機械畢業(yè)設計（論文）-校園垃圾拾撿機器人抓取及驅(qū)動機構設計【全套圖紙】

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1、學校代碼：10410 序 號：20050369 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計 題目：題目：校園垃圾拾撿機器人抓取及驅(qū)動機構設計 學學 院：院： 工 學 院 姓姓 名：名： 學學 號：號： 專專 業(yè)：業(yè)：機械設計制造及其自動化 年年 級：級： 機制 051 指導教師：指導教師： 二二 OO 九年九年 五五 月月 校園垃圾拾撿機器人抓取及驅(qū)動機構設計 摘 要 隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，垃圾排放量與日俱增，對環(huán)境 的壓力越來越大，特別是校園這種人口密集的地方，每天都在制造大量的垃圾，如廢 紙、塑料、廢電池、果皮等。為了讓校園保持清潔就必須要費大的人力物力和財力等。 如果設計一

2、種校園拾撿垃圾機器人就可以解決很大的麻煩，校園撿垃圾機器人機 器人是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合 系統(tǒng)。 撿垃圾機械手是由全液壓控制，垃圾拾撿機器人是由機械手固定在移動平臺上構 成的一類特殊的移動機器人。其中機械手用來實現(xiàn)如抓取、操作等動作，平臺的移動 用來擴展械手的工作空間，使機械手能以更合適的姿態(tài)執(zhí)行任務，機械手的加入也極 大的提高了動機器人的性能；移動平臺是一種采用前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動的四輪式小車結 構。 關鍵詞: 校園；垃圾機器人；控制機構；驅(qū)動機構 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706153893706 校園垃圾拾撿機器人抓取及驅(qū)動機構設計

3、 - 2 - AbstracAbstrac With the rapid economic development and increasing peoples living standards, waste emissions by increasing the pressure on the environment increasing, especially in densely populated areas on campus this place every day in the manufacture of a large number of spam, such as wast

4、e paper , plastics, used batteries, such as skin. In order for the campus must be kept clean on the charges of human material and financial resources and so on. If you design a campus spam robots can be solved a lot of trouble, campus garbage robot is a robot environment-aware, dynamic decision-maki

5、ng and planning, such as acts of control and the implementation of multiple functions in one integrated system. Manipulator garbage from the entire hydraulic control, garbage 拾撿 robot manipulator is fixed on the mobile platform consisting of a special kind of mobile robot. Manipulator which is used

6、to achieve, such as crawling, operation moves the mobile platform to extend the work of the hands of armed space robot can be a more appropriate gesture tasks, the robot is also greatly improved by adding the dynamic performance of robot ; mobile platform is a front wheel steering using the four-whe

7、el rear-wheel drive car-type structure. Key words: school; spam robot; control; drive mechanism 校園垃圾拾撿機器人抓取及驅(qū)動機構設計 - 3 - 目目 錄錄 一一 緒論緒論- 4 - 1.1移動機器人概述- 4 - 1.2課題研究意義- 4 - 二二 校園垃圾拾撿機器人總原理校園垃圾拾撿機器人總原理- 5 - 三三 機械手夾緊機構機械手夾緊機構手爪設計手爪設計- 6 - 3.1 手爪的工件原理.- 6 - 3.2 手爪技術參數(shù).- 6 - 3.3 夾緊力的計算.- 6 - 3.3.1 當量夾緊力的計

8、算（滑槽式的兩指夾緊機構）- 7 - 3.3.2 手指夾緊力的計算- 7 - 四四 垃圾拾撿機器人移動平臺設計與計算垃圾拾撿機器人移動平臺設計與計算- 8 - 4.1移動平臺的工作原理- 8 - 4.2 方案設計.- 8 - 4.3電動機選型- 9 - 4.4設計鏈傳動- 10 - 4.5鏈輪的設計及計算- 12 - 4.6軸的設計及計算- 12 - 4.7聯(lián)軸器的選擇- 14 - 4.8減速器的選擇- 15 - 4.9鍵的選用與校核- 16 - 4.10軸承選擇 .- 17 - 4.11螺紋緊固件選型 .- 18 - 4.12防松裝置 .- 19 - 4.13 密封件選擇.- 20 - 五五

9、 一些標準零件一覽表一些標準零件一覽表- 20 - 六六 總結總結- 21 - 參考文獻參考文獻- 22 - 致致 謝謝- 23 - 校園垃圾拾撿機器人抓取及驅(qū)動機構設計 - 4 - 一一 緒論緒論 1.1 移動機器人概述 移動機器人的研究目的是研究應用人工智能技術，在復雜環(huán)境下機器人系統(tǒng)的自 主 推理、規(guī)劃和控制。移動機器人系統(tǒng)一般由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分構成 移動機器人是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策和規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一 體的綜合系統(tǒng)。移動機械手是由機械手固定在移動平臺上構成的一類移動機器人系統(tǒng)。 其中機械手用來實現(xiàn)如抓取、操作等動作，平臺的移動用來擴展機械手的工作空間， 使機

10、械手能以更合適的姿態(tài)執(zhí)行任務，同時機械手的加入也極大提高了移動機器人的 性能。 1.2 課題研究意義 把機械手安裝在移動平臺上，這種結構使機械手擁有幾乎無限大的工作空間和高 度的運動冗余性，并同時具有移動和操作功能，這使它優(yōu)于一般的移動機器人和傳統(tǒng) 機械手;另一方面，移動平臺和機械手不但具有不同的動力學特性，而且存在強藕合， 有的移動平臺還受非完整約束。因此，研究這類系統(tǒng)的控制問題有十分重要的理論價 值和實踐意義。 這種特殊結構的機器人在工業(yè)裝配、無人惡劣環(huán)境中工作(如滅火、外星球探測和 各類危險的科學研究)以及室內(nèi)服務工作(如運送、導游和巡邏)等方面具有一定研究價 值。 校園垃圾拾撿機器人抓

11、取及驅(qū)動機構設計 - 5 - 二二 校園垃圾拾撿機器人總原理校園垃圾拾撿機器人總原理 2.1 機器人總原理圖 圖 2.1 機器人總原理 2.2 機器人的操控過程 機器人工作時，啟動遙控控制按鈕，點動電源控制按鈕，接通電源，操控遙控將機 器人行至工作區(qū)域，啟動機器人操作全自動化按鈕，機器人進入自主運動狀態(tài)。 機器人通過視覺傳感器傳達垃圾位置：當在機械手所能達到的范圍內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)有垃 圾時，機器人繼續(xù)向前行進，尋找目標，直至發(fā)現(xiàn)在其范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)垃圾時，移動平臺 停止移動，啟動機械手控制系統(tǒng)，機械手通過傳感器調(diào)整機械手位置使爪子對準垃圾， 爪子閉合抓緊垃圾，機械手隨轉(zhuǎn)臺向垃圾箱方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)到垃圾箱上方碰

12、到一行程開 關爪子張開，爪子完全張開碰到第二個行程開關，機械手隨轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)回到自由初始狀態(tài)。 機器人繼續(xù)移動尋找垃圾目標。 機器人在工作過程中，通過周圍裝有傳感器發(fā)現(xiàn)有障礙物時，控制轉(zhuǎn)向電機啟 動，控制機器人轉(zhuǎn)向，避開障礙物。 當機器人垃圾箱中垃圾占有一定空間時，機器人停止工作，遙控器報警。此時人為 校園垃圾拾撿機器人抓取及驅(qū)動機構設計 - 6 - 通過遙控器操控機器人，通過無線導航系統(tǒng)，將機器人指引到附近的垃圾收集地，卸 下垃圾。完成一次拾撿全過程。 三三 機械手夾緊機構機械手夾緊機構手爪設計手爪設計 機械手夾緊機構-手爪是用來抓取工件的部件，手爪抓取工件時要滿足迅速，靈 活，準確和可靠性的要求

13、。 設計制造夾緊機構-手爪時，其夾緊力的大小則系根據(jù)夾持物體的重量，慣性 力的大小來計算，同時還要考慮有足夠的開口尺寸，以適應被抓物體的尺寸變化夾緊 機構 夾緊機構形式有：機械式，吸式，電磁式等，有的還帶有傳感器裝置 3.1 手爪的工件原理 桿在驅(qū)動力 P 的作用下上拉下推,手爪端部手指端部完成抓緊或松開動作，即工 作夾緊狀態(tài)與自由張開狀態(tài)：當桿在作用力 P 作用下桿向下推時,手爪手指松開，處于 自由張開狀態(tài)(如圖 3.1 A)；當桿在作用力 P 作用下桿向上位時,手爪手指抓緊，處于 處于夾緊狀態(tài)(如圖 3.1 B) 3.2 手爪技術參數(shù) 抓重（kg）=1kg 尺寸范圍（mm）:t/d10.7

14、mm,故滿足強度要求 同理，前輪轉(zhuǎn)向主動軸和從動軸及轉(zhuǎn)向連桿軸也同樣滿足強度要求 各軸詳細數(shù)據(jù)見工程零件圖紙 4.7 聯(lián)軸器的選擇 4.7.1 確定聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 ca T = ca T A KT -工作情況系數(shù)，取=1.3 A K A K 4.7.2 由和選擇聯(lián)軸器的型號與尺寸 ca TT max nn -為所選用型號的許用轉(zhuǎn)矩 TNm -被聯(lián)接軸轉(zhuǎn)速 n/ minr -聯(lián)軸器的最高轉(zhuǎn)速 max n/ minr 12 . 1212 . 1212 1212 2 109.8 14 . cos15406.52 cos15 2 3000.3 96.72 cos1593.33 sin1525 cos

15、15395.95 sin1591.48 e e Q ne n tn rn yy ZZ M FFN D MTN m FFFFFN d FM dmmm FN FFN FFN FFFFN FFFFN 即 校園垃圾拾撿機器人抓取及驅(qū)動機構設計 - 16 - 由和14 ca TNm500 / minnr 電機輸出軸與減速器聯(lián)接及減速器輸出軸與前輪轉(zhuǎn)向主動軸的聯(lián)接均用聯(lián)軸器聯(lián)接.選 取 GB5843-86 凸緣聯(lián)軸器,選用 YL 型的 YL2 和 YL6 凸緣聯(lián)軸器 82 5843 86 30 82 42 65843 86 18 42 GB J YLGB J J30 型號分別為 YL2聯(lián)軸器 J18 聯(lián)軸

16、器 4.7.3 外形結構，技術參數(shù) 表 3 聯(lián)軸器技術參數(shù) 4.8 減速器的選擇 減速器是指原動機和工作機之間的獨立傳動裝置，選用型號為 KWO63 的錐面包絡圓柱 蝸桿減速器，圖 4.7.結構尺寸見表 4 表 3 許用轉(zhuǎn)速 n(r/min) 軸孔 直徑 d(mm) 軸孔 長度 L(mm) 螺栓型 號 額定 轉(zhuǎn)矩 n T Nm 鐵鋼鐵鋼 YJ J1 D mm D1 mm 數(shù) 量 n 直 徑 mm L0 mm 質(zhì) 量 kg 轉(zhuǎn) 動 慣 量 2 .kg m YL2167200120001818423080644M6641.50.0035 YL61005200800030308260110904M8

17、1243.990.017 D1 d(h7) L LO D n-M 圖 4.6 聯(lián)軸器 圖 4.7 減速器 校園垃圾拾撿機器人抓取及驅(qū)動機構設計 - 17 - 表 4 減速器技術參數(shù) 4.9 鍵的選用與校核 4.9.1 鍵的選用過程 根據(jù)軸徑 D 查鍵的標準鍵的斷面尺寸（bh） 強度計算（必要時） 根據(jù)輪轂的寬度 B鍵的長度 L(LB) 4.9.2 鍵的選型 選用平頭普通平鍵（B 型） GB/T1096-2003 鍵 B6616 和 GB/T1096-2003 鍵 B8720 圖 4.8 鍵校核 4.9.3 鍵的校核 擠壓強度條件公式 4 p T dhl B=6 h=6 l=16 d=18 T=

18、14Nm 由軸與鏈輪 聯(lián)軸器的材料選取（輕度沖擊載荷）110 pa MP 尺寸尺寸 型號型號 a aB1B1B2B2C1C1C2C2h hH HH1H1d3d3l1l1d1d1 63146140115120160160221M102818j6 b1b1t1t1L1L1d2d2l2l2b2b2t2t2L2L2L3L3L4L4 質(zhì)量（不含油）質(zhì)量（不含油） kgkg KWO63KWO63 620.511830j658833136866517 校園垃圾拾撿機器人抓取及驅(qū)動機構設計 - 18 - 44 14 1000 32.41110 18 6 16 apa T MPMP dhl 故滿足擠壓強度條件

19、同理 44 14 1000 13.33110 30 7 20 apa T MPMP dhl 滿足擠壓強度條件 4.10 軸承選擇 4.10.1 軸承選型 （1）后輪采用軸承受很小的軸向應力作用，主要受徑向力作用，且徑向力作用不大時， 選取深溝球軸承系列。6406。結構參數(shù)見（圖表 4.9） （2）前輪采用軸承同時受徑向力和軸向力，主要受軸向力作用，且軸向力作用較大時， 選用圓錐滾子軸承系列，30307。結構參數(shù)見（圖表 4.10） 圖表 4.9 d D B D d A A/2 A/2 15 B a T 圖表 4.10 4.10.2 軸承的軸向緊固方式 采用端蓋緊固軸承外圈和軸肩緊固軸承內(nèi)圈 4

20、.10.3軸承的安裝形式 軸承均是成對出現(xiàn)的，均采用背對背方式安裝定位的如下圖 4.11 圖 4.11 軸承代號尺寸（mm） dDB 6406309023 軸承代號基本尺寸 mm dDTBC a 30307358022.75211817 校園垃圾拾撿機器人抓取及驅(qū)動機構設計 - 19 - 4.11 螺紋緊固件選型 4.11.1 選型見（表 5） 名稱個數(shù)用途 螺釘 GB/T 65 M1035 24 后輪端蓋用的聯(lián)接螺釘 螺栓 GB/T 5782-86 M16*40 16 軸與車輪的緊固聯(lián)接 螺母 GB/T 6172 M16 16 軸與車輪的緊固聯(lián)接 螺栓 GB5780-86 M1570 16

21、底板與電動機底座的緊固聯(lián)接 螺母 GB/T 6172 M15 32 底板與電動機底座的緊固聯(lián)接 螺栓 GB5780-86 M20*80 12 支腳與底座的聯(lián)接 螺母 GB6172-86 M20 24 支腳與底座的聯(lián)接 螺栓 GB5780-86 M1060 4 減速器的聯(lián)接螺栓 螺母 GB6172-86 M10 8 減速器的聯(lián)接螺栓 螺栓 GB5780-86 M635 4 聯(lián)軸器的聯(lián)接螺栓 螺栓 GB5780-86 M835 4 聯(lián)軸器的聯(lián)接螺栓 螺母 GB6172-86 M6 8 聯(lián)軸器的聯(lián)接螺栓 螺母 GB6172-86 M8 8 聯(lián)軸器的聯(lián)接螺栓 螺栓 GB5780-86 M2080 2

22、轉(zhuǎn)向連桿聯(lián)接螺栓 螺釘 GB75-85 M8*12 3 緊定鏈輪的緊定螺釘 螺釘 GB75-85 M5*6 3 緊定鏈輪的緊定螺釘 螺母 GB6172-86 M16 2 鏈輪預緊螺母 螺母 GB6172-86 M20 2 鏈輪預緊螺母 表 5 4.11.2校核軸與車輪的聯(lián)接螺栓強度 如圖 4.12 T=14 r=35mm n=4 由表查得螺栓材料的許用剪Nm 0 16dmm 切應力=2.5（靜載荷） a MP 由和剪切強度條件 s nFrT 2 0 4 s F d m 22222 0000 4 414 1000 1.242.5 35164 s aa TT FT n rr MPMP d md m

23、d mr d m 校園垃圾拾撿機器人抓取及驅(qū)動機構設計 - 20 - 滿足強度條件 圖 4.12 4.12 防松裝置 防松裝置采用雙螺母防松（圖 4.13）和采用開口銷防松（圖 4.14） 選用 銷 540 GB91（大鏈輪防松） 圖 4.13 雙螺母防松 圖 4.14 開口銷防松 校園垃圾拾撿機器人抓取及驅(qū)動機構設計 - 21 - 4.13 密封件選擇 軸的外表面氈封圈密封，見表 6，ZB68-62 型號個數(shù)材料 氈圈 40 ZB68-62 4 半粗羊毛氈 氈圈 40 ZB68-62 2 半粗羊毛氈 氈圈 30 ZB68-62 2 半粗羊毛氈 表 6 五五 一些標準零件一覽表一些標準零件一覽

24、表 型號名稱個數(shù)型號名稱個數(shù) 氈圈 40 ZB68-62 4 螺釘 GB75-85 M5*6 3 氈圈 40 ZB68-62 2 螺釘 GB75-85 M8*12 3 氈圈 30 ZB68-62 2 螺栓 GB5780-86 M2080 2 銷 540 GB91 2 螺母 GB6172-86 M8 8 螺母 GB6172-86 M20 2 螺母 GB6172-86 M6 8 螺母 GB6172-86 M16 2 螺栓 GB5780-86 M835 4 螺栓 GB5780-86 M635 4 螺母 GB6172-86 M10 8 螺栓 GB5780-86 M1060 4 螺母 GB6172-86

25、 M20 24 螺栓 GB5780-86 M20*80 12 螺母 GB/T 6172 M15 32 螺栓 GB5780-86 M1570 16 螺母 GB/T 6172 M16 16 螺栓 GB/T 5782-86 M16*40 16 螺釘 GB/T 65 M1035 24 82 5843 86 30 82 GB J J30 YL2聯(lián)軸器 1 42 65843 86 18 42 YLGB J J18 聯(lián)軸器 1 軸承 30307 4 軸承 6405 2 軸承 6406 2 GB/T1096-2003 鍵 B6616 4 GB/T1096-2003 鍵 B8720 4 減速器 KWO63 1

26、表 7 校園垃圾拾撿機器人抓取及驅(qū)動機構設計 - 22 - 六六 總結總結 轉(zhuǎn)眼之間，歷經(jīng)整整兩個月的畢業(yè)設計馬上就要結束了，我的大學生活也將結束 了。這是我們大學之中最后一個也是最重要的一個設計、一個階段。畢業(yè)設計是考驗 我們大學這四年來的所學，它要求我們將大學這四年來所學到的知識能夠融會貫通、 熟練應用，并要求我們能夠理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)我們的綜合運用能力以及解決實際問 題的能力。在這個過程中，感到自己有學到了好多東西。 在這兩個月里，我們不斷學習、不斷積累并且不斷提高。在指導老師饒洪輝老師 的悉心指導下，我們從最初的開題做起，進行設計方案的整體規(guī)劃；之后尺寸擬定、 各個零部件的選擇及計算、

27、繪制裝配圖、零件圖等幾個階段。這次的畢業(yè)設計，是對 我們這四年來所學的專業(yè)知識是否踏實的檢驗，讓我們對這四年中所學的知識進行了 綜合，也讓我溫習了一些已經(jīng)快要淡忘的專業(yè)知識，更學習到了一些實際機械應用的 經(jīng)驗。與此同時，我們也充分認識到自身的許多不足之處：基礎知識的不夠扎實，缺 乏綜合運用及理論聯(lián)系實際的能力等，相信通過這次畢業(yè)設計所得到的鍛煉，在未來 的日子中我們能克服自身的缺點。 通過這次設計，無論是我們的學習知識的能力得到了鍛煉，更是使我們團隊協(xié)作 精神得到了很好的鍛煉，此項設計是由我和另同學兩個人共同完成，在整個設計的過 程中，我們兩個人主動承擔任務，分工協(xié)作、積極配合，幾次修改設計方

28、案，并進行 了大量的理論計算，在能力范圍內(nèi)努力使設計更加趨向完善。 雖然設計是短暫的，但得到的知識卻是永久的，一個完好的設計是對整個四年大 學生活的一個總結，并是對未來新的生活的一個良好的開端，所以在進行設計的時候， 我們都是抱著非常認真的態(tài)度，遇到任何的問題，都會積極向指導老師請教，但是知 識還是要靠自己去獲得的，所以我們更多的時間都是自主找資料，把相關的書籍都認 真的尋找，即使最后沒有找到需要的資料，但本身在看書的過程中也是一種收益，就 是在指導老師和圖書館尋找資料的幫助下，我們的設計一點點的明朗，一點點的完善， 這是充滿自己汗水的成果啊。 我們知道，我們的設計還存在很多不足之處，還有待大

29、家的點評指正，和大家的 幫助，我們一定會把它努力做得更好的。 最后，我們要衷心的感謝我們的指導老師饒洪輝，還有其他所有給過我?guī)椭椭?持的老師和同學們，沒有你們，就沒有我們今天這個小小的成果，感謝你們！ 校園垃圾拾撿機器人抓取及驅(qū)動機構設計 - 23 - 參考文獻參考文獻 1于就泗，齊發(fā)主編.機械工程材料：大連理工大學出版社，2007 2蔡春源主編。簡明機械零件手冊：冶金工業(yè)出版社，1995 3劉力主編，王冰副主編。機械制圖第二版：高等教育出版社，2002 4楊明忠，朱家誠主編。機械設計：武漢理工大學出版社，2001 5機械工程手冊第 5 卷：機械工業(yè)出版社，1982 6機械工程手冊第 6 卷

30、：機械工業(yè)出版社，1982 7中小型電機標準匯編：技術標準出版社，1971 8劉鴻文主編。材料力學（）：高等教育出版社，2004 9 陸祥生 楊秀蓮編。機械手-理論及應用：中國鐵道出版社，1985 10哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室編。理論力學（）第六版：高等教育出版社， 1981 11劉鴻文主編。材料力學（）：高等教育出版社，2004 12張學政，李家樞主編。金屬工藝學實習教材（第三版） ，高等教育出版社，2002 13關文達主編。汽車構造（第二版）：機械工業(yè)出版社，2004.10 14王望予主編。汽車設計（第四版）：機械工業(yè)出版社，2004.8 15電機工程手冊第四卷，機械工業(yè)出版社，1996.7 16鄭文緯 無克堅主編。機械原理（第七版） ，高等教育出版社，1996.11 校園垃圾拾撿機器人抓取及驅(qū)動機構設計 - 24 - 致致 謝謝 這次畢業(yè)設計論文是在導師的精心指導下完成的。在我在校期間，老師淵博的學 識、嚴謹治學的作風和精益求精的精神使我受益非淺。在我畢業(yè)課題的設計中，導師 的想法給予我很多的啟發(fā)和幫助，使我能順利完成課題的設計和論文的撰寫，也順利 地完成了學士階段的學業(yè)。在本論文即將結稿時，我要向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x。