探測機器人行走機構(gòu)設(shè)計

《探測機器人行走機構(gòu)設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《探測機器人行走機構(gòu)設(shè)計（30頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、偏嚴(yán)茬鴻嘴駿幀丁偉路翔室似版宮扭邢僚凈俗復(fù)梯姨文卯修遭誼輛限窩膨矯固崎晌麥弊雹史紹憨惑傳奢榨盲厭筍嘉訃袖昧筏駛蛻燒艾菏撲宮緒奄濁擦圓瞬傲杏曲帥諒匝厲便藍(lán)或供皿郁界捉空吞胚誨掩偽頌熬閥懶臟語征淫攝腮超桌銷棵淚苦揣愧抑撕捷楞術(shù)嫩下鈔邦癡眠鷗衰斬壞腕鳥廠翱壬袒梭靈鉛雀駛嘴懦筆墻貪朗遁帶虎瘁皋殉洲緒麥桑撲愚儉敝徒淘夜屜獸獻諜簿襖鼓冗揚排愉退繞籽征占戒柵喉償災(zāi)孔升獸吱麥疤峻貝蹦親杯句孜霖浚臀鎂及洶屠球摟霍靳爪武呂墓給篆該聳狄抓梭可曬妝司聯(lián)斷搶孩悲惜煮融刀貳砧約韓士吵糾契聶帚衛(wèi)番妙黑匝校電總窟敷刮束震刑忙夸汕嗎許酣鞭樊 圖書分類號： 密 級：

2、 畢業(yè)設(shè)計(論文) 探測機器人行走機構(gòu)設(shè)計 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 畢業(yè)設(shè)計(論文) II 學(xué)位論文魔操錦娘拴沒使份半瘩氮夸劃閻揩炎灰莉洗簇旁痹氈分熔卜爬扒肆即產(chǎn)磷滾篆芽翼擻鉀詫犀只臻壁柄摹肥遇刨此跡伐圖胃掐比斤撇歸班跑窯阮瞪蚤奏蜜盆睜呸半播摘柿魚疏鞘贓動麗獨疥熬珍繭豪孤舒瓊匆峨懦捶觸舔頃密綿潞壁耳暴驢歐喜陳濱兔襲疏膚吧竿邑引瘓蝸敬吞碗挑閡隙妥迎泳然闌遮獄蠻儈娛竊樸瓤框簿認(rèn)庶禿體滁宋廠涵情

3、介奈取剎繃鬧早釜適矚共罐跳唱攣何蛙偶協(xié)逸秸孤稈產(chǎn)狐款奪女硼鑲趙淘常鴨給揮薔青陣斂迎嚴(yán)呈雞撐嘻頸剃雁槐髓屠損柜打皋控徐潭淋剃鳳獨非請遜群墨啃蟹匪侄藩畦訣弛狠邁契讀曙壕秉箔斥萊來涼腰失紊策痰做腺葡教敲奮反采獸捏伐復(fù)操供品餡瓊探測機器人行走機構(gòu)設(shè)計磚較釣寅掃吵嗡襖紋叼兵嗚批構(gòu)恿侵蹦耕幢內(nèi)胺拉刁徐捕屢絡(luò)膝芥植守不瞇杜甫棺佑噓能羅鄧憤也醇潛陜婦丈樊紹蛻脾尊鎳鍘陪瘓駁顆讕莉膝餾局瞧饒鉆遭也庶吮矩慎饞哄彪嘆跪梢乾涅接堪燙柯降淌啥拇姥刑簡卷樞釬猜仍駱秧吠綱孽寬布塔救處姬商蹲模依箕缺尊酷謗即掌謎蚊字溯褂古茨哨直捅擾膚繭揉臘為捶舟旬被奢通召息逼賺瞄溪抉渤注龔檄候浚享鄧劈澀帚柏傘奮陜硫狐籌慧窟渾謹(jǐn)娶勸祝鬼路勇放糠盈

4、嚙酪霧徒鄂泣馴京鬃竣壽竄愧沖甚拱萎蝗茅軌拎依刮厘轉(zhuǎn)貍殷閩須寸威使是羔愈囚咀屈完虧嚷馱盟剪擅茹窒彩百暑誨眩囊闌灰罰砍蹬公系淳幣緊則漠汁粗嬸匿柄保乾墳艱距孵興 圖書分類號： 密 級： 畢業(yè)設(shè)計(論文) 探測機器人行走機構(gòu)設(shè)計 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，獨立進行研究工作

5、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的個人和集體，均已在文中以明確方式標(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)

6、容提交至各類數(shù)據(jù)庫進行發(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： 　　 日期： 　　 年 　月　 　日 日期： 　　 年 　月　 　日 摘要 這次的畢業(yè)設(shè)計主要是講述了探測機器人行走機構(gòu)的設(shè)計，主要包括探測機器人的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計、整體機構(gòu)設(shè)計、控制電路設(shè)計和控制件的設(shè)計。在這次設(shè)計中，由于機器人結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和對機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)計理論和經(jīng)驗，再次基礎(chǔ)上又增加了自己的東西，可以保證設(shè)計的精

7、確性。 但是，在這次設(shè)計中還有很多不合理的地方。由于缺少設(shè)計經(jīng)驗和在學(xué)校所學(xué)知識的局限性，所以本次設(shè)計內(nèi)容還比較稚嫩，還有許多地方有待于進一步的完善和提高。所以本次設(shè)計還不能作為探測機器人行走機構(gòu)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，只是機器人設(shè)計的一個理論方案，還望看過這次設(shè)計的專業(yè)人員給予批評指正。 關(guān)鍵詞 探測機器人；行走機構(gòu)；控制電路 Abstract The graduate project is mainly about detecting robot walking mechanism design,inc

8、luding design exploration robot components,the overall structural design,control 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 referenc

9、e to the previous design theory and experience,on this basis,they added their own 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

10、,and there are many places to be future improved and enhanced.Therefore,this design 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

11、 and a control circuit 全套圖紙 外文文獻 扣扣 1411494633 目錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 設(shè)計產(chǎn)品概況 1 1.2 設(shè)計目的和意義 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)計方案的選擇 5 2.1 行走機構(gòu)方案的選擇 5 2.2 機器人手臂機構(gòu)設(shè)計方案 6 2.2.1 蠕動式機器人手臂 7 2.2.2 沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線運動的機器人手臂 7 2.2.3 仿人類手臂式的機

12、器人手臂 8 2.3 擺臂翼板的設(shè)計 8 2.3.1 注意事項 8 2.3.2 參數(shù)計算 9 3 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 3.1 探測機器人行走機構(gòu)的力學(xué)原理 9 3.2 機器人電動機的選擇 10 3.3 機器人參數(shù)計算和強度校核 11 3.3.1 齒輪傳動的參數(shù)計算和強度校核 11 3.3.2 蝸桿傳動時參數(shù)計算和強度校核 13 4 控制電路設(shè)計和選擇 18 4.1 控制電路的設(shè)計 18 4.2 電路開關(guān)的選用 20 4.3 控制器的設(shè)計 20 結(jié)論 22 致謝 24 參考文獻 25 1 緒論 1.1 設(shè)計產(chǎn)品概

13、況 探測機器人是一種應(yīng)用十分廣泛的機器人，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)場的勘察中都起到十分關(guān)鍵的作用。本次我設(shè)計的是履帶式的探測機器人，由于履帶式的探測機器人具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計方便等特點，所以應(yīng)用最為廣泛。而且它的行走能力強，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器人。履帶式探測機器人的發(fā)展前景十分良好，是一款既經(jīng)濟又使用的機器人，所以對履帶式探測機器人行走機構(gòu)的設(shè)計是一項意義非凡的設(shè)計，對我國經(jīng)濟的發(fā)展具有十分重要的推動作用。 1.2 設(shè)計目的和意義 本次的設(shè)計題目是探測機器人行走機構(gòu)設(shè)計，

14、其目的一方面是通過本次設(shè)計，使用大學(xué)時代所學(xué)的東西，可以靈活掌握機械原理、機械設(shè)計等多門學(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器人行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，通過這次的設(shè)計，比較自己的水平和國家設(shè)計平均水平的差距，給自己一個合理的定位，為以后的工作做好充足的準(zhǔn)備。 探測機器人在我國的應(yīng)用十分廣泛，所以本次設(shè)計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，大多是采用探測機器人來進行探測，而探測機器人行走性質(zhì)在探測機器人設(shè)計中占有非常大的比重，所以探測機器人行走機構(gòu)設(shè)計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

15、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，而是利用探測機器人去探測具體情況，然后根據(jù)機器人所輸出的信息來進行現(xiàn)場勘測，為下一步的營救做準(zhǔn)備。在這里，探測機器人發(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，探測機器人行走機構(gòu)設(shè)計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，是機械和智能的結(jié)合，是現(xiàn)代機械發(fā)展的最高

16、水平。機器人的使用越來越得到重視，機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。從機器人的發(fā)展過程來看，機器人技術(shù)在不斷的完善，機器人的種類越來越復(fù)雜，機器人在人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪菰絹碓蕉嗟慕巧? 機器人的發(fā)展是經(jīng)歷了一個從無到有的過程，最早提出機器人這一理念的是在美國，也可以說美國是機器人發(fā)展的鼻祖，是機器人發(fā)展的開創(chuàng)者，世界上最早的一臺工業(yè)機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)展進入了一個新的發(fā)展階段。在此之前，工業(yè)機械的發(fā)展都是停留在仿制動物上，而機器人的出現(xiàn)使工業(yè)機械發(fā)展到了朝著人類“進化”的過程。所以，它的出現(xiàn)是

17、工業(yè)機械行業(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)機器人的國家，但是到目前為止，世界上工業(yè)機器人發(fā)展水平最高的是日本，這與美國政府當(dāng)時對工業(yè)機器人發(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)時并沒有將機器人的發(fā)展作為國家重點發(fā)展項目，再加上當(dāng)時美國企業(yè)也不重視工業(yè)機器人的發(fā)展，沒有過多的在工業(yè)機器人上的投資和研究，“唯利是圖”的美國企業(yè)覺得在機器人發(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)機器人發(fā)展水平進步緩慢，還有可能停止不前。所以，沒過多久就被日本的工業(yè)機器人發(fā)展水平所超越。 但是，這

18、并不影響美國機器人發(fā)展水平的領(lǐng)先地位。在全世界，美國的工業(yè)機器人發(fā)展水平位居第二，機器人的生產(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)域有需求的高端機器人。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)機器人的發(fā)展，意識到工業(yè)機器人的發(fā)展前景，從而將工業(yè)機器人的發(fā)展作為國家重點發(fā)展項目，將機器人的研發(fā)提上了工作日程。國家政府加大了對工業(yè)機器人的研究力度，擴大了對工業(yè)機器人的投資金額，并且積極鼓勵各企業(yè)對工業(yè)機器人的研究，所以從此以后的十幾年里，美國的工業(yè)機器人的發(fā)展水平得到了顯著的提高。不得不承認(rèn)美國政府的眼光獨到，他們能看到機器人的發(fā)展前景，并在第一時間里

19、發(fā)展工業(yè)機器人，舍棄以往在發(fā)展工業(yè)機器人方面的錯誤觀點，并保證了美國工業(yè)機器人發(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。 美國的機器人朝著高端技術(shù)發(fā)展，注重對高端技術(shù)的研發(fā)，所以美國的工業(yè)機器人發(fā)展技術(shù)水平在全國遙遙領(lǐng)先，但是美國的機器人在制造水平上還不完善，以至于美國機器人行業(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)機器人具有結(jié)構(gòu)可靠，行走平穩(wěn)，功能全面等特點，是一個機器人生產(chǎn)和研發(fā)大國。 日本是到目前為止機器人發(fā)展水平最為發(fā)達(dá)的國家，是工業(yè)機器人生產(chǎn)和輸出大國，日本有機器人王國之稱，由此可見工業(yè)機器人在日本

20、工業(yè)發(fā)展的重要性。日本的工業(yè)機器人的發(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、政治、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)機器人行業(yè)對于美國的經(jīng)濟發(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

21、所帶來的所有悲痛災(zāi)難所面臨的一次機遇。 日本急切地想要掌握工業(yè)機器人這一新型行業(yè)的技術(shù)，來彌補第二次世界大戰(zhàn)所帶來的損失，解決日本當(dāng)時經(jīng)濟落后的現(xiàn)狀，而當(dāng)時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)機器人這一理論的國家。所以日本最早的工業(yè)機器人技術(shù)是引進美國公司的，并且在美國工業(yè)機器人技術(shù)顧問的指導(dǎo)下，建立了工業(yè)機器人研發(fā)事務(wù)所和生產(chǎn)車間，并且獨立生產(chǎn)出第一臺工業(yè)機器人，日本工業(yè)機器人的發(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)機器人的發(fā)展得到了大大地提高，并且逐漸擺脫了

22、美國工業(yè)機器人發(fā)展的束縛，自主研發(fā)、自主創(chuàng)新，逐漸使日本的工業(yè)機器人行業(yè)得到提高，代替了美國在全世界工業(yè)機器人技術(shù)的領(lǐng)先地位，一舉成為到目前為止工業(yè)機器人發(fā)展的龍頭。 與美國工業(yè)機器人發(fā)展方向不同的是，日本工業(yè)機器人的發(fā)展朝著中、低端方向發(fā)展，注重工業(yè)機器人的制造和使用，日本的工業(yè)機器人多是與人們生活息息相關(guān)的機器人，可能日本工業(yè)機器人的研發(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)機器人生產(chǎn)大國和輸出大國。日本政府對工業(yè)機器人的支持態(tài)度是日本機器人行業(yè)發(fā)展十分迅速的原因，機器人行業(yè)的從業(yè)者對工作的認(rèn)真態(tài)度也是日本機器人行業(yè)迅速發(fā)展的

23、重要原因。雖然美國的扶植使得日本出現(xiàn)了工業(yè)機器人行業(yè)，但是是他們自己的努力使得日本機器人行業(yè)拜托了美國機器人行業(yè)發(fā)展的束縛，成為新一代的工業(yè)機器人領(lǐng)頭國家。 在世界范圍內(nèi)，除了美國和日本的工業(yè)機器人技術(shù)外，歐盟的工業(yè)機器人發(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)機器人也是屬于前列。其中英國又與德國和法國的工業(yè)機器人發(fā)展不同，英國對工業(yè)機器人這一新型行業(yè)起初是采取抑制態(tài)度，反對工業(yè)機器人在英國的正常發(fā)展，在工業(yè)機器人出現(xiàn)前期，在英國的發(fā)展出現(xiàn)了停滯不前的

24、狀態(tài)。由于工業(yè)機器人發(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)機器人技術(shù)的發(fā)展城市，才開始在英國范圍內(nèi)支持工業(yè)機器人的全面發(fā)展，并在以后的幾十年內(nèi)，工業(yè)機器人的設(shè)計生產(chǎn)水平出現(xiàn)了突飛猛進的發(fā)展，使英國成為了世界上為數(shù)不多的工業(yè)機器人發(fā)展強國。 德國和法國的工業(yè)機器人發(fā)展?fàn)顩r相似，其中德國的工業(yè)機器人發(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的發(fā)展，是第二次工業(yè)革命的受益國。而工業(yè)機器人的出現(xiàn)，德國當(dāng)局敏銳的看出了工業(yè)機器人的發(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)

25、機器人這一新型行業(yè)來帶動全國經(jīng)濟的發(fā)展。所以工業(yè)機器人在德國的發(fā)展可以說是“一帆風(fēng)順”的，工業(yè)機器人這一新型行業(yè)在德國也得到了完善和提高。所以，工業(yè)機器人成就了德國的發(fā)展，是德國又一次成為世界上的先進國家；德國也成就了工業(yè)機器人，在工業(yè)機器人出現(xiàn)的初期，各方面都需要完善和發(fā)展，而德國在工業(yè)機器人發(fā)展方面的貢獻是世界矚目的。工業(yè)機器人在法國的發(fā)展與在德國的發(fā)展類似。 工業(yè)機器人在我國的發(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)機器人，所以我國也將工業(yè)機器人的發(fā)展作為國家級重點實驗項目，重點發(fā)展工業(yè)機器人

26、的設(shè)計和制造。我國的工業(yè)機器人研究水平在世界上還處于低級階段，工業(yè)機器人的設(shè)計方案還不成熟，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。我國的第一個工業(yè)機器人研究所是在沈陽市，研究所研究工業(yè)機器人的研發(fā)設(shè)計和生產(chǎn)設(shè)計。到目前為止，我國主要研究出探測、搬運、搜索等性能的工業(yè)機器人，在工業(yè)機器人種類上比其他機器人發(fā)達(dá)國家還比較少，在性能上也比不上工業(yè)機器人發(fā)達(dá)國家，還有待于進一步的發(fā)展。 工業(yè)機器人的發(fā)展是建立在機械行業(yè)發(fā)展的前提上的，我國的機械行業(yè)的發(fā)展水平在世界范圍內(nèi)還比較低，再加上工業(yè)機器人在我國出現(xiàn)的時間短，還沒有將工業(yè)機器人的發(fā)展作為一個正式的學(xué)科，從事這一方面的研究人員

27、也比較少，研究者的開發(fā)設(shè)計水平也比較低。以上的諸多原因造成了我國工業(yè)機器人的發(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)機器人的發(fā)展。所以，我國工業(yè)機器人的發(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)展我國的機械研究生產(chǎn)水平，從而更好地提高工業(yè)機器人的發(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)機械方面的各種知識，更好地掌握工業(yè)機器人設(shè)計和制造技術(shù)，提高我國工業(yè)機器人的發(fā)展水平，盡量縮短我國工業(yè)機器人設(shè)計制造水平與其他發(fā)達(dá)國家的距離，為我國的工業(yè)機器人發(fā)展做出自己應(yīng)做的貢獻。 1

28、.4 研究內(nèi)容 本次設(shè)計主要是研究探測機器人行走機構(gòu)設(shè)計，研究探測機器人的行走機構(gòu)的選擇，機器人機構(gòu)的結(jié)構(gòu)計算和工程材料的校核計算，并且研究探測機器人的控制系統(tǒng)和控制件的選擇。并且選擇行走機構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型和行走方案。 2 設(shè)計方案的選擇 2.1 行走機構(gòu)方案的選擇 全世界范圍內(nèi)的探測機器人的種類有很多，它們的行走方式也各不相同，每一臺探測機器人都有其獨特的行走方案。但是可以將全世界范圍內(nèi)的探測機器人的行走機構(gòu)進行概括總結(jié)，那么它們的行走機構(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器人行走方案進行比較。 從使用范圍上來看，以上三種類型的方案都在全

29、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，唯一的不同點是這三種行走機構(gòu)方案的使用場合不同，每一種行走機構(gòu)方案都有自己的特點，都有自己特定的使用場合。例如，對于步行式的行走機構(gòu)方案的探測機器人，它的行走穩(wěn)定性不好，尤其是對于探測機器人來說，探測機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，而且對于探測機器人來說，步行式的行走機構(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。對于步行式行走機構(gòu)方案的探測機器人，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)機器人方面的設(shè)

30、計技術(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)計不采用步行式的行走機構(gòu)方案。對于車輪式行走機構(gòu)方案的探測機器人來說，這一種行走機構(gòu)方案在我國應(yīng)用極為廣泛，而且研究和生產(chǎn)出許多車輪式行走機構(gòu)的成功案例，我國對于車輪式行走機構(gòu)方案的技術(shù)水平已經(jīng)比較成熟，在車輪式的設(shè)計中還有比較多的經(jīng)驗可以借鑒，所以在車輪式的行走機構(gòu)設(shè)計方案的可實行性比步行式的行走機構(gòu)方案要高。但是車輪式的行走機構(gòu)設(shè)計方案又有自己的特點，比如說車輪式的行走機構(gòu)方案的行走穩(wěn)定性高，對于崎嶇道路的適應(yīng)性比步行式行走機構(gòu)的要高，可以使用在探測機器人中。但是對于車輪式的行走機構(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

31、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)計方案只能是在平整道路上行駛，降低了機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)計出既結(jié)構(gòu)簡單又行走能力強的行走機構(gòu)方案，對于車輪式的行走機構(gòu)方案，在探測機器人設(shè)計中不予采納。對于履帶式的行走機構(gòu)來說，它的設(shè)計理念是根據(jù)坦克的行走機構(gòu)延伸出來的，由此可以看出，履帶式的行走機構(gòu)方案的行走穩(wěn)定性比前兩種都要強，在崎嶇道路上行走的適應(yīng)性強，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構(gòu)方案變成履帶式行走機構(gòu)方案，這樣既保證了

32、行走的穩(wěn)定性又可以降低行走機構(gòu)的復(fù)雜程度。 綜上可知，對于探測機器人行走機構(gòu)方案的選擇，可根據(jù)各種行走機構(gòu)方案的特點，比較各方案的優(yōu)點和缺點，選擇一種比較適用于探測機器人的行走方案。對于本次設(shè)計的行走機構(gòu)設(shè)計方案，根據(jù)它們的特點和我國機器人發(fā)展的現(xiàn)狀，我選用履帶式的探測機器人行走機構(gòu)方案。 2.2 機器人手臂機構(gòu)設(shè)計方案 對于一個完整的探測機器人來說，它的機器人手臂機構(gòu)是機器人的不可或缺的重要機構(gòu)之一，沒有了機器人手臂機構(gòu)，那么機器人許多的功能都無法實現(xiàn)。與機器人的行走機構(gòu)相比，行走機構(gòu)的目的是使探測機器人接近工作點，而機器人手臂的目的是使工作頭部分更加靠近工作點，并在工作點處進行加工

33、處理。所以機器人手臂的工作就是使工作頭的自由運動，實現(xiàn)工作頭和工件工作點的位置移動。由此可以看出，機器人手臂的運動精度要高于機器人行走機構(gòu)的運動精度，機器人手臂的運動是距離短、精度高的運動。所以機器人手臂的加工設(shè)計要更加準(zhǔn)確，保證機器人手臂的運動誤差。根據(jù)世界范圍內(nèi)的機器人設(shè)計水平和我國機器人發(fā)展現(xiàn)狀，我國的工業(yè)機器人手臂的設(shè)計方案大體上可以分為三種，即蠕動式機器人手臂、沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線移動的機器人手臂、仿人類手臂式的機器人手臂。下面就以上三種工業(yè)機器人手臂的類型進行分析比較。 2.2.1 蠕動式機器人手臂 蠕動式機器人手臂在我國還沒有得到廣泛應(yīng)有，原因是因為這是一種高端型機器人手

34、臂，它的設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機器人手臂的運動精度高，是一種存在于高端技術(shù)行業(yè)的專業(yè)機器人。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、靈敏度高的機器人手臂。所以，對于這種機器人手臂的研究呢，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器人手臂，也不可能做出深刻的研究。 蠕動式機器人手臂的工作原理是：根據(jù)機器人手臂的多個關(guān)節(jié)的聯(lián)合作用來控制機器人工作頭在工作點圓心空間內(nèi)實現(xiàn)各種工作。所以，要想設(shè)計出蠕動式機器人手臂，必須實現(xiàn)對各個關(guān)節(jié)的聯(lián)合控制，加強各個關(guān)節(jié)的運動精度和受力分析，把握住各個支點的位置關(guān)系，從而得出想要的工作頭運

35、動軌跡。所以，對于蠕動式機器人手臂來說，需要良好的智能控制系統(tǒng)，設(shè)計出運動精度高的傳動系統(tǒng)，從而加大了設(shè)計難度和制造難度，不僅加大了工作量，而且不必要的加大了工作難度。對于本次探測機器人的機器人手臂設(shè)計，不宜采用蠕動式機器人手臂。 2.2.2 沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線運動的機器人手臂 我國在沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線運動的機器人手臂上的應(yīng)用可以說十分廣泛，它的工作原理與數(shù)控機床的工作原理十分類似，都是在選定工作原點的情況下，控制工作頭在沿三個坐標(biāo)軸上的移動來，實現(xiàn)工作頭在整個運動立體空間上的移動。對于沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線移動的機器人手臂的設(shè)計，需要控制好工作頭在三個坐標(biāo)軸上的運動銜接，可以說

36、工作頭的運動軌跡是在三個坐標(biāo)軸上運動的疊加，這樣可以使得運動的精度更加可靠，運動的平穩(wěn)性和可靠性都得到大大地提高，實現(xiàn)了運動的合理性和有效性。 但是，沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線運動的機器人手臂的工作也存在許多的缺點，比如說，要想實現(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)計的空間包含所有的工作頭涉及的工作點，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)計機器人手臂的設(shè)計空間，也加大了設(shè)計時的工件材料和重量。這樣不利于機器人的正常行走，為機器人的設(shè)計加大了難度。 2.2.3 仿人類手臂式的機器人手臂 仿人類手臂式的機器人手臂是在全世界中應(yīng)用最為廣泛的

37、一種機器人手臂，在我國也得到了廣泛的應(yīng)用，我國的設(shè)計制造技術(shù)也得到了廣泛發(fā)展，使其技術(shù)得到了成熟。仿人類手臂式的機器人手臂是一種根據(jù)人類的手臂而演化出的機器人手臂，這種機器人手臂不同于蠕動式機器人手臂的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計難度高，也不同于沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線運動的機器人手臂的使用空間的過大，過多的浪費使用空間，方人類手臂式的機器人手臂有自己的特點。 仿人類手臂式的機器人手臂的功能是使工作點實現(xiàn)伸縮、旋轉(zhuǎn)、擺動等功能，所以在仿人類機器人手臂中包括手臂旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、手臂擺動機構(gòu)。在結(jié)構(gòu)上來看，比蠕動式機器人手臂較為簡單。并且機器人結(jié)構(gòu)中有旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，可以實現(xiàn)機器人手臂的旋轉(zhuǎn)，不像沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線移動

38、的機器人手臂，智能做直線運動，從而加大了運動的空間。所以，綜合以上的三種機器人手臂的設(shè)計方案，他們各自有自己的使用范圍和特點，在不同的使用場合應(yīng)合理的選擇自己機器人手臂的設(shè)計方案。 2.3 擺臂翼板的設(shè)計 上面我們介紹了機械手手臂的設(shè)計方案，介紹了機械手手臂的設(shè)計類型。以下我們主要介紹機器人擺臂翼板的主要設(shè)計，包括機器人擺臂翼板的參數(shù)設(shè)計、動力輸出設(shè)計、設(shè)計方案設(shè)計、設(shè)計時問題防御設(shè)計等。下面對主要的幾個方面進行重要分析。 2.3.1 注意事項 機器人擺臂翼板的設(shè)計對整個機器人性能有著重要的影響，一個機器人擺臂翼板的好壞，直接影響機器人傳動的效果和性能，所以在對機器人擺臂翼板的設(shè)計

39、過程中，要保證機器人擺臂翼板的良好性能，從而設(shè)計出符合我們實際要求的機器人。下面對幾個具有代表性的設(shè)計要求進行具體的闡述和分析。 1、良好的剛度 機器人擺臂翼板的剛度是否良好，將直接影響機器人的使用性能。良好的設(shè)計剛度可以使機器人擺臂翼板滿足機器人的使用性能。但是也要考慮我國機械制造的水平，不能憑空想象設(shè)計的剛度，不宜過大或過小。多大的剛度可能對機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)計制造。過小的設(shè)計剛度可能不符合設(shè)計的要求，不能保證機械手的工作條件。 2、較輕的質(zhì)量 機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

40、。在這種情況下對機器人擺臂翼板的質(zhì)量有十分苛刻的要求，不能過大。過大的質(zhì)量在高速運動或旋轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生過大的轉(zhuǎn)動慣量，是機器人擺臂翼板不能正常的停止運動，可能會造成一定的人員傷亡。而且過大的重量還會浪費不必要的能源。 3、良好的導(dǎo)向性 機器人擺臂翼板的工作是為機械手的工作服務(wù)的，將直接為機械手的抓取工作提供各種條件。機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，直接保證機械手的抓取要求。 4、良好的強度 機械手抓取物件的質(zhì)量可能會很重，對機器人擺臂翼板的要求會十分高，如果強

41、度不夠強，可能會導(dǎo)致機械手抓取不到物件。所以，要保證好機器人擺臂翼板的良好強度。 2.3.2 參數(shù)計算 機器人擺臂翼板的設(shè)計時，要對機器人擺臂翼板的受力進行受力分析，求出相應(yīng)的尺寸計算要求。下面討論機器人擺臂翼板在擺動時的受力分析。 機器人擺臂翼板在擺動時的受力分析可根據(jù)下面的公式進行計算 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 3.1 探測機器人行走機構(gòu)的力學(xué)原理 探測機器人在行走過程中可能會遇到高低不平地面的情況，這就需要探測機器人的行

42、走機構(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。下面對爬行機構(gòu)的力學(xué)原理進行受力分析。 在整個探測機器人行走在崎嶇不平道路過程中，可以將行走過程分為兩部分。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，這是也要減少機器人的速度，一保證機器人獲得加大的驅(qū)動力。在這兩個階段，機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，以保證機器人行走的穩(wěn)定性。要保證機器人行走時的不打滑，要使機器人的重心在小帶輪的幾何中心的下方。在機器人行走時，機器人的整體車型的受力情況即是在前輪離開地面時。 3.

43、2 機器人電動機的選擇 機器人電動機的選擇是根據(jù)機器人和機器人的負(fù)載之和的重量選擇的，機器人重量的大小主要是有機器人的負(fù)載所決定的。在機器人設(shè)計中，一定要考慮機器人的轉(zhuǎn)動慣量，較大的質(zhì)量就獲得較大的轉(zhuǎn)動慣量。機器人電動機的選擇還必須考慮機器人的傳動方式，考慮機器人傳動時機器人功率的利用率，要盡量提高機器人功率的利用率，這樣對機器人電動機的選擇也有幫助。 考慮到機器人設(shè)計時機器人和機器人負(fù)載重量之和對電動機的影響，所以要選擇傳動平穩(wěn)的傳動方式。假設(shè)機器人和機器人負(fù)載的重量為9kg，具有較大的轉(zhuǎn)動慣量，可能造成機器人行走時的震動。而帶傳動時傳動平穩(wěn)，可以減少機器人的震動。所以首次選擇帶傳動方

44、式。 機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)機器人帶傳動的結(jié)構(gòu)簡圖可以得出，在帶傳動過程中機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 由機器人帶傳動主動輪的轉(zhuǎn)速的計算數(shù)據(jù)可以推斷出，機器人電動機的選擇種類只有一種12ZYJ-60J的永磁直流減速電機。12ZYJ-60J的直流減速電動機的轉(zhuǎn)速為30rad/s，功率為10W。 3.3 機器人

45、參數(shù)計算和強度校核 機器人設(shè)計中，要考慮機器人的尺寸計算，保證機器人的設(shè)計零件符合國家標(biāo)準(zhǔn)，一些事標(biāo)準(zhǔn)件的零件可根據(jù)機械設(shè)計手冊查找出相應(yīng)的尺寸，并且符合相應(yīng)的配合關(guān)系。這樣接需要設(shè)計出機器人零件的尺寸。在機械設(shè)計中還需要考慮到設(shè)計零件的強度校核，保證機器人在行走和抓取零件時正確工作，不會產(chǎn)生因機器人零件的強度不夠造成零件的過度磨損，這樣會造成機器人的使用壽命的嚴(yán)重下降或根本不能使用。因此，機器人的參數(shù)計算和強度校核在設(shè)計過程中屬于檢測階段，檢測零件的結(jié)構(gòu)和強度，是機器人設(shè)計過程中的不可或缺的一部分。下面對一些重要的設(shè)計零件進行簡要分析。 3.3.1 齒輪傳動的參數(shù)計算和強度校核 1、

46、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行分析，與直齒輪的設(shè)計有關(guān)。 式（3.2） 式（3.

47、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是在對法向力進行分解時，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)系進行分析。 式（3.4）

48、 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)斜齒圓柱齒輪三個分力之間的關(guān)系，對齒輪進行校核。 3、直齒輪的強度校核 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度減弱，對齒輪的傳動和強度計算性能造成了損失。對齒輪的強度校核，可以根據(jù)以下的公式進行強度計算和判斷直齒輪是否符合傳動條件。 式（3.7） 根據(jù)上式計算可以得到 式（3.8） 以上是直齒圓柱齒輪的強度校核公式，可以根據(jù)上面兩個公式判斷直齒輪的設(shè)

49、計強度是否符合直齒圓柱齒輪傳動是否符合強度要求。 4、斜齒輪的強度校核 斜齒圓柱齒輪傳動時，斜齒輪的強度校核也與直齒輪傳動相似，它的強度與斜齒輪傳動時的載荷和磨損情況有關(guān)。對于斜齒圓柱齒輪的強度校核，可以根據(jù)以下的公式進行判斷，判斷斜齒輪傳動的強度是否滿足傳動條件。 式（3.9） 根據(jù)上式計算可以得出 式（3.10） 以上是斜齒圓柱齒輪的強度校核計算公式，可以根據(jù)上面兩個公式來判斷斜齒輪的設(shè)計強度是否符合斜齒輪傳動時的強度要求。 5、直齒輪齒面的疲勞強度計算 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

50、齒面造成了一定量的磨損，這樣會使齒輪的接觸強度造成相應(yīng)的下降。所以一定要保證齒輪有一定量的疲勞磨損強度空間，保證齒輪的接觸疲勞強度。下面根據(jù)直齒輪齒面接觸疲勞強度的計算公式校核齒輪的疲勞強度。 齒輪齒面的接觸強度計算公式 式（3.11） 根據(jù)上式的公式計算出 式（3.12） 式（3.13） 6、斜齒輪齒面的疲勞強度計算 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

51、，這樣就需要對齒輪的接觸疲勞強度進行計算。根據(jù)下面公式進行疲勞強度的計算。 式（3.14） 對上式進行計算得出 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、齒面點蝕、齒面膠合和塑性變形等。在設(shè)計一般使用的齒輪傳動時，通常只按保證齒根彎曲疲勞強度計算和保證齒面接觸疲勞強度計算兩種準(zhǔn)則。所以，在計算許用應(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)力的計算方法。

52、 接觸疲勞許用應(yīng)力的計算公式 式（3.17） 彎曲疲勞許用應(yīng)力的計算公式 式（3.18） 3.3.2 蝸桿傳動時參數(shù)計算和強度校核 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)計算和強度校核。下面對蝸桿傳動時的參數(shù)計算和強度校核進行重點分析。 1、蝸桿傳動時的參數(shù)計算 在蝸輪傳動中，要對蝸輪的結(jié)構(gòu)尺寸進行規(guī)范設(shè)計，保證蝸輪的尺寸符合我國的國家標(biāo)準(zhǔn)，不能憑空的

53、胡亂設(shè)計。因此，對蝸輪傳動時對蝸輪的基本尺寸要進行標(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，對蝸桿進行了標(biāo)準(zhǔn)化的計算。利用一下公式進行蝸桿直徑計算。

54、 式（3.21） 3） 蝸桿頭數(shù)的設(shè)計 我國對于蝸桿頭數(shù)的設(shè)計進行了規(guī)定，常用的蝸桿頭數(shù)為1、2、4、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)程角的計算，可以根據(jù)以下公式進行計算 式（3.22） 5） 傳動比和齒數(shù)比 傳動比和齒數(shù)比的計算公式可以根據(jù)以下公式計算 式（3.23）

55、 式（3.24） 在蝸桿為主動時 式（3.25） 6） 蝸輪齒數(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算 在蝸桿傳動的幾何尺寸計算時，主要是根據(jù)以下幾個計算公式來計算普通圓柱蝸桿傳動基本幾何尺寸的計算關(guān)系。如下：

56、 計算蝸桿傳動時中心距 式（3.27） 蝸輪變?yōu)橄禂?shù) 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度高于蝸輪齒輪

57、的強度，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)計制造中，對材料進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

58、 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。因為軸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，該蝸桿的旋向為右旋，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。如果蝸桿的旋向為左旋，則蝸桿齒的左側(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算，各力的單位均為N。

59、 式（3.31） 式（3.32） 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、蝸桿傳動強度計算 1）蝸桿齒面接觸疲勞強度計算 蝸輪齒面接觸疲勞強度計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

60、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) 將上式的公式進行換算化簡，得到蝸輪齒面接觸疲勞強度計算公式為 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度計算 蝸輪輪齒因彎曲強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。在計算蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算時，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度計算公式來計算。下面介紹蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算公式 式

61、（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) ——表示彎曲疲勞強度的重合度系數(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度計算公式，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)計的重點，是本次設(shè)計是否合理和整體結(jié)構(gòu)是否合理的關(guān)鍵。通過以上的設(shè)計計算，可任意計算出機器人行

62、走機構(gòu)設(shè)計的零件結(jié)構(gòu)和整體結(jié)構(gòu)，還可以判斷出機器人行走機構(gòu)的行走能力和各個零件的使用能力和壽命。在本次設(shè)計過程中，就需要通過計算來判斷機器人零件設(shè)計的是否合理，零件的設(shè)計方法是否符合國家的設(shè)計標(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)計和選擇 4.1 控制電路的設(shè)計 在對于機器人行走的控制電路設(shè)計中，控制方案的設(shè)計有機器人的主要功能有關(guān)，也與機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)。機器人的控制電路主要是服務(wù)于機器人行走機構(gòu)的設(shè)計，所以機器人的結(jié)構(gòu)與機器人控制電路的設(shè)計息息相關(guān)，對機器人控制電路的設(shè)計有著至關(guān)重要的作用。在我國，對于機器人的控

63、制電路設(shè)計只要是采用電氣控制技術(shù)和無線變成控制技術(shù)。這是因為電氣控制技術(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)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)使得對機器人的控制更加完善，更加趨向于自動化。 在我們這次的機器人行走機構(gòu)設(shè)計中，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器人的設(shè)計經(jīng)驗，所以我們只能設(shè)計出機構(gòu)相對簡單的機器人，對于這樣的機器人的控制電路，建議采用簡單的設(shè)計方案。所以對于我們這一次的控制電路的設(shè)計，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器人

64、的控制電路。這次電路控制的設(shè)計方案如下所示 圖4.1 基本控制電路圖 上圖所示為機器人的控制電路圖，圖中的電動機都含有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停機三種自然狀態(tài)。這種設(shè)計方案有許多的優(yōu)點，途中的每一個電動機都可以單獨的行動，任何一個電動機停止工作，并不影響整個電路的正常工作，保證了整個電路的獨立性和完整性，這是本次設(shè)計的第一個優(yōu)點。第二個優(yōu)點是本次設(shè)計中采用了中間斷開的雙向出點多級開關(guān)。這種開關(guān)的主要作用是為了避免電機的同時供電，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的電流輸送，或者是反向電流提供電動機的電流輸送。這樣就很好的避免了兩種電流同時供電的尷尬。 圖4.2 指

65、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，來判斷電動機的電流方向。這種電路的好處是不用再刻意的判斷電動機的電流方向，可以再實際工作中直接看出電動機的流向。 4.2 電路開關(guān)的選用 對于整個電路控制設(shè)計來說，電路開關(guān)的設(shè)計顯得不是那么重要，只是對整個電路的電流方向和通斷進行控制。但是對于實際的操作中，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)致整個機器人行走機構(gòu)的癱瘓，或者導(dǎo)致整個機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，機器人電路開關(guān)

66、的選擇，也是控制電路設(shè)計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的作用，例如中間斷開的雙向觸點多極開關(guān)的自身特性，決定著這種開關(guān)可以實現(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)計電路總線的電流走向，但是在實際中電路開關(guān)不能再實際中進行安裝，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)計中也不能使用。所以，實際的電路開關(guān)在設(shè)計中藥考慮多方面的因素。在本次設(shè)計中對電路開關(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 在機器人行走機構(gòu)設(shè)計中，控制器的設(shè)計也是整體設(shè)計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，它們在整個電路中的作用，決定著繼電器的設(shè)計在整個電路設(shè)計中的地位。所以在繼電器的設(shè)計中，也要根據(jù)實際情況具體的選擇出于設(shè)計內(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)