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隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，光機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。光機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械技術(shù)、光電技術(shù)、電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等群體技術(shù)的綜合運(yùn)用。光機(jī)電一體化技術(shù)涉及機(jī)械制造、交通、家電、儀器儀表、醫(yī)療、玩具娛樂(lè)等眾多行業(yè)，在工業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著重要的地位。信息、生物、空間、海洋、新材料、新能源等高科技領(lǐng)域，國(guó)防裝備的信息化、現(xiàn)代化及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造都離不開(kāi)光機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。
光機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展迅速，其中各項(xiàng)技術(shù)正從原來(lái)的技術(shù)體系分離出來(lái)，具有較強(qiáng)的系統(tǒng)特色和相對(duì)獨(dú)立的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。隨著微電子技術(shù)和微系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，光機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。機(jī)電產(chǎn)品和光機(jī)電產(chǎn)品成為家電、醫(yī)療器材、玩具等產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)品；光機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)于工業(yè)設(shè)備改造、提高制造裝備精度和效率起到了重要的作用；光機(jī)電一體化技術(shù)在航空航天、國(guó)防、智能機(jī)器人研制等凸現(xiàn)國(guó)家綜合實(shí)力的科研領(lǐng)域中更是地位突出。
《光機(jī)電一體化系統(tǒng)常用機(jī)構(gòu)》一書包括光機(jī)電一體化系統(tǒng)常用機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論、基本構(gòu)成、機(jī)構(gòu)特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)、典型案例和應(yīng)用特性等，其中，既以數(shù)控機(jī)床、加工中心、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、工具顯微鏡、工業(yè)機(jī)器人、激光打印機(jī)等經(jīng)典光機(jī)電一體化產(chǎn)品的常用機(jī)構(gòu)為例，系統(tǒng)介紹了這些產(chǎn)品所含機(jī)構(gòu)的組成特性和應(yīng)用特點(diǎn)，又以激光切割機(jī)、光電經(jīng)緯儀、車輪和履帶式機(jī)器人、仿生機(jī)器人、CT掃描機(jī)、光盤驅(qū)動(dòng)器等新興光機(jī)電一體化裝置的實(shí)用機(jī)構(gòu)為例，詳細(xì)分析了這些裝置所含機(jī)構(gòu)的組成特性和應(yīng)用特點(diǎn)，并展示了光機(jī)電一體化系統(tǒng)常用機(jī)構(gòu)的新技術(shù)和新成果。
1. 形狀可變履帶機(jī)器人
所謂形狀可變履帶機(jī)器人，是指該機(jī)器人所用履帶的構(gòu)形可以根據(jù)地形條件和作業(yè)要求進(jìn)行適當(dāng)變化。圖8-44所示為一種形狀可變履帶機(jī)器人的外形示意圖。該機(jī)器人的主體部分是兩條形狀可變的履帶，分別由兩個(gè)主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)兩條履帶的速度相同時(shí)，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)前進(jìn)或后退移動(dòng)；當(dāng)兩條履帶的速度不同時(shí)，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)主臂桿繞履帶架上的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)履帶的不同構(gòu)形，以適應(yīng)不同的運(yùn)動(dòng)和作業(yè)環(huán)境（見(jiàn)圖8-45）。
圖8-46所示為變形履帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。主電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)，使履帶轉(zhuǎn)動(dòng)。主臂電動(dòng)機(jī)通過(guò)與電動(dòng)機(jī)同軸的小齒輪與齒輪1嚙合，一方面帶動(dòng)主臂桿轉(zhuǎn)動(dòng)；另一方面通過(guò)齒輪2、齒輪3和齒輪4的嚙合，帶動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)；鏈輪通過(guò)鏈條進(jìn)一步使安裝行星輪的曲柄回轉(zhuǎn)。因?yàn)辇X輪1和4，齒輪2和3的齒數(shù)分別相同，因此齒輪1和齒輪4的轉(zhuǎn)速一致，而方向相反。加上鏈條兩端的鏈輪齒數(shù)相等，使得主臂電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，主臂桿轉(zhuǎn)過(guò)的角度與曲柄的絕對(duì)轉(zhuǎn)角大小相等、方向相反。
圖8-47為行星輪輪心軌跡計(jì)算圖，由圖可以導(dǎo)出該行星輪輪心P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡滿足下式：
(84)
顯然，式(8-4)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)橢圓方程，這說(shuō)明該機(jī)器人的履帶在任何形狀時(shí)都能保持松緊程度不發(fā)生變化。
2. 位置可變履帶機(jī)器人
所謂位置可變履帶機(jī)器人，是指履帶相對(duì)于車體的位置可以發(fā)生變化的履帶式機(jī)器人。這種位置的改變既可以是一個(gè)自由度的，也可以是兩個(gè)自由度的。圖8-48所示為一種二自由度變位履帶機(jī)器人，各履帶能夠繞車體的水平軸線和垂直軸線偏轉(zhuǎn)，從而改變機(jī)器人的整體構(gòu)形。
圖8-49為上述變位履帶機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。由圖8-49a可知，當(dāng)A軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)一對(duì)錐齒輪的嚙合，將運(yùn)動(dòng)傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，從而帶動(dòng)履帶運(yùn)動(dòng)；當(dāng)B軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)另一對(duì)錐齒輪的嚙合，帶動(dòng)與履帶架相連的曲柄，使履帶繞主動(dòng)軸軸線回轉(zhuǎn)變位；當(dāng)C軸傳動(dòng)時(shí)，履帶連同其安裝架一起繞C軸線相對(duì)于車體轉(zhuǎn)動(dòng)，改變其位置。A、B、C三軸由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，通過(guò)切換A、B、C三個(gè)離合器，使之實(shí)現(xiàn)不同的傳動(dòng)路線，具體情況參見(jiàn)圖8-49b。
變位履帶機(jī)器人集履帶式機(jī)器人和全方位輪式機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)于一身。當(dāng)其履帶沿一個(gè)自由度方向變位時(shí)，可用于攀爬階梯和跨越溝渠（見(jiàn)圖8-50）；當(dāng)其履帶沿另一個(gè)自由度方向變位時(shí)，可實(shí)現(xiàn)車體的全方位行走方式（見(jiàn)圖8-51）。
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