喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 寧XX大學 畢業(yè)設計(論文) L300MM智能機器小車設計 所在學院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指導老師 年 月 日 摘 要 現(xiàn)代工業(yè)機器人是由目標機體，控制器系統(tǒng)，傳感裝置和控制系統(tǒng)及伺服功率控制系統(tǒng)部件，是人的行動，自動化，多程序設計中，每個在三維空間中模仿可以完成機電設備類型每一項工作。工業(yè)機器人，以提高和保證產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新中起著非常重要的作用。工業(yè)機器人技術結合了多學科的知識。包括機構，計算機，控制論，信息和傳感技術，人工智能，仿生學。它是現(xiàn)代非?；钴S，非常廣泛的應用的領域。 機器人具有許多人類不具備的功能，包括快速分析環(huán)境的能力;抗干擾能力強，可以長時間，高精密工作的工作。你可以說，機器人是工業(yè)進步的產物，它也扮演著在今天的行業(yè)至關重要的作用。如今，機器人產業(yè)已成為工業(yè)國家在世界的關注。 隨著機器人技術的飛速發(fā)展，應用工業(yè)機器人的應用范圍不斷擴大，新的要求，以提高教學機器人的教育水平，我們開發(fā)了一套實驗教學機器人演示系統(tǒng)的目的。 本文介紹的發(fā)展歷史，機器人的應用在國內外，其很大的優(yōu)勢，提出了具體的機器人設計要求和總體方案設計的不同程度的具體結構設計，計算的自由和行為; 在分析了目前國內外智能移動機器人技術研究現(xiàn)狀的基礎上，本文設計了一種新的汽車設計L300MM智能機，雙電機通過幾個簡單的驅動機構驅動，使機器人能夠在一個方向的步態(tài)可以實現(xiàn)。在與車輪的運動相結合，機器人不僅具有一般的輪式機器人動作快，簡單的控制功能，而且還具有良好的功能障礙。在本文中，這種新型的移動機器人障礙的功能進行了分析，該機構確實走運動學分析。設計每個組件的結構，以確定每個車輪的要求驅動轉矩，基于簡化車輪接觸上建立的機器人的準靜態(tài)模型的關系的地面，準靜態(tài)分析以獲得在步態(tài)狀況每個機器人用武力成員。 關鍵詞：移動機器人，步態(tài)，機器人;工業(yè);開車;實力 V Abstract Industrial robot is composed of goal of modern mechanical body, control system, sensor system, control system and servo actuator system, is a kind of to imitate human operation, automatic control, but many programming, to every kind of operation Mechatronics device in three-dimensional space. Industrial robot to enhance and ensure the quality of products, improve production efficiency, plays a very important role in improving the working conditions of workers and the rapid updating of product. Industrial robot technology combines multiple subject knowledge. Contains the mechanism, computer, control theory, information and sensor technology, artificial intelligence, bionics. It is very active, very broad application of the field. The robot has a lot of people do not have, including rapid analysis of environmental capacity; strong anti-interference ability, can work for a long time and high precision work. The robot can be said is a product of industrial progress, it also plays a vital role in today's industry. Today, the robotics industry has become the world the concern of the industry. With the rapid development of robot technology, is constantly expanding the scope of application of industrial robots, puts forward new requirements, in order to improve the robot teaching education level, we developed a set of experimental teaching for the purpose of demonstration of the robot system. This paper expounds the developing history of robots, the application status at home and abroad, and its great superiority, proposed the design requirements of concrete and the concrete structure calculation design, overall design and various degrees of freedom; Based on the analysis of domestic and international research status of the intelligent mobile robot, this paper designed a new type of mobile robot structure -- the wheel drive system and the movement mechanism of combining in walking, driving the two motors, through some simple transmission mechanism, so that the robot can realize single direction gait. At the same time with the movement of the wheels, the robot not only has the characteristics of mobile speed fast, simple control of wheeled robot obstacle crossing ability, also has the good. This paper analyzes the obstacle function of this new mobile robot, and the walking mechanism kinematic analysis. In order to each component design structure, determine the driving torque of each wheel is required, based on simplifying the wheel and the ground contact relationship, establish the quasi static model of the robot, quasi static analysis is carried out, so as to obtain the stress state of the robot components in the gait motion at. Keywords: mobile robot, gait, the robot industry; transmission; strength 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 IV 第1章 緒論 1 1.1 機器人概念 1 1.2 課題研究的背景和意義 1 1.3 國內機器人的研究 2 1.4國外研究現(xiàn)狀 4 1.5機器人的發(fā)展及技術 5 1.5.1 機器人的發(fā)展 5 1.5.2 機器人技術 5 1.6 本文主要研究內容 6 第2章L300MM智能機器小車結構方案設計 7 2.1機器人工程概述 7 2.2 工業(yè)機器人車體機構方案論述 8 2.3 小型智能移動機器人車體結構機械傳動原理 8 第3章L300MM智能機器小車各部分設計 11 3.1 移動機器人車輪旋轉機構設計 11 3.2 電機的選型與計算 12 3.3 抓取機構的設計 14 3.4 軸的設計計算 19 3.4.1按扭轉強度計算 19 3.4.2按彎扭合成強度計算 19 3.4.3軸的剛度計算概念 20 3.4.4軸的設計步驟 20 3.5各軸的計算 21 3.6軸的設計與校核 23 3.7 軸承的設計及校核 24 3.7.1軸承種類的選擇 24 3.7.2深溝球軸承結構 24 3.7.3軸承計算 26 第4章 整體車體結構設計 28 4.1 小車行走結構設計 28 4.1.1車體結構方案的比較與選擇 28 4.1.2小車驅動電機功率的確定 29 4.2 蝸桿副的設計計算 32 4.2.1 蝸桿的選型 32 4.2.2 蝸桿副的材料 32 4.2.3 按齒面接觸疲勞強度進行設計 32 4.2.4 蝸桿和蝸輪的主要計算參數(shù)和幾何尺寸 35 4.2.5 校核蝸輪齒根彎曲疲勞強度 36 4.3 車輪部位電機選擇 36 4.4 本章小結 37 總結與展望 38 參 考 文 獻 39 致 謝 40 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1 機器人概念 機器人（Robot）是自動執(zhí)行工作的機器裝置。機器人（機械手）的工作，機組自動執(zhí)行。它是一種先進的綜合控制理論，機械，電子，計算機，材料和仿生學的產物。在工業(yè)，醫(yī)學，農業(yè)，建筑業(yè)甚至軍事等領域具有重要用途。 機器人技術是近50年來迅速發(fā)展的代表，機械和電子控制系統(tǒng)，生產工具的自動化程度高。在制造業(yè)，工業(yè)用機器人技術已被廣泛應用。其自動化程度高，改善工作條件，以確保產品質量，提高工作效率，起到了非常重要的作用。你可以說他是現(xiàn)代工業(yè)的一次技術革命。 機器人是典型的機電一體化產品，仿人機器人是機器人研究的熱點領域。研究人形機器人需要機械，電子，信息理論，人工智能，生物學和計算機知識，和許多其他學科的結合，但其發(fā)展也促進了這些學科的發(fā)展。機器人是一個人形機器人。 1959年，世界上第一臺工業(yè)機器人的誕生，一個機器人創(chuàng)建一個新的發(fā)展時代。隨著科學技術的研究和應用類人機器人快速發(fā)展的發(fā)展。世界著名機器人專家，在日本早稻田大學教授加藤一郎說：“其中一個機器人應該有能力的最大的特點。”的方式，其中，腳是自動化程度最高，最復雜的動態(tài)系統(tǒng)。偉大的發(fā)明家愛迪生曾經(jīng)說過這樣一句話：“上帝創(chuàng)造了人，兩條腿是最美妙的杰作?！毕到y(tǒng)環(huán)境要求極為豐富的動力是非常低的，無論是在地面上，還對非結構復雜的地面上，有一個很好的對環(huán)境的適應性。與應用拓展機器人功能開辟了無限廣闊的前景。 機器人的原因和目的，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：希望開發(fā)出一種機制，使他們能夠在許多結構和非結構環(huán)境中工作的人，或延伸和擴展人類活動的領域，而不是;希望有更多的了解和掌握人的特點和使用這些功能的人性化服務，如：假肢。具有豐富的動力系統(tǒng)，這方面的研究可以擴大研究力學和機器人;機器人可以用作一個智能機器人玩人工智能中起重要作用。 1.2 課題研究的背景和意義 由于現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，無論是在工業(yè)生產或人類的生命，機器人技術，已被廣泛使用。智能人形機器人是符合近年來科學家們的工作方向。人形機器人是人類的模式，它可以按照人的各種動作和與人類的外部特征。機器人管家做夢也不會想到未來。 根據(jù)不同的機器人的結構時，機器人也可分為不同的類別。輪式移動機器人，履帶機器人，機器人，機器人的行走，等等。值得一提的是，步行機器人，他是近年來的一項重要成果，人形機器的研究。它的動作最喜歡的動物，甚至人類可以談。這是復雜的運動的自動化程度非常高。與傳統(tǒng)的輪式和履帶式機器人相比，其對環(huán)境的適應性更強。能夠在狹小的空間，如履平地在不平的道路，上下樓梯等工作。不久的將來，這種技術將被廣泛使用。 在機器人研究，生產，使用計算機設計仿真機器人的是一個非常重要的過程。機器人仿真模型包括零件，零件裝配，最終的運動模擬。通過模擬，設計人員可以很直觀地觀察每個身體運動的情況，知道有沒有出現(xiàn)干擾;可以知道的各種組件的力，繪制各種模擬數(shù)據(jù)。這種方法大大節(jié)省開發(fā)時間和成本。 1.3 國內機器人的研究 工業(yè)機器人應用在很長的歷史在日本。在七十年代時所應用的第一臺工業(yè)機器人，再經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在八十年代時，工業(yè)機器人已經(jīng)得到普及。他們相應年度的工業(yè)產值也已迅速增加。達到一hundred十億日元的1980年，到1990年上升到六百十億日圓。在2004年已達到18500億日元。示出的工業(yè)機器人在提高生產效率方面的重要性。 在國際層面，國家已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)機器人的重要性。因此，迅速崛起為工業(yè)機器人的訂單。 2003年的訂單相對量到2002年增長了10％。從那時起，對工業(yè)機器人的需求仍在上升。從2001年到2006年，全球訂單增長達9萬多臺。 7％的年增長率。 國際工業(yè)機器人的發(fā)展方向： 機器人涉及到的知識和非常多學科領域。它包括：一臺計算機，電子，控制，人工智能，傳感器，與所述網(wǎng)絡，控制，機械等的通信。機器人的發(fā)展是從這些學科的發(fā)展是分不開的。這是因為相互影響，各學科的綜合集成，以創(chuàng)建自動化和人民高度。隨著科學技術的進步，機器人必須在應用更廣泛的范圍;技術已經(jīng)越來越多地被提起，更強大?，F(xiàn)在，它是機器人研究的小型化。機器人將更加融入人們的日常生活?？偟内厔菔悄K化的開發(fā)，標準化，更智能。 廣泛應用于工業(yè)機器人，以提高產品質量和生產效率，保護人員的安全，改善工作環(huán)境，減輕勞動強度，提高生產效率，節(jié)約原材料消耗，降低生產成本，起到了非常重要的作用。工業(yè)機器人被廣泛使用，以體現(xiàn)以人為本的原則，它的出現(xiàn)使人們的生活更加方便，美觀。 家用機器人的研制工作起步較晚，我國從上世紀80年代就開始研究并在機器人領域的應用。 1986年，該國在1987年推出了“規(guī)劃綱要”的機器人研究計劃，中國的“863”高科技計劃機器人技術研究和開發(fā)包括在內。目前，中國從事機器人技術研究和應用開發(fā)單位主要是高校和科研院所等。我們研究的主要目的原本是機器人是跟蹤國際先進的機器人技術，然后取得了一定的成績。 哈爾濱工業(yè)大學自1986年起，開始研究機器人的，靜態(tài)的雙足機器人HIT-I，高110厘米，體重70kg的第一個研制成功，擁有10個自由度，在地面上，以實現(xiàn)前進，左，右側線以及運動，上下樓梯，邁開45厘米，10秒/步，后來的步伐研制成功的HIT-II和HIT-III，體重42千克，身高103厘米，擁有12個自由度，實現(xiàn)了步長24厘米，2.3每步的步伐。目前正在對HI第四機器人下開發(fā)的，該主體可具有52個自由度，這是在移動速度方面優(yōu)越，以及平衡前四名機器人[3-7]。 國防科技大學于1988年的春天，成功開發(fā)了6-DOF平面雙足機器人KDW-1，它可以前進，后退，上下樓梯，最大步幅40厘米，每秒4步的步伐， 1989年開發(fā)了空間型KDW-II，擁有10個自由度，高69厘米，體重13千克實現(xiàn)退，上下樓梯和周圍的準靜態(tài)穩(wěn)定性動態(tài)。 1990年增加KDW-II平臺兩縱縫，發(fā)展成KDW-III，有12個自由度，具有轉彎功能，實現(xiàn)了全面的實驗室環(huán)境。 1995年，實現(xiàn)動態(tài)的，每步的速度0.8，步長20cm?22厘米，13度的最大坡度。 KDW-III對中國第一人形機器人“狀元”的成功的基礎上發(fā)展起來的，到2000年底，在不確定的環(huán)境下動態(tài)的，小的偏差，達到每秒兩步周期，高1.4米，重20kg，有一個頭，眼睛，頸部，身體，手臂，腳，并具備一定的語言功能[8-13]。 此外，清華大學正在開發(fā)一種人形機器人THBIP-I，高1.7米，體重130千克，32個自由度，與清華大學的支持下，985計劃，項目進展。南京航空航天大學開發(fā)了一個8-DOF太空機器人，靜態(tài)函數(shù)[13,14]。 本文擬從“首屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽”的機器人。目前，主要是在輪式機器人的形式來實現(xiàn)的功能的階段。真正模擬人類的機器人的腿不是很多，雖然有些六足，四足機器人的出現(xiàn)，但機器人尚不多見。我們的主題，探索設計巧妙單獨的機械設備和簡單的控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)人機器人的仿真。其子功能：交替步腿，搖搖頭，擺臂，擺臂。1.4國外研究現(xiàn)狀 人類和動物的運動原理的第一個系統(tǒng)研究是邁布里奇，他發(fā)明的攝像機，一個獨特的，那就是，一組電觸發(fā)的攝像頭，并于1877年成功地拍了許多照片獸和連續(xù)運行。后來，這種方法已經(jīng)用于研究人體運動使用相機Demeny。從20世紀30年代到50年代，蘇聯(lián)伯恩斯坦還從生物動力機制，人類和動物進行深入研究的角度來看，并就運動非常形象化的描述。 真正全面的研究，在系統(tǒng)啟動開展機器人20世紀60年代。到目前為止，只有形成了一套比較完整的機器人系統(tǒng)的理論，并在一些國家，如日本，美國和前蘇聯(lián)成功研制能夠靜態(tài)或動態(tài)的原型機器人。在本節(jié)中，我們介紹了球隊60年1985年這段時期，在實現(xiàn)了機器人領域最重要的進展。 在20世紀60年代和70年代，機器人控制理論的研究生產三種非常重要的控制方法，即有限狀態(tài)控制，模型參考控制和算法控制。這三種控制方法適用于各種類型的機器人。國家控制是通過在1961年做出的模型參考控制法恩斯沃思在1975年由美國南托莫維奇限制，而控制算法是南斯拉夫著名米哈伊爾羅馬尼亞研究所機器人?鮑賓專家Vukobratovic博士學習要求1969年至1972年主動。有這三種控制方法之間存在一定的內在聯(lián)系。基本上是參考模型控制的有限狀態(tài)控制采樣，而算法是案件的控制中心[1]。 在步態(tài)的研究，蘇聯(lián)Bessonov和Umnov定義“最佳步態(tài)”，Kugushev和Jaro- shevskij定義的自由步態(tài)。既步態(tài)不僅適應而且適應多足機器人。其中，步態(tài)是在步態(tài)的規(guī)則方面相對自由。如果地面很粗糙，所以在機器人，下一步應放在哪里的腳，它不能根據(jù)步驟考慮一個固定的順序，但這樣登山，是由一個確定應該去步步一定的優(yōu)化準則，這就是所謂的步態(tài)自由。 在機器人的穩(wěn)定性的觀點出發(fā)，Hemami等人的美國已提出的系統(tǒng)的倒置（倒立擺）的換能器，其可以被解釋為在換能器存在的問題的向前運動的穩(wěn)定性和控制的簡化模型。此外，為了減少的控制的考慮，Hemami，誰也制作的機器人的“降低模式”復雜的問題進行了研究。 早些時候，我們指出Vukobratovic也人形系統(tǒng)能量分析，但他僅限于出口的每一個關節(jié)，隨著時間的推移，整個系統(tǒng)變化的力量，并沒有過多參與優(yōu)化能源消耗的問題。但是在他的研究中，Vukobratovic得出一個有用的結論，即平滑的姿態(tài)，該系統(tǒng)的較少人功耗。 1.5機器人的發(fā)展及技術 1.5.1 機器人的發(fā)展 1940年代，隨著遠程操縱和數(shù)控制造技術的出現(xiàn)，對機器人技術的研究開始出現(xiàn)。 20世紀60年代的美國ConsolidatedContr01公司開發(fā)的第一個機器人原型，并成立了Unimation公司，生產為Unimate機器人定型。自1970年以來，工業(yè)機器人產業(yè)的蓬勃發(fā)展，機器人技術，逐步發(fā)展成為一家專業(yè)的學校，哈爾濱工程大學碩士論文10。 1970年，在機器人的第一次國際會議在美國召開。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，上百種不同的結構，不同的控制系統(tǒng)，機器人用于不同的目的已經(jīng)進入了實用階段。目前，雖然機器人的定義是尚未統(tǒng)一，但一般認為，經(jīng)歷了四代機器人，以便從低到高的發(fā)展。第一代機器人，主要是指只對“教 - 再現(xiàn)”的機器人的方式，這要靠人來給定的程序，重復的各種操作。目前，各種類型的工業(yè)機器人大多屬于第一代機器人。第二代機器人是機器人具有傳感器反饋功能，它可以得到的工作環(huán)境中，簡單的操作對象的信息通過計算機處理，分析，并確保該機器人已按照推理的程序被編程，操作反饋控制，性能低級別的情報。目前，第二代機器人的研究主要集中在實際應用和普及。第四代機器人是指環(huán)保意識，并能夠使自主機器人自主決定。它具有多種感知功能，可以是復雜的邏輯思維，判斷決策，在工作環(huán)境中能夠獨立行動。第四代機器人，也稱為智能機器人，并且機器人已成為學術研究的焦點，但仍處于探索實驗室階段。機器人技術已成為焦點和科學技術研究與應用的重點，并在工農業(yè)生產和國防建設中逐步發(fā)揮作用顯著?？梢灶A測，機器人將在21世紀的社會生產和生活中扮演更重要的角色。 1.5.2 機器人技術 機器人技術是一個迅速發(fā)展和高度集成的前沿，在廣泛的領域，專注于機械工程，電氣與電子工程，計算機工程，自動控制工程，生物科學和人工智能等學科的最新研究成果，代表了最新成果在機電一體化。機器人充分體現(xiàn)人與機器的各自的長處，它具有更大的靈活性和更廣泛的應用比常規(guī)機器。機器人的出現(xiàn)和應用是人類生產和社會的進步，科學技術的發(fā)展和生產工具的必然演變的需要。目前，機器人和自動化裝備的關注，在國內外已成為高新技術的應用，同時也以驚人的速度向海洋，航空，航天，軍工，農業(yè)，服務，娛樂等的滲透領域。目前，雖然機器人的能力仍然是非常有限的，但它正在迅速增長。隨著各學科和社會需求的發(fā)展，機器人也出現(xiàn)了許多新的方向和趨勢，??如網(wǎng)絡機器人，虛擬機器人，機器人合作，微型機器人和機器人。 1.6 本文主要研究內容 第1章 緒論 主要介紹機器人的相關知識和本課題研究的任務和要求. 第2章 總體方案設計,介紹該機器人各部分的相關知識和總體設計. 第3章 機器人各部分設計的介紹 第4章 機器人結構設計 41 第2章L300MM智能機器小車結構方案設計 2.1機器人工程概述 從系統(tǒng)功能的觀點考慮來看，將被看作是一個復雜的機器是一個系統(tǒng)，可根據(jù)有機地聯(lián)系在一起的某些規(guī)則它由若干個子系統(tǒng)，是一個不可分割的整體。如果系統(tǒng)是一個特定的功能作為一個整體的開放，則損失。因此，在一個更??復雜的機器的設計中，從機器系統(tǒng)的概念出發(fā)，該系統(tǒng)應具有以下特征： 總共機械系統(tǒng)（1）由多個子系統(tǒng)的整體不同整體性能的應具有的特定功能。 （2）內的相關系統(tǒng)，有機效果子系統(tǒng)之間的有機聯(lián)系，具有一些相互關聯(lián)的特征。 （3）每個系統(tǒng)的目的，應具有系統(tǒng)的一個明確的目的和功能，結構，各子系統(tǒng)的系統(tǒng)的組合取決于該系統(tǒng)的用途和功能。 （4）對環(huán)境的適應性存在于任何系統(tǒng)中的一定的環(huán)境中，必須能夠適應變化的外部環(huán)境。 因此，當機器人的設計，機器人系統(tǒng)不僅要注意的各種成分的組成，部件的設計，但是應當基于的觀點系統(tǒng)工程一點，根據(jù)機器人的功能要求，將形成的組成部分機器人系統(tǒng)的各種子系統(tǒng)，合理部分組合，設計和適合于機器人的運作需要優(yōu)良性能的產品。在更復雜的工業(yè)機器人系統(tǒng)通常包括以下內容：操作機，它是在完成機器人本體的任務，其中包括基體，手臂，手腕，末端執(zhí)行器和其他的機構。驅動系統(tǒng)，它包括一個傳動系作為驅動的動力源，驅動單元，伺服驅動系統(tǒng)由各種傳輸部件及其部件。控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個電子控制裝置（計算機或其它可編程的編輯控制裝置）具有計算，存儲能力，人 - 來自各種傳感器的放大，傳輸和輸入加工機接口設備（鍵盤，示教盒等），信息裝置，傳感器，離線編程，設備I / O通信接口，內部和外部的傳感器，以及其它通用或專用的外圍設備[14]。 工業(yè)機器人的特征在于，它的多功能性在功能和重新調整柔性，工業(yè)機器人，從而可以有效地應用到柔性制造系統(tǒng)來完成的部件或材料，組件或其它操作的轉移。在柔性制造系統(tǒng)，其基本工藝設備（如數(shù)控機床，鍛造，焊接，裝配等的生產設備），輔助設備，控制設備和工業(yè)機器人在一起以形成多種不同形式的工業(yè)用機器人技術來復雜的工業(yè)機器人系統(tǒng)。在其他非制造業(yè)生產部門，如生產建筑，采礦，交通運輸和其他參考文獻的機器人系統(tǒng)也是如此。 2.2 工業(yè)機器人車體機構方案論述 負載大小的確定主要是考慮機器人各運動方向確定沿著運動的主要考慮的方向在機器人機械接口力和扭矩載荷的大小。這應包括在機器人末端的重量，重量和爬行指定速度和工件或作業(yè)對象，的加速度的條件下實施，例如所產生的慣性力。由設計參數(shù)的初步估計的設計表明，這樣的設計可能屬于一個小的負載。 驅動模式 由于伺服電機具有良好的控制性能，控制的靈活性，使的速度，位置的精確控制，存在對環(huán)境，體積小，效率高，適合于高要求的運動控制，以及小機器人等特性沒有影響，所以這種設計使用一個伺服電機驅動 （D）傳動設計 機器人齒輪盡可能要緊湊，重量輕，慣性和小尺寸的時刻，驅動鏈應考慮采取措施，以消除在為了提高機器人控制精度的運動和位置的間隙。經(jīng)常使用的機器人機械傳動機構都因為齒輪具有效率高，傳動比準確，結構緊湊，可靠的齒輪，蝸輪，滾珠絲杠，同步帶傳動，鏈傳動，行星齒輪，諧波傳動齒輪鋼等，使用壽命長等優(yōu)點，學習掌握更扎實的大學，所以這個設計選擇齒輪。 （D）的工作范圍 工業(yè)機器人的工作范圍是根據(jù)工業(yè)用機器人的操作過程操作范圍和軌跡確定的，以代表的工作空間。工作區(qū)的形狀和尺寸會影響機器人坐標，尺寸和長度的變化范圍的機械結構和度每個操縱臂的自由的數(shù)目和關節(jié)軸角度選擇的各關節(jié)軸 （V）的速度 機器人操作器臂的每一次移動之后最大行程被確定，根據(jù)該周期的定時，以確定每個操作的時間，可以進一步確定每個動作的速度，用米/秒或（°）/ s的分配給考慮各種因素，諸如循環(huán)時間的每個動作序列之間的總長度的每個動作的時間進行順序地或同時等。每名候選人做時間的作用，通過比較，除了要考慮工藝要求的工作時間分配議案，分配計劃表中，我們還必須考慮慣性和旅行的大小，驅動和控制，定位和精度要求。 2.3 小型智能移動機器人車體結構機械傳動原理 四個輪子著地。因為總有四個輪子接觸地面時，甚至行走速度較慢，可以保證整個身體的穩(wěn)定性。此外，所有的四個車輪，在當機器人是在地面上的同時，可以通過一個伺服馬達驅動并驅動每個輪上的每個車輪來實現(xiàn)機器人向前，向后和轉向。 使用驅動馬達和車輪一體結構，即電動車輪結構。在車輪的部分和結配備轉向連桿機構用于實現(xiàn)轉向。中央控制單元被設置在車體上，以實現(xiàn)電動機操作的控制。因此，第一部分的結構的一個驅動，減速，驅動和監(jiān)視在一個位置，從而降低了傳輸鏈路和體重，提高了系統(tǒng)的效率和可靠性的六個輪子。 請考慮使用自主導航控制模式和遠程控制相結合的模式。該車有一個傳感器和視覺系統(tǒng)，導航系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，機器人技術本身具有一定的自主導航能力，自動防撞可以實現(xiàn)的。在同一時間的視覺系統(tǒng)的可視內容可以通過一個無線系統(tǒng)，遠程控制功能被發(fā)送到遠程設備。 機器人自帶的電池和其他能源設備，可以自動的能源供應一定期限，以保證機器人的情況下，外部電源損耗自動返回出發(fā)。對應于人體的肌肉的機器人驅動元件的作用。為了完成預定的操作時，機器人必須具有前進驅動和轉向驅動單元，這是一個關鍵的結構設計。在所有的驅動元件中，電機是最常用的機器人驅動器。目前，很多仿生機器人也很有用液壓元件，氣動元件和一些特殊材料，使驅動器。在本文中，使用電機作為全新的智能移動機器人的驅動元件。用于電機，以便精確控制，使機器人的精確移動。 目前，該電動機驅動裝置被主要設置在以下兩個方面：“ （1）重點驅動器。即，驅動馬達布置在車體上由驅動裝置，所述功率輸出到每個車輪，車輪的運動。 EV是一個典型的集中式驅動器。智能移動機器人，集中驅動的方式是不恰當?shù)?，主要是由于其難以捉摸的自由轉向精確定位人體。 （2）集中控制 - 驅動器的分布。這是每個驅動輪設置電機，驅動器或方向盤運動。馬達被安裝在車體上，由中央控制裝置，以控制其旋轉速度。這種結構簡單，易于實現(xiàn)，有利于發(fā)揮牽頭機構的運動性能。目前國家空間探測車都采用這種驅動器。 該方案采用集中控制 - 分布式驅動。輪轂和前驅動電機一體成型的結構，即電動輪。輪和支架的連接，安裝轉向電機，驅動車輪轉動。機器人的速度和攀登障礙物能力的輪子的直徑有顯著影響。使用相同的馬達，車輪直徑增大時，速度會增加，而機器人是兩者之間的線性關系。此外，在根據(jù)車輛的理論分析，車輪直徑增加能顯著提高機器人障礙物的能力。然而，一個較大直徑的輪，而輪表面遭受電動機轉矩下降。根據(jù)地面車輛力學，剛性車輪寬度寬，較小的車輪的土壤塌陷的量，土壤板結的更多的阻力。然而，更寬的后輪，機器人轉向阻力也變大。另外，增加的車輪寬度比的增加更有效地減少到壓實的阻力車輪的直徑。因此，你必須設置的實際情況，輪子直徑和寬度，而不是盲目加大輪直徑和寬度。 第3章L300MM智能機器小車各部分設計 3.1 移動機器人車輪旋轉機構設計 在車輪旋轉機構設計過程中，主要考慮了以下模型，如2.2圖所示。由圖可以看出，模型 a 結構簡單，但是車輪與地面接觸面積小，可能產生打滑現(xiàn)象，且對電機軸形成一個彎矩，容易對電機軸造成破壞。模型 b 采用電機內嵌式結構，增大了車輪與地面接觸面積，減小了打滑現(xiàn)象，但電機固定比較困難。 綜合兩種模型的優(yōu)缺點，設計如圖2.3，圖2.4中所示結構，將電機內嵌在車輪內部，既增大車輪與地面的接觸面積，又縮短了整個結構的軸向距離。為了保持輪子受力平衡使整個機構可以平穩(wěn)運動，將輪子設計為兩個一組來實現(xiàn)。 圖2.2 旋轉部分結構圖 采用了一個深溝球軸承作為徑向支承，一方面避免了車輪對電機產生彎矩；另一方面保證了車輪的剛度。軸承外圈與車輪內表面配合，由于內圈并不能與電機直接配合，設計了一個電機殼結構，作電機和軸承的連接。 圖2.4 旋轉部分機構圖 3.2 電機的選型與計算 a.電機性能的比較 在機器人的驅動器一般采用以下幾種電機：直流電機、步進電機和舵機。幾種電機有關參數(shù)進行如表 2.1 所示。 表2.1 幾種電機比較 電機類型 優(yōu) 點 缺 點 直流電機 容易購買 型號多 功率大 接口簡單 轉速太快，需減速器 電流較大 較難與車輪裝配 價格較貴 控制復雜（PWM） 步進電機 精確的速度控制 型號多樣 適合室內機器人的速度 接口簡單 價格便宜 功率與自重比小 電流通常較大 外形體積大 較難與車輪裝配，負載能力低 功率小 步進電機作為一種新型的自動控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構，得到了越來越廣泛的應用，進入了一些高、精、尖的控制領域。步進電機雖然有一些不足，如啟動頻率過高或負載過大時易出現(xiàn)丟步或堵轉，停止時轉速過高易出現(xiàn)過沖，且一般無過載能力，往往需要選取有較大轉距的電機來克服慣性力矩。但步進電機點位控制性能好，沒有積累誤差，易于實現(xiàn)控制，能夠在負載力矩適當?shù)那闆r下，以較小的成本與復雜度實現(xiàn)電機的同步控制。 電機的選型與計算 對于本課題來說，移動機器人的移動速度最高為 0.5 米/秒，電機轉數(shù)最高接近 100 轉/分。如果用直流電機，由于受轉速和力矩的影響，要配減速器。而如果用步進電機，控制位置精度比較高可以達到 1.8 度。而且不需要減速器避免造成結構冗繁。因此選擇步進電機作為驅動電機。 下面對旋轉步進電機型號進行選擇，輪式移動機器人在移動的時候，需要克服兩種阻力：摩擦力和重力。對于平面內移動的機器人來講則只需要克服摩擦力。帶有機械臂的全方位移動機器人整體重量在 20Kg左右，地面摩擦系數(shù)按金屬與混凝土之間的取為 0.5，則機器人需要的總功率為： 則平均每組車輪提供的功率為25 瓦。 對于單個車輪而言： （2-1） 車輪直徑為 110mm，則電機需要提供的轉矩為： （2-2） 因此，選擇了北京和利時公司的 57BYG250E-0152 型號電機。靜轉矩為 1.5 NM 。該電機在相近產品中具有在轉速變高一定范圍內能夠保持平穩(wěn)的力矩。其力矩隨轉速的關系如下圖2.12所示。 圖2.12 電機轉矩圖 下面選擇轉向電機，機器人對轉向速度要求較低，對位置精度比較嚴格，選用步進電機可以滿足設計要求。轉向電機主要是使車輪實現(xiàn)零半徑回轉，克服地面摩擦力，要求的轉速不高，因此主要計算電機靜力矩。 在這里我們假設每個車輪與地面的接觸按照理想狀態(tài)即相切線接觸，那么平均每個車輪的摩擦力為： （2-3） 由于車輪是零半徑回轉，所以克服的摩擦力矩為： （2-4） 式中——單個車輪的寬度 設計車輪與地面接觸總寬度為60mm，即所以克服的力矩為 0.368 。實際上車輪不是與地面呈線接觸，保證一定余量，選擇電機型號為 57BYG250B-SASRM-0152，靜力矩為 1.4 。 下面是所選電機的外形尺寸。 3.3 抓取機構的設計 a.驅動方式的選擇 機械驅動裝置，并提供了許多方法，如電機驅動，液壓驅動，氣動驅動，各種驅動模式都有其自身的特點，在液壓和氣動工業(yè)機器人驅動的應用是非常廣泛的，有些是在同一時間使用各種機器人驅動的，這取決于由所述機器人設置的特性和要求而有所不同。比較這些驅動模式中，驅動模式，用于選擇一對移動機器人。 電動機驅動機器人，以避免壓力能量轉換成中間部分，其效率比液壓和氣動驅動更高。汽車電機系統(tǒng)，轉速表，編碼器和制動器總成又將在主題處理，使得整個電氣系統(tǒng)體積小，可靠性和多功能性也得到了很大的提高。此外，該馬達是根據(jù)脈沖數(shù)來計算與脈沖等效距離運行馬達，輸入到計算機中的數(shù)據(jù)，就可以實現(xiàn)非常高的精度的位置和方向。液壓和氣動驅動系統(tǒng)機構笨重，不便維護，大液壓源和所述源設備的體積，對于移動機器人的問題也不能為移動機器人手臂動作的位置精度要求的機械，液壓和氣動驅動也難以滿足。 綜上所述，本文選擇以驅動馬達行駛模式的機器人。 b.傳動方式的選擇 傳輸方式是實現(xiàn)這兩個能量轉移等功效，其主要功能是指：分布和能量轉移;運動變化的形式;變化速度。機械傳動的主要傳動裝置，常用的有皮帶傳動，鏈傳動，齒輪和蝸輪傳動等。 根據(jù)機器人結構的實際情況選擇齒輪。機械傳動齒輪是最廣泛使用的類驅動器。其傳動效率高，根據(jù)正常的潤滑效率高達99％以上;比常數(shù)，具有恒定的瞬時傳動比，它可以應用到高速傳輸;緊湊，因為占用的空間小相同的條件下;可靠，使用壽命長。 手指設計會通過把持在這里的對象的平移運動的方式將被一起使用與螺桿軸和齒輪對作為傳輸機制來完成的機制，所要求的功能的前端。使用這兩種結構的整個端體積小，重量輕。 c.手指的設計 操作和不同的操作的數(shù)目的復雜度可以實現(xiàn)為不同的手指，手可至少根據(jù)期望的索引機器人操作必須完成的操作來確定。手指可以推動，滾動或滑動的小物件也可以強制操作開關等;兩個手指除了完整的一個手指的功能，它可以抓住對象，并可以精確地控制物體的位置和方向;三個手指除了完成兩個手指來完成的功能，它也被重復在手中把持的物體的功能，如對象到空氣和把握在新的位置的物體;多個指的是具有更大的靈活性，因為可以抓住和操縱多個對象。對于本文的移動機器人，只是能夠把握的對象，控制對象的位置和方向，然后兩個手指就能滿足這一工作的要求，所以結構將是兩指結構。從而兩個手指相對于所述致動器驅動做關于螺旋軸平移運動的末端，以打開與合作。 經(jīng)過研究和討論，設計圖中所示的3.4最終結構。最終的機械結構采用超硬合金材料，保證一定的剛性，同時減輕整體重量。手指延長為50mm，開啟和關閉范圍4-44mm長度。其內部結構是這樣的，通過一個齒輪傳動齒輪2的驅動馬達，驅動螺桿軸3，以使左，右，打開和手指6,7的接近運動。引導軸引導和手指的固定軌跡。 1.電機 2.齒輪 3.左右螺旋軸 4.導向軸 5.齒輪 6.夾持器右指 7.夾持器左指 圖3.4 末端執(zhí)行器結構圖 手指形狀如圖2.12所示，前段平行處可以夾持形狀規(guī)則（與手指接觸面為平面）的物體，后段為菱形形狀，可以夾持圓形和不規(guī)則形狀的物體。這種設計可以更好的使機器人完成工作。 3.1.3電機的選型與計算 本文設計要求夾持的物體重為 m=300g，設螺紋為 M8，其中徑 r=3.6mm，螺距 P=1mm，當量摩擦系數(shù) f=0.1，Q為軸向載荷，M為螺紋驅動力矩。手指材料為鋁合金，表3.1列出了鋁合金與常用材料的磨擦系數(shù)， 表3.1 主要工程材料摩擦系數(shù) 摩擦副材料 靜摩擦系數(shù) 鋁合金 黃 銅 0.27 青 銅 0.22 鋼 0.3 膠 木 0.34 鋼 紙 0.32 樹 脂 0.28 硬橡膠 0.25 石 板 0.26 從表3.1可以看出鋁合金與不同材料的靜摩擦系數(shù)趨近于0.3，所以取被抓物體和末端執(zhí)行器手指之間的靜摩擦系數(shù)，則： （3-1） 螺紋增力比 （3-2） 式中 ——當量摩擦角，= ； ——螺紋升角，= 帶入數(shù)據(jù),得, 得 （3-3） 選用齒輪傳動比 n=1:1，忽略齒輪傳動摩擦及軸承滾動摩擦力矩，根據(jù)上述計算，我們選擇了北京和利時電機公司生產的 28BYG250C-SAFSM-L007 型步進電機，它的保持轉矩為 90，滿足設計要求。 .2機械手臂桿件的設計 本文采用鋁合金材料設計成薄壁件，一方面保證機械臂的剛度，另一方面可減小機械臂的重量，減小對對基座關節(jié)電機的載荷，并且提高了機械臂的動態(tài)響應。 3.2.1腕部結構設計 手腕部件設置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運動的基礎上進一步改變或調整手部在空間的位置，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應性更強。 本文設計的手腕結構是回轉結構，它可在空間內旋轉，進而擴大機械手的工作范圍。腕部采用伺服電機驅動，通過電機伸出軸和末端執(zhí)行器連接，借助軸承來達到力矩的傳遞。通過軸承座將力傳到殼體上，使電機軸只能傳遞力矩而不受其它力的作用。其結構如圖3.5所示。 1.末端執(zhí)行器 2.手腕連接件 3.軸承 4.軸承座 5.電機6.殼體 7.桿件A 圖3.5 腕部結構圖 3.2.2臂部結構設計 臂部分是機器人的主要部分。它的作用是支撐手腕和手，帶領他們做的運動空間。該運動的目的是在臂的向空間的運動范圍內的任何點的手柄部分。如果改變手（方位角）的姿勢，自由的程度，以通過手腕來實現(xiàn)。 臂設計基本要求： （1）載荷能力，剛度，重量輕 即通過彎曲臂通常是（但在一個方向上沒有彎曲），但也由反向，應在高彎曲和橫截面形狀的抗扭剛度被使用。所以臂做成中空的，它可以減輕重量，而且也提高了剛度，它可以設置在各機構的內部，從而使結構緊湊，外觀整潔。 （2）臂速度越高，慣性較小 在正常情況下，統(tǒng)一運動的要求，該移動臂，而是在瞬間起動和臂的端部，所述移動是變化的，以減少沖擊，加速度和終止要求之前減速的開始時間是不是太大，否則沖擊和振動。 （3）手臂動作應靈活。 （4）的位置精度越高。 這樣的設計是在搖臂關節(jié)，桿B被設計成在圖3.6用于轉向齒輪組件中所示的結構，轉向自身也參與在這種情況下，包括該桿的，這樣，不僅節(jié)省了材料和設計的空間，增加了機器人手臂僵硬。 C是支撐桿轉向軸設計，它與形成了轉向機器人手臂擺動關節(jié)，無軸承關節(jié)，但相對活躍隨動轉向臂與車身共同驅動器之間實現(xiàn)。 1．桿件B 2. 舵機 3.桿件C 圖3.6 桿件B與舵機配合圖 桿件A和桿件B通過螺栓連接即可形成一個完整的桿件，通過桿件A和B的組合設計具有以下幾個優(yōu)點： （1）使關節(jié)間距可調。通過調節(jié)A和B的長度，就可以調整機械臂中兩關節(jié)的距離，使機械臂的長度可調。 （2）調節(jié)機械臂的重心位置：舵機的內部結構是未知的，因此其重心可能不在其幾何中心，而調整兩者之間的距離可以平衡掉重心位置造成的不良影響。 通過擺動關節(jié)和回轉關節(jié)的組合就可以形成完整的機械手臂。 3.2.3 機械臂電機的選型與計算 人們往往關心的是機器人的末端位置和姿態(tài)，而舵機有非常好的位置可控性，帶有精密的減速器，具有其他同等尺寸的電機無可比擬的輸出力矩，因此我們選擇舵機作為關節(jié)驅動器。機械臂的結構如圖3.7所示，其中第1關節(jié)的舵機需要提供的力矩最大，因此我們對這一關節(jié)進行計算。 圖3.7 機械手臂結構圖 機械臂各桿件處于水平時候對第一關節(jié)產生最大的力矩，計算方法是等效 的方式，即將末端執(zhí)行器及假想的欲抓取目標單獨計算，其余桿件質量集中到機械臂的中點計算： 兩部分一共為2.2 ，從而選用漢揚科技公司生產的舵機，型號為HSR9559，其保持力矩為2353 。滿足設計要求。 3.4 軸的設計計算 3.4.1按扭轉強度計算 這種方法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度。如果還受不大的彎矩時，則采用降低許用扭轉切應力的辦法予以考慮。并且應根據(jù)軸的具體受載及應力情況，采取相應的計算方法，并恰當?shù)剡x取其許用應力。 在進行軸的結構設計時，通常用這種方法初步估算軸徑。對于不大重要的軸，也可作為最后計算結果。軸的扭轉強度條件為： 強度條件： Mpa 設計公式： （mm） 軸上有鍵槽： 放大：3~5%一個鍵槽；7~10%二個鍵槽。并且取標準植 式中：[τ]——許用扭轉剪應力（N/mm2）， C為由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)。 3.4.2按彎扭合成強度計算 通過軸的結構設計，軸的主要結構尺寸、軸上零件的位置以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，軸上的載荷（彎矩和扭矩）已可以求得，因而可按彎扭合成強度條件對軸進行強度校核計算。 對于鋼制的軸，按第四強度理論，強度條件為： 設計公式：（mm） 式中、：бe為當量應力，Mpa。 d為軸的直徑，mm; 為當量彎矩；M為危險截面的合成彎矩；； MH為水平面上的彎矩；MV為垂直面上的彎矩；W為軸危險截面抗彎截面系數(shù)；——為將扭矩折算為等效彎矩的折算系數(shù) ∵彎矩引起的彎曲應力為對稱循環(huán)的變應力，而扭矩所產生的扭轉剪應力往往為非對稱循環(huán)變應力 ∴與扭矩變化情況有關 ——扭矩對稱循環(huán)變化 = ——扭矩脈動循環(huán)變化 ——不變的扭矩 ，，分別為對稱循環(huán)、脈動循環(huán)及靜應力狀態(tài)下的許用彎曲應力。 對于重要的軸，還要考慮影響疲勞強度的一些因素而作精確驗算。內容參看有關書籍。 3.4.3軸的剛度計算概念 軸在載荷作用下，將產生彎曲或扭轉變形。若變形量超過允許的限度，就會影響軸上零件的正常工作，甚至會喪失機器應有的工作性能。軸的彎曲剛度是以撓度y或偏轉角θ以及扭轉角ф來度量，其校核公式為： y≤[y]; θ≤[θ]; ф≤[ф]。 式中：[y]、 [θ]、 [ф]分別為軸的許用撓度、許用轉角和許用扭轉角。 3.4.4軸的設計步驟 設計軸的一般步驟為： （1）選擇軸的材料 根據(jù)軸的工作要求，加工工藝性、經(jīng)濟性，選擇合適的材料和熱處理工藝。 （2）初步確定軸的直徑 按扭轉強度計算公式，計算出軸的最細部分的直徑。 （3）軸的結構設計 要求：①軸和軸上零件要有準確、牢固的工作位置；②軸上零件裝拆、調整方便；③軸應具有良好的制造工藝性等。④盡量避免應力集中；根據(jù)軸上零件的結構特點，首先要預定出主要零件的裝配方向、順序和相互關系，它是軸進行結構設計的基礎，擬定裝配方案，應先考慮幾個方案，進行分析比較后再選優(yōu)。 原則：1）軸的結構越簡單越合理；2）裝配越簡單越合理。 3.5各軸的計算 （1）查得C=118（低速軸彎矩較大），由公式 取高速軸的直徑d=45mm。 （2）求作用在齒輪上的力 齒輪分度圓直徑為 齒輪所受的轉矩為 齒輪作用力 圓周力 徑向力 軸向力 （3）畫軸的計算簡圖并計算支反力(圖 a) 水平支反力 垂直支反力 （4）畫彎矩圖 a水平面內彎矩圖M(b圖) 截面c b垂直面內彎矩圖MC（c圖） 截面c C合成彎矩（d圖） d 畫扭矩圖（e圖） 又根據(jù) 查得 則 e 繪當量彎矩圖（f圖） 3.6軸的設計與校核 初定最小直徑，選用材料45δ鋼，調質處理。取A0=112（不同） 則Rmin=A0=16.56mm 最小軸徑處有鍵槽 Rmin’ = 1.07dmin = 17.72mm 最小直徑為安裝聯(lián)軸器外半徑，取KA=1.7，同上所述已選用TL4彈性套柱聯(lián)軸器，軸孔半徑R=20mm。 取高速軸的最小軸徑為R=20mm。 由于軸承同時受徑向和軸向載荷，故選用6300滾子軸承按國標T297-94 D*d*T=17.25 軸承處軸徑d =36mm 高速軸簡圖如下： 取L1=38+46=84mm,取擋圈直徑D=43mm,取d2=d4=54mm,d3=67mm,d1=d5=67mm。 聯(lián)軸器用鍵：圓頭普通平鍵。 B*h=6*6,長L=91 mm 齒輪用鍵：同上。B*h=6*6, 長L=10mm,倒角為2*45度 3.7 軸承的設計及校核 3.7.1軸承種類的選擇 查《機械設計課程設計手冊》第二版 吳宗澤 羅圣國 主編 高等教育出版社出版P62 滾動軸承由于采用兩端固定，采用深溝球軸承。型號為6303和6300。 3.7.2深溝球軸承結構 深溝球軸承一般都是一對戒指，一組籠子里，一組鋼球。其結構簡單，使用方便，是生產軸承的最常見和最廣泛的