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同步轮、同步带
• 同步轮是一种特殊的齿轮，它与同步带配合 使用。作为力的传动，同步轮上的齿形、齿 距等参数必须和使用同步带严格一致。经同 步带连动的两个轴的转动参数则完全同步。 当需要多个零件动作完全一致地同步进行时， 应采用同步带机构。同步带机构必须利用配 套的齿形带轮和同步带。
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皮带轮和皮带
用的一种齿轮，呈圆柱形，轮齿均匀分布于 外圆柱面，轮齿面垂直于轴，轮齿平行于轴 线。
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• 斜齿轮：斜齿轮也呈圆柱状，轮齿和轴线成 一定角度。相对直齿轮，斜齿轮传动更安静， 可以传递更大载荷，承受最高转速。
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• 蜗轮：蜗轮由蜗杆和蜗轮两部分组成，可以视为用 两个斜齿轮以适当角度配对传动。
• 其中蜗杆样子像螺栓，轮齿具有很小的螺旋角。蜗 杆的从动轮使用斜齿轮或直齿轮。
• 通过传动皮带，将2个皮带轮相连，在改变 转速情况下进行动力传送。轮的主要参数有 轮的外径以及轮上的皮带槽。常见的有矩形、 半圆、梯形几种，皮带槽的形状则根据传送 带的形状来决定。机器人竞赛常先选用合适 的传送带，再决定皮带轮的加工。
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轴承
• 为减少摩擦力，提高机械效率，轴承是常采 用的部件。机器人竞赛中使用的是微型轴承， 轴承内径为4～6ram，外径为13～20ram。 轴承加装单盖或双盖，以防止灰尘进入。轴 承内径中的轴以及外径安装孑L都要精确加 工成紧配合。对微型轴承的安装过程，要特 别小心，防止其变形或损坏。
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2.3常用机械结构
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变速机构
• 我们知道的移动机器人，多数以电机驱动， 但电机速度一般每分钟近6000转。速度虽然 很高，但电机输出转动力矩却很小，无法驱 动机器人移动。为了增加驱动力，就要使用 减速机构，进行速度和力矩变换。
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履带
• 使用履带也是竞赛机器人常用的移动方式之 一。它比车轮移动惯性小，容易控制，但速 度比轮式低。履带移动机构比较复杂，自制 困难，加工造价高，一般从玩具厂选择合适 的尺寸，购买全套部件装配使用，或者直接 购买履带式玩具加以改装。使用宽的同步带 进行再加工，也可充当履带使用。
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连轴器
• 顾名思义，连轴器的功能就是将主动轴和从 动轴连接起来，从而使驱动轴随主动轴转动。 连轴器有刚性连轴器和弹性连轴器两类，每 类又有两端相同轴径和不同轴径之分。刚性 连轴器要求在安装中，主动轴要和驱动轴完ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ全同心转动，否则因受力不平衡等原因，极 易造成相连部件的损坏。
第2章机器人机械
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2.1机械设计原则
• 任何动作的设计，最终都要通过机械去完成 • 因此：机械部分才是机器人设计中最关键的
部分 • 设计原则：以简单为第一准则。在设计的全
过程中，要时刻贯穿尽量使用最简单、明了、 直接的结构去实现所需要功能的设计理念。
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2.2常用机械零件
• 齿轮 • 直齿轮：直齿轮是机器人制作结构中最常使
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• 行星齿轮：行星齿轮其实是直齿轮的组合， 主要用于承载能力很强而空间却有限的场合， 例如直流电机的变速箱部分。
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齿条
• 齿条是在一个矩形长条上，所有齿平行排列 成直线的机械零件。它可以固定带有小齿轮 轴转动的部件，即可以将旋转运动转换成直 线运动；或者固定齿条部分，当小齿轮转动 时，带有小齿轮的部件则会在齿条上产生平 行移动。
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万向轮
• 使用两轮驱动的机器人，常将两驱动轮作为 主动轮安装在后部两侧，而在前部正中央位 置安装一个万向轮，主要用以支撑。万向轮 在受力情况下可向任意方向转动，将机器人 设计成带有一个万向轮的三轮结构，可以减 小转弯半径。由于前部万向轮的灵活性，机 器人可以按要求实现运动控制。
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链条
• 链条是一种很好的传动带，最常见到是自行 车和摩托车上的传动链条。它不易打滑，传 动可靠，传动承载力较强。可选用摩托车体 内部使用的小型链条，在摩托车维修店就可 购到。一般是一条链，两个配对链轮，价格 便宜，质量好。链条的尺寸可以根据需要加 长或减短，链条两端的链轮在安装时应在同 一平面上，这样，链条在同一直线上传动效 率高，不易滑脱。同时，安装的链条要松紧 适度。
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轴
• 机器人结构中常使用各种直径的轴。由于轴 相对比较细长，加工困难，价格又高，因此 可在金属构件店购买各种直径的轴销来代替， 效果很好。直径分别为3ram、4mm、5ram、 6ram、8ram、l0mm的轴销都能购买到，可 用钢锯或其他方法加工成合适的长度来使用。
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螺杆
• 螺杆也是机器人装配中常用到的，在家庭装 潢商店可以购买到吊顶用的直径为6～8mm 的螺杆。在金属构件商店，还可以买到不锈 钢或黄铜螺杆。对于所需螺杆的长度小于 l00mm的情况，可直接购买长螺丝钉来代替。
• 蜗轮工作安静，可以获得极高的减速比，并具有自 锁功能。
• 自锁功能意味着当没有功率输入的时候，蜗轮依然 能够保持在原位置，不会因重力或其他原因出现反 向移动。
• 对于机器人竞赛来说，在某些情况下，特别需要自 锁功能。蜗杆和从动蜗轮分别在垂直平面和水平平 面上转动，可作垂直方向转动。
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• 锥齿轮：又称伞齿轮，其外形呈圆锥状。它 的轮齿可以是直齿，并和旋转方向垂直。也 有少量伞齿轮的轮齿是弯曲的。伞齿轮可承 载的能力比较大，而且和蜗轮一样，可以作 垂直方向旋转力转动。
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车轮
• 目前，竞赛机器人大多采用轮式或履带式移动机构，少数双 足机器人也并非真正意义上的双足。
• 机器人移动使用的车轮，一般由硬铝加工而成，车轮的直径 根据机器人底盘离地的要求并参考移动速度而定。直径小， 底盘距地近，重心低，稳定性较好。一般选择车轮的直径为 60～80mm。加工要求同心度高；对于车轮中心的轴孑L，要 求最好外嵌大于l0mm厚的黄铜外套。轴套上等分钻三个紧固 孔，孔内壁攻M3或M4螺纹，以便将动力轴固定在车轮外。 为增大机器人移动时与地面间的摩擦力，防止打滑，要将车 轮外圈加工成矩形槽，以橡胶等摩擦力大的物质包裹在车轮 外圈。比较简单可行的方法之一，是选择合适内径的橡胶密 封圈紧紧套在车轮的矩形槽内。因此，车轮的最终尺寸要和 能得到的橡胶密封圈型号与内径相吻合。密封圈可在橡塑商 店内买到。