喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問(wèn)咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問(wèn)咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 寧波大紅鷹學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 所在學(xué)院 機(jī)械與電氣工程學(xué)院 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 11機(jī)自3班 學(xué)生姓名 江曉平 學(xué)號(hào) 1121080317 指導(dǎo)教師 張薇薇 左桂蘭 課 題 L300MM智能機(jī)器小車設(shè)計(jì) 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容與基本要求：（目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）以及設(shè)計(jì)技術(shù)要求、注意事項(xiàng)等）（紙張不夠可加頁(yè)） 1、目標(biāo)與任務(wù)： （1）對(duì)L300MM智能機(jī)器小車的進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （2）完成 L300MM智能機(jī)器小車的設(shè)計(jì)方案擬定；動(dòng)力與傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)、計(jì)算與分析；動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算與分析；其它設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明，設(shè)計(jì)總結(jié)。 （3）用AUTOCAD 或其他軟件繪制 L300MM智能機(jī)器小車的三維模型及其主要零件圖、總裝圖。圖紙要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。撰寫符合學(xué)院規(guī)定的論文一份。 （4）完成開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、英文翻譯等其它學(xué)院規(guī)定的相關(guān)工作。 2、研究途徑與方法： （1）結(jié)合所學(xué)專業(yè)課程（如機(jī)械原理與設(shè)計(jì)，機(jī)械制造基礎(chǔ)，機(jī)械制圖與CAD，微機(jī)，Pro/E等），通過(guò)查閱相關(guān)資料（查閱文獻(xiàn)資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇），完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 （2）查閱與本課題相關(guān)文獻(xiàn)，分析智能小車要完成的動(dòng)作任務(wù)，初步擬定設(shè)計(jì)方案， 再進(jìn)行動(dòng)力與傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)、計(jì)算與分析，完成動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算與分析； 以及其它設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明，設(shè)計(jì)總結(jié)。 3、推薦資料、參考文獻(xiàn)： [1] 徐炳輝。氣動(dòng)手冊(cè)[M]，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2005. 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[14] Cinzia Amici, Alberto Borboni, Pier Luigi Magnani and Diego Pomi. Kinematic Analysis of a Compliant, Parallel and Three-Dimensional Meso-Manipulator Generated from a Planar Structure. Proceedings of EUCOMES 08：479-495. 4、設(shè)計(jì)技術(shù)要求： 機(jī)器小車要求能利用高于地面200mm的獨(dú)木橋（寬30mm）通過(guò)寬為600mm河道，并能拾起滾動(dòng)軸承（6306），機(jī)器小車在收縮狀態(tài)時(shí)，其長(zhǎng)寬高均應(yīng)≤300mm ；展開狀態(tài)時(shí)尺寸不限?？刹捎镁€控、自動(dòng)控制、智能控制。機(jī)器小車驅(qū)動(dòng)可采用各種形式的原動(dòng)機(jī)，但不允許使用人力直接驅(qū)動(dòng)。 5、注意事項(xiàng)： 所有文檔及圖紙均要符合學(xué)校相關(guān)文件的規(guī)定。 二、畢業(yè)論文進(jìn)度計(jì)劃 序號(hào) 起訖日期 各階段工作內(nèi)容 備注 1 2014年9月10日—2014年11月10日 檢索并翻譯最新相關(guān)文獻(xiàn)（2篇以上英文文獻(xiàn)），完成文獻(xiàn)翻譯。閱12篇以上參考文獻(xiàn)，完成文獻(xiàn)綜述 和完成開題報(bào)告。 2 2014年11月10日—2014年12月15日 L300MM智能機(jī)器小車的設(shè)計(jì)方案擬定；動(dòng)力與傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)、計(jì)算與分析；動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算與分析。 3 2014年12月15日—2015年1月1日 其它設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明，設(shè)計(jì)總結(jié)。用AUTOCAD 或其他軟件繪制 L300MM智能機(jī)器小車的三維模型及其主要零件圖、總裝圖 4 2014年12月15日—2015年2月1日 完成論文初稿和圖紙并交指導(dǎo)老師 可以網(wǎng)絡(luò)提交 5 2015年2月1日—2015年3月10日 完成對(duì)論文和圖紙的修改 多次修改 6 2015年3月10日—2015年4月1日 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文匯編的所有資料整理，規(guī)范化 7 2015年4月1日—2015年4月30日 畢業(yè)設(shè)計(jì)全部資料電子稿提交并打印裝訂，準(zhǔn)備答辯。 三、專業(yè)（教研室）審批意見(jiàn)： 審批人（簽字）： 年 月 日 工作任務(wù)與工作量要求：原則上查閱文獻(xiàn)資料不少于18篇，其中外文資料不少于2篇；文獻(xiàn)綜述不少于3000字；文獻(xiàn)翻譯不少于2000字；畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書或論文1篇不少于10000字。 提交相關(guān)圖紙、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、調(diào)研報(bào)告、譯文等其它形式的成果。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范及有關(guān)要求，請(qǐng)查閱《寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范》。 備注：學(xué)生一人一題，指導(dǎo)教師對(duì)每一名學(xué)生下達(dá)一份《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書》。 機(jī)器人手臂集成系統(tǒng)的機(jī)械和控制問(wèn)題 摘要 在本文中，通過(guò)波羅尼亞大學(xué)的機(jī)械手臂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，提出一個(gè)靈巧的機(jī)械手臂操控系統(tǒng)的想法。新的機(jī)器人手臂原型，目前在設(shè)置階段。它有詳細(xì)的說(shuō)明，主要是對(duì)機(jī)器人手臂的傳感設(shè)備，機(jī)械一體化和通過(guò)控制算法進(jìn)行的手臂協(xié)調(diào)子系統(tǒng)進(jìn)行研究，從而獲得其結(jié)構(gòu)和功能的集成。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手臂，整合，傳感設(shè)備，機(jī)械一體化，集成 引言 長(zhǎng)期的整合，對(duì)定義現(xiàn)代自動(dòng)化是很有意義的。這次我們的主要目標(biāo)就是研究和開發(fā)一個(gè)新的機(jī)器人操作系統(tǒng)，即設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在機(jī)械人設(shè)備中實(shí)現(xiàn)。這一成就意味著可以給不同的研究領(lǐng)域提供我們的研究成果（如傳感器，執(zhí)行器，手臂的機(jī)械設(shè)計(jì)，控制理論和計(jì)算機(jī)科學(xué)）。通過(guò)新目標(biāo)的定義——導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的兼容系統(tǒng)和協(xié)同子系統(tǒng)在子系統(tǒng)中呈現(xiàn)出的藝術(shù)狀態(tài)有很多不錯(cuò)的地方，（如所闡述的機(jī)械手臂里每一種傳感器，快速和精確的機(jī)械手臂，智能執(zhí)行器等）。但似乎在這些系統(tǒng)完整并充分發(fā)展的幾個(gè)領(lǐng)域上，主機(jī)有效利用的技術(shù)解決方案，尚未實(shí)現(xiàn)。 本文關(guān)注的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)有特定操作任務(wù)的機(jī)器人系統(tǒng):一個(gè)集成的靈巧手部和臂部的系統(tǒng)。在這種背景下,我們認(rèn)為“集成”是有兩個(gè)不同的概念的:分別是結(jié)構(gòu)集成和功能集成,它們每一個(gè)都是開發(fā)過(guò)程中的重要組成部分。 結(jié)構(gòu)集成中，設(shè)計(jì)方面相關(guān)問(wèn)題里的合成技術(shù)將實(shí)現(xiàn)預(yù)期的部分功能。其中主要的問(wèn)題是結(jié)構(gòu)的連接和協(xié)調(diào)部分，可能需要單獨(dú)的構(gòu)思和開發(fā)。為了解決相互兼容的問(wèn)題，需要特意開發(fā)系統(tǒng)配置,甚至進(jìn)行部分結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)。關(guān)于機(jī)器人手部和臂部的系統(tǒng),想要達(dá)到一個(gè)令人滿意的結(jié)構(gòu)整合，解決問(wèn)題的關(guān)鍵是:手臂運(yùn)動(dòng)的定義結(jié)構(gòu)中需要最大限度的開發(fā)手靈巧，手臂和手的兼容性的設(shè)計(jì)。并安裝復(fù)合,分布式多傳感器系統(tǒng)。最后為了提高試用性，需要安裝驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)在機(jī)器人手臂上。 關(guān)于第一點(diǎn),主要關(guān)鍵問(wèn)題是限制工作容積,注意現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)的手的姿勢(shì)和手臂在限制區(qū)域的大小及兼容性。 說(shuō)到第二點(diǎn),我們認(rèn)為應(yīng)該更多的關(guān)注開發(fā)實(shí)現(xiàn)新傳感器和手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所組成的集成。特別是從目前的工藝水平分析,可以得到的一些結(jié)果顯示。具體如下， 1）適用與指骨或指尖的傳感器越來(lái)越多,但包括變頻元素和空調(diào)電子板中必要的絲束這類傳感器仍然是很有限的,特別是有些高密度觸覺(jué)雙曲率墊都需要高度的小型化; 2）適用與手指主機(jī)分布式的機(jī)械結(jié)構(gòu)觸覺(jué)差,主要是因?yàn)殚_發(fā)和替代配置腱傳動(dòng)征收采用了笨重配置,導(dǎo)致缺乏感知設(shè)備和其內(nèi)部空間。 關(guān)于第三點(diǎn),是安裝在手臂上的驅(qū)動(dòng)的可能性和傳動(dòng)系統(tǒng),集成可以極大地幫助一些發(fā)展中的執(zhí)行器更適合的被安置在機(jī)械臂中，放棄效應(yīng)器可交換性的概念，最終提供一個(gè)可以操作普遍效應(yīng)器的靈巧的手。 結(jié)構(gòu)集成的加入,可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)的手,手腕和手臂的搜索優(yōu)化,考慮的目標(biāo)不僅包括子系統(tǒng)的內(nèi)在性能,也包括一般系統(tǒng)的兼容性。 功能集成的定義，包括兩個(gè)不同的方面: 應(yīng)該實(shí)現(xiàn)單一的內(nèi)部功能子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)能合作并完成任務(wù)。 在單獨(dú)的組件或子系統(tǒng)層面,第一步是集成放大。如果可能的話,其活動(dòng)范圍通過(guò)添加新功能那些就可以分配。充分利用其潛在的操作，是應(yīng)用程序的一個(gè)使手臂操作概念的例子。它集成了一個(gè)在中間的功能鏈接的機(jī)械臂與環(huán)境交互的能力。其鏈接并不局限于一個(gè)簡(jiǎn)單的載體，它極大地?cái)U(kuò)大了操縱手的功能,并實(shí)現(xiàn)了整個(gè)手操縱的概念。 在系統(tǒng)層面,功能集成意味著給定任務(wù)的執(zhí)行是通過(guò)多個(gè)子系統(tǒng)的同時(shí)合作,不僅僅只有通過(guò)他們的交替執(zhí)行不同部分的任務(wù)。非集成的一個(gè)典型的例子是,長(zhǎng)期以來(lái),機(jī)械手都用于操作任務(wù)，但最近有一些例外。看到[3],[4],[5],機(jī)器人的手，大家普遍認(rèn)為是一個(gè)單獨(dú)的設(shè)備, 它只需開關(guān)命令界面的來(lái)任務(wù)執(zhí)行，期間沒(méi)有任何真正的協(xié)調(diào)。相反,來(lái)自自然界的例子展示了功能集成靈活性及其至關(guān)重要的成就:最熟練的操作任務(wù),如寫作、繪畫、縫紉等,都是通過(guò)手指和手腕或手臂本身同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成的。 接下來(lái),本文介紹了采用集成烏蘭巴托(博洛尼亞大學(xué))擬人化機(jī)器人手臂的手來(lái)解決一些方案。特別是,在論文的第一部分中有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的結(jié)構(gòu),闡述了集成在第二個(gè)運(yùn)動(dòng)控制策略開發(fā),以開發(fā)系統(tǒng)的冗余來(lái)獲得合作的手部和臂部完成操作任務(wù)的過(guò)程,提出了功能集成這一貢獻(xiàn)及一些關(guān)于現(xiàn)在和未來(lái)計(jì)劃的活動(dòng)評(píng)論和結(jié)果總結(jié)。 2集成機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的烏蘭巴托機(jī)的手 由于目前的實(shí)驗(yàn)和安裝都是基于以前的經(jīng)驗(yàn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)靈巧的雙手。在發(fā)展中提出新的系統(tǒng)中自底向上的方法之后，目前的設(shè)計(jì)活動(dòng)主要集中在子系統(tǒng),它使用商用擬人化的機(jī)械手, 560年美洲獅的手臂。事實(shí)上,我們所知道的第二版本烏蘭巴托的手,在目前設(shè)置階段,大都被認(rèn)為只是進(jìn)化的一個(gè)中間的步驟,它能逐步實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證工具的集成問(wèn)題,但不是一個(gè)確定的設(shè)計(jì)。現(xiàn)在我們的主要目標(biāo)是不惜犧牲一些性能限制來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)好的水平集成,主要是采用驅(qū)動(dòng)的概念和技術(shù)。烏蘭巴托的手II已經(jīng)懷孕,在開放一些新的技術(shù)，并不斷改進(jìn)使解決方案變得可行。此外,選擇一些使系統(tǒng)更有吸引力的應(yīng)用程序，也會(huì)降低整體的復(fù)雜性和成本,。 2.1機(jī)械手觸摸的集成設(shè)計(jì) 長(zhǎng)期以來(lái)，一個(gè)機(jī)器人的靈巧手在操縱任務(wù)上的表現(xiàn)和功能是否類似于人類的手和大小兼容性是主要預(yù)期的的條件因素之一,因此,小型化問(wèn)題必須在設(shè)計(jì)階段解決。面向故意設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)構(gòu)成的手指，必須開發(fā)以達(dá)到相應(yīng)的兼容性: 集成的傳感器必須從設(shè)計(jì)階段重視起來(lái),計(jì)劃將它們添加到前面設(shè)計(jì)的手指結(jié)構(gòu)中并不是特困難。事實(shí)上,機(jī)械設(shè)計(jì)中零觸摸的手,可能導(dǎo)致很多時(shí)候,分布式傳感器應(yīng)用程序被認(rèn)為是不可接受的。因?yàn)閹讉€(gè)子系統(tǒng)必須集成在一個(gè)手,其中涉及許多方面。在設(shè)計(jì)階段:如何將機(jī)械的鉸接結(jié)構(gòu)加入鏈接,共同驅(qū)動(dòng)的電力傳輸,本體感受的傳感器,感受外界刺激的傳感器等都是需要注意的。如果有需要,可以用當(dāng)?shù)氐男盘?hào)調(diào)節(jié)電路。 采用了知覺(jué)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的配置有顯著的效果。例如,當(dāng)只有指尖操作是必需的時(shí)候,傳感器的安裝發(fā)生在運(yùn)動(dòng)鏈,降低問(wèn)題復(fù)雜性的設(shè)計(jì)是結(jié)束住房和相關(guān)電器的傳感設(shè)備。在這種情況下就沒(méi)有明顯的約束加到手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。分布式觸摸是必需的,設(shè)計(jì)中的問(wèn)題是增強(qiáng),提高布線和幾何干涉趾骨結(jié)構(gòu)和內(nèi)部傳播。薄層外皮的分布式觸摸可以人為安排,從而能夠減少外表面的指骨的傳感設(shè)備問(wèn)題。事實(shí)上,沒(méi)有結(jié)構(gòu)性的分化必須提供鏈接,只有傳感層可以直接支持的鏈接結(jié)構(gòu)。相反，辯證變成必須采用內(nèi)在觸覺(jué)傳感概念。在這種情況下,每個(gè)手指指骨需要三個(gè)機(jī)械元素:內(nèi)部鏈接屬于鉸接結(jié)構(gòu)(框架),外部殼接觸發(fā)生可以作為應(yīng)變傳感器和連接元素。 版本二世烏蘭巴托機(jī)器人的手,分布式it傳感已獲得通過(guò)。對(duì)于每個(gè)活動(dòng)鏈接,一個(gè)it傳感器已經(jīng)足夠,需要九個(gè)傳感模塊分別插入三個(gè)手指,五個(gè)趾骨和一個(gè)手掌。這種感覺(jué)的設(shè)備可以滿足整個(gè)手操縱需求,即通過(guò)聯(lián)系對(duì)象執(zhí)行控制操作程序控制可用的鏈接,能找到更好手操作模式的方法。 運(yùn)動(dòng)架構(gòu),是一種新式設(shè)計(jì)維護(hù)配置，事實(shí)證明是令人滿意的。完整對(duì)抗性的拇指在兩個(gè)手指上,手掌和手指的相對(duì)位置也被證明是有效的。它實(shí)現(xiàn)了一個(gè)偉大又多樣化的抓取模式。 新的手的設(shè)計(jì)可以在三個(gè)層次進(jìn)行分析,即it傳感模塊,手指組織和一般的配置的手。 每個(gè)傳感模塊基本上是由六個(gè)組成轉(zhuǎn)矩微型傳感器和一個(gè)小板組成，與當(dāng)?shù)乜照{(diào)電器實(shí)現(xiàn)了表面混合電路技術(shù)。傳感器的配置采用的軀體是薄壁圓柱殼,它實(shí)現(xiàn)了靈敏度和適用性小型化的優(yōu)勢(shì)。 圖1:it傳感模塊 參考文獻(xiàn) [ 1 ]索爾茲伯里，J.K.，“全臂操作”，PROC。第四國(guó)際研討會(huì)。機(jī)器人研究，圣克魯斯，CA，R.博爾斯和羅斯主編，麻省理工學(xué)院出版社，劍橋，MA，1987。 [ 2 ] vassura，G.，比基，A.，“全手操作：一個(gè)手勢(shì)設(shè)計(jì)利用其所有的部分增加敏捷”，PROC。北約高級(jí)研究151車間的機(jī)器人和生物系統(tǒng)，I1 Ciocco，托斯卡納，意大利六月26-30，1989。 [ 3 ]波拉德，N.，Lozano佩雷斯，T.，“抓的穩(wěn)定性和可行性與臂鉸接式手”，PROC。IEEE機(jī)器人與自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議，辛辛那提，O，1990。[ 4 ]羅伯茨，嘉誠(chéng)，“協(xié)調(diào)的機(jī)器人手臂和多指手的使用四元數(shù)”，PROC。IEEE機(jī)器人與自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議，辛辛那提，1990。 [ 5 ] Melchiorri，C.，索爾茲伯里，J.K.，”一個(gè)手臂機(jī)器人控制算法系統(tǒng)”，PROC。第五國(guó)際會(huì)議先進(jìn)的機(jī)器人，91 ICAR，比薩，意大利，六月19日-22日，1991。 [ 6 ] bologni，L.，卡塞利，S.，Melchiorri，C，“設(shè)計(jì)課題為高等法院的機(jī)器人手”過(guò)程。北約高級(jí)研究研討會(huì)在機(jī)器人的冗余，丹酚酸B，意大利六月二十七日1988年7月1日。 [ 7 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在國(guó)外，機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用最多的就是制造業(yè)，并且已取得了較為顯著進(jìn)展，已成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備而得到工業(yè)界廣泛應(yīng)用，從而也形成了一批在國(guó)際上較有影響力的、知名機(jī)器人公司。如德國(guó)的KUKA、瑞典的ABB、日本的安川等。據(jù)專家預(yù)測(cè)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。 美國(guó)和日本多年來(lái)引領(lǐng)國(guó)際機(jī)器人的發(fā)展方向，代表著國(guó)際上機(jī)器人領(lǐng)域的最高科技水平。目前，日本除了比較關(guān)注特種機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人以外，還注重中間件的研制。然而，近年來(lái)日本基本上在做模仿性的工作，突破性技術(shù)比較少。而美國(guó)在機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)方面，一直保持著世界領(lǐng)先地位。再有，美國(guó)主要做高附加值的產(chǎn)業(yè)，比如軍用機(jī)器人，目前世界銷售的9000臺(tái)軍用機(jī)器人之中，有60%來(lái)自美國(guó)。比如：美國(guó)最近研制成功的Big Dog軍用機(jī)器人，能負(fù)重100公斤，行進(jìn)速度跟人相當(dāng)，每小時(shí)達(dá)到五公里，還能適應(yīng)各種地形，即使是在側(cè)面受到?jīng)_擊時(shí)也能保持很好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。 由此可見(jiàn)，機(jī)器人領(lǐng)域在國(guó)外呈良好的發(fā)展勢(shì)頭。 二、國(guó)內(nèi)智能小車的現(xiàn)狀研究 相比于國(guó)外，我國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)比較少，目前沈陽(yáng)新松機(jī)器人股份有限公司、哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化設(shè)備有限責(zé)任公司和北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所工程中心是三家主要生產(chǎn)基地，每家企業(yè)年產(chǎn)值相比國(guó)外企業(yè)仍有較大的差距，其中還包括一些機(jī)器人外圍產(chǎn)品，沒(méi)有形成規(guī)?；a(chǎn)，規(guī)模經(jīng)濟(jì)并不突出。 據(jù)資料顯示，截止2008年底我國(guó)制造業(yè)擁有31400臺(tái)機(jī)器人，國(guó)產(chǎn)的不足千臺(tái)，而且缺乏整體核心技術(shù)的突破，尤其在自動(dòng)控制、精加工和材料方面，具有中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)器人很少，不少關(guān)鍵元器件至今尚不能自己生產(chǎn)或者性能不高，這些因素已經(jīng)開始嚴(yán)重影響國(guó)產(chǎn)機(jī)器人做大做強(qiáng)步伐 。 但是從制造業(yè)的發(fā)展歷程看，我國(guó)正處于工業(yè)化過(guò)程中，生產(chǎn)手段必然要經(jīng)歷機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化、信息化的變革，工業(yè)制成品也將經(jīng)歷數(shù)量、質(zhì)量、柔性低成本的發(fā)展階段，目前制造業(yè)普遍需要技術(shù)和設(shè)備升級(jí)改造，以增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，提高經(jīng)濟(jì)效益，因此，我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間很大 研究?jī)?nèi)容： （1）對(duì)L300MM智能機(jī)器小車的進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （2）完成 L300MM智能機(jī)器小車的設(shè)計(jì)方案擬定；動(dòng)力與傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)、計(jì)算與分析；動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算與分析；其它設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明，設(shè)計(jì)總結(jié)。 （3）用AUTOCAD 或其他軟件繪制 L300MM智能機(jī)器小車的三維模型及其主要零件圖、總裝圖。 研究方法、手段及步驟： 根據(jù)任務(wù)書的要求及收集的資料，本課題的關(guān)鍵問(wèn)題在于機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)。搭載機(jī)械手的移動(dòng)機(jī)器人本體為四輪萬(wàn)向輪小車，它具備自主導(dǎo)航能力。在遇到物體時(shí)，可遠(yuǎn)程控制并操作機(jī)械手抓取。車載機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)3大部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械臂、機(jī)械手爪與基座的總稱。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。目前專用機(jī)械手采用電氣驅(qū)動(dòng)方式的較多。手部安裝與手臂前端是用來(lái)抓持工件(或工具)的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。手臂的作用是引導(dǎo)手指精確地抓住目標(biāo)物體，并運(yùn)送到所需要的位置上去，故手臂的位置需精確定位。手臂由以下幾部分組成：①動(dòng)作元件，帶動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，在本車載機(jī)械手中為兩臺(tái)直流無(wú)刷伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)；②導(dǎo)向裝置，保證手臂的正確方向及承受由于目標(biāo)物體重量所產(chǎn)生的彎曲和扭轉(zhuǎn)力矩；③手臂，承接和承受外力作用的部件，手臂上的零部件都裝在手臂上。 機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)還需要從其自由度出發(fā)，結(jié)合材料、動(dòng)力、抓取的物品的形狀等方面，保證其能在特殊環(huán)境下準(zhǔn)確的夾取指定的物品。 參考文獻(xiàn)： [1] 徐炳輝。氣動(dòng)手冊(cè)[M]，上海科學(xué)技術(shù)出版社，2005. 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這里我們所研究的小車，可以應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域如礦下探測(cè)，海底檢測(cè)等。這里以礦下探測(cè)為例：現(xiàn)在我國(guó)的大部分礦產(chǎn)都是采用人工井下作業(yè)的形式進(jìn)行的，這不但生產(chǎn)效率得不到保證，井下做業(yè)人員的人身安全也經(jīng)常會(huì)受到威脅。而如果應(yīng)用機(jī)器小車來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)、生產(chǎn)和運(yùn)輸，必將大大的提高生產(chǎn)效率，其井下的探測(cè)功能也可以很大程度的降低安全問(wèn)題的發(fā)生。 二 本課題的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)器人這個(gè)概念其實(shí)是最近幾十年才產(chǎn)生的。但是人類對(duì)機(jī)器人的遐想早在幾千年前就產(chǎn)生了。人類希望制造一種像人一樣的機(jī)器，以便代替人類完成各種工作 　　西周時(shí)期，我國(guó)的能工巧匠偃師就研制出了能歌善舞的伶人，這是我國(guó)最早記載的機(jī)器人。 　　春秋后期，據(jù)《墨經(jīng)》記載，我國(guó)著名的木匠魯班曾制造過(guò)一只木鳥，能在空中飛行“三日不下”，體現(xiàn)了我國(guó)勞動(dòng)人民的聰明智慧。 　　公元前2世紀(jì)，亞歷山大時(shí)代的古希臘人發(fā)明了最原始的機(jī)器人——自動(dòng)機(jī)。它是以水、空氣和蒸汽壓力為動(dòng)力的會(huì)動(dòng)的雕像，它可以自己開門，還可以借助蒸汽唱歌。 　　1800年前的漢代，大科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動(dòng)儀，而且發(fā)明了計(jì)里鼓車。計(jì)里鼓車每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。 　　后漢三國(guó)時(shí)期，蜀國(guó)丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬”，并用其運(yùn)送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭(zhēng)。 　　1662年，日本的竹田近江利用鐘表技術(shù)發(fā)明了自動(dòng)機(jī)器玩偶，并在大阪的道頓堀演出。 　　1738年，法國(guó)天才技師杰克·戴·瓦克遜發(fā)明了一只機(jī)器鴨，它會(huì)嘎嘎叫，會(huì)游泳和喝水，還會(huì)進(jìn)食和排泄。 　　在當(dāng)時(shí)的自動(dòng)玩偶中，最杰出的要數(shù)瑞士的鐘表匠杰克·道羅斯和他的兒子利·路易·道羅斯。1773年，他們連續(xù)推出了自動(dòng)書寫玩偶、自動(dòng)演奏玩偶等，他們創(chuàng)造的自動(dòng)玩偶是利用齒輪和發(fā)條原理而制成的。它們有的拿著畫筆和顏色繪畫，有的拿著鵝毛蘸墨水寫字，結(jié)構(gòu)巧妙，服裝華麗，在歐洲風(fēng)靡一時(shí)。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，這些玩偶其實(shí)是身高一米的巨型玩具?，F(xiàn)在保留下來(lái)的最早的機(jī)器人是瑞士努薩蒂爾歷史博物館里的少女玩偶，它制作于二百年前，兩只手的十個(gè)手指可以按動(dòng)風(fēng)琴的琴鍵而彈奏音樂(lè)，現(xiàn)在還定期演奏供參觀者欣賞，展示了古代人的智慧。 　　19世紀(jì)中葉自動(dòng)玩偶分為2個(gè)流派，即科學(xué)幻想派和機(jī)械制作派，并各自在文學(xué)藝術(shù)和近代技術(shù)中找到了自己的位置。1831年歌德發(fā)表了《浮士德》，塑造了人造人“荷蒙克魯斯”；1870年霍夫曼出版了以自動(dòng)玩偶為主角的作品《葛蓓莉婭》；1883年科洛迪的《木偶奇遇記》問(wèn)世；1886年《未來(lái)的夏娃》問(wèn)世。在機(jī)械實(shí)物制造方面，1893年摩爾制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驅(qū)動(dòng)雙腿沿圓周走動(dòng)。 　　進(jìn)入20世紀(jì)后，機(jī)器人的研究與開發(fā)得到了更多人的關(guān)心與支持，一些適用化的機(jī)器人相繼問(wèn)世，1927年美國(guó)西屋公司工程師溫茲利制造了第一個(gè)機(jī)器人“電報(bào)箱”，并在紐約舉行的世界博覽會(huì)上展出。它是一個(gè)電動(dòng)機(jī)器人，裝有無(wú)線電發(fā)報(bào)機(jī)，可以回答一些問(wèn)題，但該機(jī)器人不能走動(dòng)。1959年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人（可編程、圓坐標(biāo)）在美國(guó)誕生，開創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。 　　現(xiàn)代機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)中期，其技術(shù)背景是計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化的發(fā)展，以及原子能的開發(fā)利用。 　　自1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，其結(jié)果之一便是1952年數(shù)控機(jī)床的誕生。與數(shù)控機(jī)床相關(guān)的控制、機(jī)械零件的研究又為機(jī)器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，原子能實(shí)驗(yàn)室的惡劣環(huán)境要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國(guó)原子能委員會(huì)的阿爾貢研究所于1947年開發(fā)了遙控機(jī)械手，1948年又開發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手。 　　1954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人。現(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。 　　作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國(guó)AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人的控制方式與數(shù)控機(jī)床大致相似，但外形特征迥異，主要由類似人的手和臂組成。 　　1965年，MIT的Roborts演示了第一個(gè)具有視覺(jué)傳感器的、能識(shí)別與定位簡(jiǎn)單積木的機(jī)器人系統(tǒng)。 　　1967年日本成立了人工手研究會(huì)（現(xiàn)改名為仿生機(jī)構(gòu)研究會(huì)），同年召開了日本首屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)。 　　1970年在美國(guó)召開了第一屆國(guó)際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議。1970年以后，機(jī)器人的研究得到迅速?gòu)V泛的普及。 　　1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一臺(tái)由小型計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人，它是液壓驅(qū)動(dòng)的，能提升的有效負(fù)載達(dá)45公斤。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，使機(jī)器人在功能和技術(shù)層次上有了很大的提高，移動(dòng)機(jī)器人和機(jī)器人的視覺(jué)和觸覺(jué)等技術(shù)就是典型的代表。由于這些技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了機(jī)器人概念的延伸。80年代，將具有感覺(jué)、思考、決策和動(dòng)作能力的系統(tǒng)稱為智能機(jī)器人，這是一個(gè)概括的、含義廣泛的概念。這一概念不但指導(dǎo)了機(jī)器人技術(shù)的研究和應(yīng)用，而且又賦予了機(jī)器人技術(shù)向深廣發(fā)展的巨大空間，水下機(jī)器人、空間機(jī)器人、空中機(jī)器人、地面機(jī)器人、微小型機(jī)器人等各種用途的機(jī)器人相繼問(wèn)世，許多夢(mèng)想成為了現(xiàn)實(shí)。將機(jī)器人的技術(shù)（如傳感技術(shù)、智能技術(shù)、控制技術(shù)等）擴(kuò)散和滲透到各個(gè)領(lǐng)域形成了各式各樣的新機(jī)器——機(jī)器人化機(jī)器。當(dāng)前與信息技術(shù)的交互和融合又產(chǎn)生了“軟件機(jī)器人”、“網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人”的名稱，這也說(shuō)明了機(jī)器人所具有的創(chuàng)新活力。 90年代以來(lái)，以研制高水平的環(huán)境信息傳感器和信息處理技術(shù)、高適應(yīng)性的移動(dòng)機(jī)器人控制技術(shù)和真實(shí)環(huán)境下的規(guī)劃技術(shù)為標(biāo)志，開展了移動(dòng)機(jī)器人的更高層次的研究?，F(xiàn)在機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣，種類也越來(lái)越多，但大體上可分為輪式機(jī)器人和足式機(jī)器人。智能小車就是輪式機(jī)器人中的一種，雖然是最基本的機(jī)器人雛形，但其中已包含了大部分功能，綜合國(guó)內(nèi)外專家解釋，機(jī)器人是具有一些類似人的功能的機(jī)械電子裝置或者叫自動(dòng)化裝置，它仍然是個(gè)機(jī)器。它有三個(gè)特點(diǎn)：一個(gè)是有類人的功能，比如說(shuō)作業(yè)功能；感知功能；行走功能；還能完成各種動(dòng)作，它還有一個(gè)特點(diǎn)是根據(jù)人的編程能自動(dòng)的工作，這里一個(gè)顯著的特點(diǎn)，就是它可以編程，改變它的工作、動(dòng)作、工作的對(duì)象和工作的一些要求。它是人造的機(jī)器或機(jī)械電子裝置，所以這個(gè)機(jī)器人仍然是個(gè)機(jī)器。但是目前還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的有關(guān)機(jī)器人定義，美國(guó)工程師協(xié)會(huì)認(rèn)為機(jī)器人是計(jì)算機(jī)控制的可以編程的目前能夠完成某種工作或可以移動(dòng)的自動(dòng)化機(jī)械，但日本和其他國(guó)家也對(duì)機(jī)器人有不同的看法，他們認(rèn)為從完整的更為深遠(yuǎn)的機(jī)器人定義來(lái)看，應(yīng)該更強(qiáng)調(diào)機(jī)器人智能，所以人們又提出來(lái)機(jī)器人的定義是能夠感知環(huán)境，能夠有學(xué)習(xí)、情感和對(duì)外界一種邏輯判斷思維的這種機(jī)器。這也將是未來(lái)機(jī)器人的只要的發(fā)展趨勢(shì)。 三 本課題研究的關(guān)鍵問(wèn)題及方法 根據(jù)任務(wù)書的要求及收集的資料，本課題的關(guān)鍵問(wèn)題在于機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)。搭載機(jī)械手的移動(dòng)機(jī)器人本體為四輪萬(wàn)向輪小車，它具備自主導(dǎo)航能力。在遇到物體時(shí)，可遠(yuǎn)程控制并操作機(jī)械手抓取。車載機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)3大部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械臂、機(jī)械手爪與基座的總稱。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。目前專用機(jī)械手采用電氣驅(qū)動(dòng)方式的較多。手部安裝與手臂前端是用來(lái)抓持工件(或工具)的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。手臂的作用是引導(dǎo)手指精確地抓住目標(biāo)物體，并運(yùn)送到所需要的位置上去，故手臂的位置需精確定位。手臂由以下幾部分組成：①動(dòng)作元件，帶動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，在本車載機(jī)械手中為兩臺(tái)直流無(wú)刷伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)；②導(dǎo)向裝置，保證手臂的正確方向及承受由于目標(biāo)物體重量所產(chǎn)生的彎曲和扭轉(zhuǎn)力矩；③手臂，承接和承受外力作用的部件，手臂上的零部件都裝在手臂上。 機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)還需要從其自由度出發(fā)，結(jié)合材料、動(dòng)力、抓取的物品的形狀等方面，保證其能在特殊環(huán)境下準(zhǔn)確的夾取指定的物品。 參考文獻(xiàn)： [1] 徐炳輝。氣動(dòng)手冊(cè)[M]，上海科學(xué)技術(shù)出版社，2005. 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Proceedings of EUCOMES 08：479-495. 5 寧XX大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) L300MM智能機(jī)器小車設(shè)計(jì) 所在學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 年 月 日 摘 要 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人是由目標(biāo)機(jī)體，控制器系統(tǒng)，傳感裝置和控制系統(tǒng)及伺服功率控制系統(tǒng)部件，是人的行動(dòng)，自動(dòng)化，多程序設(shè)計(jì)中，每個(gè)在三維空間中模仿可以完成機(jī)電設(shè)備類型每一項(xiàng)工作。工業(yè)機(jī)器人，以提高和保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新中起著非常重要的作用。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)結(jié)合了多學(xué)科的知識(shí)。包括機(jī)構(gòu)，計(jì)算機(jī)，控制論，信息和傳感技術(shù)，人工智能，仿生學(xué)。它是現(xiàn)代非常活躍，非常廣泛的應(yīng)用的領(lǐng)域。 機(jī)器人具有許多人類不具備的功能，包括快速分析環(huán)境的能力;抗干擾能力強(qiáng)，可以長(zhǎng)時(shí)間，高精密工作的工作。你可以說(shuō)，機(jī)器人是工業(yè)進(jìn)步的產(chǎn)物，它也扮演著在今天的行業(yè)至關(guān)重要的作用。如今，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已成為工業(yè)國(guó)家在世界的關(guān)注。 隨著機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，新的要求，以提高教學(xué)機(jī)器人的教育水平，我們開發(fā)了一套實(shí)驗(yàn)教學(xué)機(jī)器人演示系統(tǒng)的目的。 本文介紹的發(fā)展歷史，機(jī)器人的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外，其很大的優(yōu)勢(shì)，提出了具體的機(jī)器人設(shè)計(jì)要求和總體方案設(shè)計(jì)的不同程度的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算的自由和行為; 在分析了目前國(guó)內(nèi)外智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一種新的汽車設(shè)計(jì)L300MM智能機(jī)，雙電機(jī)通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，使機(jī)器人能夠在一個(gè)方向的步態(tài)可以實(shí)現(xiàn)。在與車輪的運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，機(jī)器人不僅具有一般的輪式機(jī)器人動(dòng)作快，簡(jiǎn)單的控制功能，而且還具有良好的功能障礙。在本文中，這種新型的移動(dòng)機(jī)器人障礙的功能進(jìn)行了分析，該機(jī)構(gòu)確實(shí)走運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。設(shè)計(jì)每個(gè)組件的結(jié)構(gòu)，以確定每個(gè)車輪的要求驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，基于簡(jiǎn)化車輪接觸上建立的機(jī)器人的準(zhǔn)靜態(tài)模型的關(guān)系的地面，準(zhǔn)靜態(tài)分析以獲得在步態(tài)狀況每個(gè)機(jī)器人用武力成員。 關(guān)鍵詞：移動(dòng)機(jī)器人，步態(tài)，機(jī)器人;工業(yè);開車;實(shí)力 V Abstract Industrial robot is composed of goal of modern mechanical body, control system, sensor system, control system and servo actuator system, is a kind of to imitate human operation, automatic control, but many programming, to every kind of operation Mechatronics device in three-dimensional space. Industrial robot to enhance and ensure the quality of products, improve production efficiency, plays a very important role in improving the working conditions of workers and the rapid updating of product. Industrial robot technology combines multiple subject knowledge. Contains the mechanism, computer, control theory, information and sensor technology, artificial intelligence, bionics. It is very active, very broad application of the field. The robot has a lot of people do not have, including rapid analysis of environmental capacity; strong anti-interference ability, can work for a long time and high precision work. The robot can be said is a product of industrial progress, it also plays a vital role in today's industry. Today, the robotics industry has become the world the concern of the industry. With the rapid development of robot technology, is constantly expanding the scope of application of industrial robots, puts forward new requirements, in order to improve the robot teaching education level, we developed a set of experimental teaching for the purpose of demonstration of the robot system. This paper expounds the developing history of robots, the application status at home and abroad, and its great superiority, proposed the design requirements of concrete and the concrete structure calculation design, overall design and various degrees of freedom; Based on the analysis of domestic and international research status of the intelligent mobile robot, this paper designed a new type of mobile robot structure -- the wheel drive system and the movement mechanism of combining in walking, driving the two motors, through some simple transmission mechanism, so that the robot can realize single direction gait. At the same time with the movement of the wheels, the robot not only has the characteristics of mobile speed fast, simple control of wheeled robot obstacle crossing ability, also has the good. This paper analyzes the obstacle function of this new mobile robot, and the walking mechanism kinematic analysis. In order to each component design structure, determine the driving torque of each wheel is required, based on simplifying the wheel and the ground contact relationship, establish the quasi static model of the robot, quasi static analysis is carried out, so as to obtain the stress state of the robot components in the gait motion at. Keywords: mobile robot, gait, the robot industry; transmission; strength 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 IV 第1章 緒論 1 1.1 機(jī)器人概念 1 1.2 課題研究的背景和意義 1 1.3 國(guó)內(nèi)機(jī)器人的研究 2 1.4國(guó)外研究現(xiàn)狀 4 1.5機(jī)器人的發(fā)展及技術(shù) 5 1.5.1 機(jī)器人的發(fā)展 5 1.5.2 機(jī)器人技術(shù) 5 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容 6 第2章L300MM智能機(jī)器小車結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 7 2.1機(jī)器人工程概述 7 2.2 工業(yè)機(jī)器人車體機(jī)構(gòu)方案論述 8 2.3 小型智能移動(dòng)機(jī)器人車體結(jié)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)原理 8 第3章L300MM智能機(jī)器小車各部分設(shè)計(jì) 11 3.1 移動(dòng)機(jī)器人車輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 3.2 電機(jī)的選型與計(jì)算 12 3.3 抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 14 3.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 19 3.4.1按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 19 3.4.2按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算 19 3.4.3軸的剛度計(jì)算概念 20 3.4.4軸的設(shè)計(jì)步驟 20 3.5各軸的計(jì)算 21 3.6軸的設(shè)計(jì)與校核 23 3.7 軸承的設(shè)計(jì)及校核 24 3.7.1軸承種類的選擇 24 3.7.2深溝球軸承結(jié)構(gòu) 24 3.7.3軸承計(jì)算 26 第4章 整體車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 4.1 小車行走結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 4.1.1車體結(jié)構(gòu)方案的比較與選擇 28 4.1.2小車驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的確定 29 4.2 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算 32 4.2.1 蝸桿的選型 32 4.2.2 蝸桿副的材料 32 4.2.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 32 4.2.4 蝸桿和蝸輪的主要計(jì)算參數(shù)和幾何尺寸 35 4.2.5 校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 36 4.3 車輪部位電機(jī)選擇 36 4.4 本章小結(jié) 37 總結(jié)與展望 38 參 考 文 獻(xiàn) 39 致 謝 40 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1 機(jī)器人概念 機(jī)器人（Robot）是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。機(jī)器人（機(jī)械手）的工作，機(jī)組自動(dòng)執(zhí)行。它是一種先進(jìn)的綜合控制理論，機(jī)械，電子，計(jì)算機(jī)，材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。在工業(yè)，醫(yī)學(xué)，農(nóng)業(yè)，建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域具有重要用途。 機(jī)器人技術(shù)是近50年來(lái)迅速發(fā)展的代表，機(jī)械和電子控制系統(tǒng)，生產(chǎn)工具的自動(dòng)化程度高。在制造業(yè)，工業(yè)用機(jī)器人技術(shù)已被廣泛應(yīng)用。其自動(dòng)化程度高，改善工作條件，以確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率，起到了非常重要的作用。你可以說(shuō)他是現(xiàn)代工業(yè)的一次技術(shù)革命。 機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，仿人機(jī)器人是機(jī)器人研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。研究人形機(jī)器人需要機(jī)械，電子，信息理論，人工智能，生物學(xué)和計(jì)算機(jī)知識(shí)，和許多其他學(xué)科的結(jié)合，但其發(fā)展也促進(jìn)了這些學(xué)科的發(fā)展。機(jī)器人是一個(gè)人形機(jī)器人。 1959年，世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的誕生，一個(gè)機(jī)器人創(chuàng)建一個(gè)新的發(fā)展時(shí)代。隨著科學(xué)技術(shù)的研究和應(yīng)用類人機(jī)器人快速發(fā)展的發(fā)展。世界著名機(jī)器人專家，在日本早稻田大學(xué)教授加藤一郎說(shuō)：“其中一個(gè)機(jī)器人應(yīng)該有能力的最大的特點(diǎn)?！钡姆绞?，其中，腳是自動(dòng)化程度最高，最復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。偉大的發(fā)明家愛(ài)迪生曾經(jīng)說(shuō)過(guò)這樣一句話：“上帝創(chuàng)造了人，兩條腿是最美妙的杰作。”系統(tǒng)環(huán)境要求極為豐富的動(dòng)力是非常低的，無(wú)論是在地面上，還對(duì)非結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地面上，有一個(gè)很好的對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。與應(yīng)用拓展機(jī)器人功能開辟了無(wú)限廣闊的前景。 機(jī)器人的原因和目的，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：希望開發(fā)出一種機(jī)制，使他們能夠在許多結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)環(huán)境中工作的人，或延伸和擴(kuò)展人類活動(dòng)的領(lǐng)域，而不是;希望有更多的了解和掌握人的特點(diǎn)和使用這些功能的人性化服務(wù)，如：假肢。具有豐富的動(dòng)力系統(tǒng)，這方面的研究可以擴(kuò)大研究力學(xué)和機(jī)器人;機(jī)器人可以用作一個(gè)智能機(jī)器人玩人工智能中起重要作用。 1.2 課題研究的背景和意義 由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)論是在工業(yè)生產(chǎn)或人類的生命，機(jī)器人技術(shù)，已被廣泛使用。智能人形機(jī)器人是符合近年來(lái)科學(xué)家們的工作方向。人形機(jī)器人是人類的模式，它可以按照人的各種動(dòng)作和與人類的外部特征。機(jī)器人管家做夢(mèng)也不會(huì)想到未來(lái)。 根據(jù)不同的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)時(shí)，機(jī)器人也可分為不同的類別。輪式移動(dòng)機(jī)器人，履帶機(jī)器人，機(jī)器人，機(jī)器人的行走，等等。值得一提的是，步行機(jī)器人，他是近年來(lái)的一項(xiàng)重要成果，人形機(jī)器的研究。它的動(dòng)作最喜歡的動(dòng)物，甚至人類可以談。這是復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)化程度非常高。與傳統(tǒng)的輪式和履帶式機(jī)器人相比，其對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)。能夠在狹小的空間，如履平地在不平的道路，上下樓梯等工作。不久的將來(lái)，這種技術(shù)將被廣泛使用。 在機(jī)器人研究，生產(chǎn)，使用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)仿真機(jī)器人的是一個(gè)非常重要的過(guò)程。機(jī)器人仿真模型包括零件，零件裝配，最終的運(yùn)動(dòng)模擬。通過(guò)模擬，設(shè)計(jì)人員可以很直觀地觀察每個(gè)身體運(yùn)動(dòng)的情況，知道有沒(méi)有出現(xiàn)干擾;可以知道的各種組件的力，繪制各種模擬數(shù)據(jù)。這種方法大大節(jié)省開發(fā)時(shí)間和成本。 1.3 國(guó)內(nèi)機(jī)器人的研究 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用在很長(zhǎng)的歷史在日本。在七十年代時(shí)所應(yīng)用的第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，再經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，在八十年代時(shí)，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)得到普及。他們相應(yīng)年度的工業(yè)產(chǎn)值也已迅速增加。達(dá)到一hundred十億日元的1980年，到1990年上升到六百十億日?qǐng)A。在2004年已達(dá)到18500億日元。示出的工業(yè)機(jī)器人在提高生產(chǎn)效率方面的重要性。 在國(guó)際層面，國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人的重要性。因此，迅速崛起為工業(yè)機(jī)器人的訂單。 2003年的訂單相對(duì)量到2002年增長(zhǎng)了10％。從那時(shí)起，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求仍在上升。從2001年到2006年，全球訂單增長(zhǎng)達(dá)9萬(wàn)多臺(tái)。 7％的年增長(zhǎng)率。 國(guó)際工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展方向： 機(jī)器人涉及到的知識(shí)和非常多學(xué)科領(lǐng)域。它包括：一臺(tái)計(jì)算機(jī)，電子，控制，人工智能，傳感器，與所述網(wǎng)絡(luò)，控制，機(jī)械等的通信。機(jī)器人的發(fā)展是從這些學(xué)科的發(fā)展是分不開的。這是因?yàn)橄嗷ビ绊?，各學(xué)科的綜合集成，以創(chuàng)建自動(dòng)化和人民高度。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人必須在應(yīng)用更廣泛的范圍;技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越多地被提起，更強(qiáng)大。現(xiàn)在，它是機(jī)器人研究的小型化。機(jī)器人將更加融入人們的日常生活。總的趨勢(shì)是模塊化的開發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)化，更智能。 廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人，以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，保護(hù)人員的安全，改善工作環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約原材料消耗，降低生產(chǎn)成本，起到了非常重要的作用。工業(yè)機(jī)器人被廣泛使用，以體現(xiàn)以人為本的原則，它的出現(xiàn)使人們的生活更加方便，美觀。 家用機(jī)器人的研制工作起步較晚，我國(guó)從上世紀(jì)80年代就開始研究并在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用。 1986年，該國(guó)在1987年推出了“規(guī)劃綱要”的機(jī)器人研究計(jì)劃，中國(guó)的“863”高科技計(jì)劃?rùn)C(jī)器人技術(shù)研究和開發(fā)包括在內(nèi)。目前，中國(guó)從事機(jī)器人技術(shù)研究和應(yīng)用開發(fā)單位主要是高校和科研院所等。我們研究的主要目的原本是機(jī)器人是跟蹤國(guó)際先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)，然后取得了一定的成績(jī)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)自1986年起，開始研究機(jī)器人的，靜態(tài)的雙足機(jī)器人HIT-I，高110厘米，體重70kg的第一個(gè)研制成功，擁有10個(gè)自由度，在地面上，以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)，左，右側(cè)線以及運(yùn)動(dòng)，上下樓梯，邁開45厘米，10秒/步，后來(lái)的步伐研制成功的HIT-II和HIT-III，體重42千克，身高103厘米，擁有12個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)了步長(zhǎng)24厘米，2.3每步的步伐。目前正在對(duì)HI第四機(jī)器人下開發(fā)的，該主體可具有52個(gè)自由度，這是在移動(dòng)速度方面優(yōu)越，以及平衡前四名機(jī)器人[3-7]。 國(guó)防科技大學(xué)于1988年的春天，成功開發(fā)了6-DOF平面雙足機(jī)器人KDW-1，它可以前進(jìn)，后退，上下樓梯，最大步幅40厘米，每秒4步的步伐， 1989年開發(fā)了空間型KDW-II，擁有10個(gè)自由度，高69厘米，體重13千克實(shí)現(xiàn)退，上下樓梯和周圍的準(zhǔn)靜態(tài)穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)。 1990年增加KDW-II平臺(tái)兩縱縫，發(fā)展成KDW-III，有12個(gè)自由度，具有轉(zhuǎn)彎功能，實(shí)現(xiàn)了全面的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。 1995年，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的，每步的速度0.8，步長(zhǎng)20cm?22厘米，13度的最大坡度。 KDW-III對(duì)中國(guó)第一人形機(jī)器人“狀元”的成功的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，到2000年底，在不確定的環(huán)境下動(dòng)態(tài)的，小的偏差，達(dá)到每秒兩步周期，高1.4米，重20kg，有一個(gè)頭，眼睛，頸部，身體，手臂，腳，并具備一定的語(yǔ)言功能[8-13]。 此外，清華大學(xué)正在開發(fā)一種人形機(jī)器人THBIP-I，高1.7米，體重130千克，32個(gè)自由度，與清華大學(xué)的支持下，985計(jì)劃，項(xiàng)目進(jìn)展。南京航空航天大學(xué)開發(fā)了一個(gè)8-DOF太空機(jī)器人，靜態(tài)函數(shù)[13,14]。 本文擬從“首屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”的機(jī)器人。目前，主要是在輪式機(jī)器人的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的功能的階段。真正模擬人類的機(jī)器人的腿不是很多，雖然有些六足，四足機(jī)器人的出現(xiàn)，但機(jī)器人尚不多見(jiàn)。我們的主題，探索設(shè)計(jì)巧妙單獨(dú)的機(jī)械設(shè)備和簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)器人的仿真。其子功能：交替步腿，搖搖頭，擺臂，擺臂。1.4國(guó)外研究現(xiàn)狀 人類和動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)原理的第一個(gè)系統(tǒng)研究是邁布里奇，他發(fā)明的攝像機(jī)，一個(gè)獨(dú)特的，那就是，一組電觸發(fā)的攝像頭，并于1877年成功地拍了許多照片獸和連續(xù)運(yùn)行。后來(lái)，這種方法已經(jīng)用于研究人體運(yùn)動(dòng)使用相機(jī)Demeny。從20世紀(jì)30年代到50年代，蘇聯(lián)伯恩斯坦還從生物動(dòng)力機(jī)制，人類和動(dòng)物進(jìn)行深入研究的角度來(lái)看，并就運(yùn)動(dòng)非常形象化的描述。 真正全面的研究，在系統(tǒng)啟動(dòng)開展機(jī)器人20世紀(jì)60年代。到目前為止，只有形成了一套比較完整的機(jī)器人系統(tǒng)的理論，并在一些國(guó)家，如日本，美國(guó)和前蘇聯(lián)成功研制能夠靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的原型機(jī)器人。在本節(jié)中，我們介紹了球隊(duì)60年1985年這段時(shí)期，在實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人領(lǐng)域最重要的進(jìn)展。 在20世紀(jì)60年代和70年代，機(jī)器人控制理論的研究生產(chǎn)三種非常重要的控制方法，即有限狀態(tài)控制，模型參考控制和算法控制。這三種控制方法適用于各種類型的機(jī)器人。國(guó)家控制是通過(guò)在1961年做出的模型參考控制法恩斯沃思在1975年由美國(guó)南托莫維奇限制，而控制算法是南斯拉夫著名米哈伊爾羅馬尼亞研究所機(jī)器人?鮑賓專家Vukobratovic博士學(xué)習(xí)要求1969年至1972年主動(dòng)。有這三種控制方法之間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系?；旧鲜菂⒖寄Ｐ涂刂频挠邢逘顟B(tài)控制采樣，而算法是案件的控制中心[1]。 在步態(tài)的研究，蘇聯(lián)Bessonov和Umnov定義“最佳步態(tài)”，Kugushev和Jaro- shevskij定義的自由步態(tài)。既步態(tài)不僅適應(yīng)而且適應(yīng)多足機(jī)器人。其中，步態(tài)是在步態(tài)的規(guī)則方面相對(duì)自由。如果地面很粗糙，所以在機(jī)器人，下一步應(yīng)放在哪里的腳，它不能根據(jù)步驟考慮一個(gè)固定的順序，但這樣登山，是由一個(gè)確定應(yīng)該去步步一定的優(yōu)化準(zhǔn)則，這就是所謂的步態(tài)自由。 在機(jī)器人的穩(wěn)定性的觀點(diǎn)出發(fā)，Hemami等人的美國(guó)已提出的系統(tǒng)的倒置（倒立擺）的換能器，其可以被解釋為在換能器存在的問(wèn)題的向前運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和控制的簡(jiǎn)化模型。此外，為了減少的控制的考慮，Hemami，誰(shuí)也制作的機(jī)器人的“降低模式”復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行了研究。 早些時(shí)候，我們指出Vukobratovic也人形系統(tǒng)能量分析，但他僅限于出口的每一個(gè)關(guān)節(jié)，隨著時(shí)間的推移，整個(gè)系統(tǒng)變化的力量，并沒(méi)有過(guò)多參與優(yōu)化能源消耗的問(wèn)題。但是在他的研究中，Vukobratovic得出一個(gè)有用的結(jié)論，即平滑的姿態(tài)，該系統(tǒng)的較少人功耗。 1.5機(jī)器人的發(fā)展及技術(shù) 1.5.1 機(jī)器人的發(fā)展 1940年代，隨著遠(yuǎn)程操縱和數(shù)控制造技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)機(jī)器人技術(shù)的研究開始出現(xiàn)。 20世紀(jì)60年代的美國(guó)ConsolidatedContr01公司開發(fā)的第一個(gè)機(jī)器人原型，并成立了Unimation公司，生產(chǎn)為Unimate機(jī)器人定型。自1970年以來(lái)，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)，逐步發(fā)展成為一家專業(yè)的學(xué)校，哈爾濱工程大學(xué)碩士論文10。 1970年，在機(jī)器人的第一次國(guó)際會(huì)議在美國(guó)召開。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，上百種不同的結(jié)構(gòu)，不同的控制系統(tǒng)，機(jī)器人用于不同的目的已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用階段。目前，雖然機(jī)器人的定義是尚未統(tǒng)一，但一般認(rèn)為，經(jīng)歷了四代機(jī)器人，以便從低到高的發(fā)展。第一代機(jī)器人，主要是指只對(duì)“教 - 再現(xiàn)”的機(jī)器人的方式，這要靠人來(lái)給定的程序，重復(fù)的各種操作。目前，各種類型的工業(yè)機(jī)器人大多屬于第一代機(jī)器人。第二代機(jī)器人是機(jī)器人具有傳感器反饋功能，它可以得到的工作環(huán)境中，簡(jiǎn)單的操作對(duì)象的信息通過(guò)計(jì)算機(jī)處理，分析，并確保該機(jī)器人已按照推理的程序被編程，操作反饋控制，性能低級(jí)別的情報(bào)。目前，第二代機(jī)器人的研究主要集中在實(shí)際應(yīng)用和普及。第四代機(jī)器人是指環(huán)保意識(shí)，并能夠使自主機(jī)器人自主決定。它具有多種感知功能，可以是復(fù)雜的邏輯思維，判斷決策，在工作環(huán)境中能夠獨(dú)立行動(dòng)。第四代機(jī)器人，也稱為智能機(jī)器人，并且機(jī)器人已成為學(xué)術(shù)研究的焦點(diǎn)，但仍處于探索實(shí)驗(yàn)室階段。機(jī)器人技術(shù)已成為焦點(diǎn)和科學(xué)技術(shù)研究與應(yīng)用的重點(diǎn)，并在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防建設(shè)中逐步發(fā)揮作用顯著。可以預(yù)測(cè)，機(jī)器人將在21世紀(jì)的社會(huì)生產(chǎn)和生活中扮演更重要的角色。 1.5.2 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)器人技術(shù)是一個(gè)迅速發(fā)展和高度集成的前沿，在廣泛的領(lǐng)域，專注于機(jī)械工程，電氣與電子工程，計(jì)算機(jī)工程，自動(dòng)控制工程，生物科學(xué)和人工智能等學(xué)科的最新研究成果，代表了最新成果在機(jī)電一體化。機(jī)器人充分體現(xiàn)人與機(jī)器的各自的長(zhǎng)處，它具有更大的靈活性和更廣泛的應(yīng)用比常規(guī)機(jī)器。機(jī)器人的出現(xiàn)和應(yīng)用是人類生產(chǎn)和社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)工具的必然演變的需要。目前，機(jī)器人和自動(dòng)化裝備的關(guān)注，在國(guó)內(nèi)外已成為高新技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)也以驚人的速度向海洋，航空，航天，軍工，農(nóng)業(yè)，服務(wù)，娛樂(lè)等的滲透領(lǐng)域。目前，雖然機(jī)器人的能力仍然是非常有限的，但它正在迅速增長(zhǎng)。隨著各學(xué)科和社會(huì)需求的發(fā)展，機(jī)器人也出現(xiàn)了許多新的方向和趨勢(shì)，??如網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人，虛擬機(jī)器人，機(jī)器人合作，微型機(jī)器人和機(jī)器人。 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容 第1章 緒論 主要介紹機(jī)器人的相關(guān)知識(shí)和本課題研究的任務(wù)和要求. 第2章 總體方案設(shè)計(jì),介紹該機(jī)器人各部分的相關(guān)知識(shí)和總體設(shè)計(jì). 第3章 機(jī)器人各部分設(shè)計(jì)的介紹 第4章 機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 41 第2章L300MM智能機(jī)器小車結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 2.1機(jī)器人工程概述 從系統(tǒng)功能的觀點(diǎn)考慮來(lái)看，將被看作是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)器是一個(gè)系統(tǒng)，可根據(jù)有機(jī)地聯(lián)系在一起的某些規(guī)則它由若干個(gè)子系統(tǒng)，是一個(gè)不可分割的整體。如果系統(tǒng)是一個(gè)特定的功能作為一個(gè)整體的開放，則損失。因此，在一個(gè)更??復(fù)雜的機(jī)器的設(shè)計(jì)中，從機(jī)器系統(tǒng)的概念出發(fā)，該系統(tǒng)應(yīng)具有以下特征： 總共機(jī)械系統(tǒng)（1）由多個(gè)子系統(tǒng)的整體不同整體性能的應(yīng)具有的特定功能。 （2）內(nèi)的相關(guān)系統(tǒng)，有機(jī)效果子系統(tǒng)之間的有機(jī)聯(lián)系，具有一些相互關(guān)聯(lián)的特征。 （3）每個(gè)系統(tǒng)的目的，應(yīng)具有系統(tǒng)的一個(gè)明確的目的和功能，結(jié)構(gòu)，各子系統(tǒng)的系統(tǒng)的組合取決于該系統(tǒng)的用途和功能。 （4）對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性存在于任何系統(tǒng)中的一定的環(huán)境中，必須能夠適應(yīng)變化的外部環(huán)境。 因此，當(dāng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)，機(jī)器人系統(tǒng)不僅要注意的各種成分的組成，部件的設(shè)計(jì)，但是應(yīng)當(dāng)基于的觀點(diǎn)系統(tǒng)工程一點(diǎn)，根據(jù)機(jī)器人的功能要求，將形成的組成部分機(jī)器人系統(tǒng)的各種子系統(tǒng)，合理部分組合，設(shè)計(jì)和適合于機(jī)器人的運(yùn)作需要優(yōu)良性能的產(chǎn)品。在更復(fù)雜的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)通常包括以下內(nèi)容：操作機(jī)，它是在完成機(jī)器人本體的任務(wù)，其中包括基體，手臂，手腕，末端執(zhí)行器和其他的機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它包括一個(gè)傳動(dòng)系作為驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)單元，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由各種傳輸部件及其部件?？刂葡到y(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)電子控制裝置（計(jì)算機(jī)或其它可編程的編輯控制裝置）具有計(jì)算，存儲(chǔ)能力，人 - 來(lái)自各種傳感器的放大，傳輸和輸入加工機(jī)接口設(shè)備（鍵盤，示教盒等），信息裝置，傳感器，離線編程，設(shè)備I / O通信接口，內(nèi)部和外部的傳感器，以及其它通用或?qū)Ｓ玫耐鈬O(shè)備[14]。 工業(yè)機(jī)器人的特征在于，它的多功能性在功能和重新調(diào)整柔性，工業(yè)機(jī)器人，從而可以有效地應(yīng)用到柔性制造系統(tǒng)來(lái)完成的部件或材料，組件或其它操作的轉(zhuǎn)移。在柔性制造系統(tǒng)，其基本工藝設(shè)備（如數(shù)控機(jī)床，鍛造，焊接，裝配等的生產(chǎn)設(shè)備），輔助設(shè)備，控制設(shè)備和工業(yè)機(jī)器人在一起以形成多種不同形式的工業(yè)用機(jī)器人技術(shù)來(lái)復(fù)雜的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。在其他非制造業(yè)生產(chǎn)部門，如生產(chǎn)建筑，采礦，交通運(yùn)輸和其他參考文獻(xiàn)的機(jī)器人系統(tǒng)也是如此。 2.2 工業(yè)機(jī)器人車體機(jī)構(gòu)方案論述 負(fù)載大小的確定主要是考慮機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)方向確定沿著運(yùn)動(dòng)的主要考慮的方向在機(jī)器人機(jī)械接口力和扭矩載荷的大小。這應(yīng)包括在機(jī)器人末端的重量，重量和爬行指定速度和工件或作業(yè)對(duì)象，的加速度的條件下實(shí)施，例如所產(chǎn)生的慣性力。由設(shè)計(jì)參數(shù)的初步估計(jì)的設(shè)計(jì)表明，這樣的設(shè)計(jì)可能屬于一個(gè)小的負(fù)載。 驅(qū)動(dòng)模式 由于伺服電機(jī)具有良好的控制性能，控制的靈活性，使的速度，位置的精確控制，存在對(duì)環(huán)境，體積小，效率高，適合于高要求的運(yùn)動(dòng)控制，以及小機(jī)器人等特性沒(méi)有影響，所以這種設(shè)計(jì)使用一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) （D）傳動(dòng)設(shè)計(jì) 機(jī)器人齒輪盡可能要緊湊，重量輕，慣性和小尺寸的時(shí)刻，驅(qū)動(dòng)鏈應(yīng)考慮采取措施，以消除在為了提高機(jī)器人控制精度的運(yùn)動(dòng)和位置的間隙。經(jīng)常使用的機(jī)器人機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都因?yàn)辇X輪具有效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠的齒輪，蝸輪，滾珠絲杠，同步帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)，行星齒輪，諧波傳動(dòng)齒輪鋼等，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，學(xué)習(xí)掌握更扎實(shí)的大學(xué)，所以這個(gè)設(shè)計(jì)選擇齒輪。 （D）的工作范圍 工業(yè)機(jī)器人的工作范圍是根據(jù)工業(yè)用機(jī)器人的操作過(guò)程操作范圍和軌跡確定的，以代表的工作空間。工作區(qū)的形狀和尺寸會(huì)影響機(jī)器人坐標(biāo)，尺寸和長(zhǎng)度的變化范圍的機(jī)械結(jié)構(gòu)和度每個(gè)操縱臂的自由的數(shù)目和關(guān)節(jié)軸角度選擇的各關(guān)節(jié)軸 （V）的速度 機(jī)器人操作器臂的每一次移動(dòng)之后最大行程被確定，根據(jù)該周期的定時(shí)，以確定每個(gè)操作的時(shí)間，可以進(jìn)一步確定每個(gè)動(dòng)作的速度，用米/秒或（°）/ s的分配給考慮各種因素，諸如循環(huán)時(shí)間的每個(gè)動(dòng)作序列之間的總長(zhǎng)度的每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間進(jìn)行順序地或同時(shí)等。每名候選人做時(shí)間的作用，通過(guò)比較，除了要考慮工藝要求的工作時(shí)間分配議案，分配計(jì)劃表中，我們還必須考慮慣性和旅行的大小，驅(qū)動(dòng)和控制，定位和精度要求。 2.3 小型智能移動(dòng)機(jī)器人車體結(jié)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)原理 四個(gè)輪子著地。因?yàn)榭傆兴膫€(gè)輪子接觸地面時(shí)，甚至行走速度較慢，可以保證整個(gè)身體的穩(wěn)定性。此外，所有的四個(gè)車輪，在當(dāng)機(jī)器人是在地面上的同時(shí)，可以通過(guò)一個(gè)伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)并驅(qū)動(dòng)每個(gè)輪上的每個(gè)車輪來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人向前，向后和轉(zhuǎn)向。 使用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和車輪一體結(jié)構(gòu)，即電動(dòng)車輪結(jié)構(gòu)。在車輪的部分和結(jié)配備轉(zhuǎn)向連桿機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。中央控制單元被設(shè)置在車體上，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)操作的控制。因此，第一部分的結(jié)構(gòu)的一個(gè)驅(qū)動(dòng)，減速，驅(qū)動(dòng)和監(jiān)視在一個(gè)位置，從而降低了傳輸鏈路和體重，提高了系統(tǒng)的效率和可靠性的六個(gè)輪子。 請(qǐng)考慮使用自主導(dǎo)航控制模式和遠(yuǎn)程控制相結(jié)合的模式。該車有一個(gè)傳感器和視覺(jué)系統(tǒng)，導(dǎo)航系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，機(jī)器人技術(shù)本身具有一定的自主導(dǎo)航能力，自動(dòng)防撞可以實(shí)現(xiàn)的。在同一時(shí)間的視覺(jué)系統(tǒng)的可視內(nèi)容可以通過(guò)一個(gè)無(wú)線系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制功能被發(fā)送到遠(yuǎn)程設(shè)備。 機(jī)器人自帶的電池和其他能源設(shè)備，可以自動(dòng)的能源供應(yīng)一定期限，以保證機(jī)器人的情況下，外部電源損耗自動(dòng)返回出發(fā)。對(duì)應(yīng)于人體的肌肉的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)元件的作用。為了完成預(yù)定的操作時(shí)，機(jī)器人必須具有前進(jìn)驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)單元，這是一個(gè)關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在所有的驅(qū)動(dòng)元件中，電機(jī)是最常用的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器。目前，很多仿生機(jī)器人也很有用液壓元件，氣動(dòng)元件和一些特殊材料，使驅(qū)動(dòng)器。在本文中，使用電機(jī)作為全新的智能移動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)元件。用于電機(jī)，以便精確控制，使機(jī)器人的精確移動(dòng)。 目前，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置被主要設(shè)置在以下兩個(gè)方面：“ （1）重點(diǎn)驅(qū)動(dòng)器。即，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)布置在車體上由驅(qū)動(dòng)裝置，所述功率輸出到每個(gè)車輪，車輪的運(yùn)動(dòng)。 EV是一個(gè)典型的集中式驅(qū)動(dòng)器。智能移動(dòng)機(jī)器人，集中驅(qū)動(dòng)的方式是不恰當(dāng)?shù)?，主要是由于其難以捉摸的自由轉(zhuǎn)向精確定位人體。 （2）集中控制 - 驅(qū)動(dòng)器的分布。這是每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪設(shè)置電機(jī)，驅(qū)動(dòng)器或方向盤運(yùn)動(dòng)。馬達(dá)被安裝在車體上，由中央控制裝置，以控制其旋轉(zhuǎn)速度。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，有利于發(fā)揮牽頭機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能。目前國(guó)家空間探測(cè)車都采用這種驅(qū)動(dòng)器。 該方案采用集中控制 - 分布式驅(qū)動(dòng)。輪轂和前驅(qū)動(dòng)電機(jī)一體成型的結(jié)構(gòu)，即電動(dòng)輪。輪和支架的連接，安裝轉(zhuǎn)向電機(jī)，驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)器人的速度和攀登障礙物能力的輪子的直徑有顯著影響。使用相同的馬達(dá)，車輪直徑增大時(shí)，速度會(huì)增加，而機(jī)器人是兩者之間的線性關(guān)系。此外，在根據(jù)車輛的理論分析，車輪直徑增加能顯著提高機(jī)器人障礙物的能力。然而，一個(gè)較大直徑的輪，而輪表面遭受電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩下降。根據(jù)地面車輛力學(xué)，剛性車輪寬度寬，較小的車輪的土壤塌陷的量，土壤板結(jié)的更多的阻力。然而，更寬的后輪，機(jī)器人轉(zhuǎn)向阻力也變大。另外，增加的車輪寬度比的增加更有效地減少到壓實(shí)的阻力車輪的直徑。因此，你必須設(shè)置的實(shí)際情況，輪子直徑和寬度，而不是盲目加大輪直徑和寬度。 第3章L300MM智能機(jī)器小車各部分設(shè)計(jì) 3.1 移動(dòng)機(jī)器人車輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 在車輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要考慮了以下模型，如2.2圖所示。由圖可以看出，模型 a 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是車輪與地面接觸面積小，可能產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，且對(duì)電機(jī)軸形成一個(gè)彎矩，容易對(duì)電機(jī)軸造成破壞。模型 b 采用電機(jī)內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)，增大了車輪與地面接觸面積，減小了打滑現(xiàn)象，但電機(jī)固定比較困難。 綜合兩種模型的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)如圖2.3，圖2.4中所示結(jié)構(gòu)，將電機(jī)內(nèi)嵌在車輪內(nèi)部，既增大車輪與地面的接觸面積，又縮短了整個(gè)結(jié)構(gòu)的軸向距離。為了保持輪子受力平衡使整個(gè)機(jī)構(gòu)可以平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，將輪子設(shè)計(jì)為兩個(gè)一組來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖2.2 旋轉(zhuǎn)部分結(jié)構(gòu)圖 采用了一個(gè)深溝球軸承作為徑向支承，一方面避免了車輪對(duì)電機(jī)產(chǎn)生彎矩；另一方面保證了車輪的剛度。軸承外圈與車輪內(nèi)表面配合，由于內(nèi)圈并不能與電機(jī)直接配合，設(shè)計(jì)了一個(gè)電機(jī)殼結(jié)構(gòu)，作電機(jī)和軸承的連接。 圖2.4 旋轉(zhuǎn)部分機(jī)構(gòu)圖 3.2 電機(jī)的選型與計(jì)算 a.電機(jī)性能的比較 在機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器一般采用以下幾種電機(jī)：直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和舵機(jī)。幾種電機(jī)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行如表 2.1 所示。 表2.1 幾種電機(jī)比較 電機(jī)類型 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) 直流電機(jī) 容易購(gòu)買 型號(hào)多 功率大 接口簡(jiǎn)單 轉(zhuǎn)速太快，需減速器 電流較大 較難與車輪裝配 價(jià)格較貴 控制復(fù)雜（PWM） 步進(jìn)電機(jī) 精確的速度控制 型號(hào)多樣 適合室內(nèi)機(jī)器人的速度 接口簡(jiǎn)單 價(jià)格便宜 功率與自重比小 電流通常較大 外形體積大 較難與車輪裝配，負(fù)載能力低 功率小 步進(jìn)電機(jī)作為一種新型的自動(dòng)控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，進(jìn)入了一些高、精、尖的控制領(lǐng)域。步進(jìn)電機(jī)雖然有一些不足，如啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大時(shí)易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖，且一般無(wú)過(guò)載能力，往往需要選取有較大轉(zhuǎn)距的電機(jī)來(lái)克服慣性力矩。但步進(jìn)電機(jī)點(diǎn)位控制性能好，沒(méi)有積累誤差，易于實(shí)現(xiàn)控制，能夠在負(fù)載力矩適當(dāng)?shù)那闆r下，以較小的成本與復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)電機(jī)的同步控制。 電機(jī)的選型與計(jì)算 對(duì)于本課題來(lái)說(shuō)，移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)速度最高為 0.5 米/秒，電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)最高接近 100 轉(zhuǎn)/分。如果用直流電機(jī)，由于受轉(zhuǎn)速和力矩的影響，要配減速器。而如果用步進(jìn)電機(jī)，控制位置精度比較高可以達(dá)到 1.8 度。而且不需要減速器避免造成結(jié)構(gòu)冗繁。因此選擇步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 下面對(duì)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)型號(hào)進(jìn)行選擇，輪式移動(dòng)機(jī)器人在移動(dòng)的時(shí)候，需要克服兩種阻力：摩擦力和重力。對(duì)于平面內(nèi)移動(dòng)的機(jī)器人來(lái)講則只需要克服摩擦力。帶有機(jī)械臂的全方位移動(dòng)機(jī)器人整體重量在 20Kg左右，地面摩擦系數(shù)按金屬與混凝土之間的取為 0.5，則機(jī)器人需要的總功率為： 則平均每組車輪提供的功率為25 瓦。 對(duì)于單個(gè)車輪而言： （2-1） 車輪直徑為 110mm，則電機(jī)需要提供的轉(zhuǎn)矩為： （2-2） 因此，選擇了北京和利時(shí)公司的 57BYG250E-0152 型號(hào)電機(jī)。靜轉(zhuǎn)矩為 1.5 NM 。該電機(jī)在相近產(chǎn)品中具有在轉(zhuǎn)速變高一定范圍內(nèi)能夠保持平穩(wěn)的力矩。其力矩隨轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下圖2.12所示。 圖2.12 電機(jī)轉(zhuǎn)矩圖 下面選擇轉(zhuǎn)向電機(jī)，機(jī)器人對(duì)轉(zhuǎn)向速度要求較低，對(duì)位置精度比較嚴(yán)格，選用步進(jìn)電機(jī)可以滿足設(shè)計(jì)要求。轉(zhuǎn)向電機(jī)主要是使車輪實(shí)現(xiàn)零半徑回轉(zhuǎn)，克服地面摩擦力，要求的轉(zhuǎn)速不高，因此主要計(jì)算電機(jī)靜力矩。 在這里我們假設(shè)每個(gè)車輪與地面的接觸按照理想狀態(tài)即相切線接觸，那么平均每個(gè)車輪的摩擦力為： （2-3） 由于車輪是零半徑回轉(zhuǎn)，所以克服的摩擦力矩為： （2-4） 式中——單個(gè)車輪的寬度 設(shè)計(jì)車輪與地面接觸總寬度為60mm，即所以克服的力矩為 0.368 。實(shí)際上車輪不是與地面呈線接觸，保證一定余量，選擇電機(jī)型號(hào)為 57BYG250B-SASRM-0152，靜力矩為 1.4 。 下面是所選電機(jī)的外形尺寸。 3.3 抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) a.驅(qū)動(dòng)方式的選擇 機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置，并提供了許多方法，如電機(jī)驅(qū)動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，各種驅(qū)動(dòng)模式都有其自身的特點(diǎn)，在液壓和氣動(dòng)工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用是非常廣泛的，有些是在同一時(shí)間使用各種機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的，這取決于由所述機(jī)器人設(shè)置的特性和要求而有所不同。比較這些驅(qū)動(dòng)模式中，驅(qū)動(dòng)模式，用于選擇一對(duì)移動(dòng)機(jī)器人。 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，以避免壓力能量轉(zhuǎn)換成中間部分，其效率比液壓和氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)更高。汽車電機(jī)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速表，編碼器和制動(dòng)器總成又將在主題處理，使得整個(gè)電氣系統(tǒng)體積小，可靠性和多功能性也得到了很大的提高。此外，該馬達(dá)是根據(jù)脈沖數(shù)來(lái)計(jì)算與脈沖等效距離運(yùn)行馬達(dá)，輸入到計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)非常高的精度的位置和方向。液壓和氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)笨重，不便維護(hù)，大液壓源和所述源設(shè)備的體積，對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人的問(wèn)題也不能為移動(dòng)機(jī)器人手臂動(dòng)作的位置精度要求的機(jī)械，液壓和氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)也難以滿足。 綜上所述，本文選擇以驅(qū)動(dòng)馬達(dá)行駛模式的機(jī)器人。 b.傳動(dòng)方式的選擇 傳輸方式是實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)能量轉(zhuǎn)移等功效，其主要功能是指：分布和能量轉(zhuǎn)移;運(yùn)動(dòng)變化的形式;變化速度。機(jī)械傳動(dòng)的主要傳動(dòng)裝置，常用的有皮帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)，齒輪和蝸輪傳動(dòng)等。 根據(jù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況選擇齒輪。機(jī)械傳動(dòng)齒輪是最廣泛使用的類驅(qū)動(dòng)器。其傳動(dòng)效率高，根據(jù)正常的潤(rùn)滑效率高達(dá)99％以上;比常數(shù)，具有恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比，它可以應(yīng)用到高速傳輸;緊湊，因?yàn)檎加玫目臻g小相同的條件下;可靠，使用壽命長(zhǎng)。 手指設(shè)計(jì)會(huì)通過(guò)把持在這里的對(duì)象的平移運(yùn)動(dòng)的方式將被一起使用與螺桿軸和齒輪對(duì)作為傳輸機(jī)制來(lái)完成的機(jī)制，所要求的功能的前端。使用這兩種結(jié)構(gòu)的整個(gè)端體積小，重量輕。 c.手指的設(shè)計(jì) 操作和不同的操作的數(shù)目的復(fù)雜度可以實(shí)現(xiàn)為不同的手指，手可至少根據(jù)期望的索引機(jī)器人操作必須完成的操作來(lái)確定。手指可以推動(dòng)，滾動(dòng)或滑動(dòng)的小物件也可以強(qiáng)制操作開關(guān)等;兩個(gè)手指除了完整的一個(gè)手指的功能，它可以抓住對(duì)象，并可以精確地控制物體的位置和方向;三個(gè)手指除了完成兩個(gè)手指來(lái)完成的功能，它也被重復(fù)在手中把持的物體的功能，如對(duì)象到空氣和把握在新的位置的物體;多個(gè)指的是具有更大的靈活性，因?yàn)榭梢宰プ『筒倏v多個(gè)對(duì)象。對(duì)于本文的移動(dòng)機(jī)器人，只是能夠把握的對(duì)象，控制對(duì)象的位置和方向，然后兩個(gè)手指就能滿足這一工作的要求，所以結(jié)構(gòu)將是兩指結(jié)構(gòu)。從而兩個(gè)手指相對(duì)于所述致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)做關(guān)于螺旋軸平移運(yùn)動(dòng)的末端，以打開與合作。 經(jīng)過(guò)研究和討論，設(shè)計(jì)圖中所示的3.4最終結(jié)構(gòu)。最終的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用超硬合金材料，保證一定的剛性，同時(shí)減輕整體重量。手指延長(zhǎng)為50mm，開啟和關(guān)閉范圍4-44mm長(zhǎng)度。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是這樣的，通過(guò)一個(gè)齒輪傳動(dòng)齒輪2的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)螺桿軸3，以使左，右，打開和手指6,7的接近運(yùn)動(dòng)。引導(dǎo)軸引導(dǎo)和手指的固定軌跡。 1.電機(jī) 2.齒輪 3.左右螺旋軸 4.導(dǎo)向軸 5.齒輪 6.夾持器右指 7.夾持器左指 圖3.4 末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)圖 手指形狀如圖2.12所示，前段平行處可以?shī)A持形狀規(guī)則（與手指接觸面為平面）的物體，后段為菱形形狀，可以?shī)A持圓形和不規(guī)則形狀的物體。這種設(shè)計(jì)可以更好的使機(jī)器人完成工作。 3.1.3電機(jī)的選型與計(jì)算 本文設(shè)計(jì)要求夾持的物體重為 m=300g，設(shè)螺紋為 M8，其中徑 r=3.6mm，螺距 P=1mm，當(dāng)量摩擦系數(shù) f=0.1，Q為軸向載荷，M為螺紋驅(qū)動(dòng)力矩。手指材料為鋁合金，表3.1列出了鋁合金與常用材料的磨擦系數(shù)， 表3.1 主要工程材料摩擦系數(shù) 摩擦副材料 靜摩擦系數(shù) 鋁合金 黃 銅 0.27 青 銅 0.22 鋼 0.3 膠 木 0.34 鋼 紙 0.32 樹 脂 0.28 硬橡膠 0.25 石 板 0.26 從表3.1可以看出鋁合金與不同材料的靜摩擦系數(shù)趨近于0.3，所以取被抓物體和末端執(zhí)行器手指之間的靜摩擦系數(shù)，則： （3-1） 螺紋增力比 （3-2） 式中 ——當(dāng)量摩擦角，= ； ——螺紋升角，= 帶入數(shù)據(jù),得, 得 （3-3） 選用齒輪傳動(dòng)比 n=1:1，忽略齒輪傳動(dòng)摩擦及軸承滾動(dòng)摩擦力矩，根據(jù)上述計(jì)算，我們選擇了北京和利時(shí)電機(jī)公司生產(chǎn)的 28BYG250C-SAFSM-L007 型步進(jìn)電機(jī)，它的保持轉(zhuǎn)矩為 90，滿足設(shè)計(jì)要求。 .2機(jī)械手臂桿件的設(shè)計(jì) 本文采用鋁合金材料設(shè)計(jì)成薄壁件，一方面保證機(jī)械臂的剛度，另一方面可減小機(jī)械臂的重量，減小對(duì)對(duì)基座關(guān)節(jié)電機(jī)的載荷，并且提高了機(jī)械臂的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 3.2.1腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手腕部件設(shè)置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整手部在空間的位置，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。 本文設(shè)計(jì)的手腕結(jié)構(gòu)是回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，它可在空間內(nèi)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而擴(kuò)大機(jī)械手的工作范圍。腕部采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)電機(jī)伸出軸和末端執(zhí)行器連接，借助軸承來(lái)達(dá)到力矩的傳遞。通過(guò)軸承座將力傳到殼體上，使電機(jī)軸只能傳遞力矩而不受其它力的作用。其結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。 1.末端執(zhí)行器 2.手腕連接件 3.軸承 4.軸承座 5.電機(jī)6.殼體 7.桿件A 圖3.5 腕部結(jié)構(gòu)圖 3.2.2臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 臂部分是機(jī)器人的主要部分。它的作用是支撐手腕和手，帶領(lǐng)他們做的運(yùn)動(dòng)空間。該運(yùn)動(dòng)的目的是在臂的向空間的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任何點(diǎn)的手柄部分。如果改變手（方位角）的姿勢(shì)，自由的程度，以通過(guò)手腕來(lái)實(shí)現(xiàn)。 臂設(shè)計(jì)基本要求： （1）載荷能力，剛度，重量輕 即通過(guò)彎曲臂通常是（但在一個(gè)方向上沒(méi)有彎曲），但也由反向，應(yīng)在高彎曲和橫截面形狀的抗扭剛度被使用。所以臂做成中空的，它可以減輕重量，而且也提高了剛度，它可以設(shè)置在各機(jī)構(gòu)的內(nèi)部，從而使結(jié)構(gòu)緊湊，外觀整潔。 （2）臂速度越高，慣性較小 在正常情況下，統(tǒng)一運(yùn)動(dòng)的要求，該移動(dòng)臂，而是在瞬間起動(dòng)和臂的端部，所述移動(dòng)是變化的，以減少?zèng)_擊，加速度和終止要求之前減速的開始時(shí)間是不是太大，否則沖擊和振動(dòng)。 （3）手臂動(dòng)作應(yīng)靈活。 （4）的位置精度越高。 這樣的設(shè)計(jì)是在搖臂關(guān)節(jié)，桿B被設(shè)計(jì)成在圖3.6用于轉(zhuǎn)向齒輪組件中所示的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向自身也參與在這種情況下，包括該桿的，這樣，不僅節(jié)省了材料和設(shè)計(jì)的空間，增加了機(jī)器人手臂僵硬。 C是支撐桿轉(zhuǎn)向軸設(shè)計(jì)，它與形成了轉(zhuǎn)向機(jī)器人手臂擺動(dòng)關(guān)節(jié)，無(wú)軸承關(guān)節(jié)，但相對(duì)活躍隨動(dòng)轉(zhuǎn)向臂與車身共同驅(qū)動(dòng)器之間實(shí)現(xiàn)。 1．桿件B 2. 舵機(jī) 3.桿件C 圖3.6 桿件B與舵機(jī)配合圖 桿件A和桿件B通過(guò)螺栓連接即可形成一個(gè)完整的桿件，通過(guò)桿件A和B的組合設(shè)計(jì)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （1）使關(guān)節(jié)間距可調(diào)。通過(guò)調(diào)節(jié)A和B的長(zhǎng)度，就可以調(diào)整機(jī)械臂中兩關(guān)節(jié)的距離，使機(jī)械臂的長(zhǎng)度可調(diào)。 （2）調(diào)節(jié)機(jī)械臂的重心位置：舵機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是未知的，因此其重心可能不在其幾何中心，而調(diào)整兩者之間的距離可以平衡掉重心位置造成的不良影響。 通過(guò)擺動(dòng)關(guān)節(jié)和回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的組合就可以形成完整的機(jī)械手臂。 3.2.3 機(jī)械臂電機(jī)的選型與計(jì)算 人們往往關(guān)心的是機(jī)器人的末端位置和姿態(tài)，而舵機(jī)有非常好的位置可控性，帶有精密的減速器，具有其他同等尺寸的電機(jī)無(wú)可比擬的輸出力矩，因此我們選擇舵機(jī)作為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器。機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)如圖3.7所示，其中第1關(guān)節(jié)的舵機(jī)需要提供的力矩最大，因此我們對(duì)這一關(guān)節(jié)進(jìn)行計(jì)算。 圖3.7 機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)圖 機(jī)械臂各桿件處于水平時(shí)候?qū)Φ谝魂P(guān)節(jié)產(chǎn)生最大的力矩，計(jì)算方法是等效 的方式，即將末端執(zhí)行器及假想的欲抓取目標(biāo)單獨(dú)計(jì)算，其余桿件質(zhì)量集中到機(jī)械臂的中點(diǎn)計(jì)算： 兩部分一共為2.2 ，從而選用漢揚(yáng)科技公司生產(chǎn)的舵機(jī)，型號(hào)為HSR9559，其保持力矩為2353 。滿足設(shè)計(jì)要求。 3.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 這種方法是只按軸所受的扭矩來(lái)計(jì)算軸的強(qiáng)度。如果還受不大的彎矩時(shí)，則采用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。并且應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。 在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常用這種方法初步估算軸徑。對(duì)于不大重要的軸，也可作為最后計(jì)算結(jié)果。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： 強(qiáng)度條件： Mpa 設(shè)計(jì)公式： （mm） 軸上有鍵槽： 放大：3~5%一個(gè)鍵槽；7~10%二個(gè)鍵槽。并且取標(biāo)準(zhǔn)植 式中：[τ]——許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力（N/mm2）， C為由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)。 3.4.2按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算 通過(guò)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸、軸上零件的位置以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，軸上的載荷（彎矩和扭矩）已可以求得，因而可按彎扭合成強(qiáng)度條件對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。 對(duì)于鋼制的軸，按第四強(qiáng)度理論，強(qiáng)度條件為： 設(shè)計(jì)公式：（mm） 式中、：бe為當(dāng)量應(yīng)力，Mpa。 d為軸的直徑，mm; 為當(dāng)量彎矩；M為危險(xiǎn)截面的合成彎矩；； MH為水平面上的彎矩；MV為垂直面上的彎矩；W為軸危險(xiǎn)截面抗彎截面系數(shù)；——為將扭矩折算為等效彎矩的折算系數(shù) ∵彎矩引起的彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)力，而扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力往往為非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 ∴與扭矩變化情況有關(guān) ——扭矩對(duì)稱循環(huán)變化 = ——扭矩脈動(dòng)循環(huán)變化 ——不變的扭矩 ，，分別為對(duì)稱循環(huán)、脈動(dòng)循環(huán)及靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力。 對(duì)于重要的軸，還要考慮影響疲勞強(qiáng)度的一些因素而作精確驗(yàn)算。內(nèi)容參看有關(guān)書籍。 3.4.3軸的剛度計(jì)算概念 軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過(guò)允許的限度，就會(huì)影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。軸的彎曲剛度是以撓度y或偏轉(zhuǎn)角θ以及扭轉(zhuǎn)角ф來(lái)度量，其校核公式為： y≤[y]; θ≤[θ]; ф≤[ф]。 式中：[y]、 [θ]、 [ф]分別為軸的許用撓度、許用轉(zhuǎn)角和許用扭轉(zhuǎn)角。 3.4.4軸的設(shè)計(jì)步驟 設(shè)計(jì)軸的一般步驟為： （1）選擇軸的材料 根據(jù)軸的工作要求，加工工藝性、經(jīng)濟(jì)性，選擇合適的材料和熱處理工藝。 （2）初步確定軸的直徑 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算公式，計(jì)算出軸的最細(xì)部分的直徑。 （3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 要求：①軸和軸上零件要有準(zhǔn)確、牢固的工作位置；②軸上零件裝拆、調(diào)整方便；③軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。④盡量避免應(yīng)力集中；根據(jù)軸上零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，首先要預(yù)定出主要零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系，它是軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，擬定裝配方案，應(yīng)先考慮幾個(gè)方案，進(jìn)行分析比較后再選優(yōu)。 原則：1）軸的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單越合理；2）裝配越簡(jiǎn)單越合理。 3.5各軸的計(jì)算 （1）查得C=118（低速軸彎矩較大），由公式 取高速軸的直徑d=45mm。 （2）求作用在齒輪上的力 齒輪分度圓直徑為 齒輪所受的轉(zhuǎn)矩為 齒輪作用力 圓周力 徑向力 軸向力 （3）畫軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖并計(jì)算支反力(圖 a) 水平支反力 垂直支反力 （4）畫彎矩圖 a水平面內(nèi)彎矩圖M(b圖) 截面c b垂直面內(nèi)彎矩圖MC（c圖） 截面c C合成彎矩（d圖） d 畫扭矩圖（e圖） 又根據(jù) 查得 則 e 繪當(dāng)量彎矩圖（f圖） 3.6軸的設(shè)計(jì)與校核 初定最小直徑，選用材料45δ鋼，調(diào)質(zhì)處理。取A0=112（不同） 則Rmin=A0=16.56mm 最小軸徑處有鍵槽 Rmin’ = 1.07dmin = 17.72mm 最小直徑為安裝聯(lián)軸器外半徑，取KA=1.7，同上所述已選用TL4彈性套柱聯(lián)軸器，軸孔半徑R=20mm。 取高速軸的最小軸徑為R=20mm。 由于軸承同時(shí)受徑向和軸向載荷，故選用6300滾子軸承按國(guó)標(biāo)T297-94 D*d*T=17.25 軸承處軸徑d =36mm 高速軸簡(jiǎn)圖如下： 取L1=38+46=84mm,取擋圈直徑D=43mm,取d2=d4=54mm,d3=67mm,d1=d5=67mm。 聯(lián)軸器用鍵：圓頭普通平鍵。 B*h=6*6,長(zhǎng)L=91 mm 齒輪用鍵：同上。B*h=6*6, 長(zhǎng)L=10mm,倒角為2*45度 3.7 軸承的設(shè)計(jì)及校核 3.7.1軸承種類的選擇 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版 吳宗澤 羅圣國(guó) 主編 高等教育出版社出版P62 滾動(dòng)軸承由于采用兩端固定，采用深溝球軸承。型號(hào)為6303和6300。 3.7.2深溝球軸承結(jié)構(gòu) 深溝球軸承一般都是一對(duì)戒指，一組籠子里，一組鋼球。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，是生產(chǎn)軸承的最常見(jiàn)和最廣泛的