移動機器人轉(zhuǎn)臺的設(shè)計

移動機器人轉(zhuǎn)臺的設(shè)計,移動機器人轉(zhuǎn)臺的設(shè)計,移動,挪動,機器人,轉(zhuǎn)臺,設(shè)計 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)院(系)：機械工程學(xué)院專 業(yè)：機械工程及自動化學(xué) 生 姓 名：王風(fēng)學(xué) 號：0601510150設(shè)計(論文)題目：移動機器人轉(zhuǎn)臺的設(shè)計起 迄 日 期:2010年3 月22日 6月 27 日設(shè)計(論文)地點:南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院指 導(dǎo) 教 師:周建平專業(yè)負責人:龔光容發(fā)任務(wù)書日期: 2010年 3 月 12 日任務(wù)書填寫要求1畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負責人審查、系部領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在第七學(xué)期結(jié)束前填好并發(fā)給學(xué)生；2任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；3任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當經(jīng)過所在專業(yè)及系部主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫；4任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“系部”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號”要寫全號；5任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻”的填寫，應(yīng)按照國標GB 77142005文后參考文獻著錄規(guī)則的要求書寫，不能有隨意性；6有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當按照國標GB/T 74082005數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書1本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達到的目的：本課題以小型地面移動機器人的轉(zhuǎn)臺為研究對象，要求學(xué)生綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識,根據(jù)給定的總體結(jié)構(gòu)尺寸、重量及運動特性指標，進行結(jié)構(gòu)選型、機構(gòu)設(shè)計。通過本課題的研究，通過對設(shè)計要求、工作原理和機構(gòu)動作的分析和理解，構(gòu)思機構(gòu)運動方式和傳動布局，并進行機構(gòu)、零部件設(shè)計計算等環(huán)節(jié)的實踐，來培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計、計算、制圖及計算機應(yīng)用能力，以提高同學(xué)分析與解決工程實際問題的能力。2本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：內(nèi)容：以小型地面移動機器人的轉(zhuǎn)臺為研究對象，設(shè)計轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)與升降系統(tǒng)，并滿足總體尺寸、重量及運動特性等指標。 要求：（1）根據(jù)教師提供的部分材料和所布置任務(wù)，查閱中外資料，了解課題研究的工程背景。（2）翻譯外文資料(10000字符以上)。（3）設(shè)計轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)。轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)有回轉(zhuǎn)和俯仰兩個自由度，系統(tǒng)的總體尺寸：長寬高=250mm250mm180mm。轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動范圍:360，旋轉(zhuǎn)速度1015rpm；俯仰平臺轉(zhuǎn)動范圍25（下擺5，上仰20），旋轉(zhuǎn)速度510rpm。（4）對轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)進行機構(gòu)分析、設(shè)計與計算。設(shè)計要求：系統(tǒng)自重8kg；載重量為20kg。（5）繪制該系統(tǒng)裝配圖及部分零件圖。（用Auto CAD或其他繪圖軟件繪制）。（6）編寫設(shè)計、計算說明書。畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書3對本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題成果的要求包括畢業(yè)設(shè)計論文、圖表、實物樣品等：（1）繪制機器人轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的裝配圖及部分零件圖。（2）根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計計算和分析結(jié)果編寫設(shè)計、計算說明書。（3）給出系統(tǒng)各零件的材料和重量清單，估算系統(tǒng)總重量。4主要參考文獻：1 王野，王田苗等.危險作業(yè)機器人關(guān)鍵技術(shù)綜述J.機器人技術(shù)與應(yīng)用,2005(6):23-31.2 李新春等.移動機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計J. 機器人，2004（11）：103106.3 張毅，羅元，鄭臺雄.移動機器人技術(shù)及其應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2007.4 常文森,賀漢根,李晨.軍用移動機器人技術(shù)發(fā)展綜述J. 計算技術(shù)與自動化，1998（2）：26.5 江浩,樊炳輝等.新型移動機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計J. 應(yīng)用科技，2000（8）：35.6 馬香峰等.工業(yè)機器人的操作機設(shè)計M.北京：冶金工業(yè)出版社，1996.7 蔣新松. 機器人學(xué)導(dǎo)論M. 沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1994.8 蘇學(xué)成.樊炳輝等，一種新型的機器人移動結(jié)構(gòu)J.機械工程學(xué)報，2003（4）：120123.9 J西格沃特,I諾巴克什,自主移動機器人導(dǎo)論M李人厚,譯.西安：西安交通大學(xué)出版社，2006.10 李振波等.微型全方位移動機器人的研制J. 機器人，2000（9）：354358.11 張毅等. 移動機器人技術(shù)及其應(yīng)用M. 北京：電子工業(yè)出版社，2007.12 信建國等.履帶腿式非結(jié)構(gòu)環(huán)境移動機器人特性分析J.機器人,2004,26(1):3639.13 江浩等.新型移動機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計J.應(yīng)用科技,2000,27(8):35.14 明守遠,楊德智.地面反恐排爆機器人的機械運動探討J. 機器人技術(shù)與應(yīng)用,2004,3:20-30.15 馮小明.自動二維天線測試轉(zhuǎn)臺的設(shè)計J.火控雷達技術(shù),2001, 30(3):289292畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書5本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進度計劃：起 迄 日 期工 作 內(nèi) 容2010年3月22日 3月 30 日 3月31日 4月20日4月21日 6月10日6月11日 6月22日6月27日查閱中外資料，了解課題研究的工程背景并翻譯外文資料。對課題方案進行構(gòu)思、分析比較并理出思路，撰寫開題報告。根據(jù)設(shè)計指標的要求對移動機器人轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)進行方案設(shè)計。對選定的系統(tǒng)方案進行機構(gòu)分析、設(shè)計與計算。繪制移動機器人轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)裝配圖，拆畫部分零件圖。撰寫設(shè)計、計算說明書。準備畢業(yè)設(shè)計論文答辯、論文評審。論文答辯所在專業(yè)審查意見：負責人： 年 月 日學(xué)院（系）意見：院（系）主任： 年 月 日 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告學(xué) 生 姓 名：王風(fēng)學(xué) 號：0601510150專 業(yè)：機械工程及自動化設(shè)計(論文)題目：移動機器人轉(zhuǎn)臺的設(shè)計指 導(dǎo) 教 師:周建平 2010 年 4 月 4 日開題報告填寫要求1開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見；3“文獻綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻綜述的參考文獻應(yīng)不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）；4有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當按照國標GB/T 740894數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述摘要 機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備1。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。它大都用于簡單、重復(fù)、繁重的工作，如上、下料，搬運等，以及工作環(huán)境惡劣的場所，如噴漆、焊接、清砂和清理核廢料等2。它使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生了根本性的變化,使人類的生產(chǎn)方式從手工作業(yè)、自動化跨入了智能化的時代。關(guān)鍵詞 移動作業(yè)機器人 旋轉(zhuǎn)臺 驅(qū)動方式 1 移動作業(yè)機器人的應(yīng)用和發(fā)展趨勢自從20世紀60年代初人類創(chuàng)造了第一臺機器人以后，機器人就顯示出它極大的生命力，在短短40多年的時間中，機器人技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，工業(yè)機器人已在工業(yè)發(fā)達國家的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，機器人已廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中3。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機器人、點焊機器人、分配機器人、裝配機器人、噴漆機器人及搬運機器人等小型機器人都已被大量采用4 ,在眾多制造業(yè)領(lǐng)域中，應(yīng)用工業(yè)機器人最廣泛的領(lǐng)域是汽車及汽車零部件制造業(yè)5。就國際上而言，現(xiàn)在機器人的應(yīng)用主要有兩種方式，一種是機器人工作單元，另一種是帶機器人的生產(chǎn)線，并且后者在國外已經(jīng)成為機器人應(yīng)用的主要方式。 目前小型機器人技術(shù)正在向智能機器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化（例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。）；控制技術(shù)的開放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實用化；工作環(huán)境設(shè)計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面6 7。在國內(nèi)機器人技術(shù)也有了很大發(fā)展，在機器人基礎(chǔ)技術(shù)方面：諸如機器人機構(gòu)的運動學(xué)、動力學(xué)分析與綜合研究，機器人運動的控制算法及機器人編程語言的研究，機器人內(nèi)外部傳感器的研究與開發(fā)具有多傳感器控制系統(tǒng)的研究，離線編程技術(shù)、遙控機器人的控制技術(shù)等均取得長足進展，并在實際工作中得到應(yīng)用8。2 小型移動機器人的構(gòu)成小型移動機器人的結(jié)構(gòu)型式是多種多樣的，但歸納起來看，機器人基本上是由執(zhí)行機構(gòu)、控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)三部分組成9。這三部分之間及其與檢測系統(tǒng)、工作對象之間的相互關(guān)系可以用下圖來表示行程速度檢測控制系統(tǒng)其它傳感器驅(qū)動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)工作對象圖1 機器人各組成部分關(guān)系圖21 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)也叫操作機，由一系列連桿或其它形式的運動副所組成，可實現(xiàn)各個方向的運動，它包括帶輪履帶、車身、運動臂、腕關(guān)節(jié)和手部等部件。有時也可裝備偵察設(shè)備等。圖2 機器人的執(zhí)行機構(gòu)（1）帶輪履帶是機器人的基礎(chǔ)部分，整個裝置的行走機構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)。行走機構(gòu)多用滾輪式或履帶式，行走方式分為有軌和無軌兩種。有時為了能使機器人完成較高攀爬的操作，可以增加電機驅(qū)動擺臂機構(gòu)，進行爬行作業(yè)。（2）旋轉(zhuǎn)臺是外接裝置的承載平臺，要保證與行走、擺動、驅(qū)動機構(gòu)進行可靠地連接，所以必須具有足夠的強度和剛度?；剞D(zhuǎn)功能是指小型機器人的工作裝置在車體上進行 90 度的往復(fù)轉(zhuǎn)動。小型機器人在行走裝置的車體上與工作裝置之間采用了回轉(zhuǎn)機構(gòu)?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)是由電機減速器、回轉(zhuǎn)軸、渦輪、蝸桿共同組成，其摩擦系數(shù)微乎其微，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)靈活，即使很小的位移也能控制，克服了無回轉(zhuǎn)功能的不足，且承載平臺還需實現(xiàn)自鎖功能，滿足實際工作的要求。圖3 轉(zhuǎn)臺及手臂結(jié)構(gòu)簡圖（3）手臂是執(zhí)行機構(gòu)的主要運動部件，它用來支承腕關(guān)節(jié)和手部，并使它們在工作空間內(nèi)運動。手臂的運動及機構(gòu)與機器人所采用的坐標系直接相關(guān)。手臂的運動可歸結(jié)為直線運動。直線運動多通過油（氣）缸驅(qū)動來實現(xiàn)，也可通過齒輪。齒條、滾珠絲桿來實現(xiàn)。（4）腕關(guān)節(jié)是連接手臂和手部的部件，用于調(diào)整手部的方向、姿態(tài)。腕關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)大體上可以分為彎曲式和轉(zhuǎn)動式兩種結(jié)構(gòu)。為了使機器人有較好的動力學(xué)特性，一般將作動器裝在立柱或者靠近立柱的其它部件上，通過鏈條、齒形帶或者連桿，將作動器的運動傳遞到腕關(guān)節(jié)。（5）手部裝置一般指夾持裝置，主要用來按操作順序和位置傳送工作。根據(jù)工作原理的不同，夾持裝置可分為機械夾緊式、真空抽吸式、氣（液）壓張緊式和磁力式四種。22 驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)主要是指驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的傳動裝置，根據(jù)動力源的不同，可分為電動、液壓和氣動三種10 11。根據(jù)需要也可以由這三種類型組成復(fù)合式的驅(qū)動系統(tǒng)。（1）液壓技術(shù)具有動力大、力慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實現(xiàn)直接驅(qū)動等特點，適用于承載能力大、慣量大以及在防爆環(huán)境中工作的機械手。（2）氣動驅(qū)動系統(tǒng)具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、價格低等特點，適用于中小負載的系統(tǒng)中。由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全可靠! 可以在高溫、震動、易燃、易爆、 多塵埃、 強磁、 輻射等惡劣環(huán)境下工作，而氣動機器人具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、 易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等優(yōu)點。但難于實現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機械手中。如在上、下料和沖壓機械手中應(yīng)用較多。（3）電動驅(qū)動系統(tǒng)一般采用低慣量、大轉(zhuǎn)矩的交直流電機和配套的伺服驅(qū)動器。23 控制系統(tǒng)小型機器人的控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制小型機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及運動的時間等項目12?？刂葡到y(tǒng)的典型部件有傳感器、控制系統(tǒng)的硬件和軟件等。其控制方式有點位式、軌跡式、力（力矩）控制方式和智能控制方式四種13。（1）點位式能準確的控制末端執(zhí)行器的工作位置，而路徑無關(guān)緊要，比較簡單。（2）軌跡式能讓機器人末端執(zhí)行器按照示教的軌跡和速度運動。（3）力（力矩）控制方式除了準確定位之外，還能控制力或力矩進行工作。其中應(yīng)用比較廣泛的是PLC系統(tǒng)，可編程序控制器(PLC)已在工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制中得到了廣泛的應(yīng)用。它是以微處理器為核心，綜合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的自動控制裝置，它具有結(jié)構(gòu)簡單、易于編程、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用和使用方便等一系列優(yōu)點;氣動技術(shù)也是實現(xiàn)工業(yè)自動化的重要手段，并且已廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)部門，在機械產(chǎn)品自動化、工業(yè)自動化及企業(yè)技術(shù)改造方面占有重要的地位14 15。3 研究方案1根據(jù)設(shè)計指標,首先對移動載體和搭載平臺進行了構(gòu)型分析,然后對各零部件進行詳細的設(shè)計。2. 從總體尺寸、系統(tǒng)自重等方面考慮，選擇出合適的電機、減速器等部件，因轉(zhuǎn)臺還需搭載運動臂等外部，故還需考略轉(zhuǎn)臺因有一定的承載能力。對搭載平臺進行應(yīng)力和強度校核,在滿足設(shè)計要求的前提下,對轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,完成了輕量化設(shè)計。3. 轉(zhuǎn)臺要有回轉(zhuǎn)和俯仰兩個自由度（轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動范圍:360俯仰平臺轉(zhuǎn)動范圍25），可參考塔吊的運動原理，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動平穩(wěn)可以考慮使用推力球軸承，為使其達到自鎖的目的，可使用蝸輪蝸桿裝置。4 總結(jié)綜上所述，小型機器人轉(zhuǎn)臺的設(shè)計的主要部分就在于選擇合適的機構(gòu)。根據(jù)給定的自由度和技術(shù)參數(shù)選擇出合適的運動和自鎖部件并對各部分進行設(shè)計計算。目前小型機器人的發(fā)展十分迅速，在各行業(yè)中起著重要作用，而我國對在各種危險環(huán)境下作業(yè)的小型機器人要求十分迫切。參 考 文 獻1 減速機信息網(wǎng). 工業(yè)機器人技術(shù)EB/OL. http:/www.gkcity.com/n-i-28976-c-Potpourri.htm,2006.2 熊有倫. 機器人技術(shù)技術(shù)M. 武漢： 華中理工大學(xué)大學(xué)出版社，1996.3 Krisztinicz I .positioning problems of industrial robotsM.New York :Microsoft Press,1997.165286. 4 林繩宗. 全球機器人應(yīng)用概況J.高技術(shù)縱覽，2005,6:55. 5 龔振邦. 機器人機械設(shè)計M. 北京: 電子工業(yè)出版社, 1995.6 中國自動化網(wǎng).工業(yè)機器人的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢EB/OL.http:/doc.plcjs.com/doc_Lesson/2006-3/16/0631622550860232.htm,2006.7 周錫駒.國外工業(yè)機器人的發(fā)展與應(yīng)用動態(tài) J. 自動化學(xué)報,1987，l13(3):222238.8 陳佩云,金茂菁,曲忠萍. 我國工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀J. 機器人技術(shù)與應(yīng)用，2001(1):25.9 吳瑞祥. 機器人技術(shù)及應(yīng)用M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994.10 李允文.工業(yè)機械手設(shè)計M. 北京:機械工業(yè)出版社，1994.11 張建民.工業(yè)機器人M.北京:北京理工大學(xué)出版社,1988.12 郭洪紅. 工業(yè)機器人技術(shù)M. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.13 謝存禧，張鐵.機器人技術(shù)及其應(yīng)用M. 北京:機械工業(yè)出版社，2005. 199514 李軍英，劉艷香，焦冬梅三菱PLC在氣動機械手中的應(yīng)用J.工業(yè)自動化，2007，3：55.15 機器與智能網(wǎng). 工業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)域分析網(wǎng)絡(luò)DB/OL.http:/www.robotain.com/yingjian/rbyy/20070304/201446.shtml, 2007 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：本課題以小型地面移動機器人的轉(zhuǎn)臺為研究對象，要求綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識,根據(jù)給定的總體結(jié)構(gòu)尺寸、重量及運動特性指標，進行結(jié)構(gòu)選型、機構(gòu)設(shè)計。通過本課題的研究，通過對設(shè)計要求、工作原理和機構(gòu)動作的分析和理解，構(gòu)思機構(gòu)運動方式和傳動布局，并進行機構(gòu)、零部件設(shè)計計算等環(huán)節(jié)的實踐，來培養(yǎng)設(shè)計、計算、制圖及計算機應(yīng)用能力，以提高分析與解決工程實際問題的能力。畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告指導(dǎo)教師意見：1對“文獻綜述”的評語：該同學(xué)的“文獻綜述”是在較好的理解和分析設(shè)計任務(wù)書的要求，廣泛搜集并研究相關(guān)文獻資料的基礎(chǔ)上寫成的。綜述對移動機器人的發(fā)展和研究現(xiàn)狀作了分析和歸納，對本課題的設(shè)計提出了自己的初步構(gòu)想，為課題的深入研究打下了良好的基礎(chǔ)。2對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測：本課題通過對移動機器人轉(zhuǎn)臺和俯仰的機構(gòu)設(shè)計、三維造型與計算、零件圖、裝配圖繪圖等多方面的鍛煉，具有綜合訓(xùn)練作用。其中同時考慮結(jié)構(gòu)的輕量化、緊湊性和穩(wěn)定性，具有一定的難度。預(yù)計通過努力能完成移動機器人轉(zhuǎn)臺和俯仰系統(tǒng)的設(shè)計。 指導(dǎo)教師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 頁 共 頁目 錄1 引言 11.1本課題研究內(nèi)容及意義 11.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 11.3 本文所做的工作 12 裝臺系統(tǒng)的總體設(shè)計 33 俯仰系統(tǒng)的設(shè)計 53.1 俯仰機構(gòu)的設(shè)計 53.2 俯仰系統(tǒng)的傳動分析與計算 84 轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計 134.1 轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計 134.2 傳動比的設(shè)置 164.3 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動力分析與計算 16結(jié)束語 31致謝 32參考文獻33 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 35 頁 共 35 頁1 引言小型機器人主要用于代替人工作業(yè)，批量生產(chǎn)成本一般較低。由于上述特點，它大都用于簡單、重復(fù)、繁重的工作，如上、下料，搬運等，以及工作環(huán)境惡劣的場所，如噴漆、焊接、清砂和清理核廢料等。它使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生了根本性的變化,使人類的生產(chǎn)方式從手工作業(yè)、自動化跨入了智能化的時代。1.1 本課題研究內(nèi)容及意義本課題以小型地面移動機器人的轉(zhuǎn)臺為研究對象，綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識,根據(jù)給定的總體結(jié)構(gòu)尺寸、重量及運動特性指標，進行結(jié)構(gòu)選型、機構(gòu)設(shè)計。通過本課題的研究，通過對設(shè)計要求、工作原理和機構(gòu)動作的分析和理解，構(gòu)思機構(gòu)運動方式和傳動布局，并進行機構(gòu)、零部件設(shè)計計算等環(huán)節(jié)的實踐，培養(yǎng)設(shè)計、計算、制圖及計算機應(yīng)用能力，以提高分析與解決工程實際問題的能力。1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀隨著生活水平的提高，科技的發(fā)展，人們將大量簡單繁重的工作交給機器人，機器人仆人將大量出現(xiàn)。如汽車司機長時間駕駛?cè)菀灼?，汽車將有安全的自動駕駛模式。現(xiàn)在自動駕駛車能對前方車輛實行避讓超車，但對小動物或人不知避讓，這要待更聰明的傳感器出現(xiàn)或圖像處理更精細些。在醫(yī)療領(lǐng)域，能進入人體的微型機器人將大顯身手。它們進入血管、腸道等地方進行清理、探查、保健預(yù)警等。工業(yè)機器人在國外發(fā)達國家用的很普遍，隨著新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)，相應(yīng)的工業(yè)機器人必將會研制出來。國際形勢雖無世界大戰(zhàn)之慮，但局部沖突時有發(fā)生，反恐形勢依然嚴峻。美國和許多歐洲國家以及日本都投入大量人力物力研發(fā)軍用機器人。大型的無人坦克沖鋒陷陣，小型的昆蟲機器人“間諜”到處爬行，少量的作戰(zhàn)人員在安全的信息中心運籌帷幄。2004年我國中國科學(xué)院沈陽自動化研究所也自行研制出“靈蜥”系列反恐防暴機器人。1.3 本文所做的工作本次設(shè)計主要完成兩個運動，轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)與升降系統(tǒng)。轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)有回轉(zhuǎn)和俯仰兩個自由度。為使俯仰運動滿足自鎖的要求，擬采用棘輪機構(gòu)，因其工作時有較大的沖擊和噪聲，而且運動精度較差，故放棄?？紤]使用螺旋機構(gòu)，其優(yōu)點是能獲得很大的減速比，還可有自鎖性。它的主要缺點是機械效率一般較低，特別是具有自鎖性時效率將低于50%。轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)運動可考慮使用蝸輪蝸桿機構(gòu)，其優(yōu)點是傳動平穩(wěn)，嚙合沖擊小，由于蝸桿的頭數(shù)少，故單級傳動可獲得較大的傳動比，且結(jié)構(gòu)緊湊。2 轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的總體設(shè)計轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)有兩個自由度，若視轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)為第一自由度。第一自由度結(jié)構(gòu)及尺寸取決于搭載對象的質(zhì)量，以及搭載對象對機器人的作用力，而第一自由度受第二自由度影響，故應(yīng)先計算第二自由度傳動的零件。第二自由度即為轉(zhuǎn)臺的俯仰運動，采用了螺紋副結(jié)構(gòu)，并結(jié)合擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，實現(xiàn)了俯仰臺旋轉(zhuǎn)自由度圖2.1所示為上層搭載平臺第二自由度三維圖。圖2.1 搭載系統(tǒng)第二自由度三維圖俯仰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸取決于搭載物的尺寸及質(zhì)量，以及搭載對象對機器人的作用力。俯仰運動的傳動結(jié)構(gòu)為螺旋傳動，并利用了擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，具體圖紙設(shè)計如圖2.2所示。圖2.2 俯仰系統(tǒng)二維結(jié)構(gòu)圖1俯仰臺 2螺母B20 3絲杠B204銷 5聯(lián)軸器 6連接座7減速箱 8電機 9空心軸10搭載臺如圖2.2所示，電機旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)減速箱減速后，由聯(lián)軸器傳遞給絲杠，使絲杠旋轉(zhuǎn)。絲杠旋轉(zhuǎn)使與之配合的螺母作相對直線運動。因為螺母是固定在俯仰臺底部的，所以實質(zhì)上是俯仰臺在繞水平軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了俯仰的自由度。轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)自由度主要是由蝸輪蝸桿減速器傳遞的。電機旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)減速箱減速后，由同步帶傳遞給蝸桿軸，蝸桿軸帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，使之完成回轉(zhuǎn)運動。蝸輪蝸桿傳動的一種空間的齒輪傳動，它能實現(xiàn)交錯角為90度的兩軸間的動力和運動傳遞。在這個移動機器人的設(shè)計中，它與同步帶輪合作，將電機的高速轉(zhuǎn)動一級一級減速，達到所要的結(jié)果，在此傳動中，由于摩擦等因素，能量受到損耗，轉(zhuǎn)為熱能，所以不僅需對材料的受力校核，而且對材料的受熱特性也要驗證。3俯仰系統(tǒng)的設(shè)計3.1 俯仰機構(gòu)的設(shè)計轉(zhuǎn)臺的俯仰運動直接由滑動螺旋副完成，滑動螺旋副常采用梯形螺紋、鋸齒形螺紋或矩形螺紋等。梯形螺紋一般是指牙形角，螺紋副的大徑和小徑處有徑向間隙。牙根強度高，螺紋的工藝性好。主要用于傳力螺旋和傳動螺旋如金屬切削機床的絲杠等。鋸齒形螺紋有兩種牙形，一種是工作面牙形斜角，非工作面牙形斜角；另一種是，的鋸齒形角，其外螺紋的牙根處有相當大的圓角，減小了應(yīng)力集中，提高了動載強度；大徑處無間隙，便于對中；和梯形螺紋一樣都具有螺紋的強度高、工藝性好的特點，但有更高的效率。用于單向受力的傳力螺旋，如大型起重機的螺旋千斤頂?shù)?。文中采?/30牙形的鋸齒形螺紋，此處采用鋸齒形螺紋，主要是因為鋸齒形螺紋具有較好的自鎖性能，螺紋之間的摩擦力及支承面之間的摩擦力都能阻止螺母的松脫。所以即使在振動及交變載荷作用下，也不需要防松?；瑒勇菪钡氖е饕锹菁y磨損，因此螺桿的直徑和螺母高度通常是根據(jù)耐磨性計算確定的。傳力螺旋應(yīng)校核螺桿的危險界面的強度，要求自鎖的螺桿應(yīng)校核其自鎖性。能夠搭載發(fā)射性裝置是多用途特殊移動作業(yè)機器人的主要功能，所以要求控制俯仰臺運動的機構(gòu)具有自鎖能力。因此采用了螺旋旋動中的滑動螺旋副傳動，并采用單線螺紋。下面根據(jù)指標進行螺桿參數(shù)和螺母參數(shù)的計算。螺桿的中徑： （3.1）其中：3/30鋸齒形螺紋，此處??；軸向載荷，根據(jù)指標，；許用壓強（MPa），當絲杠與螺母均選用45鋼時，。代入數(shù)據(jù)計算得：由鋸齒形螺紋的參數(shù)關(guān)系，其中為螺紋公稱直徑，為螺距，以及查閱標準，可得，。則有： 螺桿小徑為： 螺母的高度：取整得: 旋合圈數(shù)： ，滿足要求螺紋的工作高度則螺紋的工作壓強的計算如下：所以按照這個參數(shù)設(shè)計的螺桿螺母傳動滿足強度要求。驗算自鎖：螺紋升角計算： （3.2）式（3.2）中，為導(dǎo)程，。為螺紋頭數(shù)，此處。代入數(shù)據(jù)計算如下：當量摩擦角計算： （3.3）式（3.3）中，為螺旋副的摩擦系數(shù)，為工作面牙形斜角，。代入數(shù)據(jù)計算為：滿足自鎖要求的條件為：。根據(jù)計算結(jié)果，該滑動螺旋副參數(shù)設(shè)計滿足自鎖要求。螺桿強度校核：螺桿當量應(yīng)力計算： （3.4）式（3.4）中，為傳遞轉(zhuǎn)矩，由圖2.1可知，該滑動螺旋副的傳遞力矩主要為螺紋副的阻力矩，其計算公式如下： （3.5）式中，螺旋副分度圓直徑；螺紋升角；螺旋副軸向力，此處取值為；螺紋當量摩擦角，為當量摩擦系數(shù)，此處取=0.15，則有將以上參數(shù)值代入式（3.5），得文中機器人的設(shè)計過程中。代入數(shù)據(jù)到式（3.4）得：45鋼的許用應(yīng)力則有，所以螺桿強度滿足要求。螺紋牙強度校核：螺紋牙底寬度則有螺桿抗剪強度：螺桿抗彎強度：螺母與螺桿材料相同，則螺母牙與螺桿牙強度相同，亦滿足強度要求。此處螺桿只承受較小的壓力，并且實際工作的長徑比亦很小，所以無需對螺桿穩(wěn)定性進行校核。至此，滑動旋轉(zhuǎn)副設(shè)計結(jié)束。3.2 俯仰系統(tǒng)的傳動分析與計算轉(zhuǎn)臺俯仰運動用驅(qū)動電機為瑞士MAXON公司的直流無刷電機EC3-powermax30。電機選主要參數(shù)如表3.1所示。表3.1 俯仰臺控制電機參數(shù)表指標數(shù)值功率200W正常電壓36V空載轉(zhuǎn)速17000rpm最高轉(zhuǎn)矩3750mNm額定轉(zhuǎn)矩112mNm質(zhì)量270g最大效率92最大允許速度25000rpm無負載電流325mA減速箱參數(shù)：減速箱選用的MAXON公司自帶的減速箱GP42C，基本參數(shù)如下表3.2所示。表3.2 俯仰臺控制電機減速箱參數(shù)表指標數(shù)值減速比1561最大效率72質(zhì)量460g電機特性曲線如圖3.1所示。圖3.1 搭載系統(tǒng)第二自由度驅(qū)動電機特性曲線圖根據(jù)上述表中電機及減速箱的參數(shù)，以及實際載荷情況，對電機進行校核。電機的校核主要分兩部分，一部分是電機輸出轉(zhuǎn)矩的校核，另一部分是電機輸出速度的校核。首先校核電機轉(zhuǎn)矩：如圖3.2中的傳動系統(tǒng)，可知電機輸出的轉(zhuǎn)矩主要是用于克服滑動螺旋副的螺紋阻力矩。在滑動螺旋副的設(shè)計中，根據(jù)式（3.5）已經(jīng)計算出在最大載荷時，系統(tǒng)需要克服的螺紋阻力矩。所選電機的輸出轉(zhuǎn)矩為：由計算結(jié)果可知，電機輸出轉(zhuǎn)矩滿足計算要求。校核電機輸出速度：要校核電機輸出速度，首先需要確定搭載系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)速度指標要求。規(guī)定俯仰臺臺面水平時，為運動初始位置，要求俯仰臺自由度為繞初始位置可以進行的旋轉(zhuǎn)，且俯仰臺旋轉(zhuǎn)速度最大為2.5R/min。由圖3.2可知，當俯仰臺處于水平狀態(tài)時，螺旋副絲杠與螺母初始角度設(shè)計為90，這種設(shè)計保證了在支撐俯仰臺的空心軸旋轉(zhuǎn)到任意位置時，俯仰臺與水平面間所成角度都不會變化，同時也便于角度的控制計算。下圖3.2以及圖3.3所示分別為俯仰臺處于初始狀態(tài)時以及繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)了角度后的狀態(tài)圖。圖中，為電機經(jīng)減速箱后的輸出速度，亦為絲杠的旋轉(zhuǎn)速度；為俯仰臺繞旋轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)速度；為絲杠螺距； 表示支撐俯仰臺的支架與滑塊連接點A處的瞬間速度；為俯仰臺旋轉(zhuǎn)了角度時，絲杠與水平面之間的夾角。圖3.2 俯仰臺初始位置狀態(tài)圖圖3.3 俯仰臺運動到某位置處狀態(tài)圖由圖示可得，當俯仰臺處于初始位置時A點速度為： （3.6）則俯仰臺的旋轉(zhuǎn)速度為： （3.7）綜合式（3.6）、（3.7）可得： （3.8）當俯仰臺繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)了角度后，即出于圖3.3狀態(tài)時，圖中點B是與點A重合的絲杠上的點，點A的運動可分解為繞點旋轉(zhuǎn)，以及相對點B作直線運動。A點的絕對運動為繞點M的旋轉(zhuǎn)運動。計算得： （3.9）式中可根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系求得,計算結(jié)果如下： （3.10）則有速度如下： （3.11）又根據(jù)擺動導(dǎo)桿的急回特性，可知在的可取值范圍內(nèi)，值愈大，俯仰臺的旋轉(zhuǎn)速度愈大。圖中，OA即的設(shè)計長度為70mm，長度為35mm，則有將帶入式（3.10），解得角度為：速度可以獲得最大值，為 （3.12）在俯仰臺同一次旋轉(zhuǎn)工作中，規(guī)定電機以相同的轉(zhuǎn)速工作，即式（3.12）中取值為常數(shù)，可得 （3.13）又由（3.7）式可得， （3.14）絲杠螺距，同時將式（3.14）帶入上式（3.13），并帶入各變量值，可解得：已知，則要求電機輸出速度為：最大允許轉(zhuǎn)速為25000R/min，可得電機轉(zhuǎn)速滿足要求。綜上，所選擇電機各指標均滿足使用要求。通過對機器人功能要求進行分解，將機器人分為移動車體平臺及上層搭載平臺兩部分，分別對兩部分進行設(shè)計。在移動車體設(shè)計過程中，主要從提高機器人環(huán)境適應(yīng)能力出發(fā)，對機器人進行了傳動系統(tǒng)、輪系結(jié)構(gòu)以及底盤的設(shè)計。在搭載平臺設(shè)計過程中，在確定了平臺自由度前提下，對各自由度進行了詳細設(shè)計。通過橋式支架，將搭載平臺與車體進行連接，保證了車體內(nèi)部空間，并方便了機器人安裝與維護。4 轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計4.1 轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計要使轉(zhuǎn)臺完成回轉(zhuǎn)運動，就要考慮選用合適的減速器，完成動力傳遞并滿足設(shè)計要求的轉(zhuǎn)速。常用減速器的類型及特點見表4.1。表 4.1 常用減速器的類型及特點表 4.1 常用減速器的類型及特點（續(xù)）蝸輪蝸桿有如下特點：（1）傳動平穩(wěn)、振動、沖擊和噪聲均很小；（2）能以單級獲得較大的傳動比，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比范圍大，5 i 70 ,其中一般要大于15；（3）摩擦損耗較大，傳動效率較低。 蝸輪蝸桿傳動分為三大類比：圓柱蝸桿、環(huán)面蝸桿、錐面蝸桿。圓柱蝸桿又分為普通圓柱蝸桿和圓弧圓柱蝸桿兩種。按蝸桿齒廓曲線的形狀，普通圓柱蝸桿可以分為：（1） 阿基米德圓柱蝸桿，簡稱ZA蝸桿；（2） 法向直廓圓柱蝸桿，即稱為延展?jié)u開線蝸桿，簡稱ZN蝸桿；（3） 漸開線圓柱蝸桿，簡稱ZI蝸桿；（4） 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿，簡稱ZK蝸桿；對于如此大的傳動比，如果用一般的齒輪進行減速設(shè)計，則需要很多級才可以實現(xiàn)，這樣的話，無論是體積還是重量都不可能達到課題所限制的數(shù)值，考慮到移動機器人的工作特點，本文選用的是ZA蝸桿。4.2 傳動比的設(shè)置多級減速器各級傳動比的分配，直接影響減速器的承載能力和使用壽命，還會影響基本體積、重量和潤滑。一般的分配原則：（1）使各級傳動承載能力大致相等；（2）使減速器的尺寸與質(zhì)量較小；（3）使各級齒輪圓周速度較小。 低速級大齒輪直接影響加速器的尺寸和重量，減小低速級傳動比，即減小了低速級大齒輪及包容它的機體的尺寸和重量。增大高速級傳動比，即增大高速級大齒輪的尺寸，減小了與低速級大齒輪的尺寸差，有利于各級齒輪同時潤滑，同時降低了高速級后面各級齒輪的尺寸差，有利于降低噪聲和振動，提高傳動的平穩(wěn)性。但是又不能使一、二級傳動比差距過大，這里我選擇作為一級傳動比，作為二級傳動比。4.3 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動力分析與計算由于已知系統(tǒng)的總體尺寸為：長寬高=250mm250mm80mm，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動范圍為360度，旋轉(zhuǎn)速度為1015rpm，而且系統(tǒng)自重要不大于8kg，載重量為20kg。4.3.1 轉(zhuǎn)動慣量的計算選取直徑為200 mm 的圓進行計算尺寸，算出轉(zhuǎn)動慣量： （4.1） 這里的m 可以用平均質(zhì)量的概念來計算，即： ,M取負載20 。 （4.2）于是 =637 則：=3.195給定條件：設(shè)轉(zhuǎn)臺在2秒內(nèi)達到最大轉(zhuǎn)速 15 r/pm,則它的加速度是 則它的轉(zhuǎn)動慣性力矩為： 根據(jù)給定的傳動效率 =0.8，所以4.3.2 滾動摩擦力矩計算在本設(shè)計中，雖然轉(zhuǎn)臺基本上是水平或者是在傾斜很小的角度內(nèi)轉(zhuǎn)動的，其轉(zhuǎn)動也都是有滾珠或者軸承來支撐來完成的，但是，因為 20的負載對于8的自重來說，摩擦力也是不可不重視的，下面我將對移動機器人的轉(zhuǎn)臺進行摩擦力矩的計算：取摩擦系數(shù) 則 （4.3） 假設(shè)密度為均勻的，用表示，則面平均質(zhì)量為 ： ，則 （4.4） 總的阻力矩為： M=3.315+0.0533=3.188Nm4.3.3 驅(qū)動電機的選擇（1）根據(jù)綜合分析和以上的計算，驅(qū)動軸總阻力力矩為：M=3.188Nm按工作要求和條件選取Y系列一般用途全封閉鼠籠型三相異步電動機。（2）選擇電動機容量工作機所需的功率： （4.5）電動機輸出功率： （4.6）所以: （4.7） 由電動機至工作機之間的總效率： （4.8）其中 分別為滾筒彈性聯(lián)軸器,閉式蝸桿傳動,皮帶輪傳動,一對滾動軸承，齒輪聯(lián)軸器的傳動效率。查表可知=0.96(滾筒) =0.995(彈性聯(lián)軸器) 由于蝸桿傳動效率與蝸桿頭數(shù)Z2及材料有關(guān)暫時取Z1=4雙頭蝸桿,估計=0.81 =0.93(V帶輪傳動) =0.99(一對滾動軸承) =0.99(齒輪聯(lián)軸器) 所以：所需電動機的功率: =2500.8/0.684=0.292kw 根據(jù)電機特性曲線，并保有一定的余量，初步選擇電機型號為MAXON電機，具體參數(shù)見表4.2。4.3.4 傳動裝置的總傳動比和分配各級傳動比由于是maxon電動機，可以通過自帶的減速器控制其轉(zhuǎn)速，在此，我設(shè)為1440 r/min 。 (1)計算總傳動比： = （4.9） (2)各級傳動比的分配 由于為蝸桿傳動，傳動比都集中在蝸桿上，其他不分配傳動比。取皮帶輪傳動比i1=4，則蝸桿傳動比為i2=24。這里我選擇的帶輪是SPA型，單根窄V帶輪。表4.2 MAXON電機EC45性能參數(shù)項目指標說明標稱功率250W最大輸出功率額定電壓36V空載轉(zhuǎn)速11000rpm堵載轉(zhuǎn)矩5260mNm堵轉(zhuǎn)條件下的轉(zhuǎn)矩值，即起動轉(zhuǎn)矩最大允許轉(zhuǎn)速12000rpm最大連續(xù)電流(5000rpm)10.6A最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩(5000rpm)303mNm電機可以連續(xù)工作的轉(zhuǎn)矩最大效率85%轉(zhuǎn)矩常數(shù)31.2mNm/A轉(zhuǎn)矩與有效電流值之比重量1150g4.3.5 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)（1） 蝸輪蝸桿的轉(zhuǎn)速皮帶輪轉(zhuǎn)速和電動機的額定轉(zhuǎn)速相同n1=1440r/min蝸桿轉(zhuǎn)速：（2） 蝸輪蝸桿的功率V帶輪的功率：p1=0.2920.9950.99=0.288kw 蝸桿軸的功率：p2=0.2880.810.99=0.231kw 蝸輪的功率：p=0.2300.930.990.99=0.210kw（3） 蝸輪蝸桿的轉(zhuǎn)矩軸的一般受力分析見圖4.1。圖 4.1 受力分析示意圖輸入的轉(zhuǎn)矩： 蝸桿的轉(zhuǎn)矩： 蝸輪軸的轉(zhuǎn)矩：V帶輪的轉(zhuǎn)矩：將上述計算得到的動力參數(shù)列表于4.3：表 4.3 蝸輪蝸桿的動力參數(shù)參數(shù)電動機V帶輪蝸桿蝸輪轉(zhuǎn)速r/min1440144036015功率P/kw0.292 0.2880.2310.210轉(zhuǎn)矩N.m7.6427.44144.847.526傳動比i單根V窄帶：i1=4 蝸輪蝸桿傳動：i2=24效率0.9950.9110.7944.3.6 對于蝸輪蝸桿機構(gòu)傳動的參數(shù)選擇根據(jù)機械手冊查得：傳動效率 （4.10）其中，r 為分度圓柱導(dǎo)程角，為嚙合摩擦角， （為摩擦因子），分度圓滑動速度 單位為 （4.11）一般的計算公式見表4.4。綜合計算，得具體的蝸輪蝸桿參數(shù)如下表2.7?？紤]到傳動功率不大，轉(zhuǎn)速較低，選用ZA蝸桿傳動，精度達到8c級，采用標準GB10089-1998。一般選為右旋蝸桿。蝸桿選35CrMo，表面淬火，硬度為4550HRC；表面粗糙度。蝸輪邊緣選擇ZCuSn10P1金屬模鑄造。蝸輪蝸桿正確嚙合的條件：主平面內(nèi)的模數(shù)和壓力角彼此相等，即蝸輪端面的模數(shù)應(yīng)等于蝸桿軸面得模數(shù)，且為標準值；蝸輪端面的壓力角應(yīng)等于蝸桿軸面的壓力角，且為標準值。即： 此外，還應(yīng)該保證，即蝸桿與蝸輪的螺旋線方向一致。具體設(shè)計將會后面論述。分度圓直徑標準中心距徑向間隙蝸輪螺旋角蝸桿導(dǎo)程角齒根圓直徑齒頂圓直徑齒根高齒頂高蝸輪蝸桿計算公式符號名稱表4.4 蝸桿傳動的幾何尺寸計算表4.5 齒的基本參數(shù)名稱符號公式及依據(jù)蝸桿軸向齒距=3.925蝸桿螺旋線導(dǎo)程=3.925*4=15.7蝸桿法向齒形角20蝸桿軸向齒形角蝸桿直徑系數(shù)17.6蝸桿分度圓直徑=22蝸桿分度圓導(dǎo)程角14.04模數(shù)=1.25齒頂高齒根高齒全高齒頂圓直徑24.5齒根圓直徑194.3.7 蝸輪蝸桿的設(shè)計計算(1) 常數(shù)計算由傳動比=24，參考機械設(shè)計手冊齒輪傳動部分，取=4，則=96，由表查得，其中時蝸輪材料的許用接觸，當時蝸輪材料的許用彎曲應(yīng)力。齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：=60 n2 j =603601365245=次 接觸強度壽命系數(shù) = =0.566 彎曲強度壽命系數(shù) =0.603 則 =220 0.93 0.566=115.8 =700.603=42.21 圖4.2 蝸輪蝸桿受力分析簡圖(2) 按接觸強度設(shè)計 （4.12） 從K=11.4 取載荷系數(shù)K=1.2= 而=34.375，符合要求。由于蝸輪蝸桿的嚙合條件是：，所以=1.2548=60。故a=41mm。(3) 校核渦輪的齒面接觸強度齒面接觸強度計算公式為 （4.13） 材料彈性系數(shù)： （4.14）使用系數(shù)KA，取KA=0.9（運轉(zhuǎn)平穩(wěn)），動載系數(shù)KV，當V2 e=0.47，/=0.423e=0.47=+=0.44135+1.19103.34=182.37N=+=1133+156.26=189.26N因為5年。故所選軸承適合工作壽命5年。 蝸桿軸的設(shè)計(1)蝸桿軸的材料的選擇，確定許用應(yīng)力考慮到減速器為普通中用途中小功率減速傳動裝置，軸主要傳遞蝸輪的轉(zhuǎn)矩。蝸桿選35CrMo，表面淬火，硬度為4550HRC；表面粗糙度。(2)按扭轉(zhuǎn)強度，初步估計軸的最小直徑,選用聯(lián)軸器。由上面的已經(jīng)算出，只要大于10mm，就能滿足要求，軸伸安裝聯(lián)軸器，考慮補償軸的可能位移，選用彈性拄銷聯(lián)軸器，取工作情況系數(shù)=1.5由轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩查表GB/T5014-1985 選用HL3彈性柱銷聯(lián)軸器，標準孔徑=40mm，即軸伸直徑為40。(3)軸承采用角接觸球軸承，并采用凸緣式軸承蓋，實現(xiàn)軸承系兩端單向固定。選定滾動軸承為型號為7212C。(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計徑向尺寸的確定從軸段=40mm開始逐漸選取軸段直徑，起固定作用，定位軸肩高度可在（0.07-0.1）d范圍內(nèi)，故=+2h40（1+20.07）=45.6mm，該直徑處安裝密封氈圈，標準直徑。應(yīng)取=50mm；與軸承的內(nèi)徑相配合，為便與軸承的安裝取，選定軸承型號為7212C，=60。起定位作用，由h=（0.070.1）=（0.07-0.1）60=4.26mm，取h=5mm，=60+25=70mm。（5）滾動軸承的壽命校核選定滾動軸承為型號為7212C，尺寸適合該蝸桿。蝸桿上的滾動軸承由于應(yīng)力幅比蝸桿的小，所以一般只校核蝸輪上的滾動軸承的壽命即可，也可以取減速器的檢修期為2年，到檢修期時更換。4.4 本章小結(jié)蝸輪蝸桿傳動的一種空間的齒輪傳動，它能實現(xiàn)交錯角為90度的兩軸間的動力和運動傳遞。在這個移動機器人的設(shè)計中，它與皮帶輪合作，將電機的高速轉(zhuǎn)動一級一級減速，達到所要的結(jié)果，在此傳動中，由于摩擦等因素，能量受到損耗，轉(zhuǎn)為熱能，所以本章不僅對材料的受力校核，而且對材料的受熱特性進行了驗證。結(jié)束語經(jīng)過了兩個多月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了移動機器人轉(zhuǎn)臺的論文。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨立完成的最大的項目。在這段時間里，我學(xué)到了很多知識也有很多感受，從對機械的一知半解，對零件選用的一無所知的狀態(tài)，我開始了獨立的學(xué)習(xí)和試驗，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改進都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次校核的成功都會讓我興奮好一段時間。從中我也充分體會到了機械設(shè)計給我們生活帶來的樂趣，在自己的小小世界里自得其樂。雖然我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，但我可以自豪的說，這里面的每一個細節(jié)，都有我的勞動。當看著自己的努力極有希望成為實物的時候，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會化為甜美的甘泉。這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要認認真真用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵我繼續(xù)進步。致 謝本研究及學(xué)位論文是在我的導(dǎo)師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴肅的科學(xué)態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，周老師都始終給予我細心的指導(dǎo)和不懈的支持。半年多來，導(dǎo)師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹向周老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。我還要感謝在一起愉快的度過本科四年的各位同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!參 考 文 獻1 減速機信息網(wǎng). 工業(yè)機器人技術(shù)EB/OL.http:/www.gkcity.com/n-i-28976-c-Potpourri.htm,2006.2 熊有倫. 機器人技術(shù)技術(shù)M. 武漢： 華中理工大學(xué)大學(xué)出版社，1996.3 Krisztinicz I .positioning problems of industrial robotsM.New York :Microsoft Press,1997.165286. 4 林繩宗. 全球機器人應(yīng)用概況J.高技術(shù)縱覽，2005,6:55. 5 龔振邦. 機器人機械設(shè)計M. 北京: 電子工業(yè)出版社, 1995.6 中國自動化網(wǎng).工業(yè)機器人的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢EB/OL.http:/doc.plcjs.com/doc_Lesson/2006-3/16/0631622550860232.htm,2006.7 周錫駒.國外工業(yè)機器人的發(fā)展與應(yīng)用動態(tài) J. 自動化學(xué)報,1987，l13(3):222238.8 陳佩云,金茂菁,曲忠萍. 我國工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀J. 機器人技術(shù)與應(yīng)用，2001(1):25.9 吳瑞祥. 機器人技術(shù)及應(yīng)用M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994.10 李允文.工業(yè)機械手設(shè)計M. 北京:機械工業(yè)出版社，1994.11 張建民.工業(yè)機器人M.北京:北京理工大學(xué)出版社,1988.12 郭洪紅. 工業(yè)機器人技術(shù)M. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.13 謝存禧，張鐵.機器人技術(shù)及其應(yīng)用M. 北京:機械工業(yè)出版社，2005. 199514 李軍英，劉艷香，焦冬梅三菱PLC在氣動機械手中的應(yīng)用J.工業(yè)自動化，2007，3：55.15 機器與智能網(wǎng). 工業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)域分析網(wǎng)絡(luò)EB/OL.http:/www.robotain.com/yingjian/rbyy/20070304/201446.shtml, 2007.