应该怎样给机器人选择轮子？

应该怎样给机器人选择轮子？

2 车轮的选择

选择车轮需要考虑多种因素，如机器人的尺寸、重量、地

形状况、电机功率等等，当然 ，也需要考虑到美观。

2．1车轮重量与类型的关系

一

般来说，机器人越重，要求车轮和履带的结构越坚固。

小于2磅的轻型机器人，可以使用软性泡沫塑料车轮。

由于机器人的重量轻，软性材料的变形还不至于太严重，而且

能在摩擦力很小时工作良好。超过 2磅的机器人，需要选用

质地更为坚硬的材料做车轮，不充气的中空橡胶轮胎能够在

6—10磅下工作。超过 l0磅，就要考虑实心橡胶轮胎或者充

气轮胎。而类似割草机的车轮，不管是实心的还是充气的，在

机器人的重量接近 40磅的场合都可以成为选择的方案。机

器人超过40磅时，可以考虑试用诸如小型机车轮、手推车轮，

或者其他相似的高效率的充气轮胎。

以上是一般性的建议 ，在某些特殊工作场合会有例外，比

如通过增加静摩擦或滚动摩擦来换取更好的牵引效果，而又

不太在意磨损的应用场合。如果轻型机器人驱动电机的功率

较小 ，便可以使用硬橡胶轮胎以减少滚动摩擦。还有另一种

例外，就是有意让轮子和标准铅垂面之间形成一个角度，这个

措施能削弱机器人由于电机未被妥善紧固而造成的偏离行进

方向的倾向。为此轮胎的质地需要更为坚硬，因为此时只是

借助轮胎的某个侧面来运动，而非整个底面。机器人运动时，

需要考虑轮胎材料以及轮胎受到的压力和拉力。

2．2地形条件与车轮材料

首先观察一下在不同路面上移动时汽车和自行车的车

轮。路面平整时常使用充气轮胎，这时轮胎不会发生严重变

形。而驾车外出或在山路上骑车时应减少轮胎的充气量。一

般来说，在光滑表面使用坚硬的或充气很足的轮胎，在崎岖路

面使用扁平的软性轮胎以便获得在不确定路面下良好的牵引

效果。对机器人来说选用轮胎的方法与此类似，可以概括为

高摩擦表面使用低摩擦性能的轮胎，低摩擦表面使用高摩擦

性能的轮胎。

在崎岖的路面，车轮需要更具有附着力的轮胎面，它更能

适应地形增加摩擦力。路面光滑时，使用光滑的胎面以增加

车轮与路面间的接触面积。但如果在光滑的路面上有碎屑和

尘土，就需要在轮胎上做出一些特殊的纹路，以增加对运动表

面的压力，降低尘土对车轮的影响。路面潮湿时也要求轮胎

上有凹槽，这样既有利于排水又可以增加摩擦力，或者说对地

面的附着力。

有些材料在不同路面上使用时性能的差别很大，一定要

仔细选择。往往需要进行试验，以找到能满足路面条件要求

的最合适的材料。在同样的路面使用不同的轮胎也会表现出

不一样的性能。例如沙地，接触面狭窄时，牵引力很小；接触

面积很大时它却能获得高的牵引力。因此在沙地上运动时，

应该使用宽轮胎，因为窄轮胎会陷进去。但是宽轮胎摩擦系

数更高，需要更多能量来驱动它。为了在这对矛盾中寻求最

优解就需要进行试验，以获得轮胎宽度的合适范围。

设计管道机械人小车，如何考虑电机与齿轮？谢谢！

注意以下两点：

(1＞如果电动机功率选得过小．就会出现“小马拉大车”现象，造成电动机长期过载．使其绝缘因发热而损坏．甚至电动机被烧毁。

(2)如果电动机功率选得过大．就会出现“大马拉小车”现象．其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高(见表)，不但对用户和电网不利。而且还会造成电能浪

费。 要正确选择电动机的功率，必须经过以下计算或比较：

(1)对于恒定负载连续工作方式，如果知道负载的功率(即生产机械轴上的功率)Pl(kw)．可按下式计算所需电动机的功率P(kw)：

P=P1/n1n2

式中 n1为生产机械的效率；n2为电动机的效率。即传动效率。按上式求出的功率，不一定与产品功率相同。因此．所选电动机的额定功率应等于或稍大于计算所得的功率。

例：某生产机械的功率为3．95kw．机械效率为70％、如果选用效率为0．8的电动机，试求该电动机的功率应为多少kw?

解:P=P1/ n1n2=3.95/0.7*0.8=7.1kw

由于没有7．1kw这—规格．所以选用7．5kw的电动机。

(2)短时工作定额的电动机．与功率相同的连续工作定额的电动机相比．最大转矩大，重量小，价格低。因此，在条件许可时，应尽量选用短时工作定额的电动机。

(3)对于断续工作定额的电动机，其功率的选择、要根据

负载持续率的大小，选用专门用于断续运行方式的电动机。负载持续串Fs％的计算公式为

FS％＝tg/(tg+to)×100％

式中 tg为工作时间，t。为停止时间min；tg十to为工作周期时间min。

此外．也可用类比法来选择电动机的功率。所谓类比法。就是与类似生产机械所用电动机的功率进行对比。具体做法是：了解本单位或附近其他单位的类似生产机械使用多大功

率的电动机，然后选用相近功率的电动机进行试车。试车的目的是验证所选电动机与生产机械是否匹配。验证的方法是：使电动机带动生产机械运转，用钳形电流表测量电动机的工作

电流，将测得的电流与该电动机铭牌上标出的额定电流进行对比。如果电功机的实际工作电流与铭脾上标出的额定电流上下相差不大．则表明所选电动机的功率合适。如果电动机的实际工作电流比铭牌上标出的额定电流低70％左右．则表明电动机的功率选得过大(即“大马拉小车”应调换功率较小的电动机。如果测得的电动机工作电流比铭牌上标出的

额定电流大40％以上．则表明电动机的功率选得过小(即小马拉大车)，应调换功率较大的电动机.表:

负载情况 空载 1/4负载 1/2负载 3/4负载 满载

功率因数 0.2 0.5 0.77 0.85 0.89

效率 0 0.78 0.85 0.88 0.895