探測機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、圖書分類號： 密 級： 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 探測機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) DETECTING ROBOT WALKING MECHANISM DESIGN 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 指導(dǎo)教師 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，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，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明

2、確方式標(biāo)注。 本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 　　 　　日期： 　　 年 　月　 　日 學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書 本人完全了解關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸所擁有。有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進(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學(xué)位論文。 論文作者簽名： 　　 導(dǎo)師簽名：

3、 　　 日期： 　　 年 　月　 　日 日期： 　　 年 　月　 　日 摘要 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是講述了探測機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要包括探測機(jī)器人的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)和控制件的設(shè)計(jì)。在這次設(shè)計(jì)中，由于機(jī)器人結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和對機(jī)器人了解范圍的局限性，遇到了非常艱巨的困難，所以參考了前人的設(shè)計(jì)理論和經(jīng)驗(yàn)，再次基礎(chǔ)上又增加了自己的東西，可以保證設(shè)計(jì)的精確性。 但是，在這次設(shè)計(jì)中還有很多不合理的地方。由于缺少設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和在學(xué)校所學(xué)知識的局限性，所以本次設(shè)計(jì)內(nèi)容還比較稚嫩，還有許多地方有待于進(jìn)一步的完善和提高。

4、所以本次設(shè)計(jì)還不能作為探測機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，只是機(jī)器人設(shè)計(jì)的一個理論方案，還望看過這次設(shè)計(jì)的專業(yè)人員給予批評指正。 關(guān)鍵詞 探測機(jī)器人；行走機(jī)構(gòu)；控制電路 Abstract The graduate project is mainly about detecting robot walking mechanism design,including design exploration robot components,the overall structural design,contro

5、l circuit design and control parts of the design.In this design,because of the complexity of the robot to understand the scope and limitations of the robot structure,difficulties encountered very difficult,so the reference to the previous design theory and experience,on this basis,they added their o

6、wn thing.It ensures design accuray. However,in this design,there are many unreasonable.Due to the lack of experience in the design and the limits of knowledge in school,so this design content is still relatively immature,and there are many places to be future improved and enhanced.Therefore,this de

7、sign can not be used as detection robot walking mechanism design criteria,only a theoretical program robot design,but also look seen this design professionals give criticism. Keywords detection robot travel agencies and a control circuit 全套圖紙 外文文獻(xiàn) 扣扣 1

8、411494633 目錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 設(shè)計(jì)產(chǎn)品概況 1 1.2 設(shè)計(jì)目的和意義 2 1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 2 1.4 研究內(nèi)容 5 2 設(shè)計(jì)方案的選擇 5 2.1 行走機(jī)構(gòu)方案的選擇 5 2.2 機(jī)器人手臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 6 2.2.1 蠕動式機(jī)器人手臂 7 2.2.2 沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線運(yùn)動的機(jī)器人手臂 7 2.2.3 仿人類手臂式的機(jī)器人手臂 8 2.3 擺臂翼板的設(shè)計(jì) 8 2.3.1 注意事項(xiàng) 8 2.3.2 參數(shù)計(jì)算 9 3 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 3.1 探測機(jī)器人行走

9、機(jī)構(gòu)的力學(xué)原理 9 3.2 機(jī)器人電動機(jī)的選擇 10 3.3 機(jī)器人參數(shù)計(jì)算和強(qiáng)度校核 11 3.3.1 齒輪傳動的參數(shù)計(jì)算和強(qiáng)度校核 11 3.3.2 蝸桿傳動時參數(shù)計(jì)算和強(qiáng)度校核 13 4 控制電路設(shè)計(jì)和選擇 18 4.1 控制電路的設(shè)計(jì) 18 4.2 電路開關(guān)的選用 20 4.3 控制器的設(shè)計(jì) 20 結(jié)論 22 致謝 24 參考文獻(xiàn) 25 1 緒論 1.1 設(shè)計(jì)產(chǎn)品概況 探測機(jī)器人是一種應(yīng)用十分廣泛的機(jī)器人，在許多人力所不及的情況下經(jīng)常使用，如在對月球的研究和探測中，在反恐現(xiàn)場的人質(zhì)解救中，在對火災(zāi)、地震等現(xiàn)場的勘察中都

10、起到十分關(guān)鍵的作用。本次我設(shè)計(jì)的是履帶式的探測機(jī)器人，由于履帶式的探測機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)方便等特點(diǎn)，所以應(yīng)用最為廣泛。而且它的行走能力強(qiáng)，行走穩(wěn)定性高，具有良好的轉(zhuǎn)向功能，是在對月球探測所首選的機(jī)器人。履帶式探測機(jī)器人的發(fā)展前景十分良好，是一款既經(jīng)濟(jì)又使用的機(jī)器人，所以對履帶式探測機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)意義非凡的設(shè)計(jì)，對我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要的推動作用。 1.2 設(shè)計(jì)目的和意義 本次的設(shè)計(jì)題目是探測機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，其目的一方面是通過本次設(shè)計(jì)，使用大學(xué)時代所學(xué)的東西，可以靈活掌握機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等多門學(xué)科，還能靈活應(yīng)用CAD等繪圖軟件；另外一方面是了解我國機(jī)器人行業(yè)的發(fā)

11、展?fàn)顩r，通過這次的設(shè)計(jì)，比較自己的水平和國家設(shè)計(jì)平均水平的差距，給自己一個合理的定位，為以后的工作做好充足的準(zhǔn)備。 探測機(jī)器人在我國的應(yīng)用十分廣泛，所以本次設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。對月球的探測水平是一種綜合國力的體現(xiàn)形式，而在對月球的探測中，大多是采用探測機(jī)器人來進(jìn)行探測，而探測機(jī)器人行走性質(zhì)在探測機(jī)器人設(shè)計(jì)中占有非常大的比重，所以探測機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)對我國的月球探測事業(yè)具有十分重要的意義。我國是一個多災(zāi)多難的國家，每天都會有許多自然災(zāi)害和人力事故的發(fā)生，對于某些災(zāi)害，在人力解救不方便或存在未知危險的情況下，經(jīng)常是使用探測機(jī)器人來解救。例如在地震事故中，如果樓房倒塌，我們需要去營救，可是在

12、還存在余震和不知道樓房內(nèi)部具體情況的前提下，不適合搜救員第一時間去搜救，而是利用探測機(jī)器人去探測具體情況，然后根據(jù)機(jī)器人所輸出的信息來進(jìn)行現(xiàn)場勘測，為下一步的營救做準(zhǔn)備。在這里，探測機(jī)器人發(fā)揮了救援工作的準(zhǔn)備條件，還能避免不必要的人力物力損失。所以，探測機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)具有十分重要的意義，對我們的生活息息相關(guān)。 1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 機(jī)器人是近代工業(yè)發(fā)展的產(chǎn)物，是出現(xiàn)在第三次工業(yè)革命之后，是機(jī)械和智能的結(jié)合，是現(xiàn)代機(jī)械發(fā)展的最高水平。機(jī)器人的使用越來越得到重視，機(jī)器人的使用越來越頻繁，它的種類也會越來越多，發(fā)展前景一片光明，發(fā)展空間也存在很大的空白。從機(jī)器人的發(fā)展過程來看，機(jī)器人技術(shù)

13、在不斷的完善，機(jī)器人的種類越來越復(fù)雜，機(jī)器人在人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪菰絹碓蕉嗟慕巧? 機(jī)器人的發(fā)展是經(jīng)歷了一個從無到有的過程，最早提出機(jī)器人這一理念的是在美國，也可以說美國是機(jī)器人發(fā)展的鼻祖，是機(jī)器人發(fā)展的開創(chuàng)者，世界上最早的一臺工業(yè)機(jī)器人也是由美國的一家研究所研發(fā)而成，它的出現(xiàn)標(biāo)志著世界上的工業(yè)發(fā)展進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段。在此之前，工業(yè)機(jī)械的發(fā)展都是停留在仿制動物上，而機(jī)器人的出現(xiàn)使工業(yè)機(jī)械發(fā)展到了朝著人類“進(jìn)化”的過程。所以，它的出現(xiàn)是工業(yè)機(jī)械行業(yè)出現(xiàn)飛躍性發(fā)展的標(biāo)志。 雖然美國是最早生產(chǎn)出工業(yè)機(jī)器人的國家，但是到目前為止，世界上工業(yè)機(jī)器人發(fā)展水平最高的是日本，這與美國政府當(dāng)時對工業(yè)機(jī)器人

14、發(fā)展態(tài)度有關(guān)。在當(dāng)時雖然出現(xiàn)了最早的工業(yè)機(jī)器人，但是它的功能還不完善，只能從事一些簡單的工作，所以當(dāng)時并沒有將機(jī)器人的發(fā)展作為國家重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，再加上當(dāng)時美國企業(yè)也不重視工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，沒有過多的在工業(yè)機(jī)器人上的投資和研究，“唯利是圖”的美國企業(yè)覺得在機(jī)器人發(fā)展上做投資沒有太多的利潤，可能還會造成一定程度上的虧損，以至于美國當(dāng)時的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展水平進(jìn)步緩慢，還有可能停止不前。所以，沒過多久就被日本的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展水平所超越。 但是，這并不影響美國機(jī)器人發(fā)展水平的領(lǐng)先地位。在全世界，美國的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展水平位居第二，機(jī)器人的生產(chǎn)數(shù)量和出口數(shù)量位居第二，主要是生產(chǎn)在軍事、航空、海洋等高端領(lǐng)域有

15、需求的高端機(jī)器人。這主要是由于在20世紀(jì)80年代，美國政府看到了全球各個國家工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，意識到工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展前景，從而將工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展作為國家重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，將機(jī)器人的研發(fā)提上了工作日程。國家政府加大了對工業(yè)機(jī)器人的研究力度，擴(kuò)大了對工業(yè)機(jī)器人的投資金額，并且積極鼓勵各企業(yè)對工業(yè)機(jī)器人的研究，所以從此以后的十幾年里，美國的工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展水平得到了顯著的提高。不得不承認(rèn)美國政府的眼光獨(dú)到，他們能看到機(jī)器人的發(fā)展前景，并在第一時間里發(fā)展工業(yè)機(jī)器人，舍棄以往在發(fā)展工業(yè)機(jī)器人方面的錯誤觀點(diǎn)，并保證了美國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展水平的領(lǐng)先地位。這也是美國科技技術(shù)發(fā)展水平遙遙領(lǐng)先其他國家的重要原因。 美

16、國的機(jī)器人朝著高端技術(shù)發(fā)展，注重對高端技術(shù)的研發(fā)，所以美國的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展技術(shù)水平在全國遙遙領(lǐng)先，但是美國的機(jī)器人在制造水平上還不完善，以至于美國機(jī)器人行業(yè)的生產(chǎn)數(shù)量和生產(chǎn)水平僅次于日本。美國的工業(yè)機(jī)器人研發(fā)水平在全世界遙遙領(lǐng)先，所以美國的工業(yè)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)可靠，行走平穩(wěn)，功能全面等特點(diǎn)，是一個機(jī)器人生產(chǎn)和研發(fā)大國。 日本是到目前為止機(jī)器人發(fā)展水平最為發(fā)達(dá)的國家，是工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)和輸出大國，日本有機(jī)器人王國之稱，由此可見工業(yè)機(jī)器人在日本工業(yè)發(fā)展的重要性。日本的工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展是在20世紀(jì)60年代末，發(fā)生在第二次世界大戰(zhàn)之后。日本作為第二次世界大戰(zhàn)的戰(zhàn)敗國，在第二次世界大戰(zhàn)之后，日本的經(jīng)濟(jì)、政

17、治、軍事、人際社會都得到了嚴(yán)重的損失，日本國家的各個方面都處于百廢俱興的狀態(tài)，所以對于工業(yè)機(jī)器人這個在當(dāng)時的新興行業(yè)，日本政府是采用支持態(tài)度的。在當(dāng)時工業(yè)機(jī)器人行業(yè)對于美國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展可能是起到緩慢的推動作用或者是起到抑制作用，但是對于當(dāng)時日本的經(jīng)濟(jì)發(fā)展絕對是起到推動作用。所以，雖然美國當(dāng)局對工業(yè)機(jī)器人采取觀望態(tài)度，但是當(dāng)時的日本政府對于工業(yè)機(jī)器人這個新型行業(yè)采取支持的態(tài)度，這與當(dāng)時的日本國家的基本國情所決定的，也是當(dāng)時日本國擺脫二戰(zhàn)戰(zhàn)敗國所帶來的所有悲痛災(zāi)難所面臨的一次機(jī)遇。 日本急切地想要掌握工業(yè)機(jī)器人這一新型行業(yè)的技術(shù)，來彌補(bǔ)第二次世界大戰(zhàn)所帶來的損失，解決日本當(dāng)時經(jīng)濟(jì)落后的現(xiàn)狀，而當(dāng)時

18、的美國政府對日本的發(fā)展采取扶植的態(tài)度，并且美國是第一個提出工業(yè)機(jī)器人這一理論的國家。所以日本最早的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是引進(jìn)美國公司的，并且在美國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)顧問的指導(dǎo)下，建立了工業(yè)機(jī)器人研發(fā)事務(wù)所和生產(chǎn)車間，并且獨(dú)立生產(chǎn)出第一臺工業(yè)機(jī)器人，日本工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展有了良好的開端。又由于日本政府對工業(yè)機(jī)器人這一新型行業(yè)的發(fā)展采取支持態(tài)度，積極鼓勵更多的研究人員和生產(chǎn)人員從事到這一行業(yè)中來，所以后來的工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展得到了大大地提高，并且逐漸擺脫了美國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的束縛，自主研發(fā)、自主創(chuàng)新，逐漸使日本的工業(yè)機(jī)器人行業(yè)得到提高，代替了美國在全世界工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的領(lǐng)先地位，一舉成為到目前為止工業(yè)機(jī)器人發(fā)展

19、的龍頭。 與美國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展方向不同的是，日本工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展朝著中、低端方向發(fā)展，注重工業(yè)機(jī)器人的制造和使用，日本的工業(yè)機(jī)器人多是與人們生活息息相關(guān)的機(jī)器人，可能日本工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)技術(shù)沒有美國的發(fā)達(dá)，但是，日本生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人的市場廣闊，前景遠(yuǎn)大，具有良好的發(fā)展前景，是最大的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)大國和輸出大國。日本政府對工業(yè)機(jī)器人的支持態(tài)度是日本機(jī)器人行業(yè)發(fā)展十分迅速的原因，機(jī)器人行業(yè)的從業(yè)者對工作的認(rèn)真態(tài)度也是日本機(jī)器人行業(yè)迅速發(fā)展的重要原因。雖然美國的扶植使得日本出現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人行業(yè)，但是是他們自己的努力使得日本機(jī)器人行業(yè)拜托了美國機(jī)器人行業(yè)發(fā)展的束縛，成為新一代的工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)頭國家。

20、 在世界范圍內(nèi)，除了美國和日本的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)外，歐盟的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展水平也屬于世界前列，首當(dāng)其沖的應(yīng)該是德國、英國、法國。其中德國的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展技術(shù)在世界范圍內(nèi)排行第三，僅次于日本、美國；法國的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展水平在世界范圍內(nèi)屬于前列；英國的工業(yè)機(jī)器人也是屬于前列。其中英國又與德國和法國的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展不同，英國對工業(yè)機(jī)器人這一新型行業(yè)起初是采取抑制態(tài)度，反對工業(yè)機(jī)器人在英國的正常發(fā)展，在工業(yè)機(jī)器人出現(xiàn)前期，在英國的發(fā)展出現(xiàn)了停滯不前的狀態(tài)。由于工業(yè)機(jī)器人發(fā)展水平的落后，英國的綜合國力也出現(xiàn)了停滯不前或倒退的狀態(tài)。當(dāng)英國政府意識到全世界各個國家的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展城市，才開始在英國范圍內(nèi)支

21、持工業(yè)機(jī)器人的全面發(fā)展，并在以后的幾十年內(nèi)，工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)生產(chǎn)水平出現(xiàn)了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，使英國成為了世界上為數(shù)不多的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展強(qiáng)國。 德國和法國的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r相似，其中德國的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展一直是在朝前發(fā)展。第二次工業(yè)革命中德國就得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，是第二次工業(yè)革命的受益國。而工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)，德國當(dāng)局敏銳的看出了工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展前景，果斷采取了支持態(tài)度。另一方面，德國在第二次世界大戰(zhàn)中失敗，對德國造成了嚴(yán)重的損害，需要工業(yè)機(jī)器人這一新型行業(yè)來帶動全國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以工業(yè)機(jī)器人在德國的發(fā)展可以說是“一帆風(fēng)順”的，工業(yè)機(jī)器人這一新型行業(yè)在德國也得到了完善和提高。所以，工業(yè)機(jī)器人成就

22、了德國的發(fā)展，是德國又一次成為世界上的先進(jìn)國家；德國也成就了工業(yè)機(jī)器人，在工業(yè)機(jī)器人出現(xiàn)的初期，各方面都需要完善和發(fā)展，而德國在工業(yè)機(jī)器人發(fā)展方面的貢獻(xiàn)是世界矚目的。工業(yè)機(jī)器人在法國的發(fā)展與在德國的發(fā)展類似。 工業(yè)機(jī)器人在我國的發(fā)展比在日本、美國、德國、英國、法國的發(fā)展都要晚，在我國首次提出發(fā)展工業(yè)機(jī)器人是在20世紀(jì)70年代，當(dāng)時全世界各個國家都在積極發(fā)展工業(yè)機(jī)器人，所以我國也將工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展作為國家級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，重點(diǎn)發(fā)展工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制造。我國的工業(yè)機(jī)器人研究水平在世界上還處于低級階段，工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案還不成熟，生產(chǎn)制造的技術(shù)還比較落后，和其他發(fā)達(dá)國家還存在很大的差距。我國的第

23、一個工業(yè)機(jī)器人研究所是在沈陽市，研究所研究工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)。到目前為止，我國主要研究出探測、搬運(yùn)、搜索等性能的工業(yè)機(jī)器人，在工業(yè)機(jī)器人種類上比其他機(jī)器人發(fā)達(dá)國家還比較少，在性能上也比不上工業(yè)機(jī)器人發(fā)達(dá)國家，還有待于進(jìn)一步的發(fā)展。 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展是建立在機(jī)械行業(yè)發(fā)展的前提上的，我國的機(jī)械行業(yè)的發(fā)展水平在世界范圍內(nèi)還比較低，再加上工業(yè)機(jī)器人在我國出現(xiàn)的時間短，還沒有將工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展作為一個正式的學(xué)科，從事這一方面的研究人員也比較少，研究者的開發(fā)設(shè)計(jì)水平也比較低。以上的諸多原因造成了我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展還存在許多的障礙，存在許多方面的問題制約著工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。所以，我國工業(yè)機(jī)器

24、人的發(fā)展還存在著許多問題有待于解決，需要更多的工業(yè)機(jī)器人從業(yè)者從事這方面的研究，需要我們付出更大的努力來發(fā)展我國的機(jī)械研究生產(chǎn)水平，從而更好地提高工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。對于當(dāng)代大學(xué)生來說，更應(yīng)該把發(fā)展工業(yè)機(jī)器人作為我們的責(zé)任和義務(wù)，在大學(xué)時代里，應(yīng)努力學(xué)習(xí)機(jī)械方面的各種知識，更好地掌握工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，提高我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展水平，盡量縮短我國工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)制造水平與其他發(fā)達(dá)國家的距離，為我國的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展做出自己應(yīng)做的貢獻(xiàn)。 1.4 研究內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)主要是研究探測機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，研究探測機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)的選擇，機(jī)器人機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)計(jì)算和工程材料的校核計(jì)算，并且研究探測機(jī)器人的控

25、制系統(tǒng)和控制件的選擇。并且選擇行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型和行走方案。 2 設(shè)計(jì)方案的選擇 2.1 行走機(jī)構(gòu)方案的選擇 全世界范圍內(nèi)的探測機(jī)器人的種類有很多，它們的行走方式也各不相同，每一臺探測機(jī)器人都有其獨(dú)特的行走方案。但是可以將全世界范圍內(nèi)的探測機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行概括總結(jié)，那么它們的行走機(jī)構(gòu)大致上可分為履帶式、步行式、車輪式三種。下面就以上三種探測機(jī)器人行走方案進(jìn)行比較。 從使用范圍上來看，以上三種類型的方案都在全世界得到廣泛的應(yīng)用，從使用數(shù)量上比較并沒有明顯的區(qū)別，唯一的不同點(diǎn)是這三種行走機(jī)構(gòu)方案的使用場合不同，每一種行走機(jī)構(gòu)方案都有自己的特點(diǎn)，都有自己特定的使用場合

26、。例如，對于步行式的行走機(jī)構(gòu)方案的探測機(jī)器人，它的行走穩(wěn)定性不好，尤其是對于探測機(jī)器人來說，探測機(jī)器人的行走路線都比較復(fù)雜，對行走道路具有十分大的未知性，而且對于探測機(jī)器人來說，步行式的行走機(jī)構(gòu)對于崎嶇道路的行走穩(wěn)定性極低，即使采用多足行走，也只是暫時提高在崎嶇道路的行走穩(wěn)定性。對于步行式行走機(jī)構(gòu)方案的探測機(jī)器人，它的智能控制性要求比較高，既要控制好行走路線，又要控制行走時的穩(wěn)定性，而且我國對于在智能控制性能要求比較高的工業(yè)機(jī)器人方面的設(shè)計(jì)技術(shù)還不完全成熟，還存在很多地方的空白。所以，對于本次設(shè)計(jì)不采用步行式的行走機(jī)構(gòu)方案。對于車輪式行走機(jī)構(gòu)方案的探測機(jī)器人來說，這一種行走機(jī)構(gòu)方案在我國應(yīng)用極

27、為廣泛，而且研究和生產(chǎn)出許多車輪式行走機(jī)構(gòu)的成功案例，我國對于車輪式行走機(jī)構(gòu)方案的技術(shù)水平已經(jīng)比較成熟，在車輪式的設(shè)計(jì)中還有比較多的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，所以在車輪式的行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的可實(shí)行性比步行式的行走機(jī)構(gòu)方案要高。但是車輪式的行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案又有自己的特點(diǎn)，比如說車輪式的行走機(jī)構(gòu)方案的行走穩(wěn)定性高，對于崎嶇道路的適應(yīng)性比步行式行走機(jī)構(gòu)的要高，可以使用在探測機(jī)器人中。但是對于車輪式的行走機(jī)構(gòu)來說，它的結(jié)構(gòu)沒有得到完全的統(tǒng)一。有的結(jié)構(gòu)是保證了行走的穩(wěn)定性和越野能力，但是與此同時加大了其整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，加大了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度；有的是在結(jié)構(gòu)上簡單，行駛速度和轉(zhuǎn)彎性能都比較良好，但是這種設(shè)計(jì)方案只能是

28、在平整道路上行駛，降低了機(jī)器人對崎嶇道路上行駛的能力，行駛穩(wěn)定性也隨之降低。所以還沒有設(shè)計(jì)出既結(jié)構(gòu)簡單又行走能力強(qiáng)的行走機(jī)構(gòu)方案，對于車輪式的行走機(jī)構(gòu)方案，在探測機(jī)器人設(shè)計(jì)中不予采納。對于履帶式的行走機(jī)構(gòu)來說，它的設(shè)計(jì)理念是根據(jù)坦克的行走機(jī)構(gòu)延伸出來的，由此可以看出，履帶式的行走機(jī)構(gòu)方案的行走穩(wěn)定性比前兩種都要強(qiáng)，在崎嶇道路上行走的適應(yīng)性強(qiáng)，適合越野行走?？梢詫⒔Y(jié)構(gòu)簡單但行走穩(wěn)定性差的車輪式行走機(jī)構(gòu)方案變成履帶式行走機(jī)構(gòu)方案，這樣既保證了行走的穩(wěn)定性又可以降低行走機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度。 綜上可知，對于探測機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)方案的選擇，可根據(jù)各種行走機(jī)構(gòu)方案的特點(diǎn)，比較各方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，選擇一種比較適

29、用于探測機(jī)器人的行走方案。對于本次設(shè)計(jì)的行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，根據(jù)它們的特點(diǎn)和我國機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)狀，我選用履帶式的探測機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)方案。 2.2 機(jī)器人手臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 對于一個完整的探測機(jī)器人來說，它的機(jī)器人手臂機(jī)構(gòu)是機(jī)器人的不可或缺的重要機(jī)構(gòu)之一，沒有了機(jī)器人手臂機(jī)構(gòu)，那么機(jī)器人許多的功能都無法實(shí)現(xiàn)。與機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)相比，行走機(jī)構(gòu)的目的是使探測機(jī)器人接近工作點(diǎn)，而機(jī)器人手臂的目的是使工作頭部分更加靠近工作點(diǎn)，并在工作點(diǎn)處進(jìn)行加工處理。所以機(jī)器人手臂的工作就是使工作頭的自由運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)工作頭和工件工作點(diǎn)的位置移動。由此可以看出，機(jī)器人手臂的運(yùn)動精度要高于機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動精度，機(jī)器人手

30、臂的運(yùn)動是距離短、精度高的運(yùn)動。所以機(jī)器人手臂的加工設(shè)計(jì)要更加準(zhǔn)確，保證機(jī)器人手臂的運(yùn)動誤差。根據(jù)世界范圍內(nèi)的機(jī)器人設(shè)計(jì)水平和我國機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀，我國的工業(yè)機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)方案大體上可以分為三種，即蠕動式機(jī)器人手臂、沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線移動的機(jī)器人手臂、仿人類手臂式的機(jī)器人手臂。下面就以上三種工業(yè)機(jī)器人手臂的類型進(jìn)行分析比較。 2.2.1 蠕動式機(jī)器人手臂 蠕動式機(jī)器人手臂在我國還沒有得到廣泛應(yīng)有，原因是因?yàn)檫@是一種高端型機(jī)器人手臂，它的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)器人手臂的運(yùn)動精度高，是一種存在于高端技術(shù)行業(yè)的專業(yè)機(jī)器人。主要應(yīng)用于航空、軍事、海洋勘測等領(lǐng)域，是一種專業(yè)性強(qiáng)、靈敏度高的機(jī)器人手臂

31、。所以，對于這種機(jī)器人手臂的研究呢，需要專業(yè)知識水平高、操作技術(shù)熟練的專業(yè)人才來研究，對于我們這種專業(yè)知識水平不是很高的學(xué)生，不適合研究蠕動式機(jī)器人手臂，也不可能做出深刻的研究。 蠕動式機(jī)器人手臂的工作原理是：根據(jù)機(jī)器人手臂的多個關(guān)節(jié)的聯(lián)合作用來控制機(jī)器人工作頭在工作點(diǎn)圓心空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)各種工作。所以，要想設(shè)計(jì)出蠕動式機(jī)器人手臂，必須實(shí)現(xiàn)對各個關(guān)節(jié)的聯(lián)合控制，加強(qiáng)各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動精度和受力分析，把握住各個支點(diǎn)的位置關(guān)系，從而得出想要的工作頭運(yùn)動軌跡。所以，對于蠕動式機(jī)器人手臂來說，需要良好的智能控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出運(yùn)動精度高的傳動系統(tǒng)，從而加大了設(shè)計(jì)難度和制造難度，不僅加大了工作量，而且不必要的加大了

32、工作難度。對于本次探測機(jī)器人的機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)，不宜采用蠕動式機(jī)器人手臂。 2.2.2 沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線運(yùn)動的機(jī)器人手臂 我國在沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線運(yùn)動的機(jī)器人手臂上的應(yīng)用可以說十分廣泛，它的工作原理與數(shù)控機(jī)床的工作原理十分類似，都是在選定工作原點(diǎn)的情況下，控制工作頭在沿三個坐標(biāo)軸上的移動來，實(shí)現(xiàn)工作頭在整個運(yùn)動立體空間上的移動。對于沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線移動的機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)，需要控制好工作頭在三個坐標(biāo)軸上的運(yùn)動銜接，可以說工作頭的運(yùn)動軌跡是在三個坐標(biāo)軸上運(yùn)動的疊加，這樣可以使得運(yùn)動的精度更加可靠，運(yùn)動的平穩(wěn)性和可靠性都得到大大地提高，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動的合理性和有效性。 但是，沿X、

33、Y、Z坐標(biāo)軸直線運(yùn)動的機(jī)器人手臂的工作也存在許多的缺點(diǎn)，比如說，要想實(shí)現(xiàn)工作頭在X、Y、Z三個坐標(biāo)軸上直線移動，就必須將設(shè)計(jì)的空間包含所有的工作頭涉及的工作點(diǎn)，并且還有保留一定的剩余空間，保證工作頭在工作空間里的自由移動。這樣就加大了設(shè)計(jì)機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)空間，也加大了設(shè)計(jì)時的工件材料和重量。這樣不利于機(jī)器人的正常行走，為機(jī)器人的設(shè)計(jì)加大了難度。 2.2.3 仿人類手臂式的機(jī)器人手臂 仿人類手臂式的機(jī)器人手臂是在全世界中應(yīng)用最為廣泛的一種機(jī)器人手臂，在我國也得到了廣泛的應(yīng)用，我國的設(shè)計(jì)制造技術(shù)也得到了廣泛發(fā)展，使其技術(shù)得到了成熟。仿人類手臂式的機(jī)器人手臂是一種根據(jù)人類的手臂而演化出的機(jī)器人

34、手臂，這種機(jī)器人手臂不同于蠕動式機(jī)器人手臂的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)難度高，也不同于沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線運(yùn)動的機(jī)器人手臂的使用空間的過大，過多的浪費(fèi)使用空間，方人類手臂式的機(jī)器人手臂有自己的特點(diǎn)。 仿人類手臂式的機(jī)器人手臂的功能是使工作點(diǎn)實(shí)現(xiàn)伸縮、旋轉(zhuǎn)、擺動等功能，所以在仿人類機(jī)器人手臂中包括手臂旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手臂擺動機(jī)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)上來看，比蠕動式機(jī)器人手臂較為簡單。并且機(jī)器人結(jié)構(gòu)中有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)，不像沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線移動的機(jī)器人手臂，智能做直線運(yùn)動，從而加大了運(yùn)動的空間。所以，綜合以上的三種機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)方案，他們各自有自己的使用范圍和特點(diǎn)，在不同的使用場合應(yīng)合理的選擇自己

35、機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)方案。 2.3 擺臂翼板的設(shè)計(jì) 上面我們介紹了機(jī)械手手臂的設(shè)計(jì)方案，介紹了機(jī)械手手臂的設(shè)計(jì)類型。以下我們主要介紹機(jī)器人擺臂翼板的主要設(shè)計(jì)，包括機(jī)器人擺臂翼板的參數(shù)設(shè)計(jì)、動力輸出設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)時問題防御設(shè)計(jì)等。下面對主要的幾個方面進(jìn)行重要分析。 2.3.1 注意事項(xiàng) 機(jī)器人擺臂翼板的設(shè)計(jì)對整個機(jī)器人性能有著重要的影響，一個機(jī)器人擺臂翼板的好壞，直接影響機(jī)器人傳動的效果和性能，所以在對機(jī)器人擺臂翼板的設(shè)計(jì)過程中，要保證機(jī)器人擺臂翼板的良好性能，從而設(shè)計(jì)出符合我們實(shí)際要求的機(jī)器人。下面對幾個具有代表性的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行具體的闡述和分析。 1、良好的剛度 機(jī)器人擺

36、臂翼板的剛度是否良好，將直接影響機(jī)器人的使用性能。良好的設(shè)計(jì)剛度可以使機(jī)器人擺臂翼板滿足機(jī)器人的使用性能。但是也要考慮我國機(jī)械制造的水平，不能憑空想象設(shè)計(jì)的剛度，不宜過大或過小。多大的剛度可能對機(jī)器人手臂的影響不大，但是在制造過程中對人力物力的消耗太大，不利于大批量的設(shè)計(jì)制造。過小的設(shè)計(jì)剛度可能不符合設(shè)計(jì)的要求，不能保證機(jī)械手的工作條件。 2、較輕的質(zhì)量 機(jī)器人擺臂翼板的工作條件復(fù)雜多樣，可能會在十分嚴(yán)峻的條件下工作，例如在高速下工作。在這種情況下對機(jī)器人擺臂翼板的質(zhì)量有十分苛刻的要求，不能過大。過大的質(zhì)量在高速運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生過大的轉(zhuǎn)動慣量，是機(jī)器人擺臂翼板不能正常的停止運(yùn)動，可能會

37、造成一定的人員傷亡。而且過大的重量還會浪費(fèi)不必要的能源。 3、良好的導(dǎo)向性 機(jī)器人擺臂翼板的工作是為機(jī)械手的工作服務(wù)的，將直接為機(jī)械手的抓取工作提供各種條件。機(jī)械手的抓取工作需要良好的方向性和準(zhǔn)確的位置關(guān)系，這就需要機(jī)器人擺臂翼板具有良好的導(dǎo)向性。良好的導(dǎo)向性將使機(jī)械手和抓取的工件有良好的定位，不會產(chǎn)生相對位置的錯位，直接保證機(jī)械手的抓取要求。 4、良好的強(qiáng)度 機(jī)械手抓取物件的質(zhì)量可能會很重，對機(jī)器人擺臂翼板的要求會十分高，如果強(qiáng)度不夠強(qiáng)，可能會導(dǎo)致機(jī)械手抓取不到物件。所以，要保證好機(jī)器人擺臂翼板的良好強(qiáng)度。 2.3.2 參數(shù)計(jì)算 機(jī)器人擺臂翼板的設(shè)計(jì)時，要對機(jī)器人擺臂翼板的受力

38、進(jìn)行受力分析，求出相應(yīng)的尺寸計(jì)算要求。下面討論機(jī)器人擺臂翼板在擺動時的受力分析。 機(jī)器人擺臂翼板在擺動時的受力分析可根據(jù)下面的公式進(jìn)行計(jì)算 M驅(qū)=M摩+M慣 式中M驅(qū)——表示驅(qū)動力矩 M摩——表示摩擦力矩 M慣——表示慣性力矩 3 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 探測機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的力學(xué)原理 探測機(jī)器人在行走過程中可能會遇到高低不平地面的情況，這就需要探測機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)具有良好的爬行能力，在爬行過程中可能還要碰到各種可能的情況。下面對爬行機(jī)構(gòu)的力學(xué)原理進(jìn)行受力分析。 在整個探測機(jī)器人行走在崎嶇不平道路過程中，可以將行

39、走過程分為兩部分。一部分是在下坡階段，在這一階段時，要保證機(jī)器人的穩(wěn)定性，所以不用有加大的速度；另一部分是在上坡階段，這是也要減少機(jī)器人的速度，一保證機(jī)器人獲得加大的驅(qū)動力。在這兩個階段，機(jī)器人的擺臂在擺臂過程中，擺臂的重心應(yīng)在大鏈輪三分之一出的下方，所以要保證重心的下降，以保證機(jī)器人行走的穩(wěn)定性。要保證機(jī)器人行走時的不打滑，要使機(jī)器人的重心在小帶輪的幾何中心的下方。在機(jī)器人行走時，機(jī)器人的整體車型的受力情況即是在前輪離開地面時。 3.2 機(jī)器人電動機(jī)的選擇 機(jī)器人電動機(jī)的選擇是根據(jù)機(jī)器人和機(jī)器人的負(fù)載之和的重量選擇的，機(jī)器人重量的大小主要是有機(jī)器人的負(fù)載所決定的。在機(jī)器人設(shè)計(jì)中，一定要

40、考慮機(jī)器人的轉(zhuǎn)動慣量，較大的質(zhì)量就獲得較大的轉(zhuǎn)動慣量。機(jī)器人電動機(jī)的選擇還必須考慮機(jī)器人的傳動方式，考慮機(jī)器人傳動時機(jī)器人功率的利用率，要盡量提高機(jī)器人功率的利用率，這樣對機(jī)器人電動機(jī)的選擇也有幫助。 考慮到機(jī)器人設(shè)計(jì)時機(jī)器人和機(jī)器人負(fù)載重量之和對電動機(jī)的影響，所以要選擇傳動平穩(wěn)的傳動方式。假設(shè)機(jī)器人和機(jī)器人負(fù)載的重量為9kg，具有較大的轉(zhuǎn)動慣量，可能造成機(jī)器人行走時的震動。而帶傳動時傳動平穩(wěn)，可以減少機(jī)器人的震動。所以首次選擇帶傳動方式。 機(jī)器人帶傳動時的傳動方案簡圖如下： 圖3.1 傳動方案簡圖 根據(jù)機(jī)器人帶傳動的結(jié)構(gòu)簡圖可以得出，在帶傳動

41、過程中機(jī)器人主動輪和從動輪的傳動比為 n0/n1=d1/d0 式（3.1） 由式（3.1）得 n0=0.5rad/s 由機(jī)器人帶傳動主動輪的轉(zhuǎn)速的計(jì)算數(shù)據(jù)可以推斷出，機(jī)器人電動機(jī)的選擇種類只有一種12ZYJ-60J的永磁直流減速電機(jī)。12ZYJ-60J的直流減速電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為30rad/s，功率為10W。 3.3 機(jī)器人參數(shù)計(jì)算和強(qiáng)度校核 機(jī)器人設(shè)計(jì)中，要考慮機(jī)器人的尺寸計(jì)算，保證機(jī)器人的設(shè)計(jì)零件符合國家標(biāo)準(zhǔn)，一些事標(biāo)準(zhǔn)件的零件可根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查找出相應(yīng)的尺寸，并且符合相

42、應(yīng)的配合關(guān)系。這樣接需要設(shè)計(jì)出機(jī)器人零件的尺寸。在機(jī)械設(shè)計(jì)中還需要考慮到設(shè)計(jì)零件的強(qiáng)度校核，保證機(jī)器人在行走和抓取零件時正確工作，不會產(chǎn)生因機(jī)器人零件的強(qiáng)度不夠造成零件的過度磨損，這樣會造成機(jī)器人的使用壽命的嚴(yán)重下降或根本不能使用。因此，機(jī)器人的參數(shù)計(jì)算和強(qiáng)度校核在設(shè)計(jì)過程中屬于檢測階段，檢測零件的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，是機(jī)器人設(shè)計(jì)過程中的不可或缺的一部分。下面對一些重要的設(shè)計(jì)零件進(jìn)行簡要分析。 3.3.1 齒輪傳動的參數(shù)計(jì)算和強(qiáng)度校核 1、直齒輪的受力分析 在直齒輪傳動中，直齒輪的受力是從動輪在主動輪的作用下傳動，而主動輪在從動輪的作用下阻止傳動，主動輪收到了阻力，而從動輪受到了推動力。在直齒

43、輪傳動中，可以將從動輪的受力分成幾個部分，可以分為圓周力Ft1和徑向力Fr1。在將合力進(jìn)行受力分析時的受力分解，圓周力和徑向力存在一定的關(guān)系。下面對圓周力和徑向力進(jìn)行分析，與直齒輪的設(shè)計(jì)有關(guān)。 式（3.2） 式（3.3） 上式中表示了直齒圓柱齒輪中圓周力、徑向力和法向力之間的關(guān)系。 2、斜齒圓柱齒輪的受力分析 在斜齒圓柱齒輪傳動中，主動輪和從動輪之間的關(guān)系和直齒圓柱

44、齒輪之間的關(guān)系一樣，都是主動輪帶動從動輪傳動，主動輪收到從動輪的阻力，從動輪受到主動輪的推力。他們之間唯一的不同點(diǎn)是在對法向力進(jìn)行分解時，在斜齒圓柱齒輪傳動中分解為三個力，分別為圓周力Ft、徑向力Fr和軸向力Fa。在這三個分力中，也存在著一定的大小關(guān)系，他們之間的關(guān)系與斜齒圓柱齒輪的制造有關(guān)。下面對這三種關(guān)系進(jìn)行分析。 式（3.4） 式（3.5） 式（3.6） 以上三個公式講述了斜齒圓柱齒輪三個分力之間的關(guān)系，可以根據(jù)斜齒圓柱齒輪三

45、個分力之間的關(guān)系，對齒輪進(jìn)行校核。 3、直齒輪的強(qiáng)度校核 直齒圓柱齒輪傳動時，直齒輪之間收到了磨損而造成齒輪之間的強(qiáng)度減弱，對齒輪的傳動和強(qiáng)度計(jì)算性能造成了損失。對齒輪的強(qiáng)度校核，可以根據(jù)以下的公式進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和判斷直齒輪是否符合傳動條件。 式（3.7） 根據(jù)上式計(jì)算可以得到 式（3.8） 以上是直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度校核公式，可以根據(jù)上面兩個公式判斷直齒輪的設(shè)計(jì)強(qiáng)度是否符合直齒圓柱齒輪傳動是否符合強(qiáng)度要求。 4、斜齒輪的強(qiáng)度校核 斜齒圓柱齒輪傳動時，斜齒輪的強(qiáng)度校核也與直齒輪傳動相似，它的強(qiáng)度與斜齒輪傳動時的載

46、荷和磨損情況有關(guān)。對于斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度校核，可以根據(jù)以下的公式進(jìn)行判斷，判斷斜齒輪傳動的強(qiáng)度是否滿足傳動條件。 式（3.9） 根據(jù)上式計(jì)算可以得出 式（3.10） 以上是斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度校核計(jì)算公式，可以根據(jù)上面兩個公式來判斷斜齒輪的設(shè)計(jì)強(qiáng)度是否符合斜齒輪傳動時的強(qiáng)度要求。 5、直齒輪齒面的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 在直齒圓柱齒輪中，由于直齒輪的接觸和相對的滑動，對直齒輪的齒面造成了一定量的磨損，這樣會使齒輪的接觸強(qiáng)度造成相應(yīng)的下降。所以一定要保證齒輪有一定量的疲勞磨損強(qiáng)度空間，保證齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度。下面根據(jù)直齒輪齒面接觸疲勞

47、強(qiáng)度的計(jì)算公式校核齒輪的疲勞強(qiáng)度。 齒輪齒面的接觸強(qiáng)度計(jì)算公式 式（3.11） 根據(jù)上式的公式計(jì)算出 式（3.12） 式（3.13） 6、斜齒輪齒面的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 在斜齒圓柱齒輪傳動中，也與直齒圓柱齒輪傳動時的情況類似，需要存在一定的疲勞磨損空間，以保證齒輪在一定的磨損量時還可以保證齒輪的傳動性能，這樣就需要對齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)下面公式進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的計(jì)算。 式（3.14） 對上式進(jìn)行計(jì)算得出

48、 式（3.15） 式（3.16） 7、齒輪傳動時的許用應(yīng)力 齒輪在傳動過程中，齒輪的失效形式主要有輪齒折斷、齒面磨損、齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合和塑性變形等。在設(shè)計(jì)一般使用的齒輪傳動時，通常只按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算和保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算兩種準(zhǔn)則。所以，在計(jì)算許用應(yīng)力時，一般考慮接觸疲勞許用應(yīng)力和彎曲疲勞許用應(yīng)力。下面介紹接觸疲勞許用應(yīng)力和彎曲疲勞許用應(yīng)力的計(jì)算方法。 接觸疲勞許用應(yīng)力的計(jì)算公式 式（3.17） 彎曲疲勞許用應(yīng)力的計(jì)算公式

49、 式（3.18） 3.3.2 蝸桿傳動時參數(shù)計(jì)算和強(qiáng)度校核 蝸桿傳動可以看做為一個特殊的齒輪傳動，它的傳動比比齒輪傳動時的要大得多，而且蝸桿傳動時的傳動平穩(wěn)性比齒輪傳動時差得多，產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音。所以在蝸桿傳動時，更要保證傳動時的參數(shù)計(jì)算和強(qiáng)度校核。下面對蝸桿傳動時的參數(shù)計(jì)算和強(qiáng)度校核進(jìn)行重點(diǎn)分析。 1、蝸桿傳動時的參數(shù)計(jì)算 在蝸輪傳動中，要對蝸輪的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)，保證蝸輪的尺寸符合我國的國家標(biāo)準(zhǔn)，不能憑空的胡亂設(shè)計(jì)。因此，對蝸輪傳動時對蝸輪的基本尺寸要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。 1) 傳動時的模數(shù)和壓力角 在蝸桿傳動時，要想保證蝸輪和蝸桿的配合傳動，就必須要保證蝸輪

50、和蝸桿的模數(shù)和壓力角都各自對應(yīng)相等，即 式（3.19） 式（3.20） 圖3.2蝸桿傳動示意圖 2） 蝸桿分度圓直徑 在蝸桿傳動中，為了保證蝸桿與渦輪的正確嚙合，常用語蝸桿具有相同尺寸的蝸桿滾刀來加工與其配對的蝸輪。為了限制蝸輪滾刀的數(shù)目和滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，對蝸桿進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算。利用一下公式進(jìn)行蝸桿直徑計(jì)算。 式（3.21） 3） 蝸桿頭數(shù)的設(shè)計(jì) 我國對于蝸桿頭數(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了規(guī)定，常用的蝸桿頭數(shù)為1、2、4

51、、6。這是由于蝸桿頭數(shù)的提高，可以提高傳動的效率，但是隨著蝸桿頭數(shù)的提高，對蝸桿的制造加工帶來了較大的困難，所以蝸桿頭數(shù)不宜過大或過小。 4） 導(dǎo)程角 蝸桿傳動時的導(dǎo)程角的計(jì)算，可以根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算 式（3.22） 5） 傳動比和齒數(shù)比 傳動比和齒數(shù)比的計(jì)算公式可以根據(jù)以下公式計(jì)算 式（3.23） 式（3.24） 在蝸桿為主動時 式（3.25） 6） 蝸輪齒

52、數(shù) 為了避免用蝸輪滾刀切制蝸輪時產(chǎn)生根切現(xiàn)象，理論上要保證,但是當(dāng)z<26時，將影響蝸輪傳動時的穩(wěn)定性，當(dāng)z>30時，可以始終保持兩對以上的齒嚙合，所以規(guī)定z要大于28。 7） 蝸輪傳動時的標(biāo)準(zhǔn)中心距 根據(jù)公式可以計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)中心距的具體數(shù)值 式（3.26） 2、蝸桿傳動時的幾何尺寸計(jì)算 在蝸桿傳動的幾何尺寸計(jì)算時，主要是根據(jù)以下幾個計(jì)算公式來計(jì)算普通圓柱蝸桿傳動基本幾何尺寸的計(jì)算關(guān)系。如下： 計(jì)算蝸桿傳動時中心距 式（3.27） 蝸輪變?yōu)橄禂?shù)

53、 式（3.28） 蝸桿分度圓直徑 式（3.29） 漸開線蝸桿基圓直徑 式（3.30） 3、普通圓柱蝸桿的傳動承載能力計(jì)算 1）蝸桿傳動的失效形式 與齒輪傳動時相類似，蝸桿傳動時有自己特定的失效形式。它的主要失效形式有點(diǎn)蝕、齒根折斷、齒面膠合和過度磨損等。由于材料和結(jié)構(gòu)上的原因，蝸桿的螺旋齒部分的強(qiáng)度高于蝸輪齒輪的強(qiáng)度，所以失效形式主要發(fā)生在蝸輪輪齒上。由于蝸桿與蝸輪齒面間有較大的相對滑動，從而增加了產(chǎn)生膠合和磨損失效的可能性，因此蝸桿傳動時，因齒面膠合而失效的可能性

54、比較大。因此，蝸桿傳動時的承載能力往往受到抗膠合能力的限制。 從上述蝸桿傳動時的失效形式可知，蝸桿、蝸輪的材料不僅需要具有足夠的強(qiáng)度，更需要具有良好的磨合和耐磨性。所以在蝸輪和蝸桿的設(shè)計(jì)制造中，對材料進(jìn)行淬火滲碳來提高表面硬度，增加耐磨性。而且對材料也要進(jìn)行精心選擇。 2）蝸桿傳動時的受力分析 蝸桿傳動時的受力分析與斜齒圓柱齒輪傳動時相類似。在進(jìn)行蝸桿傳動時的受力分析時，通常不考慮摩擦力的影響。 圖3—3為蝸桿傳動的受力分析 上圖所示的是優(yōu)選蝸桿為主動件，蝸桿螺旋面上的受力分析。設(shè)Fn為集中作用在節(jié)點(diǎn)P處的法向載荷，它作用于法向界面Pabc內(nèi)。Fn可以分解為三個相互垂直的分力，分

55、別為圓周力、徑向力、軸向力。 在確定各力的方向時，尤其需要注意軸向力方向的確定。因?yàn)檩S向力的方向是由螺旋線的旋向和蝸桿的轉(zhuǎn)向來決定的。由上圖所示，該蝸桿的旋向?yàn)橛倚?，蝸桿齒的右旋為工作面，故蝸桿所受的軸向力必然指向左端。如果蝸桿的旋向?yàn)樽笮瑒t蝸桿齒的左側(cè)為工作面，故此時的蝸桿軸向力指向右側(cè)。至于蝸桿所受圓周力的方向，總是與它的轉(zhuǎn)向相反，徑向力的方向總是指向軸心。 對各力的大小可以按照下列各式計(jì)算，各力的單位均為N。 式（3.31） 式（3.32）

56、 式（3.33） 式（3.34） 式中 T1、T2——分別為蝸桿即蝸輪上的公稱轉(zhuǎn)矩，單位N.mm d1、d2——分別為蝸桿及蝸輪的分度圓直徑，單位mm 4、蝸桿傳動強(qiáng)度計(jì)算 1）蝸桿齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得原始公式來源于赫茲公式。即 式（3.35） 式中 ——表示嚙合齒面上的法向載荷 ——表示接觸線總長 ——表示載荷系數(shù) ——表示材料的彈性影響系數(shù) 將上式的公式進(jìn)行換算化簡，得到蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式為

57、 式（3.36） 式中 K——表示載荷系數(shù)，。其中Ka為使用系數(shù)，Kβ為齒向載荷分布系數(shù)，Kv為動載荷系數(shù)。 2）蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 蝸輪輪齒因彎曲強(qiáng)度不足而失效的情況，多是發(fā)生在蝸輪齒數(shù)較多或開始傳動中。在計(jì)算蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時，通常把蝸輪近似的當(dāng)作斜齒圓柱齒輪來考慮，因此可以根據(jù)斜齒圓柱齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式來計(jì)算。下面介紹蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式 式（3.37） 上式中 b2——表示蝸輪輪齒弧長 ——表示法面模數(shù) ——表示齒根應(yīng)力矯正系數(shù) ——表示

58、彎曲疲勞強(qiáng)度的重合度系數(shù) ——表示螺旋角影響系數(shù) 將上式化簡得到蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式，即 式（3.38） 式中 ——表示蝸輪齒根彎曲應(yīng)力 ——表示蝸輪齒形系數(shù)，可以由蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)和蝸輪的變形系數(shù)查表得出 ——表示蝸輪的許用彎曲應(yīng)力 這一部分是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，是本次設(shè)計(jì)是否合理和整體結(jié)構(gòu)是否合理的關(guān)鍵。通過以上的設(shè)計(jì)計(jì)算，可任意計(jì)算出機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的零件結(jié)構(gòu)和整體結(jié)構(gòu)，還可以判斷出機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的行走能力和各個零件的使用能力和壽命。在本次設(shè)計(jì)過程中，就需要通過計(jì)算來判斷機(jī)器人零件設(shè)計(jì)的是否合理

59、，零件的設(shè)計(jì)方法是否符合國家的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，是否符合零件的使用條件和使用氛圍。 4 控制電路設(shè)計(jì)和選擇 4.1 控制電路的設(shè)計(jì) 在對于機(jī)器人行走的控制電路設(shè)計(jì)中，控制方案的設(shè)計(jì)有機(jī)器人的主要功能有關(guān)，也與機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)。機(jī)器人的控制電路主要是服務(wù)于機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，所以機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與機(jī)器人控制電路的設(shè)計(jì)息息相關(guān)，對機(jī)器人控制電路的設(shè)計(jì)有著至關(guān)重要的作用。在我國，對于機(jī)器人的控制電路設(shè)計(jì)只要是采用電氣控制技術(shù)和無線變成控制技術(shù)。這是因?yàn)殡姎饪刂萍夹g(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，在我國的這種控制技術(shù)已經(jīng)十分完善。而且到目前為止電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)

60、用十分廣泛，已成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的重要手段。對于無線編程控制系統(tǒng)來說，這樣的控制技術(shù)使得對機(jī)器人的控制更加完善，更加趨向于自動化。 在我們這次的機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于我們所學(xué)知識的有限性和對所學(xué)知識掌握的不徹底性，還有我們?nèi)狈C(jī)器人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，所以我們只能設(shè)計(jì)出機(jī)構(gòu)相對簡單的機(jī)器人，對于這樣的機(jī)器人的控制電路，建議采用簡單的設(shè)計(jì)方案。所以對于我們這一次的控制電路的設(shè)計(jì)，主要采用控制開關(guān)、變阻器等控制元件，利用他們的組合來組成機(jī)器人的控制電路。這次電路控制的設(shè)計(jì)方案如下所示 圖4.1 基本控制電路圖 上圖所示為機(jī)器人的控制電路圖，圖中的電動機(jī)都含有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停機(jī)三種自然狀態(tài)。這

61、種設(shè)計(jì)方案有許多的優(yōu)點(diǎn)，途中的每一個電動機(jī)都可以單獨(dú)的行動，任何一個電動機(jī)停止工作，并不影響整個電路的正常工作，保證了整個電路的獨(dú)立性和完整性，這是本次設(shè)計(jì)的第一個優(yōu)點(diǎn)。第二個優(yōu)點(diǎn)是本次設(shè)計(jì)中采用了中間斷開的雙向出點(diǎn)多級開關(guān)。這種開關(guān)的主要作用是為了避免電機(jī)的同時供電，采用這樣的開關(guān)，就只能是一種供電狀態(tài)，或者是正向電流提供電動機(jī)的電流輸送，或者是反向電流提供電動機(jī)的電流輸送。這樣就很好的避免了兩種電流同時供電的尷尬。 圖4.2 指示電路的控制電路 上圖所示的為在原來的基礎(chǔ)上又加了指示器，唯一的改變是在電動機(jī)上并聯(lián)了發(fā)光二極管，主要是利用二極管的單向?qū)щ娦院桶l(fā)光二極管的發(fā)光作用，來判斷

62、電動機(jī)的電流方向。這種電路的好處是不用再刻意的判斷電動機(jī)的電流方向，可以再實(shí)際工作中直接看出電動機(jī)的流向。 4.2 電路開關(guān)的選用 對于整個電路控制設(shè)計(jì)來說，電路開關(guān)的設(shè)計(jì)顯得不是那么重要，只是對整個電路的電流方向和通斷進(jìn)行控制。但是對于實(shí)際的操作中，開關(guān)起到至關(guān)重要的作用。有時一個電路開關(guān)的選擇錯誤，可能會導(dǎo)致整個機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的癱瘓，或者導(dǎo)致整個機(jī)器人因電流的原因而燒壞，更有甚者會危及我們的生命健康。由此可以看出，機(jī)器人電路開關(guān)的選擇，也是控制電路設(shè)計(jì)的不可或缺的一部分。 對于一個電路開關(guān)的選用，一定要根據(jù)開關(guān)自身的特性來選擇。電路開關(guān)自身的性質(zhì)，決定著電路開關(guān)在電路中起到了什么樣

63、的作用，例如中間斷開的雙向觸點(diǎn)多極開關(guān)的自身特性，決定著這種開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)只有一種方向的電流走向。另外在電路開關(guān)的選擇中，還要考慮開關(guān)的安裝性。例如即使一種電路開關(guān)符合設(shè)計(jì)電路總線的電流走向，但是在實(shí)際中電路開關(guān)不能再實(shí)際中進(jìn)行安裝，或者安裝的穩(wěn)定性降低，這樣就會造成安全隱患，這種電路開關(guān)在電路設(shè)計(jì)中也不能使用。所以，實(shí)際的電路開關(guān)在設(shè)計(jì)中藥考慮多方面的因素。在本次設(shè)計(jì)中對電路開關(guān)的選擇是總開關(guān)選用XN-19的型號，變阻器的型號選用SA-198型的變阻器。 4.3 控制器的設(shè)計(jì) 在機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，控制器的設(shè)計(jì)也是整體設(shè)計(jì)的一個重要組成部分。例如對接觸器、繼電器和低壓開關(guān)電器的選擇，它

64、們在整個電路中的作用，決定著繼電器的設(shè)計(jì)在整個電路設(shè)計(jì)中的地位。所以在繼電器的設(shè)計(jì)中，也要根據(jù)實(shí)際情況具體的選擇出于設(shè)計(jì)內(nèi)容相關(guān)的控制器。 例如，對于接觸器的選擇可以根據(jù)接觸器所適用的電流環(huán)境，將接觸器認(rèn)為直流接觸器和交流接觸器，還可以根據(jù)接觸器的相關(guān)技術(shù)參數(shù)對接觸器進(jìn)行選擇，其中主要包括接觸器的極數(shù)、電流種類、額定功率、額定工作電流、線圈額定電壓等。對于繼電器的選擇也可以根據(jù)相似的選擇依據(jù)來原則繼電器的種類。 結(jié)論 在這次探測機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我收獲到了許多的新鮮東西，也積累

65、了一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。在這次設(shè)計(jì)過程中，主要解決了一下的幾個問題，并到了一定的成果。 1、在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)開始之前，我查閱了大量的書籍，對探測機(jī)器人的發(fā)展程度和我國探測機(jī)器人的發(fā)展水平與機(jī)器人發(fā)展發(fā)達(dá)的國家之間的差距，尋找出我國機(jī)器人設(shè)計(jì)制造行業(yè)的弱點(diǎn)。因?yàn)檫@次是第一次設(shè)計(jì)關(guān)于機(jī)器人行業(yè)的有關(guān)設(shè)計(jì)，所以本次設(shè)計(jì)就盡量回避我國設(shè)計(jì)上的弱點(diǎn)，為更好地設(shè)計(jì)出完美的產(chǎn)品做提前的準(zhǔn)備。 2、設(shè)計(jì)過程中，考慮到探測機(jī)器人的工作環(huán)境一般都是在未知領(lǐng)域，存在一定的隱患，這樣就需要設(shè)計(jì)出行走結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的行走方案。考慮到以往機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，選擇出履帶式的行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。在這里，通過對各種行走方式的比較，讓我更

66、加了解了機(jī)器人各種行走機(jī)構(gòu)自己獨(dú)特的特點(diǎn)。 3、在對機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)上的分析計(jì)算時，我參考了學(xué)校里發(fā)的西北工業(yè)大學(xué)編著的機(jī)械設(shè)計(jì)書，借鑒了書本中第十章齒輪傳動、第十一章蝸桿傳動的內(nèi)容。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，齒輪傳動和蝸桿傳動中的基本尺寸、強(qiáng)度計(jì)算、強(qiáng)度校核等方面的設(shè)計(jì)都是在參考了機(jī)械設(shè)計(jì)書上的內(nèi)容完成的，具有十分高的可靠性。另外，在參考機(jī)械設(shè)計(jì)課本時，有另外復(fù)習(xí)了一遍機(jī)械設(shè)計(jì)，將里面的知識又得到了進(jìn)一步的深入研究，對以前一些不太了解或者理解不清楚的內(nèi)容又有了進(jìn)一步的理解。特別是對于齒輪、蝸輪傳動時的受力分析和各種疲勞強(qiáng)度計(jì)算得公式的理解，以前的我只是單純的記住了各個公式的計(jì)算方法，并不知道公式的由來在，這次設(shè)計(jì)過程中認(rèn)真探索了公式的由來和推導(dǎo)。這是在本次設(shè)計(jì)中的有一個收獲。 在這次的設(shè)計(jì)過程中，唯一的創(chuàng)新性論點(diǎn)就是在對于探測機(jī)器人的智能控制上。對于機(jī)器人的控制設(shè)計(jì)一般是采用無線編程控制。而這次的控制設(shè)計(jì)是在無線編程控制的基礎(chǔ)上，又增加了電氣控制和PLC上面的內(nèi)容，雖然增加的內(nèi)容不多，但在理論研究上是一個創(chuàng)新型進(jìn)步。 通過這次的設(shè)計(jì)研究，我對于機(jī)器人行業(yè)有了新的認(rèn)識，對于機(jī)器人的設(shè)計(jì)不再