移動機器人轉臺的設計

移動機器人轉臺的設計,移動,挪動,機器人,轉臺,設計 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計說明書(論文) 作 者: 王風 學 號： 0601510150 學院（系）: 機械工程學院 專 業(yè): 機械工程及自動化 題 目: 移動機器人轉臺的的設計 副教授 周建平 指導者： 評閱者： 2010 年 6 月27日 畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要 課題以多用途特殊移動作業(yè)機器人為研究對象，針對此提出的機器人需要實現的功能和需要滿足的性能指標，并結合當前機器人技術的發(fā)展，設計出一種能搭載有多種裝置的移動機器人平臺。機器人可以用于消防、偵查以及探測等危險作業(yè)。 移動轉臺總體采用主動輪、從動輪等輪系結構設計,并采用帶傳動方式。在總體結構的基礎上，對回轉系統(tǒng)和俯仰系統(tǒng)作了研究。對轉臺自由度以及實現自由度的機械結構進行了設計及詳細計算。同時對搭載轉臺驅動系統(tǒng)進行了計算分析，得到了適合設計要求的完整方案。 計算結果對性能的優(yōu)化以及驅動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)的設計優(yōu)化給予了直接的理論依據。同時，對移動機器人關鍵零件進行了應力及變形校核，確保設計滿足強度要求。 最后對多用途特殊移動作業(yè)機器人的發(fā)展前景進行了展望。 關鍵詞 多用途特殊移動作業(yè)機器人 結構設計 動力學分析 畢業(yè)設計說明書（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 南京理工大學泰州科技學院 學生畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 學生姓名 王風 學 號 0601510150 指導教師 周建平 選題情況 課題名稱 移動機器人轉臺的結構設計 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 任務書 有 √ 無 開題報告 有 √ 無 外文翻譯質量 優(yōu) 良 √ 中 差 學習態(tài)度、出勤情況 好 √ 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 √ 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 中 √ 差 中期成績評定： 中 所在專業(yè)意見： 負責人： 年 月 日 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計（論文）任務書 學院(系)： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械工程及自動化 學 生 姓 名： 王風 學 號： 0601510150 設計(論文)題目： 移動機器人轉臺的設計 起 迄 日 期: 2010年3 月22日 ~ 6月 27 日 設計(論文)地點: 南京理工大學泰州科技學院 指 導 教 師: 周建平 專業(yè)負責人: 龔光容 發(fā)任務書日期: 2010年 3 月 12 日  任務書填寫要求 1．畢業(yè)設計（論文）任務書由指導教師根據各課題的具體情況填寫，經學生所在專業(yè)的負責人審查、系部領導簽字后生效。此任務書應在第七學期結束前填好并發(fā)給學生； 2．任務書內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）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．任務書內填寫的內容，必須和學生畢業(yè)設計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應當經過所在專業(yè)及系部主管領導審批后方可重新填寫； 4．任務書內有關“系部”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應寫中文全稱，不能寫數字代碼。學生的“學號”要寫全號； 5．任務書內“主要參考文獻”的填寫，應按照國標GB 7714—2005《文后參考文獻著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性； 6．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—2005《數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 1．本畢業(yè)設計（論文）課題應達到的目的： 本課題以小型地面移動機器人的轉臺為研究對象，要求學生綜合運用所學基礎理論知識,根據給定的總體結構尺寸、重量及運動特性指標，進行結構選型、機構設計。通過本課題的研究，通過對設計要求、工作原理和機構動作的分析和理解，構思機構運動方式和傳動布局，并進行機構、零部件設計計算等環(huán)節(jié)的實踐，來培養(yǎng)學生的設計、計算、制圖及計算機應用能力，以提高同學分析與解決工程實際問題的能力。 2．本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）： 內容： 以小型地面移動機器人的轉臺為研究對象，設計轉臺的旋轉與升降系統(tǒng)，并滿足總體尺寸、重量及運動特性等指標。 要求： （1）根據教師提供的部分材料和所布置任務，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）設計轉臺系統(tǒng)。轉臺系統(tǒng)有回轉和俯仰兩個自由度，系統(tǒng)的總體尺寸：長×寬×高=250mm×250mm×180mm。轉臺轉動范圍:360°，旋轉速度10～15rpm；俯仰平臺轉動范圍25°（下擺5°，上仰20°），旋轉速度5～10rpm。 （4）對轉臺系統(tǒng)進行機構分析、設計與計算。設計要求：系統(tǒng)自重≤8kg；載重量為20kg。 （5）繪制該系統(tǒng)裝配圖及部分零件圖。（用Auto CAD或其他繪圖軟件繪制）。 （6）編寫設計、計算說明書。 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 3．對本畢業(yè)設計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設計論文、圖表、實物樣品等〕： （1）繪制機器人轉臺系統(tǒng)的裝配圖及部分零件圖。 （2）根據系統(tǒng)的設計計算和分析結果編寫設計、計算說明書。 （3）給出系統(tǒng)各零件的材料和重量清單，估算系統(tǒng)總重量。 4．主要參考文獻： [1] 王野，王田苗等.危險作業(yè)機器人關鍵技術綜述［J］.機器人技術與應用,2005(6): 23-31. [2] 李新春等.移動機械手結構設計［J］. 機器人，2004（11）：103～106. [3] 張毅，羅元，鄭臺雄.移動機器人技術及其應用［M］.北京：電子工業(yè)出版社， 2007. [4] 常文森,賀漢根,李晨.軍用移動機器人技術發(fā)展綜述［J］. 計算技術與自動化， 1998（2）：2～6. [5] 江浩,樊炳輝等.新型移動機器人的結構設計［J］. 應用科技，2000（8）：3～5. [6] 馬香峰等.工業(yè)機器人的操作機設計［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1996. [7] 蔣新松. 機器人學導論［M］. 沈陽：遼寧科學技術出版社，1994. [8] 蘇學成.樊炳輝等，一種新型的機器人移動結構［J］.機械工程學報，2003（4）： 120～123. [9] J?西格沃特,I?諾巴克什,自主移動機器人導論［M］李人厚,譯.西安：西安交通大學出版社，2006. [10] 李振波等.微型全方位移動機器人的研制［J］. 機器人，2000（9）：354～358. [11] 張毅等. 移動機器人技術及其應用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2007. [12] 信建國等.履帶腿式非結構環(huán)境移動機器人特性分析[J].機器人,2004,26(1): 36～39. [13] 江浩等.新型移動機器人的結構設計[J].應用科技,2000,27(8):3～5. [14] 明守遠,楊德智.地面反恐排爆機器人的機械運動探討[J]. 機器人技術與應用,2004,3:20-30. [15] 馮小明.自動二維天線測試轉臺的設計[J].火控雷達技術,2001, 30(3):289～292 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 5．本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內 容 2010年 3月22日 ~ 3月 30 日 3月31日 ~ 4月20日 4月21日 ~ 6月10日 6月11日 ~ 6月22日 6月27日 查閱中外資料，了解課題研究的工程背景并翻譯外文資料。 對課題方案進行構思、分析比較并理出思路，撰寫開題報告。根據設計指標的要求對移動機器人轉臺系統(tǒng)進行方案設計。 對選定的系統(tǒng)方案進行機構分析、設計與計算。繪制移動機器人轉臺系統(tǒng)裝配圖，拆畫部分零件圖。 撰寫設計、計算說明書。 準備畢業(yè)設計論文答辯、 論文評審。 論文答辯 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 學院（系）意見： 院（系）主任： 年 月 日 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計(論文)前期工作材料 學生姓名: 王風 學 號： 0601510150 學院（系）: 機械工程學院 專 業(yè): 機械工程及自動化 設計(論文)題目: 移動機器人轉臺的的設計 指導教師: 周建平 副教授 (姓 名) (專業(yè)技術職務) 材 料 目 錄 序號 名 稱 數量 備 注 1 畢業(yè)設計(論文)選題、審題表 1 2 畢業(yè)設計(論文)任務書 1 3 畢業(yè)設計(論文)開題報告〔含文獻綜述〕 1 4 畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯〔含原文〕 1 5 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 1 2010年6月 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計(論文)開題報告 學 生 姓 名： 王風 學 號： 0601510150 專 業(yè)： 機械工程及自動化 設計(論文)題目： 移動機器人轉臺的設計 指 導 教 師: 周建平 2010 年 4 月 4 日 開題報告填寫要求 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）； 4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 摘要 機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產設備[1]。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產物，它是工業(yè)以及非產業(yè)界的重要生產和服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。它大都用于簡單、重復、繁重的工作，如上、下料，搬運等，以及工作環(huán)境惡劣的場所，如噴漆、焊接、清砂和清理核廢料等[2]。它使傳統(tǒng)的工業(yè)生產面貌發(fā)生了根本性的變化,使人類的生產方式從手工作業(yè)、自動化跨入了智能化的時代。 關鍵詞 移動作業(yè)機器人 旋轉臺 驅動方式 1 移動作業(yè)機器人的應用和發(fā)展趨勢 自從20世紀60年代初人類創(chuàng)造了第一臺機器人以后，機器人就顯示出它極大的生命力，在短短40多年的時間中，機器人技術得到了迅速的發(fā)展，工業(yè)機器人已在工業(yè)發(fā)達國家的生產中得到了廣泛的應用。目前，機器人已廣泛應用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領域中[3]。在工業(yè)生產中，弧焊機器人、點焊機器人、分配機器人、裝配機器人、噴漆機器人及搬運機器人等小型機器人都已被大量采用[4] ,在眾多制造業(yè)領域中，應用工業(yè)機器人最廣泛的領域是汽車及汽車零部件制造業(yè)[5]。 就國際上而言，現在機器人的應用主要有兩種方式，一種是機器人工作單元，另一種是帶機器人的生產線，并且后者在國外已經成為機器人應用的主要方式。 目前小型機器人技術正在向智能機器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結構的模塊化和可重構化（例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產品問市。）；控制技術的開放化、PC化和網絡化；伺服驅動技術的數字化和分散化；多傳感器融合技術的實用化；工作環(huán)境設計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網絡化和智能化等方面[6] [7]。在國內機器人技術也有了很大發(fā)展，在機器人基礎技術方面：諸如機器人機構的運動學、動力學分析與綜合研究，機器人運動的控制算法及機器人編程語言的研究，機器人內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、遙控機器人的控制技術等均取得長足進展，并在實際工作中得到應用[8]。 2 小型移動機器人的構成 小型移動機器人的結構型式是多種多樣的，但歸納起來看，機器人基本上是由執(zhí)行機構、控制系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)三部分組成[9]。這三部分之間及其與檢測系統(tǒng)、工作對象之間的相互關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 驅動系統(tǒng) 執(zhí)行機構 工作對象 圖1 機器人各組成部分關系圖 2．1 執(zhí)行機構 執(zhí)行機構也叫操作機，由一系列連桿或其它形式的運動副所組成，可實現各個方向的運動，它包括帶輪履帶、車身、運動臂、腕關節(jié)和手部等部件。有時也可裝備偵察設備等。 圖2 機器人的執(zhí)行機構 （1）帶輪履帶是機器人的基礎部分，整個裝置的行走機構和驅動系統(tǒng)。行走機構多用滾輪式或履帶式，行走方式分為有軌和無軌兩種。有時為了能使機器人完成較高攀爬的操作，可以增加電機驅動擺臂機構，進行爬行作業(yè)。 （2）旋轉臺是外接裝置的承載平臺，要保證與行走、擺動、驅動機構進行可靠地連接，所以必須具有足夠的強度和剛度。回轉功能是指小型機器人的工作裝置在車體上進行± 90 度的往復轉動。小型機器人在行走裝置的車體上與工作裝置之間采用了回轉機構?；剞D機構是由電機減速器、回轉軸、渦輪、蝸桿共同組成，其摩擦系數微乎其微，轉動平穩(wěn)靈活，即使很小的位移也能控制，克服了無回轉功能的不足，且承載平臺還需實現自鎖功能，滿足實際工作的要求。 圖3 轉臺及手臂結構簡圖 （3）手臂是執(zhí)行機構的主要運動部件，它用來支承腕關節(jié)和手部，并使它們在工作空間內運動。手臂的運動及機構與機器人所采用的坐標系直接相關。手臂的運動可歸結為直線運動。直線運動多通過油（氣）缸驅動來實現，也可通過齒輪。齒條、滾珠絲桿來實現。 （4）腕關節(jié)是連接手臂和手部的部件，用于調整手部的方向、姿態(tài)。腕關節(jié)的結構大體上可以分為彎曲式和轉動式兩種結構。為了使機器人有較好的動力學特性，一般將作動器裝在立柱或者靠近立柱的其它部件上，通過鏈條、齒形帶或者連桿，將作動器的運動傳遞到腕關節(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。根據工作原理的不同，夾持裝置可分為機械夾緊式、真空抽吸式、氣（液）壓張緊式和磁力式四種。 2．2 驅動系統(tǒng) 驅動系統(tǒng)主要是指驅動執(zhí)行機構的傳動裝置，根據動力源的不同，可分為電動、液壓和氣動三種[10] [11]。根據需要也可以由這三種類型組成復合式的驅動系統(tǒng)。 （1）液壓技術具有動力大、力慣量比大、快速響應高、易于實現直接驅動等特點，適用于承載能力大、慣量大以及在防爆環(huán)境中工作的機械手。 （2）氣動驅動系統(tǒng)具有速度快、系統(tǒng)結構簡單、維修方便、價格低等特點，適用于中小負載的系統(tǒng)中。由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全可靠! 可以在高溫、震動、易燃、易爆、 多塵埃、 強磁、 輻射等惡劣環(huán)境下工作，而氣動機器人具有結構簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現無級調速、易實現過載保護、 易實現復雜的動作等優(yōu)點。但難于實現伺服控制，多用于程序控制的機械手中。如在上、下料和沖壓機械手中應用較多。 （3）電動驅動系統(tǒng)一般采用低慣量、大轉矩的交直流電機和配套的伺服驅動器。 2．3 控制系統(tǒng) 小型機器人的控制系統(tǒng)的主要任務是控制小型機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及運動的時間等項目[12]。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。其控制方式有點位式、軌跡式、力（力矩）控制方式和智能控制方式四種[13]。 （1）點位式能準確的控制末端執(zhí)行器的工作位置，而路徑無關緊要，比較簡單。 （2）軌跡式能讓機器人末端執(zhí)行器按照示教的軌跡和速度運動。 （3）力（力矩）控制方式除了準確定位之外，還能控制力或力矩進行工作。 其中應用比較廣泛的是PLC系統(tǒng)，可編程序控制器(PLC)已在工業(yè)生產過程的自動控制中得到了廣泛的應用。它是以微處理器為核心，綜合計算機技術、自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種通用的自動控制裝置，它具有結構簡單、易于編程、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用和使用方便等一系列優(yōu)點;氣動技術也是實現工業(yè)自動化的重要手段，并且已廣泛地應用于各工業(yè)部門，在機械產品自動化、工業(yè)自動化及企業(yè)技術改造方面占有重要的地位[14] [15]。 3 研究方案 1．根據設計指標,首先對移動載體和搭載平臺進行了構型分析,然后對各零部件進行詳細的設計。 2. 從總體尺寸、系統(tǒng)自重等方面考慮，選擇出合適的電機、減速器等部件，因轉臺還需搭載運動臂等外部，故還需考略轉臺因有一定的承載能力。對搭載平臺進行應力和強度校核,在滿足設計要求的前提下,對轉塔結構進行優(yōu)化,完成了輕量化設計。 3. 轉臺要有回轉和俯仰兩個自由度（轉臺轉動范圍:360°俯仰平臺轉動范圍25°），可參考塔吊的運動原理，轉臺轉動平穩(wěn)可以考慮使用推力球軸承，為使其達到自鎖的目的，可使用蝸輪蝸桿裝置。 4 總結 綜上所述，小型機器人轉臺的設計的主要部分就在于選擇合適的機構。根據給定的自由度和技術參數選擇出合適的運動和自鎖部件并對各部分進行設計計算。目前小型機器人的發(fā)展十分迅速，在各行業(yè)中起著重要作用，而我國對在各種危險環(huán)境下作業(yè)的小型機器人要求十分迫切。 參 考 文 獻 [1] 減速機信息網. 工業(yè)機器人技術[EB/OL]. http://www.gkcity.com/n-i-28976-c-Potpourri.htm,2006. 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[15] 機器與智能網. 工業(yè)機器人應用領域分析網絡[DB/OL]. http://www.robotain.com/yingjian/rbyy/20070304/201446.shtml, 2007  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 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機器人的轉臺為研究對象，要求綜合運用所學基礎理論知識,根據給定的總體結構尺寸、重量及運動特性指標，進行結構選型、機構設計。通過本課題的研究，通過對設計要求、工作原理和機構動作的分析和理解，構思機構運動方式和傳動布局，并進行機構、零部件設計計算等環(huán)節(jié)的實踐，來培養(yǎng)設計、計算、制圖及計算機應用能力，以提高分析與解決工程實際問題的能力。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 該同學的“文獻綜述”是在較好的理解和分析設計任務書的要求，廣泛搜集并研究相關文獻資料的基礎上寫成的。綜述對移動機器人的發(fā)展和研究現狀作了分析和歸納，對本課題的設計提出了自己的初步構想，為課題的深入研究打下了良好的基礎。 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測： 本課題通過對移動機器人轉臺和俯仰的機構設計、三維造型與計算、零件圖、裝 配圖繪圖等多方面的鍛煉，具有綜合訓練作用。其中同時考慮結構的輕量化、緊湊性和穩(wěn)定性，具有一定的難度。預計通過努力能完成移動機器人轉臺和俯仰系統(tǒng)的設計。 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 目 錄 1 引言…………………………………………………………………………………… 1 1.1本課題研究內容及意義……………………………………………………………… 1 1.2 國內外發(fā)展現狀…………………………………………………………………… 1 1.3 本文所做的工作…………………………………………………………………… 1 2 裝臺系統(tǒng)的總體設計 ………………………………………………………………… 3 3 俯仰系統(tǒng)的設計……………………………………………………………………… 5 3.1 俯仰機構的設計……………………………………………………………………… 5 3.2 俯仰系統(tǒng)的傳動分析與計算……………………………………………………… 8 4 轉臺回轉系統(tǒng)的設計………………………………………………………………… 13 4.1 轉臺回轉機構的設計……………………………………………………………… 13 4.2 傳動比的設置……………………………………………………………………… 16 4.3 回轉系統(tǒng)的動力分析與計算……………………………………………………… 16 結束語 …………………………………………………………………………………… 31 致謝 ……………………………………………………………………………………… 32 參考文獻………………………………………………………………………………33 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 35 頁 共 35 頁 1 引言 小型機器人主要用于代替人工作業(yè)，批量生產成本一般較低。由于上述特點，它大都用于簡單、重復、繁重的工作，如上、下料，搬運等，以及工作環(huán)境惡劣的場所，如噴漆、焊接、清砂和清理核廢料等。它使傳統(tǒng)的工業(yè)生產面貌發(fā)生了根本性的變化,使人類的生產方式從手工作業(yè)、自動化跨入了智能化的時代。 1.1 本課題研究內容及意義 本課題以小型地面移動機器人的轉臺為研究對象，綜合運用所學基礎理論知識,根據給定的總體結構尺寸、重量及運動特性指標，進行結構選型、機構設計。通過本課題的研究，通過對設計要求、工作原理和機構動作的分析和理解，構思機構運動方式和傳動布局，并進行機構、零部件設計計算等環(huán)節(jié)的實踐，培養(yǎng)設計、計算、制圖及計算機應用能力，以提高分析與解決工程實際問題的能力。 1.2 國內外發(fā)展現狀 隨著生活水平的提高，科技的發(fā)展，人們將大量簡單繁重的工作交給機器人，機器人仆人將大量出現。如汽車司機長時間駕駛容易疲勞，汽車將有安全的自動駕駛模式?，F在自動駕駛車能對前方車輛實行避讓超車，但對小動物或人不知避讓，這要待更聰明的傳感器出現或圖像處理更精細些。在醫(yī)療領域，能進入人體的微型機器人將大顯身手。它們進入血管、腸道等地方進行清理、探查、保健預警等。工業(yè)機器人在國外發(fā)達國家用的很普遍，隨著新興產業(yè)的出現，相應的工業(yè)機器人必將會研制出來。國際形勢雖無世界大戰(zhàn)之慮，但局部沖突時有發(fā)生，反恐形勢依然嚴峻。美國和許多歐洲國家以及日本都投入大量人力物力研發(fā)軍用機器人。大型的無人坦克沖鋒陷陣，小型的昆蟲機器人“間諜”到處爬行，少量的作戰(zhàn)人員在安全的信息中心運籌帷幄。2004年我國中國科學院沈陽自動化研究所也自行研制出“靈蜥”系列反恐防暴機器人。 1.3 本文所做的工作 本次設計主要完成兩個運動，轉臺的旋轉與升降系統(tǒng)。轉臺系統(tǒng)有回轉和俯仰兩個自由度。為使俯仰運動滿足自鎖的要求，擬采用棘輪機構，因其工作時有較大的沖擊和噪聲，而且運動精度較差，故放棄。考慮使用螺旋機構，其優(yōu)點是能獲得很大的減速比，還可有自鎖性。它的主要缺點是機械效率一般較低，特別是具有自鎖性時效率將低于50%。轉臺的回轉運動可考慮使用蝸輪蝸桿機構，其優(yōu)點是傳動平穩(wěn)，嚙合沖擊小，由于蝸桿的頭數少，故單級傳動可獲得較大的傳動比，且結構緊湊。 2 轉臺系統(tǒng)的總體設計 轉臺系統(tǒng)有兩個自由度，若視轉臺的回轉為第一自由度。第一自由度結構及尺寸取決于搭載對象的質量，以及搭載對象對機器人的作用力，而第一自由度受第二自由度影響，故應先計算第二自由度傳動的零件。第二自由度即為轉臺的俯仰運動，采用了螺紋副結構，并結合擺動導桿機構，實現了俯仰臺旋轉自由度圖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)的結構尺寸取決于搭載物的尺寸及質量，以及搭載對象對機器人的作用力。俯仰運動的傳動結構為螺旋傳動，并利用了擺動導桿機構，具體圖紙設計如圖2.2所示。 圖2.2 俯仰系統(tǒng)二維結構圖 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 9－空心軸 10－搭載臺 如圖2.2所示，電機旋轉運動經減速箱減速后，由聯(lián)軸器傳遞給絲杠，使絲杠旋轉。絲杠旋轉使與之配合的螺母作相對直線運動。因為螺母是固定在俯仰臺底部的，所以實質上是俯仰臺在繞水平軸轉動，實現了俯仰的自由度。 轉臺的回轉自由度主要是由蝸輪蝸桿減速器傳遞的。電機旋轉運動經減速箱減速后，由同步帶傳遞給蝸桿軸，蝸桿軸帶動蝸輪轉動，使之完成回轉運動。蝸輪蝸桿傳動的一種空間的齒輪傳動，它能實現交錯角為90度的兩軸間的動力和運動傳遞。在這個移動機器人的設計中，它與同步帶輪合作，將電機的高速轉動一級一級減速，達到所要的結果，在此傳動中，由于摩擦等因素，能量受到損耗，轉為熱能，所以不僅需對材料的受力校核，而且對材料的受熱特性也要驗證。 3俯仰系統(tǒng)的設計 3.1 俯仰機構的設計 轉臺的俯仰運動直接由滑動螺旋副完成，滑動螺旋副常采用梯形螺紋、鋸齒形螺紋或矩形螺紋等。 梯形螺紋一般是指牙形角，螺紋副的大徑和小徑處有徑向間隙。牙根強度高，螺紋的工藝性好。主要用于傳力螺旋和傳動螺旋如金屬切削機床的絲杠等。 鋸齒形螺紋有兩種牙形，一種是工作面牙形斜角，非工作面牙形斜角；另一種是，的鋸齒形角，其外螺紋的牙根處有相當大的圓角，減小了應力集中，提高了動載強度；大徑處無間隙，便于對中；和梯形螺紋一樣都具有螺紋的強度高、工藝性好的特點，但有更高的效率。用于單向受力的傳力螺旋，如大型起重機的螺旋千斤頂等。文中采用3°/30°牙形的鋸齒形螺紋，此處采用鋸齒形螺紋，主要是因為鋸齒形螺紋具有較好的自鎖性能，螺紋之間的摩擦力及支承面之間的摩擦力都能阻止螺母的松脫。所以即使在振動及交變載荷作用下，也不需要防松。 滑動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耐磨性計算確定的。傳力螺旋應校核螺桿的危險界面的強度，要求自鎖的螺桿應校核其自鎖性。能夠搭載發(fā)射性裝置是多用途特殊移動作業(yè)機器人的主要功能，所以要求控制俯仰臺運動的機構具有自鎖能力。因此采用了螺旋旋動中的滑動螺旋副傳動，并采用單線螺紋。 下面根據指標進行螺桿參數和螺母參數的計算。 螺桿的中徑： （3.1） 其中：3°/30°鋸齒形螺紋， ，此處取； —軸向載荷，根據指標，； —許用壓強（MPa），當絲杠與螺母均選用45鋼時，。 代入數據計算得： 由鋸齒形螺紋的參數關系，其中為螺紋公稱直徑，為螺距，以及查閱標準，可得，。 則有： 螺桿小徑為： 螺母的高度： 取整得: 旋合圈數： ，滿足要求 螺紋的工作高度 則螺紋的工作壓強的計算如下： 所以按照這個參數設計的螺桿螺母傳動滿足強度要求。 驗算自鎖： 螺紋升角計算： （3.2） 式（3.2）中，為導程，。為螺紋頭數，此處。 代入數據計算如下： 當量摩擦角計算： （3.3） 式（3.3）中，為螺旋副的摩擦系數，，為工作面牙形斜角，。代入數據計算為： 滿足自鎖要求的條件為：。根據計算結果，該滑動螺旋副參數設計滿足自鎖要求。 螺桿強度校核： 螺桿當量應力計算： （3.4） 式（3.4）中，為傳遞轉矩，由圖2.1可知，該滑動螺旋副的傳遞力矩主要為螺紋副的阻力矩，其計算公式如下： （3.5） 式中，——螺旋副分度圓直徑； ——螺紋升角； ——螺旋副軸向力，此處取值為； ——螺紋當量摩擦角，，為當量摩擦系數，此處取=0.15，則有 將以上參數值代入式（3.5），得 文中機器人的設計過程中。代入數據到式（3.4）得： 45鋼的許用應力 則有，所以螺桿強度滿足要求。 螺紋牙強度校核： 螺紋牙底寬度 則有螺桿抗剪強度： 螺桿抗彎強度： 螺母與螺桿材料相同，則螺母牙與螺桿牙強度相同，亦滿足強度要求。 此處螺桿只承受較小的壓力，并且實際工作的長徑比亦很小，所以無需對螺桿穩(wěn)定性進行校核。 至此，滑動旋轉副設計結束。 3.2 俯仰系統(tǒng)的傳動分析與計算 轉臺俯仰運動用驅動電機為瑞士MAXON公司的直流無刷電機EC3-powermax30。 電機選主要參數如表3.1所示。 表3.1 俯仰臺控制電機參數表 指標 數值 功率 200W 正常電壓 36V 空載轉速 17000rpm 最高轉矩 3750mNm 額定轉矩 112mNm 質量 270g 最大效率 92％ 最大允許速度 25000rpm 無負載電流 325mA 減速箱參數：減速箱選用的MAXON公司自帶的減速箱GP42C，基本參數如下表3.2所示。 表3.2 俯仰臺控制電機減速箱參數表 指標 數值 減速比 156︰1 最大效率 72％ 質量 460g 電機特性曲線如圖3.1所示。 圖3.1 搭載系統(tǒng)第二自由度驅動電機特性曲線圖 根據上述表中電機及減速箱的參數，以及實際載荷情況，對電機進行校核。電機的校核主要分兩部分，一部分是電機輸出轉矩的校核，另一部分是電機輸出速度的校核。 首先校核電機轉矩： 如圖3.2中的傳動系統(tǒng)，可知電機輸出的轉矩主要是用于克服滑動螺旋副的螺紋阻力矩。在滑動螺旋副的設計中，根據式（3.5）已經計算出在最大載荷時，系統(tǒng)需要克服的螺紋阻力矩。 所選電機的輸出轉矩為： 由計算結果可知，電機輸出轉矩滿足計算要求。 校核電機輸出速度： 要校核電機輸出速度，首先需要確定搭載系統(tǒng)的旋轉速度指標要求。 規(guī)定俯仰臺臺面水平時，為運動初始位置，要求俯仰臺自由度為繞初始位置可以進行的旋轉，且俯仰臺旋轉速度最大為2.5R/min。 由圖3.2可知，當俯仰臺處于水平狀態(tài)時，螺旋副絲杠與螺母初始角度設計為90°，這種設計保證了在支撐俯仰臺的空心軸旋轉到任意位置時，俯仰臺與水平面間所成角度都不會變化，同時也便于角度的控制計算。下圖3.2以及圖3.3所示分別為俯仰臺處于初始狀態(tài)時以及繞旋轉中心旋轉了角度后的狀態(tài)圖。 圖中，為電機經減速箱后的輸出速度，亦為絲杠的旋轉速度；為俯仰臺繞旋轉中心的旋轉速度；為絲杠螺距； 表示支撐俯仰臺的支架與滑塊連接點A處的瞬間速度；為俯仰臺旋轉了角度時，絲杠與水平面之間的夾角。 圖3.2 俯仰臺初始位置狀態(tài)圖 圖3.3 俯仰臺運動到某位置處狀態(tài)圖 由圖示可得，當俯仰臺處于初始位置時A點速度為： （3.6） 則俯仰臺的旋轉速度為： （3.7） 綜合式（3.6）、（3.7）可得： （3.8） 當俯仰臺繞旋轉中心旋轉了角度后，即出于圖3.3狀態(tài)時，圖中點B是與點A重合的絲杠上的點，點A的運動可分解為繞點旋轉，以及相對點B作直線運動。A點的絕對運動為繞點M的旋轉運動。計算得： （3.9） 式中可根據三角函數關系求得,計算結果如下： （3.10） 則有速度如下： （3.11） 又根據擺動導桿的急回特性，可知在的可取值范圍內，值愈大，俯仰臺的旋轉速度愈大。圖中，OA即的設計長度為70mm，長度為35mm，則有將帶入式（3.10），解得角度為： 速度可以獲得最大值，為 （3.12） 在俯仰臺同一次旋轉工作中，規(guī)定電機以相同的轉速工作，即式（3.12）中取值為常數，可得 （3.13） 又由（3.7）式可得， （3.14） 絲杠螺距，同時將式（3.14）帶入上式（3.13），并帶入各變量值，可解得： 已知，則要求電機輸出速度為： 最大允許轉速為25000R/min，可得電機轉速滿足要求。 綜上，所選擇電機各指標均滿足使用要求。 通過對機器人功能要求進行分解，將機器人分為移動車體平臺及上層搭載平臺兩部分，分別對兩部分進行設計。在移動車體設計過程中，主要從提高機器人環(huán)境適應能力出發(fā)，對機器人進行了傳動系統(tǒng)、輪系結構以及底盤的設計。在搭載平臺設計過程中，在確定了平臺自由度前提下，對各自由度進行了詳細設計。通過橋式支架，將搭載平臺與車體進行連接，保證了車體內部空間，并方便了機器人安裝與維護。 4 轉臺回轉系統(tǒng)的設計 4.1 轉臺回轉機構的設計 要使轉臺完成回轉運動，就要考慮選用合適的減速器，完成動力傳遞并滿足設計要求的轉速。常用減速器的類型及特點見表4.1。 表 4.1 常用減速器的類型及特點 表 4.1 常用減速器的類型及特點（續(xù)） 蝸輪蝸桿有如下特點： （1）傳動平穩(wěn)、振動、沖擊和噪聲均很小； （2）能以單級獲得較大的傳動比，結構緊湊，傳動比范圍大，5 i 70 ,其中一般要大于15； （3）摩擦損耗較大，傳動效率較低。 蝸輪蝸桿傳動分為三大類比：圓柱蝸桿、環(huán)面蝸桿、錐面蝸桿。 圓柱蝸桿又分為普通圓柱蝸桿和圓弧圓柱蝸桿兩種。 按蝸桿齒廓曲線的形狀，普通圓柱蝸桿可以分為： （1） 阿基米德圓柱蝸桿，簡稱ZA蝸桿； （2） 法向直廓圓柱蝸桿，即稱為延展?jié)u開線蝸桿，簡稱ZN蝸桿； （3） 漸開線圓柱蝸桿，簡稱ZI蝸桿； （4） 錐面包絡圓柱蝸桿，簡稱ZK蝸桿； 對于如此大的傳動比，如果用一般的齒輪進行減速設計，則需要很多級才可以實現，這樣的話，無論是體積還是重量都不可能達到課題所限制的數值，考慮到移動機器人的工作特點，本文選用的是ZA蝸桿。 4.2 傳動比的設置 多級減速器各級傳動比的分配，直接影響減速器的承載能力和使用壽命，還會影響基本體積、重量和潤滑。一般的分配原則： （1）使各級傳動承載能力大致相等； （2）使減速器的尺寸與質量較?。? （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，減小低速級傳動比，即減小了低速級大齒輪及包容它的機體的尺寸和重量。增大高速級傳動比，即增大高速級大齒輪的尺寸，減小了與低速級大齒輪的尺寸差，有利于各級齒輪同時潤滑，同時降低了高速級后面各級齒輪的尺寸差，有利于降低噪聲和振動，提高傳動的平穩(wěn)性。但是又不能使一、二級傳動比差距過大，這里我選擇作為一級傳動比，作為二級傳動比。 4.3 回轉系統(tǒng)的動力分析與計算 由于已知系統(tǒng)的總體尺寸為：長寬高=250mm250mm80mm，轉臺轉動范圍為360度，旋轉速度為10～15rpm，而且系統(tǒng)自重要不大于8kg，載重量為20kg。 4.3.1 轉動慣量的計算 選取直徑為200 mm 的圓進行計算尺寸，算出轉動慣量： （4.1） 這里的m 可以用平均質量的概念來計算，即： ,M取負載20 。 （4.2） 于是 ==637 則： ==3.195 給定條件：設轉臺在2秒內達到最大轉速 15 r/pm, 則它的加速度是 則它的轉動慣性力矩為： 根據給定的傳動效率 =0.8，所以 4.3.2 滾動摩擦力矩計算 在本設計中，雖然轉臺基本上是水平或者是在傾斜很小的角度內轉動的，其轉動也都是有滾珠或者軸承來支撐來完成的，但是，因為 20的負載對于8的自重來說，摩擦力也是不可不重視的，下面我將對移動機器人的轉臺進行摩擦力矩的計算： 取摩擦系數 則 （4.3） 假設密度為均勻的，用表示，則 面平均質量為 ： ，則 （4.4） 總的阻力矩為： M=3.315+0.0533=3.188Nm 4.3.3 驅動電機的選擇 （1）根據綜合分析和以上的計算，驅動軸總阻力力矩為：M=3.188Nm 按工作要求和條件選取Y系列一般用途全封閉鼠籠型三相異步電動機。 （2）選擇電動機容量 工作機所需的功率： （4.5） 電動機輸出功率： （4.6） 所以: （4.7） 由電動機至工作機之間的總效率： （4.8） 其中 分別為滾筒彈性聯(lián)軸器,閉式蝸桿傳動,皮帶輪傳動,一對滾動軸承，齒輪聯(lián)軸器的傳動效率。 查表可知=0.96(滾筒) =0.995(彈性聯(lián)軸器) 由于蝸桿傳動效率與蝸桿頭數Z2及材料有關暫時取Z1=4雙頭蝸桿,估計=0.81 =0.93(V帶輪傳動) =0.99(一對滾動軸承) =0.99(齒輪聯(lián)軸器) 所以： 所需電動機的功率: =2500.8/0.684=0.292kw 根據電機特性曲線，并保有一定的余量，初步選擇電機型號為MAXON電機，具體參數見表4.2。 4.3.4 傳動裝置的總傳動比和分配各級傳動比 由于是maxon電動機，可以通過自帶的減速器控制其轉速，在此，我設為1440 r/min 。 (1)計算總傳動比： = （4.9） (2)各級傳動比的分配 由于為蝸桿傳動，傳動比都集中在蝸桿上，其他不分配傳動比。 取皮帶輪傳動比i1=4，則蝸桿傳動比為i2=24。 這里我選擇的帶輪是SPA型，單根窄V帶輪。 表4.2 MAXON電機EC45性能參數 項目 指標 說明 標稱功率 250W 最大輸出功率 額定電壓 36V 空載轉速 11000rpm 堵載轉矩 5260mNm 堵轉條件下的轉矩值，即起動轉矩 最大允許轉速 12000rpm 最大連續(xù)電流(5000rpm) 10.6A 最大連續(xù)轉矩(5000rpm) 303mNm 電機可以連續(xù)工作的轉矩 最大效率 85% 轉矩常數 31.2mNm/A 轉矩與有效電流值之比 重量 1150g 4.3.5 計算傳動裝置的運動和動力參數 （1） 蝸輪蝸桿的轉速 皮帶輪轉速和電動機的額定轉速相同n1=1440r/min 蝸桿轉速： （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 輸入的轉矩： 蝸桿的轉矩： 蝸輪軸的轉矩： V帶輪的轉矩： 將上述計算得到的動力參數列表于4.3： 表 4.3 蝸輪蝸桿的動力參數 參數 電動機 V帶輪 蝸桿 蝸輪 轉速r/min 1440 1440 360 15 功率P/kw 0.292 0.288 0.231 0.210 轉矩N.m 7.64 27.44 144.84 7.526 傳動比i 單根V窄帶：i1=4 蝸輪蝸桿傳動：i2=24 效率 0.995 0.911 0.794 4.3.6 對于蝸輪蝸桿機構傳動的參數選擇 根據機械手冊查得： 傳動效率 （4.10） 其中，r 為分度圓柱導程角，為嚙合摩擦角， （為摩擦因子），分度圓滑動速度 單位為 （4.11） 一般的計算公式見表4.4。 綜合計算，得具體的蝸輪蝸桿參數如下表2.7。 考慮到傳動功率不大，轉速較低，選用ZA蝸桿傳動，精度達到8c級，采用標準GB10089-1998。一般選為右旋蝸桿。蝸桿選35CrMo，表面淬火，硬度為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： 主平面內的模數和壓力角彼此相等，即蝸輪端面的模數應等于蝸桿軸面得模數，且為標準值；蝸輪端面的壓力角應等于蝸桿軸面的壓力角，且為標準值。即： 此外，還應該保證，即蝸桿與蝸輪的螺旋線方向一致。具體設計將會后面論述。 分度圓直徑 標準中心距 徑向間隙 蝸輪螺旋角 蝸桿導程角 齒根圓直徑 齒頂圓直徑 齒根高 齒頂高 蝸輪 蝸桿 計算公式 符號 名稱 表4.4 蝸桿傳動的幾何尺寸計算 表4.5 齒的基本參數 名稱 符號 公式及依據 蝸桿軸向齒距 ==3.925 蝸桿螺旋線導程 ==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 17.6 蝸桿分度圓直徑 =22 蝸桿分度圓導程角 14.04 模數 =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 蝸輪蝸桿的設計計算 (1) 常數計算 由傳動比=24，參考《機械設計手冊》齒輪傳動部分，取=4，則=96，由表查得，，其中時蝸輪材料的許用接觸，當時蝸輪材料的許用彎曲應力。 齒輪應力循環(huán)次數： =60 n2 j =603601365245=次 接觸強度壽命系數 = =0.566 彎曲強度壽命系數 ==0.603 則 =220 0.93 0.566=115.8 =700.603=42.21 圖4.2 蝸輪蝸桿受力分析簡圖 (2) 按接觸強度設計 （4.12） 從K=1～1.4 取載荷系數K=1.2 = 而=34.375，符合要求。 由于蝸輪蝸桿的嚙合條件是：， 所以=1.2548=60。故a=41mm。 (3) 校核渦輪的齒面接觸強度 齒面接觸強度計算公式為 （4.13） 材料彈性系數： （4.14） 使用系數KA，取KA=0.9（運轉平穩(wěn)），動載系數KV，當V2 < 3m/s時，KV=1～1.1，當V23m/s時，KV=1.1～1.2，故取KV=1.1，載荷分布系數 K 載荷平穩(wěn)時K=1，載荷變化時K=1.1~1.3，故取K=1.1。為接觸系數，取2.5。 將上述數據代入公式（4.13）中，計算得 =19.3，遠遠小于115.8，符合要求，所選合格。 (4) 校核渦輪齒根彎曲強度 齒根彎曲強度驗算公式 （4.15） 式子中，按當量齒數 =/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， 遠遠小于42.21，所以是合格的。 (5) 熱平衡校核 （閉式蝸桿傳動）周圍空氣的溫度t=20°C ，取散熱系數K=17W/（m2·C）， 估計散熱面積 A==0.07 （4.16） =49.37°C 85°C （4.17） 故散熱是好的。 (6) 蝸輪蝸桿的結構設計 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 軸的設計計算及校核 輸出軸的設計 (1)軸的材料的選擇，確定許用應力 考慮到減速器為普通中用途中小功率減速傳動裝置，軸主要傳遞蝸輪的轉矩,45號鋼，調質處理 220-240HBS。 (2)按扭轉強度，初步估計軸的最小直徑 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=1.5 由轉速和轉矩得 軸伸安裝聯(lián)軸器,考慮補償軸的可能位移,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《機械設計課程設計手冊》選用CICL型鼓形齒式連軸器，Y型軸孔,A型鍵槽,標準孔徑d=20mm。 并采用凸緣式軸承蓋，實現軸承系兩端單向固定，軸伸處用A型普通平鍵聯(lián)接，實現聯(lián)軸器周向固定,用A型普通平鍵連接蝸輪與軸。 (4)軸的結構設計徑向尺寸的確定 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，故=+2h ≥ 20 （1+2×0.07）=20.14mm，取為22mm；與蝸輪的內徑相配合，取=24mm，按標準直徑系列，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。 由此對應的軸向尺寸為 =15mm，=25 mm，=31 mm，=25 mm，=15 mm。 (5)軸的強度校核計算蝸輪受力 蝸輪的分度圓直徑 =60mm； 蝸輪轉矩 = 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 單向運轉，轉矩為脈動循環(huán)轉矩等效為彎矩的等效系數為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《機械設計課程設計手冊》表8-22得：時，X=1，Y=0；時，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。 蝸桿軸的設計 (1)蝸桿軸的材料的選擇，確定許用應力 考慮到減速器為普通中用途中小功率減速傳動裝置，軸主要傳遞蝸輪的轉矩。 蝸桿選35CrMo，表面淬火，硬度為45—50HRC；表面粗糙度。 (2)按扭轉強度，初步估計軸的最小直徑,選用聯(lián)軸器。 由上面的已經算出，只要大于10mm，就能滿足要求，軸伸安裝聯(lián)軸器，考慮補償軸的可能位移，選用彈性拄銷聯(lián)軸器，取工作情況系數=1.5 由轉速和轉矩查表GB/T5014-1985 選用HL3彈性柱銷聯(lián)軸器，標準孔徑=40mm，即軸伸直徑為40。 (3)軸承 采用角接觸球軸承，并采用凸緣式軸承蓋，實現軸承系兩端單向固定。選定滾動軸承為型號為7212C。 (4)軸的結構設計徑向尺寸的確定 從軸段=40mm開始逐漸選取軸段直徑，起固定作用，定位軸肩高度可在（0.07-0.1）d范圍內，故=+2h≥40（1+20.07）=45.6mm，該直徑處安裝密封氈圈，標準直徑。應取=50mm；與軸承的內徑相配合，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）滾動軸承的壽命校核 選定滾動軸承為型號為7212C，尺寸適合該蝸桿。蝸桿上的滾動軸承由于應力幅比蝸桿的小，所以一般只校核蝸輪上的滾動軸承的壽命即可，也可以取減速器的檢修期為2年，到檢修期時更換。 4.4 本章小結 蝸輪蝸桿傳動的一種空間的齒輪傳動，它能實現交錯角為90度的兩軸間的動力和運動傳遞。在這個移動機器人的設計中，它與皮帶輪合作，將電機的高速轉動一級一級減速，達到所要的結果，在此傳動中，由于摩擦等因素，能量受到損耗，轉為熱能，所以本章不僅對材料的受力校核，而且對材料的受熱特性進行了驗證。 結束語 經過了兩個多月的學習和工作，我終于完成了《移動機器人轉臺》的論文。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實現，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)，這也是我在大學期間獨立完成的最大的項目。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受，從對機械的一知半解，對零件選用的一無所知的狀態(tài)，我開始了獨立的學習和試驗，查看相關的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改進都是我學習的收獲，每一次校核的成功都會讓我興奮好一段時間。從中我也充分體會到了機械設計給我們生活帶來的樂趣，在自己的小小世界里自得其樂。 雖然我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，但我可以自豪的說，這里面的每一個細節(jié)，都有我的勞動。當看著自己的努力極有希望成為實物的時候，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會化為甜美的甘泉。??? 這次做論文的經歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要認認真真用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學習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。希望這次的經歷能讓我在以后學習中激勵我繼續(xù)進步。  致 謝 本研究及學位論文是在我的導師的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，周老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。半年多來，導師不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，在此謹向周老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 我還要感謝在一起愉快的度過本科四年的各位同學，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!  參 考 文 獻 [1] 減速機信息網. 工業(yè)機器人技術[EB/OL]. http://www.gkcity.com/n-i-28976-c-Potpourri.htm,2006. 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