全地形轮式移动机器人的设计【三维proe模型】

喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 毕业设计（论文） 题目 全地形轮式移动机器人的设计 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 时 间： 摘要 机器人从研发出来到现在都已经有了快三十年的历史了，现在机器人在生活、生产中已经不再是高科技的代言词，而是早就已经被作为生产工具投入到实际的操作里面来了，在这三十多年的发展中，人们的经济不断发展，带来的是生活水平也不断的发展，所以现在有多种多样的机器人来被人们用到生活生产里面来，其中，比较重要的一款全地形轮式移动机器人，成为一个重点科研的方向。 本次设计的全地形轮式移动机器人，在60*60cm矩形排水沟管道内使用。用于管道的竣工验收、堵塞检测、清淤等领域；至少达到300m的爬行探测距离；能翻越一定障碍；能实现前进，后退等动作。 查了相关的材料之后，设计了驱动装置的整个的构造，设计了车子的轮子，车身等。确定了电动机的类型，还有减速器的类型，对车轮轴进行设计与计算。为了看这个结构是不是正确，并且用三维软件将图纸画出来了。经过本次设计在巩固大学所学知识的同时，还提升了专业知识的设计水平，为步入社会奠定了基础。 关键词：全地形、轮式、移动机器人、设计 ABSTRACT Robots from research and development out to now have been almost three decades of history, and now the robot in life, production is no longer a high-tech endorsement, but has long been used as a production tool into the actual operation inside Come, in the development of these three decades, people's economy continues to develop, brought about the continuous development of living standards, so now there are a variety of robots to be used to people living inside, More important an all-terrain wheeled mobile robot, a key scientific research direction. The design of the all-terrain wheeled mobile robot for the completion of the pipeline acceptance, blockage detection, dredging and other fields; at least 300m crawling detection distance; to overcome a certain obstacle; to achieve forward, back, turn left, right action. After investigating the relevant materials, the whole structure of the drive was designed, the wheels of the car, the arms of the wheels, the body of the car, and so on. Determine the type of motor, the type of brake, and the type of reducer, the performance of the robot for the analysis, but also carried out the assembly, to avoid interference with the situation. In order to see this structure is not correct, and with three-dimensional software to draw the drawings out. After this design in the consolidation of university knowledge, but also to enhance the level of professional knowledge design, laid the foundation for the community. Keywords: Industrial robots， round legs， mobile car design - 16 - 目 录 摘要 I ABSTRACT II 第1章 绪论 1 1.1 移动机器人的发展概况 1 1.2 移动机器人关键技术的研究 1 1.3 移动机器人的发展趋势 2 第2章 总体及各运动方案的设计 5 2.1 设计参数及要求的确定 5 2.1.1 设计参数的确定 5 2.1.2 设计要求的确定 5 2.2 总体方案的确定 5 2.3 结构方案的确定 6 2.4 驱动方案的确定 7 2.5 车轮方案的确定 7 第3章 驱动装置的设计与计算 9 3.1 车轮电机的确定 9 3.2 减速器的设计与计算 10 3.2.1 减速器技术参数的计算 10 3.2.2 传动的设计计算 12 3.2.3 计算蜗杆传动主要尺寸 13 3.3 车轮的设计与计算 15 3.5 车身的设计与计算 16 第4章 主要零件的设计 17 4.1 零件设计的基本要求 17 4.2 车身的设计 17 4.3 车轮的设计 17 4.4 联轴器的设计 18 结论 20 致谢 21 参考文献 22 第1章 绪论 1.1 移动机器人的发展概况 现在的科技发展的这么快，人们看东西也跟原来不一样，更加的广阔了，很想对不知道的领域去进行研究。到现在，人类对宇宙的研究一直没有停止，现在都开始对火星进行研究了，对地球上，不管是地底下的，还是海底下的，都一直在进行继续研究。还有，现在的打战跟原来比，也复杂的多了，要进行反恐，也困难的多了，在进行侦查还有作战的时候，一定要及时并且还要准确。但是，现在的环境这么的复杂，比方说宇宙里面温度的变化比较频繁，地形的变化也大，还有打战时候突发性很多等等，不过，因为生理的原因，很多时候人是没有办法。 移动机器人，不仅可以进行遥控控制，而且就算地形有变化，它也能够很快的适应，这样有时候人做不到的事情，机器人可以去做。 移动机器人的身上有一种智能系统，它可以让机器人跟外界进行信息的交换，有障碍的时候，可以绕开障碍，走到自己需要的地方，这样就可以将设定的任务就完成了。在军事上使用的移动机器人，它的体积是非常小的，并且成本还不高，生存能力非常强，在进行移动的时候非常灵活，现在这种机器人研究的人非常多。不过因为它工作的地方，环境是非常复杂的，有很多时候需要机器人自己遇到障碍的时候，自己进行处理。那么在对地面移动机器人的时越障碍功能进行开发的时候，它要对复杂的环境进行适应。跟原来设计的哪些机器人进行对比，论文里面设计的机器人不管是机动性，越障碍能力，还是集成这些方面都是先进了很多的。 1.2 移动机器人关键技术的研究 人类对太空的探索就彰显了人类的进步，机器人智能的进步就展现在运动的空间上。要想独立性更好，那么机器人的灵活性，还有智能型也要更好，机器人可以在一定的区域里面，进行安全的运动，将指定的任务完成了，这样机器人对环境的适应能力就变的更好了。所以，这些年，人们研究的主要都是自助式移动机器人。 1、移动机器人的机构形式 按照实际的使用环境，轮式跟腿式运动的好处，设计出来一种多种驱动方式的移动机器人。这个机器人的组成是六个部分，不管在哪一个运动单元里面，都有一个转向臂，一个摆臂，还有两个电动轮。在不是很平坦的地方，它的倾覆稳定性是非常重要的。四轮式机器人是对称结构的，它的轮腿运动单元有六个，并且都是独立的，可以组成很多种的结构。用动态能量稳定锥的方式，还有倾覆稳定性指数，就可以综合评价这个机器人的稳定性了，再建一个模糊神经网络白适应控制系统，按照这个稳定性的字数，那么对机器人的结构还有速度就可以进行实时的改变了，这样机器人在倾覆的时候，稳定性就比较好了。在正弦路上面对机器人进行仿真，这个系统在运动的时候实时性是非常好的，并且可靠性也高，这样机器人在遇到障碍的时候，遇到的危险就没有那么大了。 2、移动机器人的组成： 移动机器人的驱动装置； 移动机器人的导向装置； 移动机器人的换向装置； 移动机器人的制动装置。 1.3 移动机器人的发展趋势 移动机器人发展的非常快，不管哪个国家现在都主要研究它。它的类别是比较多的，下面的图纸1.1，1.2,1.3里面展示了三种移动机器人。现在它的发展方向就是更加的只能，更小，在很多的行业里面，都用到了微型智能移动机器人。 图1.1 翻滚型移动机器人 图1.2 管道型移动机器人 图1.3 四轮式变结构移动机器人 国外的电视进行了移动机器人的报道，在美国，现在研究出来一种新的netbook电脑机器人，下面的图纸1.4里面展示的就是，这个机器人的滑动轮胎有两个，轮胎的中间连接起来的地方，装的就是netbook电脑。它的整个结构是非常简单的，并且在实际使用的时候，操作也比较简单，就算是不了解专业知识，也可以在看了说明书之后进行使用，装拆也没有问题。 图4 “Three”新式netbook电脑机器人 设计者还说，在这个机器人里面装了一个功率非常大的发动机，还有非常先进的机器。只要在它上面装一些软件，再装上主人识别系统，这样使用者就可以对这个机器人进行完整的控制了，那么使用者就可以享受它的服务了。还有，如果顾客还有更高的要求的话，还能再装一个红外传感器，或者是摄像器等等。 还有报道说，为了将反恐机器人对环境的适应能力变得更高，现在设计出来一种轮-腿-履带的移动装置，分析了机器人的结构，分析了机器人的稳定性，对它设计的结构是不是可行进行了论证，对机器人的稳定性也进行了论证。下面的图纸1.5里面展示的就是这种机器人。 图1.5 轮—腿—履带复合移动机器人 研究机器人一开始就是为了帮人去干活，让人的劳动强度变低一些，还有一些危险的地方，帮人去工作，所以说，一开始的时候，在加工汽车行业，还有核电行业里面用的比较多。后来机器人的技术发展的越来越快，在很多别的行业也开始用机器人了，比方说航空，海洋，农业，服务等等。四轮式的移动式机器人是一种新的机器人，它可以完成很多人类没有办法完成的事情，比方说探测危险的地方，去太空进行星球的探测，在战场上进行侦查等等。机器人在进行爬坡的时候，还有跨越障碍的时候，都是现实机器人能力的最好体现。在运动的时候，一旦出现倾覆了，就会让机器人的驱动装置出现失控，没有办法复位的状况，所以这些就是移动机器人研究的重点。机器人的关键技术就是完全自主的移动，研究导航的目标，就是没有干扰的时候，机器人可以有目的的进行移动，并且将制定的任务完成了。机器人经过装配，对外部的信息进行获取，之后就能进行自我定位，对自身的状态进行判断，然后对下一步干嘛进行规划。 第2章 总体及各运动方案的设计 2.1 设计参数及要求的确定 2.1.1 设计参数的确定 1、用于管道的竣工验收、堵塞检测、清淤等领域； 2、通常为排水沟管道，60*60cm矩形排水沟，检查井距离250米（但是被埋），沉沙井距离50米。沉沙井2.5m深，直径1m。隧道口外有两个边沟呈弧形从中央排水沟引出，尺寸不变，可供使用。 3、管道阻塞物：主要是炭酸钙晶体，碎石小颗粒。 2.1.2 设计要求的确定 1、爬行车辆部分： （1）至少达到300m的爬行探测距离； （2）能翻越一定障碍； （3）能前进，后退，左转，右转。 2、可调速电机系统： （1）现成的电机驱动系统； （2）铸铝材料车身； （3）高强度抗拉电缆； （4）高性能传动系统，四轮驱动，电池供电； （5）实时显示爬行距离； （6）可搭配不同尺寸车轮； （7）通过电缆控制爬行机器人和传输视频信号； （8）通过手持遥控设备控制车辆动作； （9）车辆状态监测功能； （10）故障报警，具备辅助电源；高性能密封车身，防护等级达到IP68；体积小，重量轻，可涉水；续航时间长。 2.2 总体方案的确定 在查阅设计资料、研究现状及任务书的基础上，本次设计的移动机器人由车身，控制机构，行走机构三部分组成。现将总体方案做以下3点说明： 1、车身用铝合金铸件，需良好的力学性能 要考虑两个问题 （1）车身的尺寸选择合适，既要确保车身上安装电动机、减速器的位置。还要确保车身在管道内能够转弯； （2增加机体的稳定性。因为机器人的身体上面安装了很多的零部件还有机器，所以机器人的身体的高度要够，要能够安装这些东西。 2、这款机器人采用的是4个轮子，每个轮子的动力来源都是独立的。 移动机器人采用整体车身结构。车身通过轴与前后四个车轮连接，使车身及承载物的重量能被四个车轮平均承受，再平均分配给每个车轮，从而使各车轮的受力均衡，提高整个车辆的承载能力。在车体上设有中央控制单元，实现对电机的运行控制。 2.3 结构方案的确定 依据上面的设计要求，将确定该机构如图2.1和图2.2所示。机器人的四个轮子都是相互独立的，每个轮子都有独立的电动机。具体的看下面的图画的。 图2.1 独立驱动四轮移动机器人三维实体 1、车轮；2、车轮轴；3、减速器；4、电动机；5、联轴器；6、联轴器 图2.2 独立驱动四轮移动机器人 这个机器人的结构是对称的，设计的比较简单，而且也比较容易使用。它的动作是这样的，电动机4提供动力源，通过联轴器5将动力传送至减速器3，减速器3又通过联轴器将动力传送至车轮轴，车轮轴带动车轮转动，小车实现移动的动作。小车的前进、后退，通过电动机的正反转来进行控制。 2.4 驱动方案的确定 依据上面对结构方案的确定，本次设计的移动机器人为四轮式。将机器人的结构分成4组，每个组轮子的运动痕迹都是一样的，具体的看上面的图2.1和图2.2所示。 驱动元件在机器人中的作用相当于人体的肌肉。为了完成预定的动作，机器人必须具备前进驱动装置和转向驱动装置，这是结构设计中的一个关键。在所有的驱动元件中，电机是最常用的机器人驱动器。当前许多仿生机器人也有用液压元件、气动元件以及一些特殊材料来作驱动器。本文主要采用电机作为该新型智能移动机器人的驱动元件。对电机实现准确的控制，才能使机器人实现精确运动。 目前，电机驱动装置主要有以下两种布置方式： (1)集中驱动方式 即把驱动电机布置在车体上，在通过传动装置，将动力输出到每个车轮上，使车轮运动。电动汽车便是典型的集中驱动方式。对于智能移动机器人，集中驱动方式并不合适，主要是由于其难以实现自由转向，对车体进行精确定位。 (2)集中控制—分布驱动方式 即在每个驱动车轮上都设置电机，驱动车轮运动或转向。电机由安装在车体上的中央控制元件控制其转动速度。这种结构简单，而且便于实现，有利于运动机构性能的发挥。目前各国的空间探测车均采用这种驱动方式。 本方案采用集中控制—分布驱动方式。 假设机器人设有障碍的跨过15mm的高度，要让它能够跨越障碍，那么机器人车身的底盘到车轮下端与管道接触的高度就要保证在15mm。 2.5 车轮方案的确定 机器人上的每个轮子都装了独立的驱动器，所以每个轮子都有一套减速的装置，还有一个直流伺服电机，为了要让每一个轮子能够停下来，每一个轮子还都要装一个制动装置，这样就能实现简单的运动和制动了。 机器人轮子的方案用直流电机配合减速器，就像下面的图2.3展示的，把电机固定安装在车身的上面，然后再把减速器连接起来。 车轮的直径对机器人的速度有很大的影响。使用同样的电机，车轮直径增加，机器人的速度会同时增加，二者之间是一种线性关系。另外，按照车辆理论的分析，车轮的直径增大可以明显提高机器人的越障能力。但是，车轮直径变大的同时，车轮表面所受的电机转矩却会下降。根据车辆地面力学理论，刚性车轮的宽度越宽，车轮的土壤沉陷量越小，土壤的压实阻力也就越小。不过，车轮变宽后，机器人的转向阻力也会变大。另外，增加车轮的直径比增加车轮宽度对减小压实阻力更为有效。因此，必须根据实际情况设定车轮直径和宽度，不能盲目加大车轮直径和宽度。具体设计见第三章。 图2.3 电机加减速器 这种制作方法的减速器相对来说不复杂，而且装起来很方便，使用起来也很可靠，而且能选用的电机型号没有多少。 第3章 驱动装置的设计与计算 3.1 车轮电机的确定 一般用在机器人上的电动机有三种：直流电机、步进电机和舵机。几种电机有关参数进行如表 3.1 所示。 表3.1 几种电机比较 电机类型 优点 缺点 直流电机 容易购买 型号多 功率大 接口简单 转速太快，需减速器 电流较大 较难与车轮装配 价格较贵 控制复杂（PWM） 步进电机 精确的速度控制 型号多样 适合室内机器人的速度 接口简单 价格便宜 功率与自重比小 电流通常较大 外形体积大 较难与车轮装配，负载能力低 功率小 舵机 内部带有齿轮减速器 型号多样 适合室内机器人的速度 接口简单 功率中等 价格便宜 负载能力低 速度调节的范围小 通过上面对三种驱动装置的选择，决定选择直流电动机。 1、确定车轮半径R=77mm 机器人车轮周长C=2πR=483.56mm 2、机器人车速V=0.08—0.6m/s 车轮转速为0.08m/s≦≦0.6m/s 8.5r/min≦nw≦63r/min。 查数据可得轮与地面摩擦因素μ=3 工作机扭矩T=FμR=mgμR=1Kg×10m/s2×3×0.077m=2.31N·m 工作机功率P==1.002N·m×nw/9550 ηw=1 96W≦P≦712W 现有济南科亚电子科技有限公司ZTY型直流电机技术参数如下表3.2： 表3.2 ZTY型直流电机技术参数 型号 转矩 （mN·m） 转速 （r/min） 功率 （W） 电压 （V） 电流（A） 不大于 110ZYT05 637 3000 200 24 13 110ZYT55 980 3000 308 24 16.5 110ZYT105 1274 3000 400 24 22.5 110ZYT155 2230 3000 700 24 22.5 130ZYT05 3185 1500 500 24 28 综合考虑，选定型号130ZYT05 3.2 减速器的设计与计算 3.2.1 减速器技术参数的计算 1、减速器传动比的计算 电机所需功率Pd= 电动机至工作机的传动总效率ηa=η1η22η3 取单头蜗杆效率η1=0.725 取滚动轴承效率η2=0.988 取弹性联轴器效率η3=0.994，ηa=0.703 Pw=Pd×ηa=500×0.703=351W 根据上面的式nw=31.4 i==1500/31.4=47 根据以上数据，选定减速器类型为蜗杆减速器。 图18蜗杆减速器 表3.3 蜗杆、蜗轮参数的匹配 中心距a /mm 传动 比i 模数m /mm 蜗杆分度 圆直径 d1/mm 蜗杆 头数z1 蜗杆 齿数z2 蜗轮变位系数x2 40 4.83 2 22.4 6 29 -0.100 7.25 2 22.4 4 29 -0.100 9.5 1.6 20 4 38 -0.250 - - - - - - 14.5 2 22.4 2 29 -0.100 19 1.6 20 2 38 -0.250 29 2 22.4 1 29 -0.100 38 1.6 20 1 38 -0.250 49 1.25 20 1 49 -0.500 62 1 18 1 62 0.000 选择传动比i=49 2、传动装置的运动和动力参数 （1）各轴由高速至低速依次为Ⅰ轴、Ⅱ轴（工作轴） Ⅰ轴nⅠ= Ⅱ轴nⅡ=r/min （2）各轴输入功率 Ⅰ轴PⅠ=Pdη3=500×0.994=497W Ⅱ轴PⅡ=PⅠη3η1=497×0.725×0.988=356W （3）各轴输入转矩 Ⅰ轴TⅠ=Tdη3=9550×η3=9550××0.994=1.4N·m Ⅱ轴TⅡ=TⅠη2i1=1.4×0.988×49=67.7 将上述计算得到的运动和动力参数列表如下： 表3.4 运动和动力参数 轴号 功率P（kW） 扭矩T（N·m） 转速n（r/min） 电机轴 500 3185 3000 Ⅰ轴 497 1.4 3000 Ⅱ轴 356 67.7 61.2 3.2.2 传动的设计计算 1、选择齿轮的类型、材料、精度和齿数 （1）按已知条件，选用一级蜗杆传动。 （2）蜗杆、蜗轮材料采用45钢调质处理，硬度差为40HBS可以提高大齿轮齿面的疲劳。 （3）精度选择7级精度。 （4）根据表1，选择蜗轮齿数z=49 2、按齿面接触疲劳强度计算 根据以下设计公式进行计算： （1）确定上式中的各参数 ①试选使用因素；KA=1 ②蜗杆传递的扭矩为： T2=9550=95.5×105×=1582N·m ③查设计手册，选动载因素KV=1.1； ④查设计手册，选载荷分布因素Kβ=1； ⑤查设计手册，查得接触疲劳强度极限为 σHP=140MPa σH=155×=22.9MPa<140MPa 3、校核蜗轮齿根弯曲强度 ①查设计手册，蜗轮综合齿形系数=4； ②查设计手册，导程角系数=0.906 ③查设计手册，查得齿根弯曲强度 =7.56MPa<33MPa 3.2.3 计算蜗杆传动主要尺寸 下表为普通圆柱蜗杆传动基本几何关系式： 表3.5 普通圆柱蜗杆传动基本几何关系式 序号 名称 代号 关系式 结果 1 中心距 a a=(d1+d2+2x2m)/2 40mm 2 蜗杆头数 z1 - 1 3 蜗杆齿数 z2 z2=iz1 49 4 齿形角 a ax=20°或an=20° 20° 5 模数 m m=mx=mn/cosγ 1.25 6 传动比 i i=n1/n2 49 7 齿数比 u u=z2/z1 49 8 蜗轮变位系数 x2 x2=a/m-(d1+d2)/2m -0.500 9 蜗杆直径系数 q q=d1/m 16 10 蜗杆轴向齿距 px Px=πm 3.925 11 蜗杆导程 pz pz=πmz1 3.925 12 蜗杆分度圆直径 d1 d1=mq 20 13 蜗杆齿顶圆直径 da1 da1=d1+2ha1=d1+2ha×m 22.5 14 蜗杆齿根圆直径 df1 df1=d1-2hf1=d1-(2ha×m+c) 17 15 顶隙 c c=c×m 0.25 16 渐开线蜗杆基圆直径 db1 db1=d1tanγ/1tanγb=mz1/1tanγb 17 蜗杆齿顶高 ha1 ha1=ha×m=(da1-d1)/2 1.25 18 蜗杆齿根高 hf1 hf1=（ha×+c×）m=(d1-df1)/2 1.5 19 蜗杆齿高 h1 h1=ha1+hf1=(da1-df1)/2 2.75 20 蜗杆导程角 γ tanγ=mz1/d1=z1/q 3.576° 21 渐开线蜗杆基圆导程角 γb cosγb=cosγcosαn 22 蜗杆齿宽 b1 z1=1.2时b1≥(12+0.1z2)m z1=3.4时b1≥(13+0.1z2)m 17 23 蜗轮分度圆直径 d2 d2=mz2=2a-d1-2x2m 61.25 24 蜗轮喉圆直径 da2 da2=d2+2hf2 62.25 25 蜗轮齿根圆直径 df2 df2=d2-2hf2 56.75 26 蜗轮齿顶高 ha2 ha2=（da2-d2)/2=m(h×a+x2) 0.625 27 蜗轮齿根高 hf2 hf2=（d2-df2)/2=m(h×a-x2+c×) 2.125 28 蜗轮齿高 h2 h2=ha2+hf2=(da2-df2)/2 2.75 29 蜗轮咽喉母圆半径 rg2 rg2=a-da2/2 8.75 30 蜗轮齿宽 b2 b2≥0.65da1 15 31 蜗轮齿宽角 θ θ=2arcsin（b2/d1） 97.18 32 蜗轮轴向齿厚 sx sx=πm/2 1.96 33 蜗杆法向齿厚 sn sn=sxcosγ 1.96 34 蜗轮齿厚 st 按蜗杆节圆处轴向齿槽宽e'x确定 35 蜗杆节圆直径 d'1 d'1=d1+2x2m=m(q+2x2) 18.75 36 蜗轮节圆直径 d'2 d'2=d2 61.25 下表为减速器机体主要结构尺寸： 表3.6 减速器机体主要结构尺寸 名称 符号 尺寸关系式 结果 机座壁厚 δ - 3 机盖壁厚 δ1 - 3 机座凸缘壁厚 b 1.5δ 4.5 机盖凸缘壁厚 b1 1.5δ1 4.5 机座底凸缘壁厚 b2 2.5δ 7.5 地角螺钉直径 d5 6 地角螺钉数目 n n≥4 4 轴承旁联接螺栓直径 d1 0.75d5 4.5 盖与座联接螺栓直径 d2 (0.5～0.6)d5 3 联接螺栓d2的间距 l 轴承端盖螺钉直径 d3 (0.4～0.5)d5 3 窥视孔盖螺钉直径 d4 (0.3～0.4)d5 3 定位销直径 d (0.7～0.8)d2 3 d5、d1、d2至外机壁距离 c1 - 3 d5、d2至凸缘边缘距离 c2 - 2 轴承旁凸台半径 R1 c2 凸台高度 h 外机壁至轴承座端面距离 l1 c1+c2+(3～8) 蜗轮外圆与内机壁距离 Δ1 ＞1.2δ 蜗轮轮毂端面与内机壁距离 Δ2 ＞δ 中间轴两传动件的轴向距离 Δ3 8～15 机盖、机座筋厚 m1、m m1＞0.85δ1m＞0.85δ 轴承端盖外径 D2 39 轴承旁联接螺栓距离 s 下表显示了如何确定各段轴的长度 表3.7 轴各段直径的确定 符号 确定方法及说明 d 按许用扭转剪应力的计算方法估算，尽可能圆整为标准直径（查手册），如有外接零件（如联轴器），d应与外接零件的孔径一致，并满足键的强度要求。 d1 d1=d+2aa为轴肩高度。用于轴上零件的定位和固定，通常取0.07d<=a<=0.1d;d1应符合密封元件的孔径要求（查手册），轴肩过渡圆角的要求查手册。 d2 d2=d1+（1～3）mm d1和d2的变化仅为方便及区分加工表面，所以其差值可小些，d2与滚动轴承相配，应与轴承孔径一致，轴径过渡为自由表面，其圆角半径（查手册）。 d3 图b）中,d3=d2+(1～3)mm 直径变化为区分加工表面及装配方便，圆角半径查手册。 d4 图a）中，d4=d2+(1～3)mm，图b）中，d4=d3+(1～3)mm 直径变化为区分加工表面及装配方便，圆角半径查手册，d4与齿轮相配，应圆整为 标准直径（查手册）。 d5 d5=d4+2a 轴环供齿轮轴向定位和固定用，0.07d4≤a≤0.1d4。轴肩a及过渡圆角r要求查手册 D6 一般d6=d2 3.3 车轮的设计与计算 1、车轮的设计要求 因为传动是用车轮，这样的方式是用的最多的。它的优点是传动的时候工作的效率是很高的，而且工作起来比较可靠，它的结构是比较紧凑的而且使用的领域很多。 在对车轮进行设计的时候，只要设计的比较合理的，制作车轮的材料还有在进行热处理的时候的选择正确，加工出来的产品质量过关，而且精度也很高，这样就能达到了预期的效果了。 2、车轮材料的确定 车轮用的材质是灰铸铁，它的速度要是比每秒二十五秒还要小的时候，就不能用灰铸铁，用HT150；带速v=25-30m/s时，采用HT200。如果带子的速度更快的时候，使用的结构是铸钢或者是钢板来进行焊接的，功率不大的时候用的材质是铝合金，也可以是塑料等等。 这篇文章里面，车轮用的材质是铝合金。 3、车轮的结构 按照轮辐的构造来进行分类，有实心式的，轮辐式的，还有辐板式的，车轮一般用的原材料都是灰铸铁，还有钢，铝合金等等，其中以灰铸铁应用最广。车轮外面的那一圈圆的就是轮缘，它也是一个工作零部件。 车轮的构造在进行确定的时候依靠的它的直径，因为它的直径在D<(2.5-3)d，那么这个小车轮就用实心的；对于比较大的车轮来说，因为直径的大小是D<300mm，所以大车轮用的就是腹板式。 本次设计的车轮为减轻其重量，其材料确定为铝合金。 4、车轮直径设计 机器人的轮子的大小在进行设计的时候，要考虑到轮子的重量，因为如果当的机器人的腿或者轮臂往外面伸的时候，车轮子相对这个就是最最末一端了，这样的话，就不能够去要求轮子太长，因为轮子里面也要有一定的空间来安装零件。所以，轮子的大小，也要看轮子里面安装的零件的大小。最后呢，轮子的直径也和机器人行驶起来的速度还有驱动力矩有很大的关系。因此，各种因素都应考虑。 在这个式子里面，D代表的是车轮的直径，Um代表的是轮子最高的速度(10Km/h)。代入后得 要考虑一下电机还有减速器，要是能够将机器人的轮子的速度控制在300-450rpm之间，所以，要选择D=154mm。 3、轮宽的选择 对轮宽的要求主要考虑车宽和地面阻力，从车宽和阻力方面来考虑，轮子宽度越短越好，但为了提高轮子对地面的适应能力和为轮内零件设计和选型方便，最后的设计目标定为轮宽B=55mm。 3.5 车身的设计与计算 机器人的底盘是可以自由移动的，所以机器人的底部就需要重新来设计了。他有以下几点的要求，第一点就是箱体安装了以后底盘的自由度不能够降低。第二点就是箱体装起来以后要有一定的抗震的功能，这样的话，箱体里面这些机器设备能够很好的被保护。 机器人在正常的移动的过程中，要保证他移动平稳，而且要有相当大的支撑的面积。所以轮子和轮子之间的距离要长一点。从整车的协调与稳定性来考虑，设计车架的尺寸为685mmX400mmX375mm。 第4章 主要零件的设计 4.1 零件设计的基本要求 机器人移动是通过车轮来移动的，这个机器人的设计关系到好多部件的设计，要设计车身，减速器、车轮轴，车轮也要设计，最后还要用螺丝将整个装配起来。 4.2 车身的设计 机器人的车身的支架主要是用来将电机和输出装置装在里面的，所以这个材料一定要够硬够强，在制造这个机器人的时候，要根据它的形状和它的制造方法，所以要选择的材料是铝合金，机器人的身体的结构就像下面的图4.1所展示的。 图4.1车身的设计 因为移动机器人其余部分为减轻重量都采用了铝型材所以车身的强度是足够的，不需要再进行校核。 4.3 车轮的设计 机器人的车轮子里面不仅装了电机，还有减速器，而且还装了联轴器，还有能够固定还有支撑轮子的轴，下面是主要的零部件的设计： 1、车轮轴的设计 车轮轴主要是用于车轮和减速器的连接。其零件如图4.5所示 图4.5 车轮轴 机器人的轮子的轴是主要的承受力的零部件，所以要用45号钢来生产，这样强度才能达到要求。 2、车轮的设计 前面已经对车轮进行设计。看下面的图4.2所展示的。 图4.2 车轮 4.4 联轴器的设计 联轴器的作用是连接减速器和轴，其采用确定为Q235，具体结构见下面的图4.3。 图4.3 联轴器图 - 22 - 结论 经过这一次做毕业论文，我的专业知识和专业技术都有了很好的实践，同时也将我学习的专业知识又温习了一次。这一次的毕业设计中，有大量的绘图的工作，将我在电脑上机械画图的能力又有了一次很好的提升。 这篇论文设计的是四轮式的移动机器人，对它的设计方案，还有构造都有了一个基础的认知。在对机器进行设计之前，先对这个四轮式机器人的特征进行了解，另外还要了解一下它的功能，还有它都在哪些地方使用，然后在调查一下这种机器人是由哪些部分来组成的。最后再来考虑一下这种机器人怎么分布，经过我的多重的考虑以后，设计的这种四轮式的机器人是对称结构的四轮的结构，然后，再对这款机器人的整体驱动装置来进行设计。设计如下： 在平稳的地面上行走的时候，每个车轮里面都有独立的电动机。在这个机器人的工作原理为电动机提供动力源，电动机通过联轴器将动力传送至蜗轮蜗杆减速器，在蜗轮蜗杆减速器的输出轴通过联轴器将动力传送至车轮轴，车轮轴通过键连接将动力传送至闯东关末端车轮，车轮实现移动机器人的移动。机器人的前进或者后退，通过电动机的正转和反转进行控制。 在这些都结束以后，还要来算一下每个部分的重量。因为只有知道了重量和大小以后，才能够对整体机器进行力的分析，从而来确定机器的驱动的功率还有转矩等等。之后按照功率大小，转矩大小，速度快慢，将电动机的型号确定下来，减速器的型号确定下来等等。这些都完成了以后，主要就是对每个零部件的零件再进行详细的考量还有设计，出图纸。 致谢 论文这么快就写好了，和老师还有同组同学的帮助分不开。大学四年，很快就过去了，回看自己的大学时代，不仅自己要好好努力学习，在遇到迷茫还有对专业知识理解不透彻的时候，还是需要老师和同学的关心，支持的。 在这个完成论文的时候，老师给了我很多的帮助，有错误的地方给我及时指出来，不仅不责怪我的错误，反而对我耐心的指导，对于我完成毕业设计这段时间，给老师造成的麻烦，我深表歉意，同时我也要表示深深的感谢。对于和我同组的同学，在对相关问题讨论的过程中，不乏有意见不同的时候，不过出发点都是好的，都是为了将毕业论文写好，所以有任何不好的地方，也希望大家能够相互理解。马上要毕业了，大学四年的情谊还是让人恋恋不舍的。在面对大学生活的结束，新生活的开始，希望大家能有个美好的将来。再次感谢各位的帮助。谢谢。 参考文献 [1]（美）MENG KING，李幼涵.机器设计中伺服电机及驱动器的选型[M].北京：机械工业出版社，2012. 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