移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì)

移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì),移動(dòng),挪動(dòng),機(jī)器人,轉(zhuǎn)臺,設(shè)計(jì) 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題、審題表 學(xué)院（系） 機(jī)械工程學(xué)院 指導(dǎo) 教師 姓 名 周建平 專業(yè)技術(shù)職 務(wù) 副教授 課題名稱 移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 適用專業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 課題性質(zhì) A B C D E 課題來源 A B C D √ √ 課題預(yù)計(jì) 工作量大小 大 適中 小 課題預(yù)計(jì) 難易程度 難 適中 易 √ √ 課題簡介 小型移動(dòng)機(jī)器人是一個(gè)智能移動(dòng)平臺，其上可搭載爆炸物處理、偵察、通訊、探測系統(tǒng)或其他特殊作業(yè)系統(tǒng)。 本課題主要進(jìn)行移動(dòng)機(jī)器人搭載轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算。要求結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、鎖定可靠，給搭載的作業(yè)系統(tǒng)提供方便、快捷的接口。通過系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析與計(jì)算等過程，培養(yǎng)和提高解決實(shí)際工程問題的能力。本課題來源與南京市科技局的科技計(jì)劃項(xiàng)目。 課題應(yīng)完成的任務(wù)和對學(xué)生的要求 完成移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在了解總體尺寸、部件功能及運(yùn)動(dòng)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析和比較；對選定的方案進(jìn)行機(jī)構(gòu)造型、分析、設(shè)計(jì)與計(jì)算；繪制該系統(tǒng)裝配圖及部分零件圖。 要求學(xué)生具備較扎實(shí)的機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化方面的專業(yè)知識，能較熟練的使用CAD軟件或其他工程設(shè)計(jì)與分析軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)過三維實(shí)體造型等課程者更佳。 所在專業(yè)審定意見： 專業(yè)負(fù)責(zé)人(簽名)： 年 月 日 本課題由 王風(fēng) 同學(xué)選定，學(xué)號： 0601510150  填 表 說 明 1．該表的填寫只針對1名學(xué)生做畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)選擇使用，如同一課題由2名及2名以上同學(xué)選擇，應(yīng)在申報(bào)課題的名稱上加以區(qū)別（加副標(biāo)題），并且在“設(shè)計(jì)（論文）要求”一欄中說明。 2．“課題性質(zhì)”一欄： A．產(chǎn)品設(shè)計(jì)； B．工程技術(shù)研究； C．軟件開發(fā)； D．研究論文或調(diào)研報(bào)告； E．其它。 3．“課題來源”一欄： A．自然（社會）科學(xué)基金與?。ú浚⑹屑壱陨峡蒲姓n題； B．企、事業(yè)單位委托課題； C．校、院（系）級基金課題； D．自擬課題。 4．“課題簡介”一欄： 主要指該課題的背景介紹、理論意義或?qū)嵱脙r(jià)值。 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 作 者: 王風(fēng) 學(xué) 號： 0601510150 學(xué)院（系）: 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè): 機(jī)械工程及自動(dòng)化 題 目: 移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺的的設(shè)計(jì) 副教授 周建平 指導(dǎo)者： 評閱者： 2010 年 6 月27日 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要 課題以多用途特殊移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人為研究對象，針對此提出的機(jī)器人需要實(shí)現(xiàn)的功能和需要滿足的性能指標(biāo)，并結(jié)合當(dāng)前機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)出一種能搭載有多種裝置的移動(dòng)機(jī)器人平臺。機(jī)器人可以用于消防、偵查以及探測等危險(xiǎn)作業(yè)。 移動(dòng)轉(zhuǎn)臺總體采用主動(dòng)輪、從動(dòng)輪等輪系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并采用帶傳動(dòng)方式。在總體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對回轉(zhuǎn)系統(tǒng)和俯仰系統(tǒng)作了研究。對轉(zhuǎn)臺自由度以及實(shí)現(xiàn)自由度的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)及詳細(xì)計(jì)算。同時(shí)對搭載轉(zhuǎn)臺驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算分析，得到了適合設(shè)計(jì)要求的完整方案。 計(jì)算結(jié)果對性能的優(yōu)化以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化給予了直接的理論依據(jù)。同時(shí)，對移動(dòng)機(jī)器人關(guān)鍵零件進(jìn)行了應(yīng)力及變形校核，確保設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求。 最后對多用途特殊移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。 關(guān)鍵詞 多用途特殊移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 動(dòng)力學(xué)分析 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要 Title Mobile Robot Rotating Machine Abstract In this paper the multipurpose special Mobile Robot is studied. With the current development of robot technology a mobile robot platform which can carry a variety of devices is designed according to the functional and performance indicators. The mobile robot can be used for fire protection, Reconnaissance, detection and other dangerous operations. Overall the active wheels moving turntable driven pulley, the transmission structure design, and as the transmission way. In general, on the basis of the structure of rotation system and the pitch system were studied. Freedom and freedom of turntable of mechanical structure design and detailed calculation. While driving system for carrying turntable is calculated and analyzed, the design requirements for the complete solutions. Calculation results of the performance optimization and its drive system, optimize the design of mechanical system, to direct the theory basis. At the same time, the key parts of mobile robot the stress and deformation checking to ensure that the design meets the required strength. Finally on multipurpose special mobile robot's homework was prospected. Keywords Multipurpose Special Mobile Robot Structure Design Dynamics Analysis 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表 學(xué)生姓名 王風(fēng) 學(xué) 號 0601510150 指導(dǎo)教師 周建平 選題情況 課題名稱 移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 難易程度 偏難 適中 √ 偏易 工作量 較大 合理 √ 較小 符合規(guī)范化的要求 任務(wù)書 有 √ 無 開題報(bào)告 有 √ 無 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 √ 中 差 學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況 好 √ 一般 差 工作進(jìn)度 快 按計(jì)劃進(jìn)行 √ 慢 中期工作匯報(bào)及解答問題情況 優(yōu) 良 中 √ 差 中期成績評定： 中 所在專業(yè)意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué)院(系)： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 王風(fēng) 學(xué) 號： 0601510150 設(shè)計(jì)(論文)題目： 移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì) 起 迄 日 期: 2010年3 月22日 ~ 6月 27 日 設(shè)計(jì)(論文)地點(diǎn): 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(fù)責(zé)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(jì)（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(fù)責(zé)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(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)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(jì)（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)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(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照國標(biāo)GB 7714—2005《文后參考文獻(xiàn)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(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書 1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的： 本課題以小型地面移動(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)臺為研究對象，要求學(xué)生綜合運(yùn)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(yùn)動(dòng)特性指標(biāo)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過本課題的研究，通過對設(shè)計(jì)要求、工作原理和機(jī)構(gòu)動(dòng)作的分析和理解，構(gòu)思機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式和傳動(dòng)布局，并進(jìn)行機(jī)構(gòu)、零部件設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)的實(shí)踐，來培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)、計(jì)算、制圖及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，以提高同學(xué)分析與解決工程實(shí)際問題的能力。 2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)臺為研究對象，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)與升降系統(tǒng)，并滿足總體尺寸、重量及運(yùn)動(dòng)特性等指標(biāo)。 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(jì)轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)。轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)有回轉(zhuǎn)和俯仰兩個(gè)自由度，系統(tǒng)的總體尺寸：長×寬×高=250mm×250mm×180mm。轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)范圍:360°，旋轉(zhuǎn)速度10～15rpm；俯仰平臺轉(zhuǎn)動(dòng)范圍25°（下擺5°，上仰20°），旋轉(zhuǎn)速度5～10rpm。 （4）對轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)與計(jì)算。設(shè)計(jì)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(jì)、計(jì)算說明書。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書 3．對本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、圖表、實(shí)物樣品等〕： （1）繪制機(jī)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(jì)計(jì)算和分析結(jié)果編寫設(shè)計(jì)、計(jì)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(xiàn)： [1] 王野，王田苗等.危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)綜述［J］.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2005(6): 23-31. [2] 李新春等.移動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］. 機(jī)器人，2004（11）：103～106. [3] 張毅，羅元，鄭臺雄.移動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展綜述［J］. 計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化， 1998（2）：2～6. [5] 江浩,樊炳輝等.新型移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］. 應(yīng)用科技，2000（8）：3～5. [6] 馬香峰等.工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計(jì)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1996. [7] 蔣新松. 機(jī)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(jī)器人移動(dòng)結(jié)構(gòu)［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2003（4）： 120～123. [9] J?西格沃特,I?諾巴克什,自主移動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)器人的研制［J］. 機(jī)器人，2000（9）：354～358. [11] 張毅等. 移動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)器人特性分析[J].機(jī)器人,2004,26(1): 36～39. [13] 江浩等.新型移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].應(yīng)用科技,2000,27(8):3～5. [14] 明守遠(yuǎn),楊德智.地面反恐排爆機(jī)器人的機(jī)械運(yùn)動(dòng)探討[J]. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2004,3:20-30. [15] 馮小明.自動(dòng)二維天線測試轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì)[J].火控雷達(dá)技術(shù),2001, 30(3):289～292 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書 5．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)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(jìn)行構(gòu)思、分析比較并理出思路，撰寫開題報(bào)告。根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求對移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。 對選定的系統(tǒng)方案進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)與計(jì)算。繪制移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)裝配圖，拆畫部分零件圖。 撰寫設(shè)計(jì)、計(jì)算說明書。 準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)論文答辯、 論文評審。 論文答辯 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)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(jì)(論文)前期工作材料 學(xué)生姓名: 王風(fēng) 學(xué) 號： 0601510150 學(xué)院（系）: 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè): 機(jī)械工程及自動(dòng)化 設(shè)計(jì)(論文)題目: 移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺的的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師: 周建平 副教授 (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 材 料 目 錄 序號 名 稱 數(shù)量 備 注 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)選題、審題表 1 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書 1 3 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告〔含文獻(xiàn)綜述〕 1 4 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯〔含原文〕 1 5 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表 1 2010年6月 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 王風(fēng) 學(xué) 號： 0601510150 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 設(shè)計(jì)(論文)題目： 移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師: 周建平 2010 年 4 月 4 日 開題報(bào)告填寫要求 1．開題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(bào)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(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)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(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見； 3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報(bào)告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)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(dāng)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(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。  畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫 2000字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 摘要 機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備[1]。機(jī)器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)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(jī)器可長時(shí)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(jī)器的進(jìn)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(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)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(yùn)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(dòng)化跨入了智能化的時(shí)代。 關(guān)鍵詞 移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人 旋轉(zhuǎn)臺 驅(qū)動(dòng)方式 1 移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用和發(fā)展趨勢 自從20世紀(jì)60年代初人類創(chuàng)造了第一臺機(jī)器人以后，機(jī)器人就顯示出它極大的生命力，在短短40多年的時(shí)間中，機(jī)器人技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機(jī)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(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、分配機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人等小型機(jī)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(jī)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(jī)器人的應(yīng)用主要有兩種方式，一種是機(jī)器人工作單元，另一種是帶機(jī)器人的生產(chǎn)線，并且后者在國外已經(jīng)成為機(jī)器人應(yīng)用的主要方式。 目前小型機(jī)器人技術(shù)正在向智能機(jī)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(jī)、減速機(jī)、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(jī)器人整機(jī)；國外已有模塊化裝配機(jī)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(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化；工作環(huán)境設(shè)計(jì)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(jī)器人技術(shù)也有了很大發(fā)展，在機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)方面：諸如機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析與綜合研究，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制算法及機(jī)器人編程語言的研究，機(jī)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(jī)器人的控制技術(shù)等均取得長足進(jìn)展，并在實(shí)際工作中得到應(yīng)用[8]。 2 小型移動(dòng)機(jī)器人的構(gòu)成 小型移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)型式是多種多樣的，但歸納起來看，機(jī)器人基本上是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 工作對象 圖1 機(jī)器人各組成部分關(guān)系圖 2．1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)也叫操作機(jī)，由一系列連桿或其它形式的運(yùn)動(dòng)副所組成，可實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，它包括帶輪履帶、車身、運(yùn)動(dòng)臂、腕關(guān)節(jié)和手部等部件。有時(shí)也可裝備偵察設(shè)備等。 圖2 機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu) （1）帶輪履帶是機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，整個(gè)裝置的行走機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。行走機(jī)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(shí)為了能使機(jī)器人完成較高攀爬的操作，可以增加電機(jī)驅(qū)動(dòng)擺臂機(jī)構(gòu)，進(jìn)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(dòng)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行可靠地連接，所以必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度。回轉(zhuǎn)功能是指小型機(jī)器人的工作裝置在車體上進(jìn)行± 90 度的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。小型機(jī)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(jī)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是由電機(jī)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(dòng)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(shí)現(xiàn)自鎖功能，滿足實(shí)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(jī)構(gòu)的主要運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。手臂的運(yùn)動(dòng)及機(jī)構(gòu)與機(jī)器人所采用的坐標(biāo)系直接相關(guān)。手臂的運(yùn)動(dòng)可歸結(jié)為直線運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)多通過油（氣）缸驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，也可通過齒輪。齒條、滾珠絲桿來實(shí)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(dòng)式兩種結(jié)構(gòu)。為了使機(jī)器人有較好的動(dòng)力學(xué)特性，一般將作動(dòng)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(dòng)器的運(yùn)動(dòng)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(jī)械夾緊式、真空抽吸式、氣（液）壓張緊式和磁力式四種。 2．2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是指驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置，根據(jù)動(dòng)力源的不同，可分為電動(dòng)、液壓和氣動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)。 （1）液壓技術(shù)具有動(dòng)力大、力慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)，適用于承載能力大、慣量大以及在防爆環(huán)境中工作的機(jī)械手。 （2）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、價(jià)格低等特點(diǎn)，適用于中小負(fù)載的系統(tǒng)中。由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)使用安全可靠! 可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、 多塵埃、 強(qiáng)磁、 輻射等惡劣環(huán)境下工作，而氣動(dòng)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、 易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)。但難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機(jī)械手中。如在上、下料和沖壓機(jī)械手中應(yīng)用較多。 （3）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般采用低慣量、大轉(zhuǎn)矩的交直流電機(jī)和配套的伺服驅(qū)動(dòng)器。 2．3 控制系統(tǒng) 小型機(jī)器人的控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制小型機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及運(yùn)動(dòng)的時(shí)間等項(xiàng)目[12]。控制系統(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(diǎn)位式、軌跡式、力（力矩）控制方式和智能控制方式四種[13]。 （1）點(diǎn)位式能準(zhǔn)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(jī)器人末端執(zhí)行器按照示教的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)。 （3）力（力矩）控制方式除了準(zhǔn)確定位之外，還能控制力或力矩進(jìn)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(dòng)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(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的自動(dòng)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(diǎn);氣動(dòng)技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的重要手段，并且已廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)部門，在機(jī)械產(chǎn)品自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)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(jì)指標(biāo),首先對移動(dòng)載體和搭載平臺進(jìn)行了構(gòu)型分析,然后對各零部件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。 2. 從總體尺寸、系統(tǒng)自重等方面考慮，選擇出合適的電機(jī)、減速器等部件，因轉(zhuǎn)臺還需搭載運(yùn)動(dòng)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(jìn)行應(yīng)力和強(qiáng)度校核,在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下,對轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,完成了輕量化設(shè)計(jì)。 3. 轉(zhuǎn)臺要有回轉(zhuǎn)和俯仰兩個(gè)自由度（轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)范圍:360°俯仰平臺轉(zhuǎn)動(dòng)范圍25°），可參考塔吊的運(yùn)動(dòng)原理，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)可以考慮使用推力球軸承，為使其達(dá)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(jī)器人轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì)的主要部分就在于選擇合適的機(jī)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(yùn)動(dòng)和自鎖部件并對各部分進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。目前小型機(jī)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(xiǎn)環(huán)境下作業(yè)的小型機(jī)器人要求十分迫切。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 減速機(jī)信息網(wǎng). 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)[EB/OL]. http://www.gkcity.com/n-i-28976-c-Potpourri.htm,2006. [2] 熊有倫. 機(jī)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 robots[M].New York :Microsoft Press,1997.165～286. [4] 林繩宗. 全球機(jī)器人應(yīng)用概況[J].高技術(shù)縱覽，2005,6:55. [5] 龔振邦. 機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 1995. [6] 中國自動(dòng)化網(wǎng).工業(yè)機(jī)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(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用動(dòng)態(tài) [J]. 自動(dòng)化學(xué)報(bào),1987，l13(3):222～238. [8] 陳佩云,金茂菁,曲忠萍. 我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2001(1):2～5. [9] 吳瑞祥. 機(jī)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(jī)械手設(shè)計(jì)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994. [11] 張建民.工業(yè)機(jī)器人[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1988. [12] 郭洪紅. 工業(yè)機(jī)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(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005. 1995 [14] 李軍英，劉艷香，焦冬梅三菱PLC在氣動(dòng)機(jī)械手中的應(yīng)用[J].工業(yè)自動(dòng)化，2007，3：55. [15] 機(jī)器與智能網(wǎng). 工業(yè)機(jī)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(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告 ２．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(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)臺為研究對象，要求綜合運(yùn)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(yùn)動(dòng)特性指標(biāo)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過本課題的研究，通過對設(shè)計(jì)要求、工作原理和機(jī)構(gòu)動(dòng)作的分析和理解，構(gòu)思機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式和傳動(dòng)布局，并進(jìn)行機(jī)構(gòu)、零部件設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)的實(shí)踐，來培養(yǎng)設(shè)計(jì)、計(jì)算、制圖及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，以提高分析與解決工程實(shí)際問題的能力。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見： 1．對“文獻(xiàn)綜述”的評語： 該同學(xué)的“文獻(xiàn)綜述”是在較好的理解和分析設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，廣泛搜集并研究相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上寫成的。綜述對移動(dòng)機(jī)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(jì)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(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測： 本課題通過對移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺和俯仰的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、三維造型與計(jì)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(shí)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(jì)通過努力能完成移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺和俯仰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 目 錄 1 引言…………………………………………………………………………………… 1 1.1本課題研究內(nèi)容及意義……………………………………………………………… 1 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀…………………………………………………………………… 1 1.3 本文所做的工作…………………………………………………………………… 1 2 裝臺系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… 3 3 俯仰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………… 5 3.1 俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………… 5 3.2 俯仰系統(tǒng)的傳動(dòng)分析與計(jì)算……………………………………………………… 8 4 轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………… 13 4.1 轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 13 4.2 傳動(dòng)比的設(shè)置……………………………………………………………………… 16 4.3 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動(dòng)力分析與計(jì)算……………………………………………………… 16 結(jié)束語 …………………………………………………………………………………… 31 致謝 ……………………………………………………………………………………… 32 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………33 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 35 頁 共 35 頁 1 引言 小型機(jī)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(diǎn)，它大都用于簡單、重復(fù)、繁重的工作，如上、下料，搬運(yùn)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(dòng)化跨入了智能化的時(shí)代。 1.1 本課題研究內(nèi)容及意義 本課題以小型地面移動(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)臺為研究對象，綜合運(yùn)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(yùn)動(dòng)特性指標(biāo)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過本課題的研究，通過對設(shè)計(jì)要求、工作原理和機(jī)構(gòu)動(dòng)作的分析和理解，構(gòu)思機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式和傳動(dòng)布局，并進(jìn)行機(jī)構(gòu)、零部件設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)的實(shí)踐，培養(yǎng)設(shè)計(jì)、計(jì)算、制圖及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，以提高分析與解決工程實(shí)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(jī)器人，機(jī)器人仆人將大量出現(xiàn)。如汽車司機(jī)長時(shí)間駕駛?cè)菀灼?，汽車將有安全的自?dòng)駕駛模式?，F(xiàn)在自動(dòng)駕駛車能對前方車輛實(shí)行避讓超車，但對小動(dòng)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(xì)些。在醫(yī)療領(lǐng)域，能進(jìn)入人體的微型機(jī)器人將大顯身手。它們進(jìn)入血管、腸道等地方進(jìn)行清理、探查、保健預(yù)警等。工業(yè)機(jī)器人在國外發(fā)達(dá)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(jī)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(shí)有發(fā)生，反恐形勢依然嚴(yán)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(jī)器人。大型的無人坦克沖鋒陷陣，小型的昆蟲機(jī)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(yùn)籌帷幄。2004年我國中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所也自行研制出“靈蜥”系列反恐防暴機(jī)器人。 1.3 本文所做的工作 本次設(shè)計(jì)主要完成兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，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(gè)自由度。為使俯仰運(yùn)動(dòng)滿足自鎖的要求，擬采用棘輪機(jī)構(gòu)，因其工作時(shí)有較大的沖擊和噪聲，而且運(yùn)動(dòng)精度較差，故放棄?？紤]使用螺旋機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是能獲得很大的減速比，還可有自鎖性。它的主要缺點(diǎn)是機(jī)械效率一般較低，特別是具有自鎖性時(shí)效率將低于50%。轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可考慮使用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)平穩(wěn)，嚙合沖擊小，由于蝸桿的頭數(shù)少，故單級傳動(dòng)可獲得較大的傳動(dòng)比，且結(jié)構(gòu)緊湊。 2 轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)有兩個(gè)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(jī)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(jì)算第二自由度傳動(dòng)的零件。第二自由度即為轉(zhuǎn)臺的俯仰運(yùn)動(dòng)，采用了螺紋副結(jié)構(gòu)，并結(jié)合擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，實(shí)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(jī)器人的作用力。俯仰運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為螺旋傳動(dòng)，并利用了擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，具體圖紙?jiān)O(shè)計(jì)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B20 4－銷 5－聯(lián)軸器 6－連接座 7－減速箱 8－電機(jī) 9－空心軸 10－搭載臺 如圖2.2所示，電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。因?yàn)槁菽甘枪潭ㄔ诟┭雠_底部的，所以實(shí)質(zhì)上是俯仰臺在繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)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(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)減速箱減速后，由同步帶傳遞給蝸桿軸，蝸桿軸帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使之完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。蝸輪蝸桿傳動(dòng)的一種空間的齒輪傳動(dòng)，它能實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)角為90度的兩軸間的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞。在這個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，它與同步帶輪合作，將電機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)一級一級減速，達(dá)到所要的結(jié)果，在此傳動(dòng)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(yàn)證。 3俯仰系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1 俯仰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)臺的俯仰運(yùn)動(dòng)直接由滑動(dòng)螺旋副完成，滑動(dòng)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(qiáng)度高，螺紋的工藝性好。主要用于傳力螺旋和傳動(dòng)螺旋如金屬切削機(jī)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(dāng)大的圓角，減小了應(yīng)力集中，提高了動(dòng)載強(qiáng)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(qiáng)度高、工藝性好的特點(diǎn)，但有更高的效率。用于單向受力的傳力螺旋，如大型起重機(jī)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?yàn)殇忼X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(dòng)及交變載荷作用下，也不需要防松。 滑動(dòng)螺旋副的失效主要是螺紋磨損，因此螺桿的直徑和螺母高度通常是根據(jù)耐磨性計(jì)算確定的。傳力螺旋應(yīng)校核螺桿的危險(xiǎn)界面的強(qiáng)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(dòng)作業(yè)機(jī)器人的主要功能，所以要求控制俯仰臺運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)具有自鎖能力。因此采用了螺旋旋動(dòng)中的滑動(dòng)螺旋副傳動(dòng)，并采用單線螺紋。 下面根據(jù)指標(biāo)進(jìn)行螺桿參數(shù)和螺母參數(shù)的計(jì)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(biāo)，； —許用壓強(qiáng)（MPa），當(dāng)絲杠與螺母均選用45鋼時(shí)，。 代入數(shù)據(jù)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)，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(qiáng)的計(jì)算如下： 所以按照這個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)的螺桿螺母傳動(dòng)滿足強(qiáng)度要求。 驗(yàn)算自鎖： 螺紋升角計(jì)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(jì)算如下： 當(dāng)量摩擦角計(jì)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(jì)算為： 滿足自鎖要求的條件為：。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該滑動(dòng)螺旋副參數(shù)設(shè)計(jì)滿足自鎖要求。 螺桿強(qiáng)度校核： 螺桿當(dāng)量應(yīng)力計(jì)算： （3.4） 式（3.4）中，為傳遞轉(zhuǎn)矩，由圖2.1可知，該滑動(dòng)螺旋副的傳遞力矩主要為螺紋副的阻力矩，其計(jì)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(dāng)量摩擦角，，為當(dāng)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(jī)器人的設(shè)計(jì)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(qiáng)度滿足要求。 螺紋牙強(qiáng)度校核： 螺紋牙底寬度 則有螺桿抗剪強(qiáng)度： 螺桿抗彎強(qiáng)度： 螺母與螺桿材料相同，則螺母牙與螺桿牙強(qiáng)度相同，亦滿足強(qiáng)度要求。 此處螺桿只承受較小的壓力，并且實(shí)際工作的長徑比亦很小，所以無需對螺桿穩(wěn)定性進(jìn)行校核。 至此，滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)副設(shè)計(jì)結(jié)束。 3.2 俯仰系統(tǒng)的傳動(dòng)分析與計(jì)算 轉(zhuǎn)臺俯仰運(yùn)動(dòng)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)為瑞士MAXON公司的直流無刷電機(jī)EC3-powermax30。 電機(jī)選主要參數(shù)如表3.1所示。 表3.1 俯仰臺控制電機(jī)參數(shù)表 指標(biāo) 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(fù)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(jī)減速箱參數(shù)表 指標(biāo) 數(shù)值 減速比 156︰1 最大效率 72％ 質(zhì)量 460g 電機(jī)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(dòng)電機(jī)特性曲線圖 根據(jù)上述表中電機(jī)及減速箱的參數(shù)，以及實(shí)際載荷情況，對電機(jī)進(jìn)行校核。電機(jī)的校核主要分兩部分，一部分是電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的校核，另一部分是電機(jī)輸出速度的校核。 首先校核電機(jī)轉(zhuǎn)矩： 如圖3.2中的傳動(dòng)系統(tǒng)，可知電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩主要是用于克服滑動(dòng)螺旋副的螺紋阻力矩。在滑動(dòng)螺旋副的設(shè)計(jì)中，根據(jù)式（3.5）已經(jīng)計(jì)算出在最大載荷時(shí)，系統(tǒng)需要克服的螺紋阻力矩。 所選電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為： 由計(jì)算結(jié)果可知，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩滿足計(jì)算要求。 校核電機(jī)輸出速度： 要校核電機(jī)輸出速度，首先需要確定搭載系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)速度指標(biāo)要求。 規(guī)定俯仰臺臺面水平時(shí)，為運(yùn)動(dòng)初始位置，要求俯仰臺自由度為繞初始位置可以進(jìn)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(dāng)俯仰臺處于水平狀態(tài)時(shí)，螺旋副絲杠與螺母初始角度設(shè)計(jì)為90°，這種設(shè)計(jì)保證了在支撐俯仰臺的空心軸旋轉(zhuǎn)到任意位置時(shí)，俯仰臺與水平面間所成角度都不會變化，同時(shí)也便于角度的控制計(jì)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(shí)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(jī)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(diǎn)A處的瞬間速度；為俯仰臺旋轉(zhuǎn)了角度時(shí)，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(yùn)動(dòng)到某位置處狀態(tài)圖 由圖示可得，當(dāng)俯仰臺處于初始位置時(shí)A點(diǎn)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(dāng)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(shí)，圖中點(diǎn)B是與點(diǎn)A重合的絲杠上的點(diǎn)，點(diǎn)A的運(yùn)動(dòng)可分解為繞點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，以及相對點(diǎn)B作直線運(yùn)動(dòng)。A點(diǎn)的絕對運(yùn)動(dòng)為繞點(diǎn)M的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。計(jì)算得： （3.9） 式中可根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系求得,計(jì)算結(jié)果如下： （3.10） 則有速度如下： （3.11） 又根據(jù)擺動(dòng)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(jì)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(jī)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(shí)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(jī)輸出速度為： 最大允許轉(zhuǎn)速為25000R/min，可得電機(jī)轉(zhuǎn)速滿足要求。 綜上，所選擇電機(jī)各指標(biāo)均滿足使用要求。 通過對機(jī)器人功能要求進(jìn)行分解，將機(jī)器人分為移動(dòng)車體平臺及上層搭載平臺兩部分，分別對兩部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。在移動(dòng)車體設(shè)計(jì)過程中，主要從提高機(jī)器人環(huán)境適應(yīng)能力出發(fā)，對機(jī)器人進(jìn)行了傳動(dòng)系統(tǒng)、輪系結(jié)構(gòu)以及底盤的設(shè)計(jì)。在搭載平臺設(shè)計(jì)過程中，在確定了平臺自由度前提下，對各自由度進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。通過橋式支架，將搭載平臺與車體進(jìn)行連接，保證了車體內(nèi)部空間，并方便了機(jī)器人安裝與維護(hù)。 4 轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1 轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 要使轉(zhuǎn)臺完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，就要考慮選用合適的減速器，完成動(dòng)力傳遞并滿足設(shè)計(jì)要求的轉(zhuǎn)速。常用減速器的類型及特點(diǎn)見表4.1。 表 4.1 常用減速器的類型及特點(diǎn) 表 4.1 常用減速器的類型及特點(diǎn)（續(xù)） 蝸輪蝸桿有如下特點(diǎn)： （1）傳動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)、沖擊和噪聲均很??； （2）能以單級獲得較大的傳動(dòng)比，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比范圍大，5 i 70 ,其中一般要大于15； （3）摩擦損耗較大，傳動(dòng)效率較低。 蝸輪蝸桿傳動(dòng)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(dòng)比，如果用一般的齒輪進(jìn)行減速設(shè)計(jì)，則需要很多級才可以實(shí)現(xiàn)，這樣的話，無論是體積還是重量都不可能達(dá)到課題所限制的數(shù)值，考慮到移動(dòng)機(jī)器人的工作特點(diǎn)，本文選用的是ZA蝸桿。 4.2 傳動(dòng)比的設(shè)置 多級減速器各級傳動(dòng)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(dòng)承載能力大致相等； （2）使減速器的尺寸與質(zhì)量較??； （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(dòng)比，即減小了低速級大齒輪及包容它的機(jī)體的尺寸和重量。增大高速級傳動(dòng)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(shí)潤滑，同時(shí)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(dòng)，提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性。但是又不能使一、二級傳動(dòng)比差距過大，這里我選擇作為一級傳動(dòng)比，作為二級傳動(dòng)比。 4.3 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動(dòng)力分析與計(jì)算 由于已知系統(tǒng)的總體尺寸為：長寬高=250mm250mm80mm，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為360度，旋轉(zhuǎn)速度為10～15rpm，而且系統(tǒng)自重要不大于8kg，載重量為20kg。 4.3.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 選取直徑為200 mm 的圓進(jìn)行計(jì)算尺寸，算出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： （4.1） 這里的m 可以用平均質(zhì)量的概念來計(jì)算，即： ,M取負(fù)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(dá)到最大轉(zhuǎn)速 15 r/pm, 則它的加速度是 則它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力矩為： 根據(jù)給定的傳動(dòng)效率 =0.8，所以 4.3.2 滾動(dòng)摩擦力矩計(jì)算 在本設(shè)計(jì)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(dòng)的，其轉(zhuǎn)動(dòng)也都是有滾珠或者軸承來支撐來完成的，但是，因?yàn)?20的負(fù)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(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)臺進(jìn)行摩擦力矩的計(jì)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=3.188Nm 4.3.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 （1）根據(jù)綜合分析和以上的計(jì)算，驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)。 （2）選擇電動(dòng)機(jī)容量 工作機(jī)所需的功率： （4.5） 電動(dòng)機(jī)輸出功率： （4.6） 所以: （4.7） 由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)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(dòng),皮帶輪傳動(dòng),一對滾動(dòng)軸承，齒輪聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率。 查表可知=0.96(滾筒) =0.995(彈性聯(lián)軸器) 由于蝸桿傳動(dòng)效率與蝸桿頭數(shù)Z2及材料有關(guān)暫時(shí)取Z1=4雙頭蝸桿,估計(jì)=0.81 =0.93(V帶輪傳動(dòng)) =0.99(一對滾動(dòng)軸承) =0.99(齒輪聯(lián)軸器) 所以： 所需電動(dòng)機(jī)的功率: =2500.8/0.684=0.292kw 根據(jù)電機(jī)特性曲線，并保有一定的余量，初步選擇電機(jī)型號為MAXON電機(jī)，具體參數(shù)見表4.2。 4.3.4 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配各級傳動(dòng)比 由于是maxon電動(dòng)機(jī)，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(jì)算總傳動(dòng)比： = （4.9） (2)各級傳動(dòng)比的分配 由于為蝸桿傳動(dòng)，傳動(dòng)比都集中在蝸桿上，其他不分配傳動(dòng)比。 取皮帶輪傳動(dòng)比i1=4，則蝸桿傳動(dòng)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(jī)EC45性能參數(shù) 項(xiàng)目 指標(biāo) 說明 標(biāo)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(dòng)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(jī)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 1150g 4.3.5 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) （1） 蝸輪蝸桿的轉(zhuǎn)速 皮帶輪轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)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(jì)算得到的動(dòng)力參數(shù)列表于4.3： 表 4.3 蝸輪蝸桿的動(dòng)力參數(shù) 參數(shù) 電動(dòng)機(jī) V帶輪 蝸桿 蝸輪 轉(zhuǎn)速r/min 1440 1440 360 15 功率P/kw 0.292 0.288 0.231 0.210 轉(zhuǎn)矩N.m 7.64 27.44 144.84 7.526 傳動(dòng)比i 單根V窄帶：i1=4 蝸輪蝸桿傳動(dòng)：i2=24 效率 0.995 0.911 0.794 4.3.6 對于蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的參數(shù)選擇 根據(jù)機(jī)械手冊查得： 傳動(dòng)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(dòng)速度 單位為 （4.11） 一般的計(jì)算公式見表4.4。 綜合計(jì)算，得具體的蝸輪蝸桿參數(shù)如下表2.7。 考慮到傳動(dòng)功率不大，轉(zhuǎn)速較低，選用ZA蝸桿傳動(dòng)，精度達(dá)到8c級，采用標(biāo)準(zhǔn)GB10089-1998。一般選為右旋蝸桿。蝸桿選35CrMo，表面淬火，硬度為45~50HRC；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(biāo)準(zhǔn)值；蝸輪端面的壓力角應(yīng)等于蝸桿軸面的壓力角，且為標(biāo)準(zhǔn)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(jì)將會后面論述。 分度圓直徑 標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算公式 符號 名稱 表4.4 蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)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 19 4.3.7 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 (1) 常數(shù)計(jì)算 由傳動(dòng)比=24，參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》齒輪傳動(dòng)部分，取=4，則=96，由表查得，，其中時(shí)蝸輪材料的許用接觸，當(dāng)時(shí)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(qiáng)度壽命系數(shù) = =0.566 彎曲強(qiáng)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(qiáng)度設(shè)計(jì) （4.12） 從K=1～1.4 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(qiáng)度 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)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(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)），動(dòng)載系數(shù)KV，當(dāng)V2 < 3m/s時(shí)，KV=1～1.1，當(dāng)V23m/s時(shí)，KV=1.1～1.2，故取KV=1.1，載荷分布系數(shù) K 載荷平穩(wěn)時(shí)K=1，載荷變化時(shí)K=1.1~1.3，故取K=1.1。為接觸系數(shù)，取2.5。 將上述數(shù)據(jù)代入公式（4.13）中，計(jì)算得 =19.3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于115.8，符合要求，所選合格。 (4) 校核渦輪齒根彎曲強(qiáng)度 齒根彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算公式 （4.15） 式子中，按當(dāng)量齒數(shù) =/cos3=48 0.913=52.574及查表得， =4.26，=1-/120°=0.883° 將上述諸值代入公式 =12.44， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于42.21，所以是合格的。 (5) 熱平衡校核 （閉式蝸桿傳動(dòng)）周圍空氣的溫度t=20°C ，取散熱系數(shù)K=17W/（m2·C）， 估計(jì)散熱面積 A==0.07 （4.16） =49.37°C 85°C （4.17） 故散熱是好的。 (6) 蝸輪蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 蝸桿和軸做成一體，即蝸桿軸。蝸輪采用輪箍式，青銅輪緣與鑄造鐵心采用H7/k6配合，并加臺肩和螺釘固定。 4.3.8 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 輸出軸的設(shè)計(jì) (1)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(dòng)裝置，軸主要傳遞蝸輪的轉(zhuǎn)矩,45號鋼，調(diào)質(zhì)處理 220-240HBS。 (2)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，初步估計(jì)軸的最小直徑 圖4.3 軸的配合簡圖 =8.18mm,可以取=20mm。 (3)軸承和鍵 取工作情況系數(shù)=1.5 由轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩得 軸伸安裝聯(lián)軸器,考慮補(bǔ)償軸的可能位移,選用不含彈性元件的聯(lián)軸器。 查表JB/ZB4222-86選無彈性擾性聯(lián)軸器，軸伸直徑為47mm 。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》選用CICL型鼓形齒式連軸器，Y型軸孔,A型鍵槽,標(biāo)準(zhǔn)孔徑d=20mm。 并采用凸緣式軸承蓋，實(shí)現(xiàn)軸承系兩端單向固定，軸伸處用A型普通平鍵聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)聯(lián)軸器周向固定,用A型普通平鍵連接蝸輪與軸。 (4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)徑向尺寸的確定 從軸段=20mm開始逐漸選取軸段直徑，起固定作用，定位軸肩高度h可在（0.07～0.1）d范圍內(nèi)，故=+2h ≥ 20 （1+2×0.07）=20.14mm，取為22mm；與蝸輪的內(nèi)徑相配合，取=24mm，按標(biāo)準(zhǔn)直徑系列，取=22mm；與軸承配合，由h=（0.07～0.1）d=（0.07～0.1）20=1.4～2mm，取h=4mm，=20mm；與V帶輪配合，取=16mm。 由此對應(yīng)的軸向尺寸為 =15mm，=25 mm，=31 mm，=25 mm，=15 mm。 (5)軸的強(qiáng)度校核計(jì)算蝸輪受力 蝸輪的分度圓直徑 =60mm； 蝸輪轉(zhuǎn)矩 = 7.526Nm 蝸輪的切向力 =27.526/60=250.87N 蝸輪的徑向力 =250.87tan20°/cos14.04° =94.12N 蝸輪軸向力 =94.12tan14.04°=23.54N 水平平面： =N 94.12-50=44.24N 垂直平面： 250.87125.44N （6）計(jì)算支承反力彎矩 水平平面彎矩： =12550=6250 5543.8 垂直平面彎矩： 125.44=15680 合成彎矩： =8354.4 =16631.2 單向運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩為脈動(dòng)循環(huán)轉(zhuǎn)矩等效為彎矩的等效系數(shù)為a=0.6 =0.67.5261000=4515.6 截面等效彎矩： 9496.7 17241.2 12 6.8 由上可見我選擇的尺寸完全符合要求，所以是可取的方案。 （7）軸承的壽命校核 軸承型號為7216C，查表得：=8950N，=7820N，由于 /=0.12，所以取=0.47。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》表8-22得：時(shí)，X=1，Y=0；時(shí)，X=0.44，Y=1.19,所以： R1=135N R2=133N 81N 79.8N = +=103.34N，=—=56.26N /=0.765>e=0.47，/=0.4235年。 故所選軸承適合工作壽命5年。 蝸桿軸的設(shè)計(jì) (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(dòng)裝置，軸主要傳遞蝸輪的轉(zhuǎn)矩。 蝸桿選35CrMo，表面淬火，硬度為45—50HRC；表面粗糙度。 (2)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，初步估計(jì)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(bǔ)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)軸承系兩端單向固定。選定滾動(dòng)軸承為型號為7212C。 (4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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=+2h≥40（1+20.07）=45.6mm，該直徑處安裝密封氈圈，標(biāo)準(zhǔn)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=4.2～6mm，取h=5mm，=60+25=70mm。 （5）滾動(dòng)軸承的壽命校核 選定滾動(dòng)軸承為型號為7212C，尺寸適合該蝸桿。蝸桿上的滾動(dòng)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(dòng)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(shí)更換。 4.4 本章小結(jié) 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的一種空間的齒輪傳動(dòng)，它能實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)角為90度的兩軸間的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞。在這個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，它與皮帶輪合作，將電機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)一級一級減速，達(dá)到所要的結(jié)果，在此傳動(dòng)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(jìn)行了驗(yàn)證。 結(jié)束語 經(jīng)過了兩個(gè)多月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了《移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)臺》的論文。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)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(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識也有很多感受，從對機(jī)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(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，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(jìn)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(shí)間。從中我也充分體會到了機(jī)械設(shè)計(jì)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(gè)細(xì)節(jié)，都有我的勞動(dòng)。當(dāng)看著自己的努力極有希望成為實(shí)物的時(shí)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(rèn)認(rèn)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(lì)我繼續(xù)進(jìn)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(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?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(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，周老師都始終給予我細(xì)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(shí)還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)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(gè)一個(gè)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(jìn)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(xiàn) [1] 減速機(jī)信息網(wǎng). 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)[EB/OL]. http://www.gkcity.com/n-i-28976-c-Potpourri.htm,2006. 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