分類號(hào) —————————————————————————————————密級(jí) UDC 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(附件)網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師院、系、中心 工程學(xué)院機(jī)電工程系 專業(yè)年級(jí) 論文答辯日期 網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)設(shè)計(jì)完成日期： 指導(dǎo)教師簽字： 答辯小組成員簽字： 目 錄1、 任務(wù)書2、 開題報(bào)告3、 周次進(jìn)度計(jì)劃及實(shí)際進(jìn)展情況表4、 指導(dǎo)教師工作記錄5、 指導(dǎo)教師評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)閱表6、 答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定表7、 英文材料8、 英文材料翻譯 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目 網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)設(shè)計(jì)院（系、中心）工程學(xué)院機(jī)電工程系 專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級(jí) 縱向課題（ ）科研課題 橫向課題（ ） 理論研究（ ）教師自擬課題（√） 應(yīng)用基礎(chǔ)研究（）選題來源學(xué)生自擬課題（ ）選題類型技術(shù)或工程開發(fā)（√）設(shè)計(jì)的基本構(gòu)思和基本任務(wù)：網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)正在全世界范圍內(nèi)得到越來越多的關(guān)注和喜愛，但是網(wǎng)球愛好者，特別是運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行網(wǎng)球訓(xùn)練的時(shí)候，要頻繁撿起散落在很大范圍內(nèi)的網(wǎng)球是一件耗時(shí)耗力的工作。具有高效、全自動(dòng)撿球功能的機(jī)器可廣泛應(yīng)用于各種類型的網(wǎng)球練習(xí)場(chǎng)地，為人們進(jìn)行網(wǎng)球訓(xùn)練提供便利和節(jié)省時(shí)間。本項(xiàng)設(shè)計(jì)主要目的是開發(fā)一種網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)，解決同類產(chǎn)品中可能出現(xiàn)的卡球和傷球現(xiàn)象，并同時(shí)具有高效率和無(wú)遺漏的特點(diǎn)?；救蝿?wù)：① 查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，搜集、整理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；② 完成對(duì)撿球機(jī)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)；③ 完成總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及所有有零部件的選取；④ 完成裝配圖、主要零部件的 CAD 圖紙繪制；⑤ 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。目前的基礎(chǔ)（包括資料收集情況、前期工作情況等）學(xué)習(xí)了《機(jī)械設(shè)計(jì)》 、 《機(jī)械原理》等相關(guān)專業(yè)課程，掌握機(jī)械的的組成，掌握一般機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法。已收集整理了網(wǎng)球撿球機(jī)的相關(guān)文獻(xiàn)，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)等參考資料。設(shè)計(jì)進(jìn)度安排3.9－3.22：查閱相關(guān)資料，撰寫文獻(xiàn)綜述，翻譯外文資料，完成開題報(bào)告的擬寫；3.23－4.5：完成撿球機(jī)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)； 4.6－4.19 撿球機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件選型；4.20-5.15 完成撿球機(jī)裝配圖和主要零部件圖的繪制；5.16 至月底 撰寫畢業(yè)論文。 論文起止時(shí)間：自 年 月 日起 年 月 日止學(xué)生（簽名）：指導(dǎo)教師（簽名）： 院（系、中心）負(fù)責(zé)人（簽名）：注：表格不夠可另附頁(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題 目 網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)設(shè)計(jì)院、 系專 業(yè)學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師1一、選題依據(jù)課題來源、選題依據(jù)和背景情況；課題研究目的、學(xué)術(shù)價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值1、課題來源、選題依據(jù)和背景情況。本課題為教師自擬課題。根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì) (International Federation of Rob otics, IFR)發(fā)布的 2014 年服務(wù)機(jī)器人研究報(bào)告，2013 年個(gè)人和家用服務(wù)機(jī)器人銷量大約為四百萬(wàn)臺(tái)，比 2012 年增長(zhǎng) 28%，市場(chǎng)規(guī)模約為 17 億美元。據(jù)估計(jì)，將有3100 萬(wàn)臺(tái)個(gè)人服務(wù)機(jī)器人于 2014 至 2017 年之間售出，這也就意味著服務(wù)機(jī)器人在這一領(lǐng)域?qū)⒂谐掷m(xù)而強(qiáng)勁的增長(zhǎng)?？梢姍C(jī)器人將越來越多的走進(jìn)日常生活當(dāng)中，而網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)正在全世界范圍內(nèi)得到越來越多的關(guān)注和喜愛，但是網(wǎng)球愛好者，特別是運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行網(wǎng)球訓(xùn)練的時(shí)候，要頻繁撿起散落在很大范圍內(nèi)的網(wǎng)球是一件耗時(shí)耗力的工作，每個(gè)人都不可能像專業(yè)運(yùn)動(dòng)員一樣擁有自己的球童，而具有高效、全自動(dòng)撿球功能的機(jī)器可廣泛應(yīng)用于各種類型的網(wǎng)球練習(xí)場(chǎng)地，為人們進(jìn)行網(wǎng)球訓(xùn)練提供便利和節(jié)省時(shí)間。因此網(wǎng)球訓(xùn)練迫切地需求自動(dòng)撿球機(jī)器人來輔助。2、課題研究目的、實(shí)際應(yīng)用價(jià)值據(jù)中國(guó)網(wǎng)球協(xié)會(huì)官方最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，到 2008 年，憑借鄭潔溫網(wǎng)殺入四強(qiáng)和李娜的奧運(yùn)會(huì)四強(qiáng)，國(guó)人網(wǎng)球熱情空前高漲。中國(guó)網(wǎng)球人口已突破 800 萬(wàn)。而隨著李娜法網(wǎng)捧杯，WTA 官網(wǎng)甚至認(rèn)為，李娜的大滿貫冠軍將為中國(guó)增加 3 億網(wǎng)球人口。由此可分析，我國(guó)的網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)必將蒸蒸日上，市場(chǎng)上對(duì)網(wǎng)球撿球機(jī)的需求也會(huì)直線增加。本課題的主要研究目的是本項(xiàng)設(shè)計(jì)主要目的是開發(fā)一種網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)，解決同類產(chǎn)品中可能出現(xiàn)的卡球和傷球現(xiàn)象，并同時(shí)具有高效率和無(wú)遺漏的特點(diǎn)。二、文獻(xiàn)綜述國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài)；查閱的主要文獻(xiàn)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài)隨著網(wǎng)球這種高強(qiáng)度遠(yuǎn)動(dòng)的普及，越來越多的人參與其中，但對(duì)于普通運(yùn)動(dòng)者來說，不可能有球童負(fù)責(zé)為其撿球，遍布全場(chǎng)的網(wǎng)球揀起來實(shí)在是件累人、費(fèi)時(shí)的事，針對(duì)這一現(xiàn)狀，網(wǎng)球場(chǎng)撿球機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生 [1]。目前網(wǎng)球撿球機(jī)構(gòu)較少，較為經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)球撿球機(jī)多以人工操作為主，又有圓筒式、滾筒網(wǎng)狀式和籃筐式等用彈性條狀材料制作，其間距略小于網(wǎng)球直徑，用力壓下或者滾過球身時(shí)將球壓進(jìn)筒或筐中。網(wǎng)球筐和網(wǎng)球筒是早期提出的方案，有的機(jī)構(gòu)已經(jīng)做出了產(chǎn)品。這類機(jī)構(gòu)2一般都十分簡(jiǎn)練實(shí)用，但效率一般較低，人工參與的比較多。市場(chǎng)上已經(jīng)存在不同種類的網(wǎng)球撿球籃(如圖 1、圖 2 所示)和撿球筒(如圖 3、圖 4 所示)，都是通過人工操作實(shí)現(xiàn)的。但是這種撿球機(jī)構(gòu)不能適應(yīng)網(wǎng)球的直徑變化；可能出現(xiàn)“卡球”現(xiàn)象；對(duì)網(wǎng)球的傷害較大，減少了網(wǎng)球的使用壽命；不能夠撿拾網(wǎng)球場(chǎng)邊緣的網(wǎng)球，而且對(duì)網(wǎng)球場(chǎng)地有一定的損傷。圖 1 網(wǎng)球筐 1 圖 2 網(wǎng)球筐 23網(wǎng) 球撿球筒的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單， 主要由收集筒、手柄和進(jìn)口閥彈簧組成。收集筒用于存儲(chǔ)收集到的網(wǎng)球；手柄便于操作；而進(jìn)口閥彈簧保證了網(wǎng)球的單向通過，使已經(jīng)撿起的網(wǎng)球不會(huì)掉落。這種撿球機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單方便，成本低，但存在不少缺點(diǎn)。與網(wǎng)球筐一樣，對(duì)網(wǎng)球傷害較大；撿球時(shí)作用相對(duì)較少，需要人工尋找對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)球，實(shí)際上只是減少一個(gè)彎腰的動(dòng)作；效率極低，一次只能撿一個(gè)球，存儲(chǔ)球的數(shù)量也十分有限；隨著撿球數(shù)量的增加，撿球難度也增大 [2]。目前市場(chǎng)上還出現(xiàn)了一類手推式網(wǎng)球撿球車。此類撿球車為半自動(dòng)式，需要有人操作。它體積大且重，相對(duì)于智能化撿球機(jī)比較笨拙，既浪費(fèi)空間，又影響訓(xùn)練人員打球，還需要人工操作，相對(duì)于智能化撿球機(jī)浪費(fèi)了不必要的時(shí)間與體力。而且，此類撿球車只適用于地上球較多的情況，它的適用環(huán)境較局限 [4]。圖 5 是一種自動(dòng)網(wǎng)球撿球機(jī)，該遙控自動(dòng)網(wǎng)球拾球機(jī)主要組成包括車體、拾球滾筒、儲(chǔ)球箱、驅(qū)動(dòng)輪、萬(wàn)向輪、傳動(dòng)齒輪組、傳感器、電路板、電池和拉桿式推把等部件。其工作原理為：采用后輪驅(qū)動(dòng)，左、右驅(qū)動(dòng)輪由兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別帶動(dòng)，前輪是萬(wàn)向輪， 起支撐的作用，共同實(shí)現(xiàn)拾球機(jī)前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎及后退等動(dòng)作。萬(wàn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過傳動(dòng)齒輪組帶動(dòng)拾球滾筒 [5]，傳動(dòng)齒輪組與萬(wàn)向圖 3 撿球筒 1 圖 4 撿球筒 2圖 5 自動(dòng)網(wǎng)球撿球機(jī)4輪之間是采用單向推力軸承聯(lián)接， 保證了拾球滾筒在前進(jìn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)而自動(dòng)拾球, 而在后退時(shí)停轉(zhuǎn)以防止?jié)L 筒反轉(zhuǎn)將網(wǎng)球帶出箱外 [6]。 拾到的網(wǎng)球暫時(shí)存放在儲(chǔ)球箱中，儲(chǔ)球箱設(shè)計(jì)為抽屜式結(jié)構(gòu)，可隨時(shí)安放和取出。拉桿式推把可根據(jù)拾球人員身高的變化而相應(yīng)地調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，推把長(zhǎng)度的范圍在 70～120cm，該結(jié)構(gòu)非常靈活。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到傳感器的安裝， 用于避障檢測(cè)用的兩對(duì)紅外反射式傳感器分別安裝在前面左、右兩端，三對(duì)紅外對(duì)射式傳感 器安裝在儲(chǔ)球箱的上部?jī)?nèi)側(cè)。電路板和電池是拾球機(jī)的控制系統(tǒng)，控制著其他部件的動(dòng)作 [4]。目前較先進(jìn)的拾球器是全自動(dòng)拾球機(jī)，采用機(jī)械臂和圖象識(shí)別等高科技，不需人工操作，可以完全自動(dòng)拾球，但效率低，每次只能拾起一個(gè)球，且結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜， 成本相當(dāng)高，不容易推廣 [3]。國(guó)外的自動(dòng)撿球機(jī)構(gòu)也較少,大部分常見的都是半自動(dòng)人工參與的,如圖 6,7均為手動(dòng)式撿球機(jī) [7,8]，這兩款撿球機(jī)與上述國(guó)內(nèi)撿球機(jī)比較類似，純手動(dòng)操控，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格低廉，但人性化不足。圖 6 國(guó)外撿球機(jī) 1 圖 7 國(guó)外撿球機(jī) 25圖 8 和圖 9 為國(guó)外的半自動(dòng)撿球機(jī) [10,11]，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)成本高，體積較大，占空間，操作簡(jiǎn)單，撿球效率高，但不能自主完成撿球過程，需要人的輔助，綜合來說需要改進(jìn)的部分較多。除此之外，關(guān)于乒乓球撿球機(jī)的研究也比較多，由于乒乓球與網(wǎng)球結(jié)構(gòu)上比較相似，同時(shí)為了拓展視野，我也對(duì)乒乓球撿球機(jī)進(jìn)行了相關(guān)的調(diào)研。乒乓球的直徑為 40mm，質(zhì)量為 2.7g，具有體積小、質(zhì)量輕的特點(diǎn)，特別適合吸力裝置吸取。風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，抽風(fēng)的一端會(huì)形成負(fù)壓;如果將一個(gè)管道與風(fēng)扇的抽風(fēng)面相連接，則在風(fēng)扇的作用下，管道內(nèi)的氣壓將小于管道外的大氣壓，管道口附近的物體將在壓力差的作用下被吸進(jìn)管道里 [11]。利用這個(gè)原理制作的撿乒乓球機(jī)如圖 10 所示。圖 8 國(guó)外撿球機(jī) 3 圖 9 國(guó)外撿球機(jī) 46再有一種就是“收割式”撿球機(jī)，該方案撿球效果好且設(shè)計(jì)與制造方便，機(jī)械傳動(dòng)鏈少，造價(jià)低。其設(shè)計(jì)圖如圖 11 所示。其工作原理為：人手握可調(diào)節(jié)的推桿以正常行走速度向有散落乒乓球的區(qū)域走動(dòng)，帶動(dòng)撿球機(jī)的驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)輪又帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)，通過葉輪齒片將乒乓球劃入撿球機(jī)內(nèi)，過擋球板，進(jìn)入可方便拆卸的儲(chǔ)球盒內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了散落滿地乒乓球的撿拾工作 [12]。相對(duì)于體積小，質(zhì)量輕的乒乓球，高爾夫球與網(wǎng)球更為接近，在此，我還查找了有關(guān)高爾夫球撿球機(jī)的相關(guān)資料。由于高爾夫球場(chǎng)面積廣，對(duì)撿球機(jī)器人的需求并不高，因此只有較為簡(jiǎn)單圖 10 乒乓球撿球機(jī)器人 1圖 11 乒乓球撿球機(jī) 27的撿球裝置，如圖 12 所示 [13]：網(wǎng)球撿球機(jī)的需求量很大，國(guó)內(nèi)外相關(guān)設(shè)計(jì)也不少。本設(shè)計(jì)主要工作是通過對(duì)不同撿球機(jī)功能、特點(diǎn)、和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析后，得到設(shè)計(jì)撿球機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)問題，從而對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法加以改進(jìn)，設(shè)計(jì)出一種更加高效、智能、防卡球現(xiàn)象的自動(dòng)撿球機(jī)。參考文獻(xiàn)[1] 席澤生. 網(wǎng)球場(chǎng)撿球機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電氣與自動(dòng)化,2012,,41(2):140-141[2] 韓良，王德彬，龔煥.智能網(wǎng)球車的研制[J].機(jī)電技術(shù)，2011，2:49-54圖 12 高爾夫撿球器8[3] 呂騰飛，陸麗等.智能網(wǎng)球撿球機(jī)的研制[J].電子世界[4] 盧飛躍，劉志鋒.遙控自動(dòng)網(wǎng)球拾球機(jī)的研制[J].機(jī)電工程技術(shù)，2010,39(06):86-89[5] 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Device[P].US:US007165796B1,Jan.23,2007三、研究?jī)?nèi)容91．學(xué)術(shù)構(gòu)想與思路；主要研究?jī)?nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題（或技術(shù)）隨著我國(guó)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的不斷普及，越來越多的人開始參與到其中，網(wǎng)球訓(xùn)練中網(wǎng)球的使用數(shù)量會(huì)很多，基本上會(huì)布滿整個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)，這時(shí)撿球便成為一件令人頭疼的事，因此設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格實(shí)惠，能夠快速撿起網(wǎng)球的網(wǎng)球機(jī)器人的需求也日益增長(zhǎng)。本課題的主要研究?jī)?nèi)容：設(shè)計(jì)一款高效的網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)，解決同類產(chǎn)品中可能出現(xiàn)的卡球和傷球現(xiàn)象，并具有高效率和無(wú)遺漏的特點(diǎn)。擬解決的關(guān)鍵問題有：（1） 撿球方式的選擇；（2） 傳動(dòng)方式的選擇；（3） 行走速度分析；（4） 球道數(shù)選擇。2．?dāng)M采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)施方案及可行性分析研究方法：利用文獻(xiàn)調(diào)研和市場(chǎng)調(diào)查對(duì)市場(chǎng)上已有產(chǎn)品進(jìn)行分析，比選實(shí)現(xiàn)本課題目標(biāo)的最佳技術(shù)途徑和機(jī)械機(jī)構(gòu)方案，以此為基礎(chǔ)，完成零件和整機(jī)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。技術(shù)路線：確立設(shè)計(jì)背景專利檢索 市場(chǎng)調(diào)研 期刊檢索初步設(shè)計(jì) 修改完善原理設(shè)計(jì)強(qiáng)度校核結(jié)構(gòu)草圖零件圖 裝配圖設(shè)計(jì)說明書10實(shí)施方案：（1） 查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，了解相關(guān)設(shè)計(jì)方案及原理；（2） 撿球機(jī)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)；（3） 撿球機(jī)零部件參數(shù)計(jì)算，以及選取；（4） 撿球機(jī)三維圖及二維 CAD 圖紙繪制；（5） 撰寫畢業(yè)論文?？尚行苑治觯耗壳瓣P(guān)于網(wǎng)球撿球機(jī)的研究也很多，這些研究做出的撿球機(jī)均可以實(shí)現(xiàn)，并可以輕松完成撿球任務(wù)，因此只要參照現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案的原理以及結(jié)構(gòu)形式，并加以計(jì)算、改進(jìn)，一套可行的新的設(shè)計(jì)方案是完全可以實(shí)現(xiàn)的。四、論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度安排起止時(shí)間 主要內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)3.9－3.223.23－4.54.6－4.194.20-5.155.16 至月底查閱相關(guān)資料，撰寫文獻(xiàn)綜述，翻譯外文資料，完成開題報(bào)告的撰寫完成撿球機(jī)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)撿球機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件選型完成撿球機(jī)裝配圖和主要零部件圖的繪制撰寫畢業(yè)論文了解現(xiàn)有網(wǎng)球撿球機(jī)構(gòu)造，和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀完成初步方案設(shè)計(jì)完成結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)完成裝配圖和零件圖完成整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)11五、審核意見導(dǎo)師意見導(dǎo)師簽字:年 月 日審核小組意見審核小組成員簽字： 年 月 日無(wú)線可移動(dòng)機(jī)械臂摘要最近幾年，隨著無(wú)線應(yīng)用的廣泛使用，對(duì)一個(gè)能夠輕松連接遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備無(wú)需電纜的系統(tǒng)的需求也日益增長(zhǎng)。這篇論文講述了無(wú)線可移動(dòng)機(jī)械臂的發(fā)展?fàn)顩r。這是一個(gè)能做到撿起、放下運(yùn)算并可以用無(wú)線 PS2 手柄控制的可移動(dòng)機(jī)器人。它可以根據(jù)控制器的指令進(jìn)行一定距離的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。這種機(jī)器人的開發(fā)基于 Arduino Mega 平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)可以將無(wú)線控制器與可移動(dòng)機(jī)械臂連接起來。為了了解機(jī)械臂的表現(xiàn)，我們分析了機(jī)械臂的速度、行程以及承載能力。最終，這個(gè)機(jī)器人的原型有望解決一些像放置或拿起遠(yuǎn)離使用者的物體以及以最快速簡(jiǎn)單的方式放置或拿起有危險(xiǎn)的物體的問題。1.引言如今，機(jī)器人取代人類廣泛地被整合到工作任務(wù)中，尤其是在反復(fù)作業(yè)中?？傮w來說機(jī)器人學(xué)可以分為兩類：工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人。國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)這樣定義服務(wù)機(jī)器人：服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，它能完成有益于人類健康的服務(wù)工作，但不包括從事生產(chǎn)的設(shè)備。目前移動(dòng)機(jī)器人被應(yīng)用于許多領(lǐng)域包括辦公，軍事任務(wù)，醫(yī)院手術(shù)，危險(xiǎn)的環(huán)境和農(nóng)業(yè) [1]。除此之外，工人們?cè)趽炱鸷头胖靡恍┛赡軐?duì)他們有影響的東西時(shí)會(huì)有一些困難。例如，一些人類不能觸摸的化學(xué)藥品，軍事上拆出炸彈時(shí)需要機(jī)器人來取放炸彈，用戶在坐著的時(shí)候需要機(jī)器人來幫忙取放物品等。因此，一些機(jī)器人可以取代人類來做一些工作。無(wú)線控制的機(jī)器人可以保證其遠(yuǎn)離用戶工作。例如，過去的無(wú)線電自主導(dǎo)航機(jī)器人項(xiàng)目就跟這個(gè)項(xiàng)目類似 [2]。這個(gè)機(jī)器人在物理上適合無(wú)線電工作。除了無(wú)線電控制之外，藍(lán)牙也是一個(gè)無(wú)線傳輸控制機(jī)器人的可用平臺(tái) [3]。機(jī)器人的動(dòng)作通過藍(lán)牙連接遠(yuǎn)程控制。對(duì)這個(gè)項(xiàng)目來說，這個(gè)機(jī)器人在各個(gè)方向（前，后，左，右）都能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。2.機(jī)械臂的定義機(jī)械臂是通常一種可編程的，跟人的手臂有著相似功能的擬人機(jī)操作手。這樣一個(gè)操縱器的連接部分由一些允許回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（例如在一個(gè)鉸鏈?zhǔn)綑C(jī)器人中）或者平移（線性）運(yùn)動(dòng)的接頭組成 [4]。操縱器的連接部分可以形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈 [5]。操縱器運(yùn)動(dòng)鏈起作用的一端被稱為末端執(zhí)行器，它與人手類似。末端執(zhí)行器被設(shè)計(jì)用來完成想要完成的任務(wù)，例如：焊接，夾緊，旋轉(zhuǎn)等，這取決于應(yīng)用。機(jī)械臂可以自動(dòng)或者被人工控制來高精度的完成一系列任務(wù)。機(jī)械臂可以是固定的，也可以是可以動(dòng)的（例如，帶輪子的） ，可以應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，也可以家庭服務(wù)。無(wú)線可移動(dòng)機(jī)器人也已經(jīng)發(fā)展了好多年 [6]。3.研究方法3.1 項(xiàng)目概覽在這個(gè)項(xiàng)目中，軟硬件相結(jié)合會(huì)使系統(tǒng)變得可靠。Arduino Mega 會(huì)成為機(jī)器人的接口，無(wú)線 PS2 手柄會(huì)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。項(xiàng)目概覽如圖 1 所示：3.2 系統(tǒng)架構(gòu)表 1 列出了無(wú)線可移動(dòng)機(jī)械手臂的項(xiàng)目規(guī)范。制作這個(gè)規(guī)范的主要目的是列出這個(gè)項(xiàng)目的一些重要部分和確保這個(gè)項(xiàng)目可行并且適合在市場(chǎng)上使用。3.3 機(jī)械設(shè)計(jì)圖 2 列舉了一些機(jī)器人的設(shè)計(jì)，有（a）主體結(jié)構(gòu)手臂機(jī)器人， （b）手臂機(jī)器人設(shè)計(jì)，（c ）移動(dòng)搬運(yùn)手臂機(jī)器人。機(jī)械手臂主要有基座、肩膀、肘部、腕部和爪子等五部分組成。對(duì)機(jī)械手來說，像支架、U 型架等伺服機(jī)構(gòu)被用來放置馬達(dá)的，都是用鋁來制作的，因?yàn)殇X很輕。爪子部分也是用鋁做的，因?yàn)樗蜋C(jī)械手主體框架結(jié)構(gòu)相似。正如圖 2（c ）所示，移動(dòng)機(jī)器人的外形尺寸為：長(zhǎng) 28cm，寬 15.5cm，高 8.5cm。移動(dòng)機(jī)械手臂的主要材料是亞克力板，因?yàn)樗壮尚停瑑r(jià)格低，堅(jiān)固并能夠承受馬達(dá)的重量和運(yùn)轉(zhuǎn)。3.4 電路設(shè)計(jì)圖 3（a）是使用 Protens 模擬的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人的電路設(shè)計(jì)，圖 3（b）表示通過使用 PCB 巫師軟件，每一個(gè)電子元件都被特定安排來為 Arduino Mega 創(chuàng)造空間。3.5 軟件研發(fā)軟件是一套程序、規(guī)程、算法和與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相關(guān)的文檔。在這個(gè)案例中需要軟件來完成項(xiàng)目的任務(wù)。Arduino 集成開發(fā)環(huán)境：Arduino 硬件使用一種與 C++相似、只有輕微的簡(jiǎn)化和修改的線基語(yǔ)言和一種過程基礎(chǔ)的完整開發(fā)環(huán)境為基礎(chǔ)。Proteus 7 專業(yè)版：這個(gè)軟件僅僅被用來設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)械臂的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路。因?yàn)闉榱耸箼C(jī)械臂能夠?qū)崿F(xiàn)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，需要像繼電器和晶體管之類的電子元件來實(shí)現(xiàn)。谷歌 Sketch Up:整個(gè)項(xiàng)目被分成了兩個(gè)設(shè)計(jì)部分。一部分是機(jī)械臂，另一部分是移動(dòng)機(jī)器人。PCB Wizard:這個(gè)軟件可以用來創(chuàng)造和設(shè)計(jì)接線板里的電子設(shè)備的安放。由于使用的電子元件少，這個(gè)項(xiàng)目會(huì)用單層的接線板。3.6 Arduino Mega 2560正如圖 4 所示，Arduino Mega 2560 是一塊基于 ATmega2560 單片機(jī)板。它具有 54 個(gè)輸入輸出接口，包括 14 個(gè) PWM 輸出，16 個(gè)模擬輸入，4 個(gè)通用異步收發(fā)器（硬件串行端口）1 個(gè) 16MHz 的晶體振蕩器， 1 個(gè) USB 接口，1 個(gè)電源插口， 1 個(gè) ICSP 接頭，1 個(gè)重置按鈕。它包含了用來支持單片機(jī)所需的所有東西；可以用一條 USB 連接線輕松的將其連接到電腦上且可以用交流電轉(zhuǎn)直流電的電源適配器或電池來供電。3.7 索尼 PS2 無(wú)線手柄這個(gè)項(xiàng)目所使用的 PS2 無(wú)線手柄如圖 5 所示，使用手柄可以了控制包括爪子和可移動(dòng)機(jī)械臂在內(nèi)的伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。另外，無(wú)線手柄相比有線來說有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗梢詿o(wú)線地與機(jī)器人交流。手柄的頻率為 2.4GHz，并帶有振動(dòng)反饋。它的發(fā)射器和接收器可以分離操作。手柄使用的電源是兩節(jié) 3 號(hào)電池。4.結(jié)果與討論4.1 完成機(jī)器人設(shè)計(jì)圖 6 展示了無(wú)線移動(dòng)機(jī)械臂的完整機(jī)械結(jié)構(gòu)。在不工作時(shí)機(jī)器人的外形尺寸為29X19X25.5cm，重量為 1.55Kg。4.2 無(wú)線移動(dòng)機(jī)械臂的分析圖 7 展示的是移動(dòng)機(jī)器人的輪子的運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人可以前進(jìn)、后退、右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn)。當(dāng)按下手柄的按鈕時(shí)，LED 燈會(huì)點(diǎn)亮。輸入的電源供應(yīng)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人來說是很重要的，因?yàn)樗梢钥刂扑欧妱?dòng)機(jī)的速度。因此表 2 展示了機(jī)器人在不同電壓供給下行走一米的分析。正如表格所示，電壓降低，機(jī)器人行走一米的時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)。但是，當(dāng)供給電壓為 6V時(shí)，移動(dòng)機(jī)器人會(huì)停止運(yùn)動(dòng)。因此可以得到結(jié)論，移動(dòng)機(jī)器人的電壓供給與運(yùn)行速度成反比。4.3 機(jī)械臂的運(yùn)作圖 8 列舉了移動(dòng)機(jī)器人的工作場(chǎng)所。機(jī)器人的工作場(chǎng)所在一個(gè)旋轉(zhuǎn)控制器中。它包含了代表自由度的軸。對(duì)這個(gè)項(xiàng)目來說，機(jī)器人有 4 個(gè)自由度機(jī)械手臂的承載能力取決于伺服電動(dòng)機(jī)的力量。如果載荷超過了伺服電機(jī)的力量，會(huì)造成伺服電機(jī)不工作，和更多的電流消耗。表 3 展示了機(jī)械臂的不同載重量。由于只是原型設(shè)計(jì)，機(jī)械臂的載重量非常小。4.4 無(wú)線 PS2 手柄的應(yīng)用無(wú)線移動(dòng)機(jī)械臂可以移動(dòng)，并可以用 PS2 無(wú)線手柄來控制。在這個(gè)項(xiàng)目中，機(jī)器人的原型隨著手柄的按鈕同時(shí)動(dòng)作。14 個(gè) LED 燈對(duì)應(yīng)著手柄的按鈕，按下按鈕燈就會(huì)亮。圖9（ a）展示了基于編程代碼的手柄導(dǎo)航，9 （b）展示了每一個(gè)按鈕所代表的 LED 燈。手柄的頻率為 2.4GHz 無(wú)線頻率，最大操作距離為 8 米，45 度。如果手柄的電池電量降低，信號(hào)強(qiáng)度也會(huì)降低。因此接收器和發(fā)射器之間的連接就會(huì)斷開。表 4 展示了機(jī)器人的有效工作距離。4.5 伺服電動(dòng)機(jī)的分析伺服電機(jī)是三線輸出的。其中兩個(gè)是電源和接地接口，另外一個(gè)是對(duì)馬達(dá)進(jìn)行位置反饋的。PS2 無(wú)線手柄會(huì)控制伺服電機(jī)的定位。機(jī)器人的首要位置是伺服電機(jī)的 90 度位置。圖 10 展示的是不同的脈沖寬度進(jìn)入伺服電機(jī)的信號(hào)線時(shí)的不同位置角度。4.6 電路分析正如圖 5 所示，這個(gè)項(xiàng)目所有的電路將有 3 種電源供給。對(duì)電源供應(yīng) 3 來說，LM7806 的調(diào)節(jié)電壓為 6V~12V，因?yàn)檫@是給私服系統(tǒng)供電的最大電壓。相比鋰電池來說，使用可充電且電壓高的鉛酸電池，可以使伺服電動(dòng)機(jī)正常工作。5.總結(jié)總的來說，這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)：開發(fā)出了無(wú)線移動(dòng)機(jī)械臂的軟件和硬件，實(shí)現(xiàn)了取放物體的系統(tǒng)操作，測(cè)試機(jī)器人滿足目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。從已做的分析可以看出，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)是精確的，易操作的且用戶友好的。機(jī)器人的動(dòng)作（包括移動(dòng)和機(jī)械臂部分可以被無(wú)線控制）表明了移動(dòng)機(jī)器人的成功研發(fā)。這個(gè)機(jī)器人的原型有望解決一些像放置或拿起遠(yuǎn)離使用者的物體以及以最快速簡(jiǎn)單的方式放置或拿起有危險(xiǎn)的物體的問題。6.建議總體來說，機(jī)器人程序運(yùn)作的像計(jì)劃一樣順暢。對(duì)以后的建議是，希望機(jī)器人可以安卓一個(gè)攝像頭來觀察并在顯示屏上顯示。除此之外，機(jī)器人原型的材料也可以升級(jí)一下，這樣機(jī)器人的承載能力就會(huì)加強(qiáng)且可以做多功能操作。7.致謝感謝項(xiàng)目管理員 Reza Ezuan Bin Samin 工程師和 Babul Salam Bin KSM Kader Ibrahim 教授對(duì)這個(gè)項(xiàng)目的鼓勵(lì)和支持，也感謝共事的朋友們?cè)陧?xiàng)目期間提供的幫助以及在遇到問題時(shí)他們的寶貴想法。參考文獻(xiàn)[1]R.C.Luo, K.L.Su,.A multi agent multi sensor based real-time sensory control system for intelligent security robot. 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Wehe, A Completely Wireless Development System for Mobile Robots.ISRAM conferecence, Montpellier, France, May 2730, 1996, pp.571-576.承諾書經(jīng)認(rèn)真檢查，本人的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫符合《中國(guó)海洋大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范（試行） 》的要求。如有三處（含）以上不符合該規(guī)范，自愿放棄本次畢業(yè)答辯。承諾人： 年 月 日網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)設(shè)計(jì),-畢業(yè)答辯,導(dǎo)師：,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,目錄,設(shè)計(jì)參數(shù),方案設(shè)計(jì),1,2,3,4,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,研究背景和內(nèi)容,5,設(shè)計(jì)計(jì)算,行走方案,6,總結(jié),本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,研究背景,世界上第二大球類運(yùn)動(dòng),網(wǎng)球訓(xùn)練,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,研究?jī)?nèi)容,設(shè)計(jì)一款網(wǎng)球撿球機(jī)，解決同類產(chǎn)品的中可能出現(xiàn)的卡球和傷球現(xiàn)象，并具有高效率和無(wú)遺漏的特點(diǎn)。,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,設(shè)計(jì)參數(shù),本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,初始方案,方案設(shè)計(jì),原理示意圖,三維建模,可伸縮手推桿,車身,扇葉,同步帶,存在主要問題 1.轉(zhuǎn)彎問題 2.撿球數(shù)量問題 3.不容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,最終方案,3,2,1,4,5,1—網(wǎng)球；2—球道；3—同步帶帶輪；4—撥板；5—同步帶,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,三維建模,撿球機(jī)構(gòu),直流電機(jī),步進(jìn)電機(jī),聯(lián)軸器,萬(wàn)向輪,收集裝置,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,1.球籃的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)依據(jù)：撿球數(shù)量100個(gè),球籃主要參數(shù)：長(zhǎng)×寬×高=0.3×0.4×0.3m,設(shè)計(jì)計(jì)算,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,2.同步帶的設(shè)計(jì),結(jié)合網(wǎng)球的直徑以及機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選定的同步帶及帶輪的主要參數(shù)為,1）選取帶型H，帶型節(jié)距12.7mm； 2）帶寬76.2mm； 3）帶輪齒數(shù)20，節(jié)徑80.85mm； 4）撥板的距離250mm；,3.球道的設(shè)計(jì),本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,設(shè)計(jì)依據(jù)：場(chǎng)地網(wǎng)球的主要分布情況及網(wǎng)球的直徑,?? ?? = ?? ?? ?? ????= 40 2×18.27 ×2.3×1=2.52個(gè)/??,式中， ?? ?? ——撿球機(jī)在單位時(shí)間里遇到網(wǎng)球的數(shù)量，個(gè)/s；?? ?? ——區(qū)域內(nèi)網(wǎng)球的數(shù)量，個(gè)；A——該區(qū)域的面積， ?? 2 ；v——撿球機(jī)的行走速度，m/s；d——撿球機(jī)的撿球?qū)挾?，m。,因此設(shè)定球道數(shù)為3，球道寬77mm,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,球道的三維模型,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,4.同步帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選取,負(fù)載主要包括：網(wǎng)球的重量；同步帶的重量；同步帶輪的質(zhì)量,經(jīng)計(jì)算負(fù)載的總質(zhì)量為10.78kg，所需電機(jī)功率為26.41w，總扭矩為0.171N·m,最終選取的電機(jī)為東莞市威邦機(jī)電有限公司生產(chǎn)的直流電機(jī)，所選電機(jī)的型號(hào)為：4D40-24，其主要參數(shù)為,選擇減速比為50的齒輪箱,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,5.同步帶軸的設(shè)計(jì)與校核,?? ?????? = ?? 0 3 ?? 1 ?? 1 =112× 3 0.0392 62 =9.61????,確定最小直徑,具體計(jì)算過程見論文,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,彎矩、扭矩的主要計(jì)算值,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,載荷分析圖,按照彎扭合成應(yīng)力計(jì)算得,?? ???? = ?? 2 + (????) 2 ?? = 1033.24 2 + (0.6×283.78) 2 315.94 =3.31MPa,滿足要求,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,6.驅(qū)動(dòng)原動(dòng)機(jī)的選擇,經(jīng)計(jì)算，車輪的轉(zhuǎn)速為175r/min，摩擦轉(zhuǎn)矩為2N·m，因此最終選取的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為常州康達(dá)通用電氣有限公司生產(chǎn)的86精密行星減速步進(jìn)電機(jī)，其主要參數(shù)為,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,主要標(biāo)準(zhǔn)件的選取,1.軸承的選取 深溝球軸承61801,2.聯(lián)軸器的選取 GY1凸緣聯(lián)軸器,3.主要固定采用螺栓，螺母,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,行走方案,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,總結(jié),1.撿球機(jī)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)2.撿球機(jī)零部件參數(shù)計(jì)算，以及選取3.撿球機(jī)三維圖及二維CAD圖紙繪制4.撰寫畢業(yè)論文,請(qǐng)各位老師批評(píng)指正！,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,謝謝！,分類號(hào) ————————————————————————密級(jí) UDC 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名2指導(dǎo)教師院、系、專業(yè)年級(jí)論文答辯網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)設(shè)計(jì)完成日期： 指導(dǎo)教師簽字： 答辯小組成員簽字： 1II摘 要隨著網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的不斷普及，越來越多的網(wǎng)球愛好者開始投身于網(wǎng)球鍛煉中來，而在網(wǎng)球訓(xùn)練時(shí)，網(wǎng)球的使用量非常大，頻繁撿起隨機(jī)散落在很大范圍內(nèi)的網(wǎng)球是一件耗時(shí)耗力的工作，且不是每個(gè)人都能像專業(yè)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員一樣擁有屬于自己的球童，因此高效的自動(dòng)撿球機(jī)會(huì)為訓(xùn)練者們提供便利，節(jié)省時(shí)間。本課題研究目的在于設(shè)計(jì)一款網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)，使其具有高效和不遺漏的特點(diǎn)，并盡可能解決卡球、傷球的問題。本次設(shè)計(jì)完成了撿球機(jī)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)，零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算和分析，以及二維圖紙的繪制，最終完成了網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)的整體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：撿球機(jī)構(gòu)；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；控制系統(tǒng)IIIAbstractWith the continuous popularization of tennis，a growing number of tennis enthusiasts begin to come into tennis exercise。And in the tennis training，the usage of tennis ball is very large， it’s a time-consuming and effort-consuming work to frequently pick up the tennis balls which are scattered in a wide range，but not everyone could have their own caddie just like the professional tennis players，so high-efficiency automatic tennis ball pick-up machine will provide convenience for the trainers，and save time。The main purpose of the topic is to design a kind of automatic tennis ball pick-up machine which has the characteristics of high efficiency and not missing，and solve the problem of ball stuck and damage。This topic deals with kinematic precept design，calculation and analysis of components and parts，and three-dimensional diagram and two-dimensional drawing，finally finish design of the automatic tennis ball pick-up machine。Keys：Agency to pick up the ball；Driving system； Control systemIV目 錄1 緒論.11.1 課題的研究背景11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 本章小結(jié)42 總體方案設(shè)計(jì) 52.1 設(shè)計(jì)要求52.2 關(guān)鍵問題52.3 方案的選擇和確定52.4 整體方案72.5 本章小結(jié)83 機(jī)械結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì)與校核.93.1 撿球籃的尺寸93.2 撿球機(jī)行走速度的計(jì)算103.3 同步帶的設(shè)計(jì)113.4 球道的設(shè)計(jì)12V3.5 撿球機(jī)同步帶電機(jī)的選擇133.6 同步帶軸的設(shè)計(jì)與校核153.6.1 求軸上的功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩 .15??1 ??1 ??13.6.2 初步確定軸的最小直徑163.6.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)163.6.4 計(jì)算軸上的載荷183.6.5 按照彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度193.7 車輪的選擇193.8 驅(qū)動(dòng)原動(dòng)機(jī)的選擇193.9 車輪軸的設(shè)計(jì)與校核213.9.1 確定軸的最小直徑213.9.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)213.9.3 軸的校核223.10 本章小結(jié)234 自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).244.1 行進(jìn)方案的確定244.2 單片機(jī)的選用.244.3 本章小結(jié)25總結(jié)與展望 .26總結(jié).26VI展望.26參考文獻(xiàn) 27致謝 .291 緒論1.1 課題的研究背景根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（International Federation of Robotics, IFR）2014 年發(fā)布的服務(wù)機(jī)器人研究報(bào)告，2013 年個(gè)人和家用服務(wù)機(jī)器人的銷量在全球范圍內(nèi)大約為四百2萬(wàn)臺(tái)，相比 2012 年同比增長(zhǎng) 28%，粗略統(tǒng)計(jì)市場(chǎng)規(guī)模約為 17 億美元，據(jù)估計(jì)，未來2014 到 2017 年之間將會(huì)有 3100 萬(wàn)臺(tái)個(gè)人服務(wù)機(jī)器人售出 [1]。這也就意味著在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域?qū)?huì)有持續(xù)而強(qiáng)勁的增長(zhǎng)，服務(wù)機(jī)器人將越來越多的走進(jìn)人們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中。根據(jù)中國(guó)網(wǎng)球協(xié)會(huì)官方最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，到 2008 年，憑借著鄭潔溫網(wǎng)殺入四強(qiáng)和李娜的奧運(yùn)會(huì)四強(qiáng)，國(guó)人網(wǎng)球熱情空前高漲。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)網(wǎng)球人口現(xiàn)已經(jīng)突破 900 萬(wàn)。而隨著李娜在法網(wǎng)和澳網(wǎng)奪冠，國(guó)際女子職業(yè)網(wǎng)聯(lián)（WTA，Women's Tennis Association）官網(wǎng)甚至認(rèn)為，李娜的大滿貫冠軍將為中國(guó)增加 3 億網(wǎng)球人口 [2]。網(wǎng)球作為世界第二大球類運(yùn)動(dòng)，正在受到越來越多人的關(guān)注和喜愛，網(wǎng)球愛好者在進(jìn)行網(wǎng)球訓(xùn)練過程中，網(wǎng)球的使用數(shù)量巨大，短時(shí)間內(nèi)需要頻繁撿起散落在很大范圍內(nèi)的網(wǎng)球是一件耗時(shí)耗力的工作，而每個(gè)人不會(huì)像專業(yè)運(yùn)動(dòng)員一樣擁有自己的球童，因此網(wǎng)球訓(xùn)練亟需自動(dòng)撿球機(jī)器人來輔助，為每位網(wǎng)球愛好者提供便利，節(jié)省時(shí)間。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前市場(chǎng)上的網(wǎng)球撿球機(jī)構(gòu)比較少，較為經(jīng)濟(jì)、方便的網(wǎng)球撿球機(jī)構(gòu)大多以人工操作為主。網(wǎng)球筐是目前市場(chǎng)上最為常見的產(chǎn)品方案，如圖 1-1，1-2 所示，其工作原理很簡(jiǎn)單，用力下壓將球擠進(jìn)球籃里，球籃網(wǎng)格的尺寸相比網(wǎng)球略小，保證網(wǎng)球進(jìn)入球籃之后不會(huì)掉落，同時(shí)在不撿球時(shí)，可以將支架倒轉(zhuǎn)使其站立，輔助網(wǎng)球訓(xùn)練，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格便宜。1 緒論3另外一種與網(wǎng)球籃的工作原理比較相似的網(wǎng)球撿球機(jī)構(gòu)是網(wǎng)球筒，如圖 1-3、1-4所示 [3]，其結(jié)構(gòu)相比網(wǎng)球籃更加簡(jiǎn)單，主要由球筒、手柄和收球部分組成。擠壓將球收進(jìn)球筒之后，單向通過的收球裝置，保證網(wǎng)球不會(huì)掉落。圖 1-1 網(wǎng)球籃 圖 1-2 網(wǎng)球籃4以上兩種撿球機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，使用方便，但也存在較多的缺點(diǎn)，撿球過程中對(duì)網(wǎng)球的損傷較大，且容易卡球，需要人工尋找并對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)球，效率低，且一次只能撿一個(gè)球，同時(shí)網(wǎng)球筒一次撿球數(shù)量很小，當(dāng)網(wǎng)球數(shù)量較多時(shí)，撿球難度會(huì)大大增加。綜合來看，網(wǎng)球籃和網(wǎng)球筒相對(duì)比較原始，由于成本低，適用于網(wǎng)球較少的訓(xùn)練場(chǎng)景，但是與今后網(wǎng)球撿球機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)不符，具有明顯的局限性。目前市場(chǎng)上還出現(xiàn)了一類手推式網(wǎng)球撿球車，如圖 1-5 所示。這種撿球機(jī)的主要特點(diǎn)是：可伸縮球籃架，可循環(huán)換籃，拾球數(shù)量沒有限制；輪子采用高級(jí)耐磨 PU 材料，不傷網(wǎng)球場(chǎng)；撿球直徑可以達(dá)到 100cm[4]。其主要工作原理是人推動(dòng)小車前進(jìn)，球順著球道進(jìn)入輪子之間，輪子的摩擦力將球夾住，帶入球籃之中，這種撿球車頁(yè)存在不少的缺點(diǎn)：需要人工操作，撿球過程容易對(duì)球產(chǎn)生損傷，且價(jià)格偏高，普通人消費(fèi)不起。圖 1-3 網(wǎng)球筒圖 1-4 網(wǎng)球筒1 緒論5國(guó)外的與網(wǎng)球撿球機(jī)的研究也并不是很多，可以找到的研究基本都是設(shè)計(jì)專利，如圖 1-6，1-7 所示 [5,6]。圖 1-5 波力網(wǎng)球撿球機(jī) SS-401圖 1-6 國(guó)外網(wǎng)球撿球機(jī)專利6其中，圖 1-6 是一款與網(wǎng)球籃相似的網(wǎng)球撿球機(jī)構(gòu)，使用時(shí)操作者握住手柄，推動(dòng)撿球機(jī)前進(jìn)，同時(shí)將球卡進(jìn)中間的球籃，其結(jié)構(gòu)同樣簡(jiǎn)單，但是效率低下，且容易漏球。圖 1-7 是一款自動(dòng)網(wǎng)球撿球機(jī)，這款網(wǎng)球撿球機(jī)基本實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)撿網(wǎng)球，其主要撿球原理是：撿球機(jī)在前進(jìn)過程中，網(wǎng)球累積在擋板上，擋板運(yùn)動(dòng)將球抬升進(jìn)入后面的球筐里。這款網(wǎng)球撿球機(jī)存在著明顯的設(shè)計(jì)缺陷，因?yàn)樵趽烨蜻^程中必然會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)球停在擋板下方的情況，這會(huì)導(dǎo)致?lián)烨驒C(jī)被卡住的情況，進(jìn)而造成電機(jī)燒毀等嚴(yán)重后果。1.3 本章小結(jié)本章主要講述了文獻(xiàn)檢索之后的主要成果，對(duì)現(xiàn)有的撿球機(jī)機(jī)構(gòu)進(jìn)行查閱、分析，對(duì)目前存在的撿球機(jī)主要工作原理有了比較詳細(xì)的了解，有助拓寬視野，發(fā)散思維，同時(shí)比較各種撿球方式的優(yōu)缺點(diǎn)，利于之后的撿球機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。圖 1-7 國(guó)外網(wǎng)球撿球機(jī)專利1 緒論72 總體方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求本課題的主要設(shè)計(jì)要求是設(shè)計(jì)一款高效的網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)，盡可能解決同類產(chǎn)品中可能出現(xiàn)的卡球和傷球現(xiàn)象，并使其具有無(wú)遺漏的特點(diǎn)。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表 2-1 所示表 2-1 設(shè)計(jì)參數(shù)表項(xiàng)目 指標(biāo)1.一次撿球數(shù)量/個(gè) 1002.一次撿球周期/ min 10002.2 關(guān)鍵問題（1） 撿球方式的選擇；8（2） 傳動(dòng)方式的選擇；（3） 行走速度分析；（4） 球道數(shù)選擇。2.3 方案的選擇和確定針對(duì)本課題，經(jīng)過一段時(shí)間的查找資料，參考現(xiàn)有的相關(guān)設(shè)計(jì)，首先提出的方案是利用智能機(jī)械手臂實(shí)現(xiàn)撿球動(dòng)作，這種方案雖然原理簡(jiǎn)單，但是實(shí)現(xiàn)起來比較困難，對(duì)系統(tǒng)控制的要求高，機(jī)械結(jié)構(gòu)的精度要求更高，且一次只能撿起一個(gè)球，效率很低，高額的成本也導(dǎo)致這種方案不適用于普通的網(wǎng)球訓(xùn)練，因此機(jī)械手臂的方案得到否定。其次提出的撿球機(jī)構(gòu)方案如下圖 2-1 所示，其主要原理為：撿球機(jī)采用后輪驅(qū)動(dòng)的方式，兩個(gè)后輪分別用步進(jìn)電機(jī)控制，便于控制車速，通過差速實(shí)現(xiàn)拐彎作業(yè)，前輪由輪軸連接，在撿球車前進(jìn)過程中，后輪驅(qū)動(dòng)前輪轉(zhuǎn)動(dòng)，前輪軸上的同步帶，可以帶動(dòng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)，扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)將到達(dá)車前的網(wǎng)球撥入后置的球籃里。2 總體方案設(shè)計(jì)9針對(duì)此方案，進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)與計(jì)算，并繪制了三維圖，如圖 2-2 所示，手柄設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是手自一體化，首先設(shè)計(jì)的是手動(dòng)式，因此起初設(shè)計(jì)時(shí)并沒有將后輪的步進(jìn)電機(jī)加進(jìn)去。此設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)過程中，也發(fā)現(xiàn)不少問題：（1）轉(zhuǎn)彎問題。起初在考慮后輪驅(qū)動(dòng)，通過變速轉(zhuǎn)彎時(shí)，沒有考慮前輪的轉(zhuǎn)彎問題，由于兩個(gè)前輪通過一根輪軸連接，因此當(dāng)后輪差速拐彎時(shí)，前輪沒辦法同時(shí)跟著后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，前輪的運(yùn)動(dòng)變成側(cè)向滑動(dòng)，摩擦力大，輕則損傷車輪，重則無(wú)法拐彎燒毀電機(jī)。（2）撿球數(shù)量問題。由于撿球機(jī)構(gòu)的限制，撿網(wǎng)球過程中網(wǎng)球的抬升高度無(wú)法很高，且為了提升裝球數(shù)量，不得不把球籃做成斜坡形式，導(dǎo)致后面球籃很小，可以裝球的數(shù)量無(wú)法達(dá)到預(yù)期的 100 個(gè)。且網(wǎng)球提升過程中由于斜坡短，提升速度較快，網(wǎng)球可能飛出去。由于各種缺點(diǎn)，此方案也得到了否定。最終，提出的設(shè)計(jì)方案如圖 2-3 所示，其主要工作原理為：由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過三個(gè)大小相同的同步帶帶輪帶動(dòng)同步帶轉(zhuǎn)動(dòng)，在撿球機(jī)前進(jìn)過程中，同步帶上的撥板將網(wǎng)球沿斜坡送入后置的球籃之中。圖 2-1 扇葉式撿球機(jī)構(gòu)原理圖圖 2-2 扇葉式撿球機(jī)10圖 2-3 同步帶加撥板原理圖1—網(wǎng)球；2—球道；3—同步帶帶輪；4—撥板；5—同步帶本方案的設(shè)計(jì)由方案二演變而來，兩個(gè)同步帶輪被三個(gè)同步帶輪所替換，帶撥板的同步帶替代了扇葉，使用電機(jī)帶動(dòng)同步帶的主要目的是提高球道的高度，提高裝球數(shù)量。相比前兩種方案，本方案的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，制造難度低；不會(huì)出現(xiàn)卡球、傷球的現(xiàn)象；可盛裝網(wǎng)球數(shù)量大，可以滿足撿球要求。2.4 整體方案三維圖經(jīng)過不斷地設(shè)計(jì)計(jì)算，選取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)零部件，并進(jìn)行其余零部件的設(shè)計(jì)繪圖，最終得到撿球機(jī)的總體裝配圖如圖 2-4 所示。132452 總體方案設(shè)計(jì)11從圖中可以看出，車身前面的小車輪加支架為撿球機(jī)的收集裝置，在撿球機(jī)前進(jìn)過程中最大限度的收集網(wǎng)球，并將球引導(dǎo)進(jìn)入球道，同時(shí)很好的避免了球在進(jìn)入球道之前四處亂竄和不進(jìn)入球道的問題，收集裝置前方的車輪主要起導(dǎo)向作用，同時(shí)支撐收集裝置支架，避免其發(fā)生形變。圖 2-4 整體方案三維建模2.5 本章小結(jié)本章主要講述的是撿球機(jī)撿球方案的確定過程，經(jīng)過不斷地設(shè)計(jì)篩選，最終確定了一套相對(duì)合理，缺點(diǎn)少，易于實(shí)現(xiàn)的方案，為撿球機(jī)整體設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。123 機(jī)械結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì)與校核3.1 撿球籃的尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)要求：一次撿球數(shù)量 個(gè)。按照標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球的直徑要求100進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，理想狀況下，盛放 100 個(gè)網(wǎng)球所需要的最小65.41????100 ????????參考球道以及撿球車整體機(jī)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，確定撿球筐的內(nèi)部容積基本尺寸為，分別為長(zhǎng)，寬，高。0.3×0.4×0.3??3 機(jī)械結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì)與校核13圖 3-1 撿球籃三維圖 圖 3-2 撿球籃特寫圖 3-1 撿球籃三維圖 圖 3-2 撿球籃特寫驗(yàn)算撿球籃能否滿足一次撿球，可裝球 100 個(gè)以上，實(shí)際撿球籃的容積為（3-3）??=?????=0.3×0.4×0.3=0.036??30.0323??3式中，V——撿球籃的實(shí)際容積， ；??3a——撿球籃的內(nèi)部長(zhǎng)度， ；mb——撿球籃的內(nèi)部寬度， ；mh——撿球籃的內(nèi)部高度， 。m因此滿足條件，可以使用。創(chuàng)建撿球籃的三維圖如圖 3-1，3-2 所示，其中圖 3-1 為撿球籃的整體三維圖，圖3-2 為撿球籃頂部掛鉤特寫，考慮到撿球機(jī)撿球之后取球的便利，決定在撿球籃中放置球網(wǎng)，因此掛鉤的作用為固定球網(wǎng)，同時(shí)利于球網(wǎng)的取出。3.2 撿球機(jī)行走速度的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球場(chǎng)地的尺寸如圖 3-3 所示，由圖中可以看出網(wǎng)球場(chǎng)的賽場(chǎng)尺寸，而球場(chǎng)的總體尺寸為 ，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)的要求一次撿23.77??×8.23?? 36.57??×18.27??14球所需時(shí)間為 ，考慮到直線行走的速度會(huì)比轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度快，所以可以假定撿10??????球機(jī)覆蓋全場(chǎng)的直線距離行走時(shí)間為 ，按照設(shè)計(jì)參數(shù)要求，撿球機(jī)撿球范圍5??????，假定其所覆蓋的撿球范圍就是 ，則粗略估計(jì)撿球機(jī)的行走速度1000???? 1000????為：（3-4 ）??=????×????=18.275×60×36.571≈2.23??/??圖 3-3 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球場(chǎng)地（單位： mm）式中，v——撿球機(jī)的行走速度， ；m/sb——網(wǎng)球場(chǎng)地的寬度， ；mt——撿球機(jī)走完覆蓋全場(chǎng)直線距離所需時(shí)間， ；sn——網(wǎng)球場(chǎng)地的長(zhǎng)度， ；ml——撿球機(jī)撿球的寬度， 。m考慮到實(shí)際情況，將撿球機(jī)的行走速度初步設(shè)定為 。2.3??/??3 機(jī)械結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì)與校核153.3 同步帶的設(shè)計(jì)考慮到標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球的最大直徑 ，因此球道的寬度 ，根據(jù)《現(xiàn)68.58???? ????68.58????代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（單行本）機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)》表 1-89[7]，選取帶寬代號(hào) 300，帶寬，選取帶型 H，查表 1-87，得知同步帶的節(jié)距 ，考慮到每秒鐘遇到的76.2???? 12.7????球的數(shù)量約為三個(gè)，三個(gè)球在同一個(gè)球道的概率雖然很小但是需要考慮，三個(gè)網(wǎng)球的最大的寬度為 ，因此設(shè)定同步帶上撥板的距離為 ，3×68.58????=205.74???? 250????設(shè)定同步帶的帶速為 。250????/??考慮到實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)選取的同步帶是三個(gè)大小相同的同步帶輪，按照要求帶輪齒數(shù) （帶輪最小齒數(shù)） ，參照表 1-92，假定帶輪轉(zhuǎn)速 ,得知?????????? ??1??2+??=80.852+100=140.43????式中， ——同步帶帶輪的高度， ；?1 mmd——同步帶帶輪的節(jié)徑， ；mml——同步帶撥板的長(zhǎng)度， 。mm考慮到實(shí)際情況，同步帶帶厚等因素，取同步帶最低帶輪的高度為 。150mm3.4 球道的設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定，一次撿球數(shù)量 100 個(gè)，假定網(wǎng)球練習(xí)者一次練習(xí)，發(fā)球數(shù)量100 個(gè)，考慮到實(shí)際情況，網(wǎng)前和邊線處網(wǎng)球數(shù)量相對(duì)集中，在多數(shù)球過網(wǎng)的情況下，分布在邊線處的網(wǎng)球數(shù)量相對(duì)更高，因此假定邊線附近區(qū)域（ 范圍內(nèi)）2??×18.27??網(wǎng)球的數(shù)量為 40 個(gè)，網(wǎng)前（ ）的數(shù)量為 20 個(gè)，其余 40 個(gè)網(wǎng)球隨機(jī)分布4??×18.27??在網(wǎng)球場(chǎng)地的其他區(qū)域。設(shè)定網(wǎng)球撿球機(jī)的撿球?qū)挾葹?，則撿球機(jī)在單位時(shí)間里遇1??到網(wǎng)球的數(shù)量為（按照網(wǎng)球最密集區(qū)域進(jìn)行計(jì)算）（3-7）????=??????????= 402×18.27×2.3×1=2.52個(gè) /??式中， ——撿球機(jī)在單位時(shí)間里遇到網(wǎng)球的數(shù)量，個(gè)/s；????——區(qū)域內(nèi)網(wǎng)球的數(shù)量，個(gè)；????A——該區(qū)域的面積， ；??2v——撿球機(jī)的行走速度， ；m/sd——撿球機(jī)的撿球?qū)挾龋?。m根據(jù)上式計(jì)算的結(jié)果，得到單位時(shí)間里撿球的個(gè)數(shù)，因此設(shè)定撿球機(jī)的球道數(shù)為3。3 機(jī)械結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì)與校核17圖 3-5 球道特寫圖 3-5 球道特寫考慮到撥板的寬度為 76.2mm，以及安裝偏差問題，設(shè)定球道的寬度為 77mm，球道的高度設(shè)定主要與撿球籃的高度以及撿球機(jī)主體部分與地面高度相關(guān)，其相關(guān)的尺寸在二維圖紙有詳細(xì)表示，在這里不做贅述。其最終的三維建模如圖 3-4，3-5 所示，其中圖 3-4 是球道的主體結(jié)構(gòu)示意圖，圖3-5 是球道的固定裝置的特寫，由于球道為懸空狀態(tài)，因此將其固定在撿球籃上，起到固定和支撐的作用。18圖 3-4 球道三維圖3.5 撿球機(jī)同步帶電機(jī)的選擇首先確定撿球機(jī)同步帶的負(fù)載，其只要負(fù)載特性如下：①網(wǎng)球的重量。設(shè)計(jì)所得的球道的長(zhǎng)度約為 ，考慮到單個(gè)網(wǎng)球的最大直徑470mm，撥板的厚度 ，以及撥板之間的距離 ，因此同時(shí)最多存在兩個(gè)撥板在68.58mm 5mm 250mm球道上方，球道上最多存在 個(gè)網(wǎng)球，單個(gè)網(wǎng)球的最大重量 ;??1=6 ??1=58.5??②同步帶的重量。同步帶型號(hào) H，采取最常用材料，其密度為 ，??2=0.448????/??同步帶的總長(zhǎng) ，同步帶的數(shù)量為 條。同步帶上的撥板材料與同??2=1464.64???? ??2=3步帶材料相同，每條同步帶撥板的數(shù)量為 個(gè)，因此撥板的總長(zhǎng)度為??3=6。??3=6×0.1×3=1.8??③同步帶輪的質(zhì)量。同步帶輪的材料是尼龍，使用 SolidWorks 軟件賦予模型尼龍材料，計(jì)算得到帶輪的重量為 ，帶輪的個(gè)數(shù)為 。??4=373??/個(gè) ??4=9個(gè)根據(jù)公式計(jì)算同步帶的負(fù)載為（3-8）??=??1×??1+??2×??2×??2+??2×??3×??3+??4×??4=10.78????同步帶的速度為 ,因此可以求得電機(jī)的功率為??=0.25??/??（3-9）??=????=10.78×9.8×0.25=26.41??式中，P——電動(dòng)機(jī)的有效功率，W；F——電動(dòng)機(jī)上作用的力，N；v——電動(dòng)機(jī)的線速度。因此，電動(dòng)機(jī)的總功率 為??03 機(jī)械結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì)與校核19（3-10）??0=????式中， ——電機(jī)的機(jī)械效率。??根據(jù)角速度和線速度的關(guān)系式 ，推導(dǎo)得到帶輪的角速度為??=????（3-11）??=????= 0.2580.85÷2×10?3≈6.18??????/??式中， ——同步帶帶輪的角速度， ；?? rad/sr——同步帶帶輪的節(jié)徑，m。而同步帶帶輪的轉(zhuǎn)速為 ，假設(shè)帶輪在 0.1s 時(shí)間內(nèi)加速到59.09??/??????≈60??/??????的角速度，則可以計(jì)算得到軸的角加速度為60??/??????（3-12）??=??????=6.18?00.1?0=61.8??????/??2在這里可以將同步帶帶輪看成圓柱體，則可以計(jì)算得到扭矩為??=????=????22??式中，M——帶輪的扭矩， ；??·??J——帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， ；kg·??2——帶輪的角加速度， 。?? rad/??2由此可以得到每個(gè)帶輪的扭矩為（3-13）??1=????22??=0.373×0.04042522 ×61.8=0.019??·??帶輪的總扭矩為 ??=??1×3×3=0.019×3×3=0.171??·??由上述計(jì)算結(jié)果可知，所選電機(jī)的基本參數(shù)需為：轉(zhuǎn)速 ，扭矩 ，60??/??????0.171??·??經(jīng)過不斷地篩選，最終選定東莞市威邦機(jī)電有限公司生產(chǎn)的直流電機(jī)，所選電機(jī)的型號(hào)為：4D40-24 ，其主要參數(shù)如表 3-1 所示 [8]20表 3-1 直流電機(jī)主要參數(shù)額定電壓/V額定功率/W空載轉(zhuǎn)速/()r/min空載電流/A額定轉(zhuǎn)速/() r/min額定轉(zhuǎn)矩/()kg·cm額定電流/A馬達(dá)重量/kg24 40 3100 0.8 3000 1.3 2.1 1.8齒輪箱的主要參數(shù)如表 3-2 所示表 3-2 齒輪箱參數(shù)表減速比 3 3.6 5 6 7.5 9 10 12.5輸出軸轉(zhuǎn)速 r/min1033 861 620 517 413 344 310 248??·?? 0.30 0.36 0.50 0.60 0.75 0.90 1.00 1.25允許力矩kgf·???? 3.06 3.67 5.09 6.1 7.64 9.17 10.2 12.73減速比 18 20 25 30 36 40 50 60輸出軸轉(zhuǎn)速 r/min 172 155 124 103 86 78 62 52??·?? 1.80 2.00 2.25 2.70 3.24 3.60 4.50 4.48允許力矩kgf·???? 18.33 20.36 22.95 25.74 33.04 36.71 45.90 49.80由上表可知，選擇減速比為 50 的齒輪箱。電池的選擇，經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)查，最終選定瑋孚 鋰電池 [9]，其主要參數(shù)如表24??， 4???3-3 所示表 3-3 電池主要參數(shù)電壓容量 重量/kg 電壓范圍24V 4Ah 0.7 20V-29.2V3 機(jī)械結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì)與校核21電芯 放電接頭 充電接頭18650 動(dòng)力鋰電芯 T 型放電母頭 DC 工業(yè)母頭3.6 同步帶軸的設(shè)計(jì)與校核已知電機(jī)的功率為 40w，額定轉(zhuǎn)速為 ，經(jīng)齒輪箱減速后，額定轉(zhuǎn)速為3000??/??????。62??/??????3.6.1 求軸上的功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩??1 ??1 ??1同步帶軸與電機(jī)通過聯(lián)軸器連接，其傳動(dòng)效率為 ，則??=0.98（3-14）??1=??×??=40×0.98=39.2??已知轉(zhuǎn)速 ，于是??1=62??/??????（3-15）??3=9550000×??1??1=9550000×0.039262≈6038.064??·????3.6.2 初步確定軸的最小直徑根據(jù)公式，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為（3-16）????=??????≈??0.2??3≤[????]式中， ——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， ；???? ??????——軸所受到的扭矩， ；?? ??·????——軸的抗扭截面系數(shù)， ；???? ????3——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， 。[????] ??????選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 15-3[10]，取 ，于??0=112