麥克納姆輪全方位移動(dòng)機(jī)器人底盤(pán)設(shè)計(jì)【含8張CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】
麥克納姆輪全方位移動(dòng)機(jī)器人底盤(pán)設(shè)計(jì)【含8張CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】,含8張CAD圖紙、說(shuō)明書(shū),麥克,納姆輪,全方位,移動(dòng),挪動(dòng),機(jī)器人,底盤(pán),設(shè)計(jì),cad,圖紙,說(shuō)明書(shū),仿單
圖書(shū)分類號(hào)：
密 級(jí)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
基于麥克納姆輪全方位機(jī)器人移動(dòng)底盤(pán)的設(shè)計(jì)
Based on Mecanum wheel omni -directional robot mobile chassis design
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
班 級(jí)
指導(dǎo)教師
專業(yè)名稱
學(xué)院名稱
年
5月
26日
畢業(yè)設(shè)計(jì)原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明： 所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。
本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
論文作者簽名： 日期： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)版權(quán)協(xié)議書(shū)
本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許說(shuō)明書(shū)被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布說(shuō)明書(shū)的全部或部分內(nèi)容，可以將說(shuō)明書(shū)的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本說(shuō)明書(shū)。
論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：
日期： 年 月 日 日期： 年 月 日
摘要
基于Mecanum輪的全方位移動(dòng)底盤(pán)具有較好的移動(dòng)性能, 并且可以在任何方向上進(jìn)行移動(dòng)，且無(wú)需底盤(pán)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所以它的應(yīng)用場(chǎng)合有很多，比如在狹小的空間環(huán)境和物流運(yùn)輸中運(yùn)用。本次論文設(shè)計(jì)了一種可行的Mecanum輪設(shè)計(jì)方案,基于此，自主設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了基于Mecanum輪的全方位移動(dòng)底盤(pán)。本次論文共分為5章。包括概論、移動(dòng)底盤(pán)的總體結(jié)構(gòu)、螺紋連接、部分結(jié)構(gòu)和軸，滾動(dòng)軸承。概論主要分析了國(guó)內(nèi)外機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r，發(fā)展的趨勢(shì)和本論文設(shè)計(jì)的內(nèi)容與意義。移動(dòng)底盤(pán)總體結(jié)構(gòu)主要從零件設(shè)計(jì)要求，Mecanum輪的設(shè)計(jì)和材料的選擇以及輥?zhàn)觿偠刃：藖?lái)敘述。螺紋連接的內(nèi)容包括螺紋連接的基本類型，螺栓的選取和螺栓連接強(qiáng)度的計(jì)算。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括滿足系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)性能的結(jié)構(gòu)條件，Mecanum輪布局形式的選擇和移動(dòng)底盤(pán)電機(jī)的計(jì)算和選擇。軸和滾動(dòng)軸承包括軸的直徑和長(zhǎng)度的確定，軸的校核和滾動(dòng)軸承使用壽命的校核。
關(guān)鍵詞：Mecanum輪；全方位；移動(dòng)底盤(pán)
Abstract
The omni-directional mobile chassis based on the Mecanum wheel has good mobility and can be moved in any direction without requiring a chassis for rotational movement. Therefore, there are many applications for it, such as the use of small space environment and logistics transportation. This paper designed a feasible Mecanum wheel design. Based on this, we independently designed and developed an all-round mobile chassis based on Mecanum wheels. This paper is divided into 5 chapters. Including the overview, the overall structure of the mobile chassis, threaded connections, parts of the structure and shaft, rolling bearings. The introduction mainly analyzes the development status of robots at home and abroad, the development trend and the content and significance of the design of this thesis. The overall structure of the mobile chassis is mainly described in terms of part design requirements, the design of the Mecanum wheel, the selection of materials, and the checking of the roll stiffness. The thread connection consists of the basic type of threaded connection, the selection of bolts and the calculation of the strength of the bolt connection. Structural design content includes structural conditions that satisfy the system's drive performance, selection of Mecanum wheel layouts, and calculation and selection of mobile chassis motors. Axis and rolling bearings include the determination of the diameter and length of the shaft, the check of the shaft and the checking of the service life of the rolling bearing.
Keywords：mecanum wheel omni-direction mobile chassis
目錄
摘要 I
Abstract II
1概論 1
1.1國(guó)內(nèi)外移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r 1
1.2 Mecanum輪的現(xiàn)狀 2
1.3全方位移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 2
1.4課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容與意義 3
2 全方位移動(dòng)底盤(pán)的原理及其總體設(shè)計(jì) 4
2.1 零件設(shè)計(jì)的主要要求 4
2.2 全方位輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5
2.2.1設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人主體時(shí)應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則： 5
2.3輪式移動(dòng)底盤(pán)的總體結(jié)構(gòu)圖 6
2.4 Mecanum輪的關(guān)鍵技術(shù) 7
2.4.1 Mecanum輪的介紹 7
2.4.2 Mecanum輪的設(shè)計(jì)研究 7
2.4.3 Mecanum輪的材料要求 9
2.4.4 輥?zhàn)有：?9
3 螺紋連接 12
3.1螺紋連接的基本類型 12
3.1.1螺栓連接 12
3.1.2雙頭螺柱連接 13
3.2螺栓的選取 13
3.3螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算 13
4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
4.1滿足系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)性能的結(jié)構(gòu)條件 15
4.2麥克納姆輪布局結(jié)構(gòu)形式選擇 15
4.3 Mecanum移動(dòng)底盤(pán)的電機(jī)的計(jì)算與選擇 17
第五章 軸和滾動(dòng)軸承 19
5.1軸直徑和長(zhǎng)度的確定 19
5.2軸的校核 19
5.3當(dāng)量彎矩 20
5.4軸強(qiáng)度校核 20
5.5滾動(dòng)軸承概述 22
5.6滾動(dòng)軸承的選擇 22
5.7軸承的校核 22
5.8校核軸承的使用壽命 23
結(jié)論 24
致謝 25
參考文獻(xiàn) 26
28
1概論
1.1國(guó)內(nèi)外移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r
移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人科學(xué)研究中的小小的一個(gè)分類。早在五六或十年甚至以前，一些國(guó)家就已經(jīng)進(jìn)行著手于移動(dòng)機(jī)器人的研究了。移動(dòng)機(jī)器人所需要研究的內(nèi)容真是太多了，它包含了許許多多的復(fù)雜性內(nèi)容。第一，在設(shè)計(jì)全方位移動(dòng)底盤(pán)之前你要認(rèn)真的去想到底要選擇何種方式作為移動(dòng)方式，在現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)中主要有輪形式的、腿形式的、履帶形式的這幾種，在水下進(jìn)行工作的機(jī)器人基本上都采用推進(jìn)器。第二，要仔細(xì)的去思考如何去實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)器的控制，讓機(jī)器人達(dá)到理想的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。第三，智能全方位移動(dòng)底盤(pán)為了能更好的進(jìn)行工作必然需要導(dǎo)航系統(tǒng)，所以在這方面要思考的內(nèi)容就非常的多而且也復(fù)雜的多，不僅要考慮到傳感融合，機(jī)器人工作時(shí)要進(jìn)行特征提取還有障礙物避碰等影響。從以上所述的來(lái)看，移動(dòng)機(jī)器人是一個(gè)擁有特別多功能的復(fù)雜性系統(tǒng)。從各個(gè)國(guó)家對(duì)移動(dòng)機(jī)器人所深入研究的復(fù)雜內(nèi)容來(lái)看，我們發(fā)現(xiàn)了太多新的具有高難度的理論知識(shí)和工程技術(shù)難題，它引來(lái)了許多專家和工程技術(shù)職員的關(guān)注，更因?yàn)樗兄容^多的應(yīng)用場(chǎng)合，如軍事探察、探雷除危、核能、去污等危險(xiǎn)和惡劣壞境，使得對(duì)它的研究成為國(guó)際上的焦點(diǎn)。國(guó)外在這方面的研究比國(guó)內(nèi)要早很多，不論機(jī)器人是在實(shí)際工作中的應(yīng)用還是在機(jī)器人復(fù)雜的核心技術(shù)研究這一層面，做的非常好的國(guó)家就是日本和美國(guó)了。
曾在某篇期刊上看見(jiàn)美國(guó)的一個(gè)科學(xué)委員會(huì)就對(duì)于這一行業(yè)有著一個(gè)預(yù)言:"在二十世紀(jì)中各個(gè)國(guó)家軍械庫(kù)里的坦克就是他們戰(zhàn)爭(zhēng)會(huì)使用的一個(gè)核心武器。為了避免戰(zhàn)爭(zhēng)中自己人的傷亡和作戰(zhàn)指令的迅捷化所以他們的核心武器都將采用無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)，因而在2000年以后無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)將會(huì)被每一個(gè)國(guó)家采用并實(shí)行”。所以從八十年間開(kāi)始，美國(guó)國(guó)防專門(mén)為此制定了實(shí)地?zé)o人作戰(zhàn)平臺(tái)的戰(zhàn)術(shù)計(jì)劃。因此，在全世界每一個(gè)國(guó)家都極力的去發(fā)展和研究戶外型移動(dòng)機(jī)器人。一開(kāi)始他們對(duì)戶外機(jī)器人的研究項(xiàng)目主要是從兩個(gè)方向進(jìn)行，一個(gè)是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面還有一個(gè)就是信息處理方面，由此他們也為了這個(gè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了一個(gè)驗(yàn)證機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)性系統(tǒng)。雖然機(jī)器人的功能有很多，但依然滿足不了人類對(duì)它的需求，這樣就導(dǎo)致了室外機(jī)器人還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到人類理想的期想，但是使得關(guān)于機(jī)器人的技術(shù)研究得到快速的發(fā)展，從而進(jìn)一步為人類研發(fā)制造智能機(jī)器人的道路積累了十分寶貴的經(jīng)驗(yàn)，由于這方面經(jīng)驗(yàn)的積累也使世界各個(gè)國(guó)家對(duì)機(jī)器人的研究發(fā)展起到了一個(gè)較大得推進(jìn)作用。許多年以后，世界在發(fā)生變化人類也在進(jìn)步使得科學(xué)技術(shù)發(fā)生質(zhì)一樣的飛躍，移動(dòng)機(jī)器人慢慢在現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上開(kāi)始嶄露頭角，在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了快速的發(fā)展，向?qū)嵱没⒗硐牖~進(jìn)。地面移動(dòng)機(jī)器人的種類繁多，可以解決用戶對(duì)移動(dòng)機(jī)器人需求的多樣性。雖然移動(dòng)機(jī)器人這個(gè)行業(yè)在現(xiàn)有的市場(chǎng)中沒(méi)有形成較大的規(guī)模，但龐大的市場(chǎng)需求使得移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)發(fā)展前景一片光明，為使這個(gè)產(chǎn)業(yè)形成一定規(guī)模有一個(gè)非常重要的因素就是要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，為使移動(dòng)機(jī)器人達(dá)到理想的預(yù)期目標(biāo)本文提出了移動(dòng)底盤(pán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和驗(yàn)證樣機(jī)作為移動(dòng)底盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)化并加以實(shí)現(xiàn)。
1.2Mecanum輪的現(xiàn)狀
瑞典的Mecanum輪AB公司的工程師 BengtIlon 在一九七三年創(chuàng)造出了Mecanum輪。之后，Mecanum輪機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是Patrick Muir用矩陣變換的方法設(shè)計(jì)創(chuàng)建出來(lái)的，并且該模型主要應(yīng)用于導(dǎo)航、車輪打滑檢測(cè)和反饋控制算法設(shè)計(jì)中。
目前，Mecanum全方位移動(dòng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的研究基本上還都停留在理論和實(shí)驗(yàn)這兩個(gè)階段，國(guó)內(nèi)的一個(gè)企業(yè)中船重工713 所研發(fā)出船用鏟運(yùn)車和轉(zhuǎn)運(yùn)車也是基于Mecanum輪的，但商業(yè)應(yīng)用還沒(méi)有大規(guī)模的進(jìn)行。主要還是因?yàn)樵摷夹g(shù)對(duì)制造精密度要求比較高，加工難度也是比較大的。
1.3全方位移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)
（1）與人類平時(shí)日常的生活和工作更為緊密的聯(lián)系起來(lái)，主要以為給人類帶來(lái)更多的輔助為主要的目的。也許過(guò)了多年后，每一個(gè)家庭都會(huì)擁有一種智能型機(jī)器人甚至?xí)碛械母?，這些機(jī)器人可以幫你完成很多的工作，比如燈光感應(yīng)、家里的垃圾清理、洗碗、拖地等都可以由他們來(lái)替你完成，不僅可以大大的節(jié)約很多時(shí)間放在工作上，而且還能緩解在家中的勞累以減輕壓力，讓你更好的享受優(yōu)質(zhì)的生活。在我們的國(guó)家機(jī)器人的應(yīng)用也有很多，大部分年輕人都有過(guò)從網(wǎng)上的購(gòu)物經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)我們每下一個(gè)訂單，店家都會(huì)使用機(jī)器人來(lái)為我們從倉(cāng)庫(kù)中取出對(duì)應(yīng)的物品。
（2）模仿性的大趨勢(shì)，最初的機(jī)器人都是模仿人的有手有腳有頭等。其實(shí)機(jī)器人的形狀還不僅僅是類似于人的，它也可以是一些小動(dòng)物，比如做成狗形狀、貓形狀、馬形狀、魚(yú)形狀等。不同形狀的機(jī)器人用途也是各有千秋的，馬形狀的就可以用于電影的拍攝，如某些場(chǎng)景不合適用真正的馬去拍攝，和演員替身是一樣的道理，這個(gè)機(jī)器人馬也相當(dāng)于一個(gè)替身，這時(shí)候它的作用就體現(xiàn)出來(lái)了。
1.4課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容與意義
本論文從實(shí)用的角度去設(shè)計(jì)一種全方向的機(jī)器人移動(dòng)底盤(pán)，設(shè)計(jì)一種可用于家用或物流搬運(yùn)的移動(dòng)型機(jī)器人移動(dòng)底盤(pán)，在查讀一定的材料和文獻(xiàn)進(jìn)行基本認(rèn)識(shí)后，把設(shè)計(jì)的底盤(pán)技術(shù)難點(diǎn)、采用何種結(jié)構(gòu)、材料的選用為研究重點(diǎn)。
機(jī)構(gòu)以輪式結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，可以在比較平整的路面進(jìn)行正常的工作并能實(shí)現(xiàn)全向運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)的內(nèi)容有：熟悉市場(chǎng)中出現(xiàn)的機(jī)器人移動(dòng)底盤(pán)的結(jié)構(gòu)，它是如何進(jìn)行工作的原理是怎樣的，把它們的優(yōu)缺點(diǎn)找出來(lái)。最終在這些的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一個(gè)可以完成的方案。
2 全方位移動(dòng)底盤(pán)的原理及其總體設(shè)計(jì)
2.1 零件設(shè)計(jì)的主要要求
進(jìn)行移動(dòng)底盤(pán)設(shè)計(jì)時(shí)在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面主要有兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)要求，一個(gè)是要對(duì)機(jī)器整機(jī)進(jìn)行一個(gè)實(shí)用的設(shè)計(jì)，另一個(gè)是對(duì)組成這個(gè)移動(dòng)底盤(pán)所需要的零件的設(shè)計(jì)，雖然它們的作用不一樣但它們的存在會(huì)相互聯(lián)系和相互產(chǎn)生影響。 我們?cè)O(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)對(duì)它的使用功能也有一定的要求，首先所設(shè)計(jì)出來(lái)的東西肯定是要實(shí)現(xiàn)我們所需要的功能。除了上面所說(shuō)的功能要求之外還要求產(chǎn)品操作簡(jiǎn)單快捷、 工作效率要高、重量輕以便于攜帶、從外觀看要具有一定的美觀等。其次在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)要嚴(yán)格控制好設(shè)計(jì)和制造的成本。在對(duì)零件進(jìn)行研究制造時(shí)要按照它的主要要求來(lái)設(shè)計(jì)。在機(jī)械制造學(xué)科中，我們都知道構(gòu)成機(jī)器最基本的部件就是機(jī)械零件，所以零件設(shè)計(jì)時(shí)采用的準(zhǔn)則也是機(jī)器的設(shè)計(jì)的要求，對(duì)一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅僅是從功能要求出發(fā)和成本達(dá)到理想要求這兩方面考慮同時(shí)也要滿足機(jī)器的正常使用。 設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品必須要滿足在一定的年限內(nèi)可以進(jìn)行正常的工作不允許存在重大的問(wèn)題，這樣就可以使機(jī)器的功能滿足人類的需求按照所接收到的指令正常工作。
為了達(dá)到上述的要求所設(shè)計(jì)的零件也要達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，所以零件要滿足一系列的高標(biāo)準(zhǔn)，如零件的強(qiáng)度非常高、零件的剛度也非常高、零件的震動(dòng)穩(wěn)定性也要更好等都要達(dá)到這種高標(biāo)準(zhǔn)，這些很優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)可以判斷一個(gè)零件是否工作性能好。在零件設(shè)計(jì)和制造時(shí)既要滿足良好的工作性能要求同時(shí)也要盡量減少零件的生產(chǎn)成本。這就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)要合理，正確的選擇材料和毛坯構(gòu)造式樣、組件的結(jié)構(gòu)要合理、零件加工的公差等級(jí)也要合理的選擇以及仔細(xì)認(rèn)真的去考慮零件采用的加工技術(shù)和裝配工藝等，另外機(jī)器的零部件設(shè)計(jì)時(shí)也要采用部件的標(biāo)準(zhǔn)化、部件的系列化和部件的一般化。機(jī)器工作時(shí)動(dòng)力就是由動(dòng)力機(jī)提供，像內(nèi)燃機(jī)、氣輪機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)馬達(dá)、水輪機(jī)等就可以直接用原生態(tài)資源（也稱為主要能源）或二次能源轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。機(jī)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般來(lái)說(shuō)都是工作機(jī)，基本上都是用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)能力，比如工作機(jī)就是機(jī)器人的終端執(zhí)行器。一種可以實(shí)現(xiàn)能量傳遞轉(zhuǎn)換和附帶其它效果的傳輸設(shè)備。
2.2 全方位輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.2.1設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人主體時(shí)應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則：
（1）機(jī)器人本體的總體結(jié)構(gòu)應(yīng)比較容易拆卸下來(lái)，不僅方便于平時(shí)的實(shí)驗(yàn)，而且調(diào)試和修理都可以很容易的去完成。
（2）在設(shè)計(jì)機(jī)器人的過(guò)程中，應(yīng)給沒(méi)有安放的傳感器和功能部件等預(yù)留一定的空間位置，以備后續(xù)功能的改善和擴(kuò)展做準(zhǔn)備。全向輪式機(jī)器人三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)分別是垂直、水平和旋轉(zhuǎn)。
（3）相比其他移動(dòng)型機(jī)構(gòu)相同條件下車輪式的移動(dòng)型機(jī)構(gòu)的特征十分顯著的有下列所述的優(yōu)點(diǎn)：可以進(jìn)行高速并且穩(wěn)定可靠的移動(dòng)，高能量轉(zhuǎn)換和利用機(jī)構(gòu)整體的控制結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，現(xiàn)如今汽車制造行業(yè)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)十分的發(fā)達(dá)和完善了，而且它可以從中獲取一定的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)等。但是車輪式移動(dòng)型機(jī)構(gòu)最顯著的缺點(diǎn)就是移動(dòng)只能在平面上進(jìn)行。因此，大部分機(jī)器人工作的地方，除了一些非常特殊的地面和高低不平的山脈等自然環(huán)境外，基本上都是人們自行建造出來(lái)的單位。
所以從這個(gè)層面上來(lái)說(shuō)，車輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)其實(shí)可以說(shuō)是有著非常高的使用意義。圖2-1顯示就是全向輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的示意圖。在預(yù)期設(shè)計(jì)輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)要求零半徑可以回轉(zhuǎn)、速度可以調(diào)控且還要便于控制。所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)上車轱轆的轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向都必須是單獨(dú)操縱的，全方位移動(dòng)機(jī)器人的前后輪都采用成對(duì)驅(qū)動(dòng)來(lái)控制轉(zhuǎn)向，要實(shí)現(xiàn)全方位運(yùn)動(dòng)及控制每個(gè)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖 2-1全向輪式移動(dòng)底盤(pán)機(jī)構(gòu)示意圖
2.3輪式移動(dòng)底盤(pán)的總體結(jié)構(gòu)圖
圖2—2 Mecanum輪移動(dòng)底盤(pán)
2.4Mecanum輪的關(guān)鍵技術(shù)
2.4.1Mecanum輪的介紹
圖2-3 Mecanum輪的具體結(jié)構(gòu)
從上圖中可以很直觀的看出有若干個(gè)輥?zhàn)右砸欢ń嵌瘸市毕蚍植荚谒妮嗊吷?，所以輪子才可以進(jìn)行橫向移動(dòng)，圖片中的輥?zhàn)拥哪妇€形狀都比較怪異。當(dāng)安裝在定主軸附近的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圖中各個(gè)小輪子的包絡(luò)呈現(xiàn)出一個(gè)圓柱型表面,所以Mecanum輪可以連續(xù)不停地向前面進(jìn)行滾動(dòng)。移動(dòng)性好和安全性高是Mecanum輪的優(yōu)點(diǎn)，因此它是一種很棒的全向輪。將四個(gè)這種輪子加以排列組合，這樣就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)全方位進(jìn)行移動(dòng)。
2.4.2Mecanum輪的設(shè)計(jì)研究
圖2-4實(shí)體圖
從上圖2-4 中所示的Mecanum輪可以看見(jiàn)，它是由一個(gè)輪轂和一個(gè)非動(dòng)力滾輪組成的并且安裝在輪轂外緣上與輪轂軸線也是呈一定角度的，無(wú)動(dòng)力滾輪既可以圍繞輪轂軸進(jìn)行公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以完全依靠地面的摩擦力繞各自的支撐芯軸進(jìn)行自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。有輪轂軸的組合速度和公轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)的方向有一定程度的夾角，而這個(gè)根本原因也發(fā)生在全向運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)上。
因?yàn)橛扇舾蓚€(gè)輥?zhàn)咏M成的Mecanum輪的輪圈，所以為了讓Mecanum輪工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)更加的穩(wěn)定，輪圈上的各個(gè)輥?zhàn)拥陌j(luò)面最終呈現(xiàn)出一個(gè)圓形的面。輥?zhàn)忧孀罱K所設(shè)計(jì)成這樣的目的也是為了這個(gè)。
根據(jù)理論設(shè)計(jì)圓柱從而生成了Mecanum輪輥?zhàn)拥那?，由下面的圖片2-4-3所示可以看出:點(diǎn) A以等速率在軸 z 的上面進(jìn)行移動(dòng)，同時(shí)也以等角速度繞著軸z進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到點(diǎn) B之后; 點(diǎn)A在圓柱面上的曲線形成的運(yùn)動(dòng)路線線段AB，α夾角是AB直線與軸z之間所形成的一個(gè)角度，Mecanum輪的輥?zhàn)忧媸怯葾B曲線段繞AB直線段進(jìn)行旋轉(zhuǎn)一周形成的。當(dāng)三個(gè)參數(shù)W、Ｒ、α確定時(shí)，唯一確定的就是輥?zhàn)忧妗?
圖2-5輥?zhàn)拥睦碚撛O(shè)計(jì)圓柱
在設(shè)計(jì)時(shí)給定并選取了三個(gè)參數(shù) 即w、r 和 α，輥?zhàn)有D(zhuǎn)曲線輪廓是根據(jù)輥?zhàn)忧嬖O(shè)計(jì)理論通過(guò)大量的計(jì)算出來(lái)的，如圖 2-5 所示，然后選取最小截面直徑，是根據(jù)輥?zhàn)釉贛ecanum輪所安裝的方式來(lái)確定的。根據(jù)移動(dòng)底盤(pán)的承載重量30KG，按市場(chǎng)中一般選擇直徑為280mm的輪盤(pán)。選定的參數(shù)，生成圓柱厚度W=85 mm，生成圓柱半徑Ｒ=60mm，輥?zhàn)悠媒铅?45，最小截面圓直徑D=20mm，最大截面圓直徑D=100mm，輥?zhàn)娱L(zhǎng)度L=180mm。
圖 2-6輥?zhàn)忧€和立體圖
圖2-6左邊是圓柱厚度為85，半徑為65的輥?zhàn)忧€，右圖是輥?zhàn)覯ecanum輪的立體圖形。
不管什么時(shí)刻只有1個(gè)滾輪與地面接觸時(shí)，即λ=1的，在某一個(gè)時(shí)間，如果有2個(gè)滾輪與地面同時(shí)接觸時(shí)，λ的值是介于1和2之間的。
2.4.3Mecanum輪的材料要求
為了將Mecanum輪設(shè)計(jì)成在滾輪表面的高摩擦系數(shù)并且改善Mecanum輪運(yùn)動(dòng)的平滑性，必須在滾輪的的外表面上加一層彈性材料。這種彈性材料要具有機(jī)械強(qiáng)度高、硬度度高、耐磨性能好等優(yōu)點(diǎn)。
(1) 硬度:SHORE A20至 SHORE A90這一區(qū)間為橡膠的硬度范圍，SHORE A95至SHORE D100這一區(qū)間為塑性材料的范圍。
(2)機(jī)械強(qiáng)度：聚氨酯彈性體在有高硬度的同時(shí)也保持了良好的橡膠回彈性，所以它的承載能力也是十分高的。
(3)耐磨性能：該材料的耐磨性能大概是天然橡膠的四五倍。
(4)耐熱和耐氧化性能: 聚氨酯彈性體長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)不斷使用在空氣中的溫度極限是到90之間，短時(shí)間內(nèi)使用的溫度可達(dá)到120。
2.4.4 輥?zhàn)有：?
撓度：
(2-7)
確定公式各參數(shù)：
mm4 （2-8)
式中：Ia——表示為輥?zhàn)咏孛娴膽T性矩。
查表得：
kgf
kgf/m
D=20mm
L=180mm
得：
（2-9）
（2-10）
因?yàn)?，所以輥?zhàn)觿偠葷M足要求。
2.4.5輥?zhàn)訌?qiáng)度校核
危險(xiǎn)截面直徑D=20mm，是輥?zhàn)幼钚〗孛嬷睆?，因此只需校核此處?
kgf·mm （2-11）
kgf/mm2 （2-12） mm3 （2-13）
式中W——表示為抗彎截面系數(shù)。
kgf/mm2
（2-14）
所以安全，強(qiáng)度校核達(dá)到條件。
3 螺紋連接
3.1螺紋連接的基本類型
3.1.1螺栓連接
一般常見(jiàn)的螺栓連接如圖3-1所示。在被鏈接件上都設(shè)計(jì)了通孔，插入螺栓后在螺栓的另一端把螺母旋上。這種鏈接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是被鏈接件上的通孔和螺栓桿之間會(huì)存在一定距離的間隙，通孔在設(shè)計(jì)加工時(shí)的加工精度要求相對(duì)比較低，并且它的整體結(jié)構(gòu)也是比較簡(jiǎn)單的，因此不管是安裝還是拆卸都是比較方便的。在使用時(shí)被連接件的材料可以是任意的，并不受到材料的局限性，所以它應(yīng)用得地方是比較多的。圖3-1b是鉸制孔用螺栓連接的。孔和螺栓桿基本上多采用基孔制過(guò)渡配合。
這種連接可以能準(zhǔn)確固定被連接件的相對(duì)位置，并能承受橫向載荷，但孔的加工精度要求較高。
圖3-1螺栓連接
3.1.2雙頭螺柱連接
如圖3-1a所示，這種連接適用于結(jié)構(gòu)上不能采用螺栓連接的場(chǎng)合，列如被連接件之一太厚不宜制成通孔，材料比較軟，而且需要經(jīng)常拆裝時(shí)，往往采用雙頭螺柱連接。
3.2螺栓的選取
根據(jù)麥克納姆輪的承載力，底盤(pán)摩擦系數(shù)0.15，承載重量30 KG，移動(dòng)速度1.5m/s。選擇螺栓材料為Q235、性能等級(jí)為2.6的螺栓，查機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)表得該材料的屈服極限=240M，安全系數(shù)為1.5，所以螺栓材料的許應(yīng)力：
（3-3）
根據(jù)下式可以得出螺栓危險(xiǎn)截面直徑是：
mm （3-4）
按標(biāo)準(zhǔn)（GB/T196-2003），選用螺紋公稱直徑d=16mm
3.3螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算
螺栓組一般所承受的載荷有軸向載荷、橫向載荷、彎矩和轉(zhuǎn)矩等。對(duì)于每一個(gè)使用的具體螺栓來(lái)說(shuō)，它們的受載形式基本上只有兩種，一種是受軸向力，還有一種就是受橫向力。在軸向力同時(shí)也包含預(yù)緊力的作用下，螺栓桿和螺紋部分有可能會(huì)產(chǎn)生塑性變形或者斷裂；螺栓連接很少會(huì)因?yàn)殪o載荷的存在而產(chǎn)生損壞的，只有在嚴(yán)重超重的情形下才會(huì)發(fā)生損壞，往往螺栓損壞的原因就是因?yàn)槠谄茐?。因?yàn)槠谄茐亩a(chǎn)生的斷裂往往是螺紋的根部，有的時(shí)候也會(huì)發(fā)生在螺栓頭與光桿的交界處。
緊螺栓進(jìn)行連接裝配時(shí)，螺母應(yīng)當(dāng)旋緊，在旋緊力的作用下，螺栓除了受到預(yù)緊力的拉伸而產(chǎn)生拉伸應(yīng)力外，還受到螺紋摩擦力矩的扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，使螺栓處于拉伸和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下。所以當(dāng)緊螺栓只承受預(yù)緊力時(shí)，計(jì)算強(qiáng)度要考慮這兩種力的作用。
螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸應(yīng)力是：
（3-5）
式中： F——工作拉力；
——螺栓危險(xiǎn)斷面直徑；
——螺栓材料的拉應(yīng)力。
對(duì)于M10~M64普通螺紋的鋼制螺栓，取
~1.08、 （3-6）
由此可得：
（3-7）
因?yàn)槁菟ň哂兴苄缘奶匦?，所以依?jù)第四強(qiáng)度理論，可以算出螺栓在預(yù)緊狀態(tài)下的應(yīng)力是：
（3-8）
當(dāng)普通螺栓連接承受橫向載荷時(shí)，因?yàn)樵陬A(yù)緊力的存在下，將在接觸面產(chǎn)生一種摩擦力來(lái)抵抗工作載荷。這時(shí)，螺栓應(yīng)該只是承擔(dān)預(yù)緊力，而且預(yù)緊力是不會(huì)受到工作載荷存在而變化的，預(yù)緊力F的值是可以根據(jù)接觸面但不產(chǎn)生移動(dòng)的條件確定。
螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為：
MPa (3-9)
這種緊固栓依靠摩擦力來(lái)承受工作載荷的連接，它要有比較大的預(yù)緊力，否則螺栓的整體結(jié)構(gòu)尺寸會(huì)因?yàn)檫@個(gè)原因而增加。除了這個(gè)之外，螺栓在震動(dòng)、沖擊或者受到的工作載荷變化的情形下，由于摩擦系數(shù)f的值會(huì)存在一定的變化，這樣會(huì)使螺栓連接的可靠性會(huì)減少，從而導(dǎo)致零件的掉落。
4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1滿足系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)性能的結(jié)構(gòu)條件
對(duì)于四輪系統(tǒng)要應(yīng)用到機(jī)器人市場(chǎng)中來(lái)說(shuō)，機(jī)構(gòu)不但要滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)這個(gè)條件，而且機(jī)構(gòu)還要具有良好的驅(qū)動(dòng)性能和控制性。
為了降低整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造成本，最初設(shè)計(jì)的所有Mecanum輪輥?zhàn)悠媒遣扇〉臄?shù)值也是一樣的，而且必須對(duì)稱設(shè)計(jì)輪子的結(jié)構(gòu)，安放時(shí)的方法是采用一個(gè)正放另一個(gè)反放，這樣我們就可以得到兩種輥?zhàn)拥钠媒谴笮∠嗟榷较蛳喾?。除此之外，通常采取的輪結(jié)構(gòu)布局形式是四個(gè)輪子關(guān)于車體幾何中心對(duì)稱，這樣就可以實(shí)現(xiàn)各輪的載荷分布均勻和系統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。即便這樣去設(shè)置，但四個(gè)輪子體制的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式還不止這些。不一樣的結(jié)構(gòu)形式的布局，很明顯它們也有著不一樣的的驅(qū)動(dòng)性能。在某個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上Mecanum輪有一個(gè)比較大的缺點(diǎn)就是存在欠驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象，所以設(shè)計(jì)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)性能時(shí)有它的基本要求即：
（1）在三個(gè)自由度的方向上，系統(tǒng)的所有四個(gè)輪都是驅(qū)動(dòng)輪，則該系統(tǒng)工作良好。
（2）就算系統(tǒng)有欠驅(qū)動(dòng)，欠驅(qū)動(dòng)的方向也應(yīng)該設(shè)計(jì)在不太重要的運(yùn)動(dòng)方向上。
4.2麥克納姆輪布局結(jié)構(gòu)形式選擇
（1）下面就介紹六種比較常用且具有象征性的四輪系統(tǒng)構(gòu)造形式，如圖 4--1所示，圖中阿拉伯?dāng)?shù)字1、 2、 3、4 的方框就是代表四個(gè)輪子，每一個(gè)輪子觸碰到地上時(shí)輥?zhàn)悠媒欠较騽t是方框中的斜線。在表1中計(jì)算與六個(gè)布局和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)相對(duì)應(yīng)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)雅可比矩陣的秩等級(jí)R值。
（2）能否滿足全向運(yùn)動(dòng)是運(yùn)動(dòng)學(xué)特性選擇系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的必有條件。從下面表格 1 可知：以下6個(gè)圖中只有圖(a)，圖(b)、圖(d)三個(gè)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)雅可比矩陣秩排名（R）= 3滿秩，即廣義逆陣。雅可比矩陣在其于三種構(gòu)造樣式中都不是滿秩的，所以系統(tǒng)中一定存在奇異現(xiàn)象，從而使得移動(dòng)底盤(pán)在一定方向上不能實(shí)現(xiàn)全向運(yùn)動(dòng)。從3 種矩陣不滿秩的情況中，可以看到它們的共同特點(diǎn)是：這些滾輪都是安放在Mecanum輪上的同一個(gè)方向上的，所以該系統(tǒng)就不能實(shí)現(xiàn)全向動(dòng)作。
（3）結(jié)合系統(tǒng)傳動(dòng)性能選擇，選擇滿足系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)要求的三種結(jié)構(gòu)類型的動(dòng)態(tài)性能描述如下：
在如圖4-1(a)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式中，當(dāng)四個(gè)輪子的布局方式為正方形，當(dāng)輥?zhàn)悠媒嵌紴?45 度時(shí)，這樣會(huì)使系統(tǒng)失去了。原因在于采用了，因?yàn)樗膫€(gè)輪子的v1, v2, v3,v4速度方向在一條直線上，不管各個(gè)輪子的速度值進(jìn)行怎樣的變化，它們都沒(méi)有辦法繞著O 點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。所以該系統(tǒng)就沒(méi)有辦法完成全向運(yùn)動(dòng)。盡管布局結(jié)構(gòu)系統(tǒng)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)雅克比矩陣的秩曲線等于3R且排列滿，但他依然是有限的。所以它不是最優(yōu)的結(jié)構(gòu)。
如圖4-2(b)所示的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)不但可以進(jìn)行全向動(dòng)作，而且系統(tǒng)的駕駛性能很好，所以這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樣式是最優(yōu)的。因此選圖b作為基本結(jié)構(gòu)。
圖4-1 幾種常用四輪結(jié)構(gòu)布局形式
圖4-2構(gòu)造形式的全向運(yùn)動(dòng)圖
全方位運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的輪組有很多種設(shè)計(jì)構(gòu)造樣式，而不是每一種設(shè)計(jì)構(gòu)造樣式都可以進(jìn)行全向動(dòng)作，系統(tǒng)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)雅克比矩陣是否列滿秩是判斷一個(gè)系統(tǒng)可以執(zhí)行全向動(dòng)作性能好壞的必要條件。即使?jié)M足一定條件后，最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的樣式也必須根據(jù)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)性能來(lái)選擇。
4.3Mecanum移動(dòng)底盤(pán)的電機(jī)的計(jì)算與選擇
因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)擁有著良好的調(diào)速平滑、易于進(jìn)行快速啟動(dòng)、比較容易控制和優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性等的優(yōu)點(diǎn)，所以它一直是調(diào)速控制市場(chǎng)的佼佼者。雖然市場(chǎng)中電動(dòng)機(jī)的種類越來(lái)越多，但是在令人眼花繚亂的調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)市場(chǎng)中直流電動(dòng)機(jī)依然是這個(gè)產(chǎn)品中的領(lǐng)跑者，直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用前景也是十分龐多的。
底盤(pán)摩擦系數(shù)0.15，承載重量30KG，移動(dòng)速度1.5m/s。
選擇電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算：
移動(dòng)底盤(pán)的受力圖如圖4-2所示：
移動(dòng)底盤(pán)所需的牽引力：
（4-3） （4-4）
（4-5）式中——底盤(pán)移動(dòng)需要的牽引力；
——因自身重力而產(chǎn)生的阻力；
——底盤(pán)移動(dòng)所受摩擦力。
圖4-6 全方位移動(dòng)底盤(pán)的受力簡(jiǎn)圖
則有：
（4-7）
：摩擦系數(shù) ：最大爬坡的角度（據(jù)課題要求可以按0計(jì)算）
則機(jī)器人在水平面上運(yùn)動(dòng)的功率為：
（4-8）
傳動(dòng)裝置的總效率：
（4-9）
傳動(dòng)效率：
（4-10）
滾動(dòng)軸承效率：
（4-11）
代入得到：
（4-12）
所需直流電機(jī)的最小的功率：
（4-13）
啟動(dòng)時(shí)的力：
（4-14）
啟動(dòng)摩擦力矩：
（4-15）
通過(guò)以上的比較和計(jì)算，決定選用VTV YN70-15C型可調(diào)速電動(dòng)機(jī)
（4-16）
（4-17）
式中：C——底盤(pán)大輪的周長(zhǎng)；
D——底盤(pán)大輪的直徑；
N——可調(diào)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)；
V——底盤(pán)的移動(dòng)速度。
所以為了滿足底盤(pán)的移動(dòng)要求，可調(diào)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)決定控制在50r/min。
5 軸和滾動(dòng)軸承
5.1軸直徑和長(zhǎng)度的確定
當(dāng)零件在軸上的位置明確之后，軸具體的表面形狀也基本上隨之確定。軸直徑的數(shù)值是根據(jù)工作時(shí)傳動(dòng)所承受的負(fù)載數(shù)值大小有關(guān)。在設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)之前最主要的是計(jì)算出傳動(dòng)時(shí)所受到的扭矩，所以可以根據(jù)扭矩的數(shù)值大小來(lái)進(jìn)一步算出軸的直徑數(shù)值。首先計(jì)算出軸作為承受扭矩軸段的最小直徑，最后再根據(jù)零件在軸上安放的具體位置按標(biāo)準(zhǔn)選取軸的直徑。
根據(jù)扭矩強(qiáng)度計(jì)算：
（5-1）
式中：——扭轉(zhuǎn)應(yīng)力；
T ——軸的扭矩；
——軸抗扭系數(shù)；
N ——轉(zhuǎn)動(dòng)速度；
P ——傳遞功率；
D ——軸的直徑；
——可用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。
根據(jù)上式可就算出：
(5-2)
所以根計(jì)算結(jié)果軸的直徑取20mm。
根據(jù)軸上零件的安裝，即輥?zhàn)娱L(zhǎng)度和輥?zhàn)又Ъ艿暮穸热缓蟀礃?biāo)準(zhǔn)選取軸的長(zhǎng)度為280mm。
5.2軸的校核
已知軸的直徑為D為20mm。
（1）轉(zhuǎn)矩：
（2）求圓周力：
（5-3）
（3）求徑向力：
（5-4）
（4）定跨距測(cè)跨：
=65；=78；=43
（5-5）
N （5-6）
（5）垂直反力：
N （5-7）
N （5-8）
5.3當(dāng)量彎矩
（1）水平彎矩：
Nm （5-9）
（2）垂直面彎矩：
Nm （5-10）
Nm （5-11）
（3）總彎矩：
Nm （5-12）
（4）扭矩：取=0.6得
=0.6 1.26 10=7.56 10 Nm （5-13）
（5）計(jì)算當(dāng)量彎矩：
Nm （5-14）
5.4軸強(qiáng)度校核
（1）抗彎截面系數(shù)：
mm （5-15）
（2）抗扭截面系數(shù)：
mm （5-16）
（3）彎曲應(yīng)力：
MPa （5-17）
（4）剪切應(yīng)力：
0.8MPa （5-18）
軸的材料為40Cr，查文獻(xiàn)得：
MPa，，MPa應(yīng)力集中系數(shù)，
（5）材料敏感系數(shù)：，
（5-19）
（5-20）
（6）尺寸系數(shù)：，
（7）軸表面質(zhì)量系數(shù)：
（8）材料特征系數(shù)： ，
（5-21）
（5-22）
則：
（5-23）
所以安全。
5.5滾動(dòng)軸承概述
在現(xiàn)代機(jī)器中，滾動(dòng)軸承是最常用且應(yīng)用場(chǎng)合比較多的一個(gè)部件，它的工作原理是依靠主要元件之間的滾動(dòng)接觸來(lái)進(jìn)行支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件的，如今市場(chǎng)中很大一部分的滾動(dòng)軸承已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，比較常用的滾動(dòng)軸承是由一些專業(yè)性強(qiáng)規(guī)模大的工廠進(jìn)行加工制造的并供應(yīng)給市場(chǎng)。滾動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)是比較多的，如在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)它的旋轉(zhuǎn)精度比較高，啟動(dòng)時(shí)所需要的的力矩是比較小的，種類多選擇性比較高。
滾動(dòng)軸承的主要結(jié)構(gòu)3和保持架4等部分組成。用來(lái)和軸頸部分接觸安置的部位是軸承的內(nèi)圈，和軸承座上的孔接觸安置的部位是外圈。一般情況下軸承在工作時(shí)主要是內(nèi)圈和軸頸是一起進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，外圈通常是不進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的，但有時(shí)候在特殊的情況下可以是外圈進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，內(nèi)圈不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，二者也可以同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)內(nèi)外圈保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們之間的滾動(dòng)體是沿著滾道進(jìn)行滾動(dòng)的。
保持架在軸承里可以起到均勻的使各個(gè)滾動(dòng)體保持一定的距離這么一個(gè)效果，設(shè)想假如保持架不存在的話，滾動(dòng)體在滾道進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)觸碰在一起從而導(dǎo)致磨損比較嚴(yán)重。
軸承的滾動(dòng)體、內(nèi)圈、外圈在制造時(shí)一般采用硬度比較高的材料如或者采用制造。該材料在進(jìn)行熱處理之后，他們的硬度值一般是在60HRC之上的。
5.6滾動(dòng)軸承的選擇
因?yàn)槿轿灰苿?dòng)底盤(pán)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)一般受到徑向載荷，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)第九版滾動(dòng)軸承性能和特點(diǎn)，決定采用深溝球軸承。它的特點(diǎn)是主要承受徑向載荷也可以承受較小的軸向載荷，而且考慮到經(jīng)濟(jì)性，它的制造成本是滾動(dòng)軸承中比較低的。根據(jù)安裝在軸上部位的軸頸直徑按標(biāo)準(zhǔn)選取內(nèi)徑代號(hào)為05。
其尺寸：d×D×T=130×200×33，Cr=152，Cor=125kN，N =2400r/min。
5.7軸承的校核
參數(shù)： Cr=152kN Cor=125kN N=2400r/min 預(yù)期壽命：；
實(shí)際參數(shù)：n=7.071r/min N·mm P=9.355kw
求軸承受到的徑向力：
（5-24）
（5-25）
載荷系數(shù)：。
則有當(dāng)量載荷：
（5-26）
5.8校核軸承的使用壽命
h （5-27）
故可達(dá)到預(yù)計(jì)壽命要求，安全。
結(jié)論
本次論文在探索現(xiàn)實(shí)中機(jī)器人移動(dòng)底盤(pán)的工作原理和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，同時(shí)也客觀的分析了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。由此提出了幾套可以進(jìn)行設(shè)計(jì)的全方位移動(dòng)結(jié)構(gòu)方案，最終從幾套方案中選擇一個(gè)可行性高的方案設(shè)計(jì)。從這篇論文中可以看出，全向動(dòng)作移動(dòng)機(jī)器人可分為轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)兩個(gè)層面來(lái)設(shè)計(jì)?？偨Y(jié)如下：
1．本次設(shè)計(jì)運(yùn)用了輪式機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行全方位移動(dòng)，然后設(shè)計(jì)了車輪可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。
2．車輪轉(zhuǎn)向構(gòu)造設(shè)計(jì)，可使機(jī)器人移動(dòng)底盤(pán)進(jìn)行全向動(dòng)作；全方位移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械本體的設(shè)計(jì)是機(jī)器人設(shè)計(jì)最基礎(chǔ)的部分，能夠?yàn)橐院箨P(guān)于機(jī)器人的研究起到一個(gè)較大的推進(jìn)作用。
致謝
在2018屆畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我從中學(xué)到了很多有價(jià)值且對(duì)自己一輩子受益良多的東西，在這個(gè)過(guò)程中也不斷的提升了自己的能力也磨練了一個(gè)年青人浮躁的心態(tài)。從一開(kāi)始可以說(shuō)是對(duì)所設(shè)計(jì)的課題一無(wú)所知到后來(lái)的滿滿收獲，這些都離不開(kāi)老師、同學(xué)和舍友對(duì)我的幫助。我覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)的這一過(guò)程像是一段長(zhǎng)跑，每個(gè)人都需要一步一步腳踏實(shí)地的跑過(guò)去，并不能一步登天一下就能到達(dá)終點(diǎn)。它需要慢慢且效率高的去搜尋和學(xué)習(xí)與課題相關(guān)的內(nèi)容，在設(shè)計(jì)中我所遇到的每一個(gè)難題感到很迷惑時(shí)老師都能及時(shí)的幫我解答問(wèn)題，幫助我一起查找資料，耐心的為我們指導(dǎo)，在我很迷茫的時(shí)候也是她給與我信心以及加油鼓勵(lì)。最終我才能順利的完成2018屆的畢業(yè)設(shè)計(jì)。
最后在這里再次感謝代素梅老師對(duì)我的指導(dǎo)，謝謝您！
參考文獻(xiàn)
[1] 胡建軍, 王鵬, 杜驍釋,等. 麥克納姆輪全向移動(dòng)巡檢機(jī)器人:, CN104714550A[P]. 2015.
[2] 莫然, 張進(jìn), 高淑芝. 基于麥克納姆輪的全向移動(dòng)自主機(jī)器人[J]. 山東工業(yè)技術(shù), 2017(8):233-233.
[3] 張禹, 朱光召. 基于麥克納姆輪的全方位移動(dòng)平臺(tái)技術(shù)研究[J]. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備, 2017(2):14-16.
[4] 管建峰, 樊玉斌, 章志飛,等. 一種基于麥克納姆輪的羽毛球自動(dòng)發(fā)球機(jī)器人[J]. 科技展望, 2017, 27(20).
[5] 楊萍, 侯靜茹. 全方位移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)控制研究[J]. 機(jī)電工程, 2017, 34(7):796-801.
[6] 李明, 劉恩濤, 段三軍,等. 一種用作工業(yè)機(jī)器人底盤(pán)的全向智能移動(dòng)平臺(tái):, CN 104786236 A[P]. 2015.
[7] 孫強(qiáng), 王文濤. 基于體感遙控的全向移動(dòng)機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用, 2015, 41(6):157-160.
[8] 劉洲. 全方位移動(dòng)混聯(lián)式操作臂機(jī)器人系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)[D]. 南京航空航天大學(xué), 2011.
[9] 劉龍閣, 劉洋, 趙鵬,等. 基于麥克納姆輪的自主巡航售貨機(jī)器人設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)與軟件工程, 2017(13):91-91.
[10] 高利霞. 基于多傳感器融合的全方位四輪移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃[D]. 北京郵電大學(xué), 2017.
[11] 王華. JJR-1型教學(xué)機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究[D]. 蘭州理工大學(xué). 2008.
[12] 彭日亮. MiroSot系統(tǒng)中足球機(jī)器人與無(wú)線通信的研究[D]. 廣東工業(yè)大學(xué). 2007.
[13] 濮良貴，陳國(guó)定，吳立言主編；西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著[M].機(jī)械設(shè)計(jì)第九版,高等教育出版社，2013.5.
[14] 劉曉燕. 面向足球機(jī)器人的ARM嵌入式系統(tǒng)研究[D]. 西北工業(yè)大學(xué). 2007.
[15] 尚旭輝. TSR-1足球機(jī)器人底層控制系統(tǒng)及通訊子系統(tǒng)的研究[D]. 天津大學(xué). 2004.
[16] 周文飛.全向輪式機(jī)器人建模及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真[D]，2014.05.
[17] Yamamoto L G, Wiebe R A, Rosen L M, et al. Oxygen saturation changes during the pediatric emergency department treatment of wheezing ☆[J]. American Journal of Emergency Medicine, 1992, 10(4):274-284.
[18] Yu S, Wang T, Wang Z, et al. ORIGINAL DESIGN OF A WHEELCHAIR ROBOT EQUIPPED WITH VARIABLE GEOMETRY SINGLE TRACKED MECHANISMS[J]. International Journal of Robotics & Automation, 2015, 30(1).
[19] Dolbow D R, Figoni S F. Accommodation of wheelchair-reliant individuals by community fitness facilities.[J]. Spinal Cord, 2015, 53(7):515-519.
[20] 王冠, 胡建軍, 林梨堤. 全向移動(dòng)平臺(tái)機(jī)器人(AMP-5002):, CN302882402S[P]. 2014.
收藏