本文由南京工业大学浦江学院大学生科技创新能力培养计划资金资助（编号：pjst2018-17）
摘要：本文从国内外侦察机器人的研究现状展开，依据侦察的基本需求，运用SOLIDWOK软件进行侦察机器人的结构设计，根据设计参数对侦察机器人的零部件进行选型，最后利用3D打印机制作样品。
关键词：移动侦察机器人；3D打印；结构设计
前言
侦察机器人是特种机器人的一种，可以在火场侦察、灾难营救、反恐防爆、军事作业、识别弹药、核设施检查等多种场合下应用[1]。侦察机器人成为“军用机器人”，已是大势所趋。
1.侦察机器人的硬件设计
1.1侦察机器人的结构设计
车架结构：为了实现小型化和保证控制零件能够有足够的位置能够安放，小车的长宽为150×100（单位为mm），加上车架上为放置舵机所留的位置，车架高度为 62.5mm；在中间不影响车轮行走的位置加了个托架的设计，以防控制部件的掉落和接线的垂坠。
行走机构：履带式移动结构的设计包括轮部设计和履带设计[2]。驱动轮的尺寸参照一般的小型智能机器人轮胎的大小，设定直径为 50mm；因为滚子式的结构形式比较复杂，维修和拆卸都比较不方便，所以此次设计运用的结构是整体式履带板，在满足基本性能的要求下，实行小型化设计保证总体行走结构的紧凑性。
侦察载具结构：此次设计的小车使用智能手机作为侦察载具，故需要设计由伺服电机控制转动的支架。使用能在一定范围内伸缩的手机夹，固定在转动支架上来完成这部分的设计。
图1.1整车装配图
1—手机支架 2—舵机支架 3—车身 4—驱动轮 5—驱动电机
1.2零件部件选型
电源：由于机器人需要重复使用且由舵机和电机组成，故对电压与电流值要求较高。锂离子电池能量密度大，平均输出电压高，并且可以循环充放电，不含有毒有害物质。故选用AA型外形、9V-1000mA 锂充电电池。
驱动电机：考虑到功率和尺寸，在侦察机器人工作环境下选用最大功率的电机，保证机器人工作情况的稳定；工作扭矩由各个组件所需之和决定，转化为电机合适功率范围，在此范围里结合实际设计情况选取合适功率的电机，在此选用 TT 马达。
舵机：适用于需要角度不断变化并且可以保持稳定的控制系统，在侦察机器人中用于控制载具的角度变化。在此选用MG996R伺服电机。
侦察载具：采用智能手机作为侦察载具，有多种连接方式：Wi-Fi、蓝牙、USB数据线。
2.3D打印样机
2.1 3D打印材料和工艺的选择
3D打印的材料和具体工艺相关联，一是依据材料进行工艺选择，二是依据所要达到的工艺标准进行材料选择[3]。根据制作样机的功能需求，选用第二种选材方式。因为履带需要一定的弹性和韧性，同时具有一定的承载能力、减震性和抗冲击能力，所以在材料上选择TPU（热塑性聚氨酯弹性体）。除了履带轮，其余部件选用光敏树脂，用足够的精确度、韧性和高强度来保证部件尺寸的稳定性的需求。
不同的打印材料有不同的打印方式，对于 TPU 材料来说，打印工艺有注塑、挤出、吹塑等。在这选择 FDM 成型方式。FDM是熔融挤出成型，一般运用热塑性材料，在喷头内被加热融化以后，通过计算机控制喷头将材料挤出，由下至上逐层叠加，进而实现打印。
2.2 3D打印过程
侦察小车承受整机力量的部分主要是驱动轮，所以设计完成后使用SOLIDWORKS的插件 Simulation 来对驱动轮进行静应力分析，打印的方式是SLA，选用的树脂的性能与材料与ABS PC 的性能相仿，所以将其填入，并将外部载荷设定为5N。打印之后进行各部件组装和控制部分连接后，得到图 2.1 的成型图。
图2.1小车成型图
3.结论
通过实验，验证了基于3D打印的侦察机器人具有一定的工作能力，可满足小幅度越障爬坡，图像采集传输，简单侦察任务等基本性能要求，实现了运动结构和方式的可行性以及控制系统的有效性。
参考文献
[1]刘艳松.小型地面移动侦察机器人设计[D].2012:1-57.
[2]吴哲,马岩,杨春梅,等.简易履带式行走机构的设计及通过性分析[J].林业机械与木工设备,2013,41（12）.
[3]王延庆,沈竞兴,吴海全.3D打印材料应用和研究现状[J].航空材料学报,2016,36（4）:89～98.
作者简介：杨久晓（1999-）,女，江苏宿迁人，南京工业大学浦江学院在读本科生，研究方向 ：轨道交通信号与控制。
论文作者:杨久晓 廖瑶君 丁绅 田钢 施俊杰 吴青阳
论文发表刊物:《知识-力量》2019年11月52期
论文发表时间:2019/11/27
标签：机器人论文; 材料论文; 舵机论文; 结构论文; 履带论文; 电机论文; 南京论文; 《知识-力量》2019年11月52期论文;