的线条或几何图形来表示的．但从运动学的角度看，构件又可视为任意大的平面刚体。

机构中的构件可分为三类：(1) 机架。

用来支承活动构件(运动构件)的构件，作为研宪机构运动时的参考坐标系。

每个机构都必须有机架，但尽管机构中的活动构件可以在多处和机架组成运动副，但每个机构仅有一个机架。

机架并不一定是固定不动的构件，而是我们选做静参考系的构件，在分析机构时看作是不动的。

(2) 原动件(主动件)。

输入运动的构件，也是运动规律已知的活动构件，即作用有驱动力的构件。

每个机构至少有一个原动件。

(3) 从动件。

其余随主动件的运动而运动的活动构件，其中至少有一个是运动输出的构件。

4.运动副运动副是两个构件组成的可动联接。

两构件上能够参加接触而构成运动副的表面称为运动副元素。

运动副是约束运动的，因而一个运动副至少引入一个约束，也至少保留一个自由度。

至于两构件组成运动副后还能产生哪些相对运动，则与运动别的类型有关。

运动副按其接触方式分为高副(点线接触)和低副(面接触)，低副又可按相对运动形式分为转动副和移动副，判断依据是看两构件的相对运动轨迹是直线还是圆弧。