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畢業(yè)設(shè)計(論文) 重心驅(qū)動式球形滾動機器人機械系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué) 號： 姓 名： 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 系 別： 機械工程系 指導(dǎo)教師： XXX 講師 XXX 副教授 二○一五年五月 摘 要 機器人工業(yè)是一個國家的重要產(chǎn)業(yè)，機器人工業(yè)的發(fā)展無時不刻都在影響著國家經(jīng)濟的發(fā)展，人類的進步離不開機器人工業(yè)的發(fā)展。在全球經(jīng)濟發(fā)展的大環(huán)境下，中國各個行業(yè)被其他國家的先進技術(shù)影響的同時，越來越多的外國企業(yè)和品牌傳播到中國已經(jīng)成為現(xiàn)實。在新的市場需求的推動下，對重心驅(qū)動式球形滾動機器人進行改良和優(yōu)化是當(dāng)務(wù)之急。有重心驅(qū)動式球形滾動機器人研究企業(yè)對該機器人的安全指標(biāo)的有著一定生產(chǎn)的嚴(yán)格要求。在生產(chǎn)機器人的企業(yè)，充分考慮到在機器人運行中可能出現(xiàn)的問題，從而減少噪聲污染引起的振動或不當(dāng)操作設(shè)備的現(xiàn)象等。國內(nèi)重心驅(qū)動式球形滾動機器人的研發(fā)及制造要與全球號召的高效經(jīng)濟、安全穩(wěn)定主題保持一致。重心驅(qū)動式球形滾動機器人的發(fā)展與人類社會的進步和科學(xué)技術(shù)的水平密切相關(guān)。 本文運用大學(xué)所學(xué)的知識，提出了重心驅(qū)動式球形滾動機器人的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計中所必須的理論計算和相關(guān)強度校驗，構(gòu)建了重心驅(qū)動式球形滾動機器人總的指導(dǎo)思想，從而得出了該重心驅(qū)動式球形滾動機器人的優(yōu)點是高效，經(jīng)濟，運行平穩(wěn)的結(jié)論。 關(guān)鍵詞：重心驅(qū)動式球形滾動機器人；結(jié)構(gòu)；滾動；經(jīng)濟 ABSTRACT For a lot of special places, like the risk is very big, or we are difficult to reach, such as disarm bombs, unknown corresponding domains such as detection, probing deep of more dangerous situation usually need to implement the robot.It’s a main part of robot for micro pedipulator, walking robots and more than six feet, compared to the Eight Legged Robot, because of strong bearing capacity, good stability, which the meritss is simple construction, So, a large number of researchers around the world, start generally attach importance. This paper mainly to the four bar mechanism as the main execution elements to design of micro walking the whole scheme of the four bar mechanism. Its principle is diagonal synchronization, leg activity by the structure of the crank rocker, front leg movements around the same, it detailed performance curve characteristics of the connecting rod,when the curve trajectory diagonal straight line segment, the robot is stationary, the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking motion, robot. The miniature walking robot is mainly driven by DC servo motor, so as to drive the leg action driven synchronous belt wheel by a crank and rocker mechanism. Key word: Micro walking robot；construction；four-bar linkage；crank-rocker ii 目 錄 摘 要 i ABSTRACT ii 目 錄 iii 1緒論 1 1.1課題來歷與研究的目的以及意義 1 1.2 機器人發(fā)展概況 4 1.3本課題研究的內(nèi)容 6 1.4 Solidworks設(shè)計基礎(chǔ) 8 1.4.1 草圖繪制 9 1.4.2 基準(zhǔn)特征，參考幾何體的創(chuàng)建 10 1.4.3 拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建 10 1.4.4 工程圖的設(shè)計 10 1.4.5 裝配設(shè)計 11 2 重心驅(qū)動式球形滾動機器人總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計 12 2.1 重心驅(qū)動式球形滾動機器人機構(gòu)的總體方案圖 12 3 機械傳動的設(shè)計計算 17 3.1 直流伺服電機的選型計算 18 3.2 傳軸的設(shè)計計算 19 3.3 軸承的設(shè)計計算 20 結(jié)論 20 致 謝 21 參考文獻(xiàn) 22 附錄 一 23 附錄 二 28 XXXX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 由于機械工程的知識總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越個人掌握所有，一些專業(yè)知識是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進步和整個塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應(yīng)能力。封閉的專業(yè)知識的太狹隘，考慮的問題太特殊，在工作中協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對專業(yè)合并的分化。機械工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟效益為目標(biāo)，并研制和發(fā)展新的機械產(chǎn)品。在未來，新產(chǎn)品的開發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個超級經(jīng)濟目標(biāo)和任務(wù)。機器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務(wù)。現(xiàn)代機械工程機械和機械設(shè)備創(chuàng)造出更多、更精美的越來越復(fù)雜，很多幻想成為過去的現(xiàn)實。人類現(xiàn)在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數(shù)十億光年的密切觀察，細(xì)胞和分子。電子計算機硬件和軟件，人類的新興科學(xué)已經(jīng)開始加強，并部分代替人腦科學(xué)，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的作用，但在未來幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長并沒有減少手的效果，而是要求越來越精致，手工制作，更復(fù)雜的工作，從而促進手功能。又一方面實踐促進人腦智力。在人類的進化過程中，以及在每個人的成長過程中，大腦和手是互相促進和平行進化。大腦和手之間的人工智能和機械工程的近似關(guān)系，唯一不同的是，智能硬件還需要使用機械制造。在過去，各種機械離不開人類的操作和控制，反應(yīng)速度和運算精度的進化是非常緩慢的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，人工智能將消除這種限制。相互促進，計算機科學(xué)和機械工程進展之間的平行，將在更高層次的新一輪發(fā)展的開始使機械工程。在第十九世紀(jì)，機械工程的知識總量仍然是有限的，大學(xué)在歐洲，它與一般的土木工程是一門綜合性的學(xué)科，稱為土木工程，下半場的第十九個世紀(jì)成為一門獨立的學(xué)科。在第二十世紀(jì)，隨著機械工程和知識增長的發(fā)展開始分解，機械工程專業(yè)，有分支機構(gòu)。在第二十世紀(jì)中期趨勢分解，在時間之前和之后的第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時達(dá)到的峰值。由于機械工程的知識總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)從個人掌握所有，一些專業(yè)是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識使分割，視野狹隘，可以查看和統(tǒng)籌大局和全球工程和技術(shù)交流，縮小范圍，新技術(shù)的進步和整個塊的技術(shù)，外部條件變化的適應(yīng)能力差。封閉的專業(yè)知識的專家太狹，考慮的問題太特殊，在工作協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對專業(yè)合并的分化。綜合職業(yè)分化和發(fā)展知識循環(huán)過程的合成，是合理和必要的。從不同的專業(yè)和專業(yè)知識的專家，也有綜合的知識了解不夠，看看其他學(xué)科和項目作為一個整體，從而形成一種相互強烈的集體工作。綜合和專業(yè)水平。有機械工程全面而專業(yè)的沖突；在綜合性工程技術(shù)也有綜合和專業(yè)問題。在人類所有的知識，包括社會科學(xué)，自然科學(xué)和工程技術(shù)，有一個更高的水平，更廣泛的綜合性和專業(yè)性的問題。 1） 實現(xiàn)的潛力 2010年，國家各部委進行詳細(xì)的調(diào)查和論證后認(rèn)為：智能機器人這個大產(chǎn)業(yè)在接下來的幾十年內(nèi)產(chǎn)值和市場占有率都會是井噴式的。在2013七月，在測量市場大小的根本上行使2010之“機器人產(chǎn)業(yè)的市場趨勢考查”后續(xù)。情況即中國市場正在急劇膨脹，然后韓國，日本和德國都在拼命瓜分市場。 2）工業(yè)機器人的定義和需求 在日本，工業(yè)機器人從開始普及到現(xiàn)在已然30年。工業(yè)機器人對全球制造業(yè)發(fā)展提供了很多的幫助，像戰(zhàn)勝了困難的，污濁的，無法掌握的應(yīng)用情況，供應(yīng)了優(yōu)秀的產(chǎn)品品質(zhì)，補充了貧乏的現(xiàn)場人力。 能理解，在將來數(shù)年，由于老齡化加劇，現(xiàn)場人力數(shù)目縮小，會發(fā)生很多的用人貧乏。因此，產(chǎn)業(yè)機器人的希冀變得更多。產(chǎn)業(yè)機器人在全新范疇的施行（像食物，藥劑以及消費物的研發(fā)，建設(shè)以及制造范圍）亦然有很好的遠(yuǎn)景。特別是在醫(yī)學(xué)范疇，試劑以及樣品分析前處理，可能獲得類似于高度精準(zhǔn)的技術(shù)實驗數(shù)據(jù)。人力也能夠防止于在危急境況下作業(yè)，如病毒和細(xì)菌。 另一面來說，怎么去教依舊是產(chǎn)業(yè)機器人的很大問題。利用口令進行示范，必須鍛煉的非常好，方能嫻熟的操縱各式各樣產(chǎn)業(yè)機器人。在當(dāng)下的機器人體系里，多臂互相配合鏈接操縱的境況下，操縱要用去巨額的工夫。早前的機器人體系愈來愈艱巨，是讓教授更易學(xué)的一個大難點。在將來的時間里邊，達(dá)成不必講授成了終極的目的。更由于這樣，智能的機器人會成為不可或缺的。我們需求各式各類的研發(fā)成效，聯(lián)合科研院所的協(xié)助。 3）機器人在社會中的定義和需要 由于全球都邁進了衰老型社會，想讓老弱病殘幼在存活和環(huán)境容納中獲得援手。估計機器人會給以充分的反饋，好比訊號的供應(yīng)以及撐持，幫助那些居家討生活的人，向組建社團給以幫助，縮小休養(yǎng)之包袱，給身體功能施以幫助，以及增加商業(yè)設(shè)施。這會能使得老人以及殘疾人覺得就是貌似孩子們、孫子們和他們呆在一塊兒似的。歷經(jīng)實踐，這是愈來愈明朗，在以后，服務(wù)型機器人的成長會加快環(huán)境容納度，我們會使得延續(xù)康健的時期愈來愈長，用自幫自助的存在方法，有目的地工作和參與社會。所以有，它可以變成構(gòu)建更好環(huán)境以及衰老境況乃至世界上生長的能量。 B）機器人服務(wù)平臺 如果我們必須領(lǐng)會服務(wù)機器人體系的運作方法，就得懂得實際情況、顧客還有產(chǎn)品中的懸殊，包括領(lǐng)導(dǎo)大批機器人還給以幫助。不只是增添了很多額外花費，以及能否賺錢的疑惑。誠然我們可以建造出來服務(wù)機器人體系，若是服務(wù)的回報無法回本更無盈利，就更不能擴大利用了。假如一個多服務(wù)系統(tǒng)機器人可以建造出來，可給他人用的嶄新的幫助方式已初露鋒芒，制造者才敢去想走到了這一步，得到的回報能否順利地抵消甚至超出用去的本金。所以，現(xiàn)在極大的障礙是創(chuàng)造出一個體系，這體系會滲透進幫助型機器人的發(fā)展范疇，也更容易滲透進IT行業(yè)。 　　4）機器人在教育中的定義和需求 C）機器人在教育中的需求 在日本，那樣的向來肩負(fù)著本國對外競爭力的研發(fā)科技、生產(chǎn)制造人員卻是在急劇銳減，現(xiàn)在，他們加快應(yīng)對著居民衰老化，真正境況是，依托相應(yīng)調(diào)研報告，眼下的事實卻是，日本群眾用在高端科技的精力以及會意程度非常明顯的愈來愈少了。即使如此，機器人和機器人應(yīng)用工程課堂展示教學(xué)也收獲了重視，是一種很好的鍛煉制造員工以及淡化對科學(xué)害怕的技術(shù)措施。機器人活動比賽被承辦在各式各樣的地區(qū)，傳統(tǒng)刊物也錄用了興趣者們的作品，還有機器人知識亦然在人民里邊傳播開來。電機把持，傳感器科學(xué)和計算機應(yīng)用，機構(gòu)零部件和別的技術(shù)歸納在一塊，是為機器人技術(shù)。于是，途徑PBL——源自困難的進修以及同等的要領(lǐng)，激發(fā)了察覺麻煩的本領(lǐng)以及處理的技巧，相當(dāng)順應(yīng)思維培養(yǎng)的組合，其也可增強優(yōu)化多組件科技以及提升歸納體系的優(yōu)點。要實現(xiàn)此方針，不妨面向基礎(chǔ)教育的同學(xué)達(dá)成科學(xué)培養(yǎng)，使培養(yǎng)方式和手段得以普遍使用，還有方針即是開始于小學(xué)和初中止于科技培養(yǎng)部門工程師。 D)機器人在教育中的挑戰(zhàn) 說起機器人培養(yǎng)的要求，如此3種方向在未來數(shù)年會當(dāng)作機器人培養(yǎng)的中心。首先是對各行各業(yè)的外部人力的教導(dǎo)。比方說，各個社區(qū)來負(fù)責(zé)踐諾開放向青少年的機器人培養(yǎng)行徑。全體地區(qū)的互動方式中都有他們的身影，比如地方廣電局以及私人單位的加入。然后就是達(dá)成社會機器人培養(yǎng)觀念的引導(dǎo)。第五科技根本設(shè)計的種種資料已然贊同社會達(dá)成了技能的看法。末了一點，是關(guān)于重用高素質(zhì)的人力。2005年，日本的幾個部委在定期工作資料中早就說明，他的高管以及技能人力的減少源自于本國的群眾衰老在加劇。他呼吁必須善加利用那種高級人才，不要過于限制他們的歲數(shù)以及保持工作場所。這成為一個極度首要的困難，對校企培養(yǎng)來講。真正尊重知識人材是處理此困難的一個絕佳思維，針對日本眼下難處來講。我們應(yīng)該建造渠道，傳播知識人材得到的技巧、技能和經(jīng)歷的給接下來的工程師。機器人的培養(yǎng)愈加發(fā)展，熟練掌握每種能力的工程師已然能夠有所擔(dān)當(dāng)，接下來具備雄厚履歷的知識人材操作起來也是十分順手了。 1.1課題的來源與研究的目的和意義 現(xiàn)在有兩種類型的機器人可以到達(dá)我們難以接近或者不能接觸的復(fù)雜環(huán)境開展自主勘察。一個機器人是模仿多足昆蟲的行進軌跡，另外一個機器人則是腳底裝上車輪依靠滾動行走。依靠車輪滾動機器人的缺點是無法吻合崎嶇不平整的路面，但模仿多足昆蟲行進機器人則能在上述環(huán)境里輕巧的行使職責(zé)。所以將車輪與腿部結(jié)合為一體的機器人的未來極為明朗，像用于施工現(xiàn)場、煤炭挖掘、摸清敵情、事故救援、太空考察以及電力行業(yè)等環(huán)境。結(jié)合了車輪與腿部的機器人是各類機器人中極簡單完成順利爬行的。在眾多機器人中，通過仿照類似蜘蛛、蜥蜴等爬行動物的腿部組織以及爬行方式研發(fā)的重心驅(qū)動式球形滾動機器人是極具代表性之一種。某些相對條件高、工作起來必須可靠的行為比如自然探測、天外考察和海洋營救的情況必須讓車輪和腿部相結(jié)合的復(fù)合機器人來操作，因為它與兩條腿及其他產(chǎn)品相比，構(gòu)成部分十分簡單，運行安全，行動迅速。世界上將小型步行四桿機構(gòu)開展了普遍的考查，目前有超過70種微走四桿機構(gòu)的出現(xiàn)，因為微走了四桿機構(gòu)作用在布局復(fù)雜，難以預(yù)料的情況，大家想要他的動力部分愈發(fā)先進，還要達(dá)到極好的自給自足。還有，小型行走四桿體的腿數(shù)量大，完成每條腿的順利行進必須處理好彼此的運動關(guān)系，小型四桿行走體研究與設(shè)計的關(guān)鍵在于怎樣才能完美的達(dá)成那樣的協(xié)作關(guān)系。小型四桿走型體，作為一個可以通過經(jīng)歷內(nèi)、外感知工具傳遞訊號何時到達(dá)和具體情況, 達(dá)到能順利行進在復(fù)雜地形下的目的，然后實現(xiàn)自己的使命及效用的機器人體系。已經(jīng)被普遍使用在多個領(lǐng)域，自然侵害，實地調(diào)查，污染查證和文體活動，在國防，存在，人身平安和科技開發(fā)里起了愈來愈關(guān)鍵的作用。然而依靠車輪的機器人的長處是運行速率高，容易拐彎，運動性能好，制造方便，用料低廉，然而難以適應(yīng)地形，避障能力不好。車輪和腿相結(jié)合的機器可完美地適應(yīng)地形，能一步一步越過障礙和不明物體，可是間歇的行進，效率和速度都較小。 隨著重心驅(qū)動式球形滾動機器人的不斷開發(fā)和應(yīng)用范圍的擴展，未來會在更多復(fù)雜且未知的環(huán)境中工作。紛繁龐雜、種類繁多的實際應(yīng)用只是依賴于車輪或腿機構(gòu)般機器人的話并不能滿足需求。種類齊全的結(jié)合型運行結(jié)構(gòu)紛紛出臺，可以共同慢慢增長車輪和多腿機器人的技術(shù)規(guī)范，這些特色已被車輪多腿結(jié)合型機器人吸收并加以應(yīng)用，它不但能提高在光滑陸地的運行功用，逾越困難環(huán)境的本領(lǐng)也得到加強?？墒乾F(xiàn)在重心驅(qū)動式球形滾動機器人在原理層面尚有大量障礙，倘若選取腳式運動的話。但是，多條腿的爬蟲在多足向自然提供能體布局是龐大和纖巧的，經(jīng)歷其持久的演變和活動的輕巧性，很簡單就可逾越各式各樣的惡劣境況，甚至可在光滑的表面上倒立行走。所以有，把多腳爬蟲步履運動結(jié)論摻和進行進機器人的布局研發(fā)和掌管里邊，制造兼?zhèn)渫昝雷龉ず托羞M本領(lǐng)的車輪與腿部結(jié)合型機器人，這將提供給多機構(gòu)結(jié)合型機器人的開發(fā)和制造完備且杰出的知識以及實際的道理。 1.2 機器人發(fā)展概況 第一臺工業(yè)機器人問世已整整40年了。在機器人發(fā)展的歷史上,存在著兩條不同的技術(shù)路線:一條是日本和瑞典所走的"需求牽引,技術(shù)驅(qū)動",把美國開拓的機器人,結(jié)合工業(yè)發(fā)展的需求,開發(fā)出一系列特定應(yīng)用的機器人,如弧焊、點焊、噴漆裝配、刷膠、建筑等等,從而形成了龐大的機器人產(chǎn)業(yè);另一條是把機器人作為研究人工智能的載體,看成計算機科學(xué)的一部分,即從單純技術(shù)上模仿人的某些功能出發(fā),研究智能機器人,如美國、英國相當(dāng)一部分大學(xué)及研究所所做的,由于人工智能和其他智能技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)落后于人們對它的冀望,致使絕大部分研究成果始終走不出實驗室。我們必須對需要與可能二者作認(rèn)真的研究,按"需求牽引,技術(shù)導(dǎo)向"的原則,才能得出正確的研究方向,制訂出一條可行的技術(shù)路線。2.21世紀(jì)工業(yè)機器人面臨的形勢21世紀(jì)即將來臨,毫無疑問,技術(shù)的發(fā)展及世界市場的競爭,將沿著20世紀(jì)90年代展開的道路前進,危機與機遇并存。能否把現(xiàn)在的大規(guī)模生產(chǎn)線作為一塊跳板,跳到具有和它具有同樣效率,能生產(chǎn)中小批量的"敏捷"生產(chǎn)線,以期達(dá)到生產(chǎn)同一類產(chǎn)品的價格和批量無關(guān)。這將決定一個企業(yè)、一個地區(qū)以至一個國家在未來競爭中的地位。這一發(fā)展態(tài)勢將為機器人技術(shù)的進一步研究與開發(fā)提供極大的機遇。在用通過編程可重組的生產(chǎn)單元實現(xiàn)敏捷制造裝備中,傳統(tǒng)機械的機器人化及新一代機器人化的機器將是兩個重要的發(fā)展方向。這里所謂的機器人化,是賦予機器以一定的"感知、思維(問題解題、決策和規(guī)劃)和動作"的能力,或者說采用機械電子工程(Mechantronics)的辦法來改造傳統(tǒng)機械,發(fā)展新機械。另外材料、傳感器、控制等技術(shù)的發(fā)展又為機器及機器人本體的發(fā)展提供了很好的基礎(chǔ)。3.非制造業(yè)用機器人面臨的形勢21世紀(jì)將是人類開發(fā)海洋的世紀(jì)。由于海洋和空間都不適宜于人類的生存。適應(yīng)這種需求,發(fā)展各種機器人將是一個可選擇的途徑,這將大大促進機器人的發(fā)展。從自動化的發(fā)展來看,21世紀(jì)前20年內(nèi),將是非制造業(yè)的自動化發(fā)展的時期。開發(fā)適應(yīng)于非結(jié)構(gòu)環(huán)境工作的機器人仍將是機器人發(fā)展的一個長遠(yuǎn)方向。作為長期可行的技術(shù)途徑,發(fā)展一種人機系統(tǒng),把工況分析、判斷及決策等高層活動由人來完成,低層由機器人完成,使人脫離危險的工作面,或輔助人進行更精細(xì)的動作(如醫(yī)療機器人)等。二、工業(yè)機器人1.系統(tǒng)發(fā)展方式工業(yè)機器人必須改變過去的"部件發(fā)展方式",而優(yōu)先考慮"系統(tǒng)發(fā)展方式"。隨著工業(yè)機器人應(yīng)用范圍的不斷擴大,在今天機器人早已從當(dāng)初的柔性上下料裝置,發(fā)展成為可編程的高度柔性加工單元。隨著高剛性及微驅(qū)動問題的解決,機器人作為高精度、高柔性的敏捷性加工設(shè)備的時代,遲早將會到來。不論機器人在生產(chǎn)線中起什么樣的作用,它總是作為系統(tǒng)中的一員而存在?？紤]到我們即將進入敏捷制造的時代,我們更應(yīng)該從組成敏捷生產(chǎn)系統(tǒng)的觀點出發(fā),考慮工業(yè)機器人的發(fā)展。從系統(tǒng)觀點出發(fā),首先要考慮如何能和其他設(shè)備方便地實現(xiàn)連接及通信。機器人和本地數(shù)據(jù)庫之間的通信從發(fā)展方向看是場地總線,而分布式數(shù)據(jù)庫之間則采用以太網(wǎng),我國應(yīng)該根據(jù)國際的情況盡快地制訂相應(yīng)的通信規(guī)范及協(xié)議,以便我們在開發(fā)機器人系統(tǒng)時可以遵循。總之,從系統(tǒng)觀點來看,設(shè)計和開發(fā)機器人必須考慮和其他設(shè)備互聯(lián)和協(xié)調(diào)工作的能力。2.編程語言及編程方式通用的工業(yè)機器人程序語言仍是動作級語言,雖然開發(fā)了很多種任務(wù)級語言,但多不實用。隨著OO技術(shù)的發(fā)展及離線編程技術(shù)的成熟,任務(wù)級語言可能會日趨成熟。但在可以預(yù)見的將來,由于"任務(wù)"的復(fù)雜性,實用的語言仍將是動作級語言。機器人群作為整個集成化的生產(chǎn)裝備的一部分,編程及監(jiān)控技術(shù)必須進一步改進,使得它能和整個生產(chǎn)設(shè)備在統(tǒng)一的框架下進行編程、仿真及監(jiān)控。目前的編程語言仍然是供應(yīng)商獨立開發(fā),五花八門,各式各樣。在今后的發(fā)展中,隨著機器人控制器采用通用計算機已成為一個主流,機器人語言完全可以像計算機語言一樣規(guī)范化,這將大大有利于系統(tǒng)集成,便于系統(tǒng)的編程、仿真及監(jiān)控。當(dāng)前在形成我們自己的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)中,完全有條件制訂機器人語言規(guī)范,特別是動作級的編程語言規(guī)范。這樣系統(tǒng)可以在統(tǒng)一的語言下進行編程,經(jīng)仿真驗證后,通過輸出接口直接下裝到每一臺機器人,通過輸入接口對整個運行情況進行監(jiān)控,并可保留原有的編程資料。相對而言底層設(shè)備的"集成框架"的開發(fā)工作,應(yīng)及早安排。機器人編程方式是一個大問題。 1.3本課題研究的內(nèi)容 本次設(shè)計的題目是重心驅(qū)動式球形滾動機器人的設(shè)計。在設(shè)計過程中，了解重心驅(qū)動式球形滾動機器人的結(jié)構(gòu)特征和三維軟件的使用要領(lǐng)。 本文的設(shè)計目標(biāo)是設(shè)計重心驅(qū)動式球形滾動機器人。該機器人能夠在失重狀態(tài)下滾動。其研究內(nèi)容包括： （1）功能分析與方案設(shè)計； （2）結(jié)構(gòu)設(shè)計與三維造型； （3）運動仿真； （4）控制系統(tǒng)設(shè)計。 1.4 Solidworks設(shè)計基礎(chǔ) 熟悉SolidWorks的工作環(huán)境；了解SolidWorks的命令，掌握在SolidWorks工作環(huán)境中文件的打開、保存、導(dǎo)入等基本操作，掌握三維建模流程。 1.4.1草圖繪制 掌握點、直線、矩形、弧度圓等基本圖形的繪制方法；掌握樣條、文字等高級幾何圖形的繪制方法；理解集合約束的概念并在草圖繪制中熟練應(yīng)用幾何約束；熟練應(yīng)用陣列、實體轉(zhuǎn)換等草圖繪制工具；能綜合應(yīng)用各種草圖繪制實體和利用草圖繪制工具完成草圖繪。 1.4.2 基準(zhǔn)特征-參考幾何體的創(chuàng)建 清楚明白基于特征的建模方式、參數(shù)化思想等概念；靈活運用各種建立基準(zhǔn)點的方法；靈活運用各種建立基準(zhǔn)軸方法；靈活運用各種建立基準(zhǔn)面的方法；靈活運用坐標(biāo)系的建立方法；能根據(jù)建模需要綜合應(yīng)用各種參考幾何體。 1.4.3拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建模 靈活運用拉伸特征的概念與建立方法；靈活運用旋轉(zhuǎn)特征的概念與建立方法；掌握掃描特征的概念與建立方法；靈活運用放樣特征的概念與建立方法；通過實踐能夠準(zhǔn)確分析零件的特征，靈活運用拉伸和旋轉(zhuǎn)也正建立三維模型。綜合應(yīng)用掃描、放樣、彎曲、鏡向、陣列等特征建立各種實體。 1.4.4工程圖設(shè)計 靈活運用用戶自定義工程圖格式文件的方法；靈活運用建立標(biāo)準(zhǔn)三視圖，剖視圖，斷面圖，局部圖，輔助視圖等方法；靈活運用各種注釋的方法。 1.4.5裝配設(shè)計 靈活運用自底向上的裝配方法；靈活運用生成裝配體爆炸圖的方法；靈活運用SolidWorks智能裝配技術(shù)；靈活運用裝配體零部件的狀態(tài)和屬性控制，并能夠在裝配體中設(shè)計子裝配體；靈活運用干涉檢查；靈活運用自上向下的裝配方法；靈活運用在裝配模型工程圖中添加零件序號；靈活運用生成裝配體材料明細(xì)表的方法。 2 重心驅(qū)動式球形滾動機器人總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計 2.1 重心驅(qū)動式球形滾動機器人的總體方案圖 本次設(shè)計的重心驅(qū)動式球形滾動機器人采取的方案是：采用外觀為圓形的殼體作為機器人的主體，內(nèi)部裝有直流電機，通過底部的電機轉(zhuǎn)動帶動上部分的電機轉(zhuǎn)動從而致使失重板的傾斜從而使得我的機器人的運動功效得以實現(xiàn)，傳統(tǒng)的重心驅(qū)動式球形滾動機器人如下圖2.1、2.2所示，我的大致計劃構(gòu)造是如圖2.3所示： 圖2.1 圖2.2 3 機械傳動的設(shè)計計算 3.1 直流伺服電機的選型計算 已知整個重心驅(qū)動式球形滾動機器人的總重量160KG,其他重量40KG，我們?nèi)】傊亓繛?00Kg，移動速度為1~2r/min。即： 具體的電機設(shè)計計算如下: 1、確定運行時間 本次設(shè)計加速時間 負(fù)載速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 電機轉(zhuǎn)速 3.負(fù)載轉(zhuǎn)矩 式中： 4.電機轉(zhuǎn)矩 啟動轉(zhuǎn)矩 必須轉(zhuǎn)矩 S為安全系數(shù)，這里取1.0。 根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用電機型號為160BL-A，此電機廠家為機電產(chǎn)品。依據(jù)電動機參數(shù)和特性曲線可得： 根據(jù)計算和特性曲線以及電機基本參數(shù)表，我們選用電機型號為160BL-4030H1-LK-B，電機額定功率為0.1KW，額定轉(zhuǎn)矩為7.62N.m，最高的轉(zhuǎn)矩是9N.m，額定的轉(zhuǎn)速是3000r/min，以下是電動機的效果圖： 外形尺寸130x160，電機輸出軸徑為25mm。 3.2 轉(zhuǎn)軸的設(shè)計計算 軸作為機器的一個關(guān)鍵組成部分，其為各類傳動部件的安裝，傳動的扭矩和旋轉(zhuǎn)運動圍繞軸進行，而且經(jīng)過軸承和機架連接。為了滿足定位軸上的緊固件和容易加工和裝配的軸類零件和拆卸，通常軸設(shè)計成階梯軸。軸系的零件是由軸和它上邊的零部件構(gòu)成一個裝配體系，研究軸的過程中不僅要研究軸體自己的數(shù)據(jù)，還要將系統(tǒng)里的全部零碎部件融合在一起。 因為用于振動的傳遞的軸體不僅要傳送扭矩，還得經(jīng)受住彎矩，是以本人研究的階梯性軸是轉(zhuǎn)動軸。因為確定了小帶輪的參數(shù)，相應(yīng)的大帶輪隨之確定。接下來的工作就是計算軸體的直徑了。軸體的研究需要憑借扭轉(zhuǎn)強度來調(diào)整彎曲的強度，因為可用作軸的原料比較多，所以必須得明確軸的應(yīng)用環(huán)境，還有規(guī)定諸如剛度，強度以及別的機構(gòu)機能?？梢允褂脽崽幚磉@種方法，當(dāng)然也要琢磨怎樣使加工簡單并且花費較少，用研究計算所得的數(shù)據(jù)以確定軸體的用料，故采取45號鋼當(dāng)成軸體的原料，它需要40MPa的切應(yīng)力。然后需要做正火或者調(diào)質(zhì)處理來確保它的力學(xué)性能。 1、初步計算軸的直徑 扭轉(zhuǎn)強度估計軸的最小直徑d，軸的最小直徑mm，查表16.2，c=112, p=20.35, n=851,代入設(shè)計公式得=17.26mm?？紤]鍵槽等要素對軸的影響，軸的直徑應(yīng)增加以彌補軸的鍵槽強度減弱。取軸直徑d=20mm，就是最右邊裝帶輪處直徑等于20mm。裝有密封元件和滾動軸承處的直徑，應(yīng)與密封元件和軸承的內(nèi)孔徑尺寸保持一致。軸體上面存在兩支點的軸承要選用一樣的標(biāo)準(zhǔn)，方便加工軸承的座孔。挨著的軸段，應(yīng)使直徑不一樣構(gòu)成軸肩，軸肩在軸體上部件定位以及承受軸向力時要提供相應(yīng)的高度，軸肩的直徑差通常選5到10mm，本文軸肩處采取5毫米的直徑差，接著把每段軸體的長度尺寸匹配到一塊，還要注意軸承座的安裝以及結(jié)構(gòu)是否合理，同樣，螺釘?shù)炔考拈L度和別的的因素，這樣即可確定出軸的各段長度了。 3.3 軸承的設(shè)計計算 （1）深溝球軸承的選擇 軸承為深溝球軸承350324B，由文獻(xiàn)[2]表得KN，KN，，。 （2）壽命驗算 軸承所受支反力合力 N （4.1） 對于深溝球軸承，派生軸向力互相抵消。 ，N 由文獻(xiàn)[2]表得， ， N （4.2） 按軸承B的受力大小驗算 h （4.3） h=年 由于該機器人的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，必須選擇較大壽命的軸承，軸承能達(dá)到所計算的壽命。 經(jīng)審核后，此軸承合格。 19 XXXX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 結(jié)論 在最近的一段時間的畢業(yè)設(shè)計，使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設(shè)計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時的指導(dǎo)，確保設(shè)計進度，本文所設(shè)計的是重心驅(qū)動式球形滾動機器人的設(shè)計和研究，通過初期的定題，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可能做的好，總之，本設(shè)計完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 致 謝 至此在論文完成之際，向我的導(dǎo)師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導(dǎo)師這幾年來對我的諄諄教導(dǎo)，感謝我敬愛的老師，您不僅在學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上給我以精心的指導(dǎo)，同時還在思想給我以無微不至的關(guān)懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)同時，也學(xué)到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標(biāo)。知道自己想要什么了，不再是從前那個愛貪玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度，銳意創(chuàng)新的學(xué)術(shù)作風(fēng)，認(rèn)真加負(fù)責(zé)，公而忘私的敬業(yè)精神，豁達(dá)開朗的寬廣胸懷，平易近人。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計與計算，查找了各類的重心驅(qū)動式球形滾動機器人的資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為我自己已經(jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來對所學(xué)知識的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多有用的知識，在此對所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_(dá)我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)老師。在具體的研究設(shè)計過程中，關(guān)永翰老師，代偉業(yè)老師，段振坤同學(xué)，韓宇同學(xué)，劉欣星同學(xué)，尹韓松同學(xué)也在平日的學(xué)習(xí)與生活中提供了無私與周到的幫助，充分用他們的工作熱情感染著我，鼓勵著我，讓我少走了很多彎路，再次一并致謝！ 另外也感謝我的父母，朋友和同學(xué)們的幫助。在做設(shè)計感覺受挫，枯燥與迷茫時，是他們在悉心的為我釋放壓力，鼓勵我不要氣餒，勇敢面對。每周一次和父母的通話，與朋友和同學(xué)的長談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設(shè)計。 最后，感謝學(xué)校各位領(lǐng)導(dǎo)與老師給了我學(xué)習(xí)生活四年以及參加這次畢業(yè)設(shè)計的寶貴的鍛煉機會，它使我深刻認(rèn)識到在知識的汪洋大海面前我是多么無知和微不足道。這是一個最好的時代，也是尊重知識，充分學(xué)習(xí)知識，掌握知識的時代。只有持續(xù)的不間斷地學(xué)習(xí)，才不會在激烈的競爭中落后于別人，也才能用自己的真才實學(xué)為社會做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。知識是無止境的，無價的，我愿在求真的道路上下而求索！ 參考文獻(xiàn) [1] 張華 機械設(shè)備設(shè)計 北京：科學(xué)出版社，2004.5 [2] 李念 重心驅(qū)動式球形滾動機器人概述 北京：機械工業(yè)出版社，2005.1 [3] 張棟 重心驅(qū)動式球形滾動機器人的創(chuàng)新設(shè)計.高等教育出版社，2004.3 [4] 姜繼海，宋錦春，高常識. 重心驅(qū)動式球形滾動機器人工作原理.高等教育出版社，2002.8 [5] 張春林，曲繼方，張美麟.機械創(chuàng)新設(shè)計.機械工業(yè)出版社，2001.4 [6] 錢平. 加工專機應(yīng)用技術(shù) 機械工業(yè)出版社，2005.1 [7] 張遼遠(yuǎn). 重心驅(qū)動式球形滾動機器人的設(shè)計與實現(xiàn). 機械工業(yè)出版社，2002.8 [8] 基恩士傳感器選擇手冊 2010版本 [9] 黃長藝，嚴(yán)普強.機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ). 機械工業(yè)出版社，2001.1 [10] 張桓，陳作模.機械原理.高等教育出版社，2000.8 [11] 王昆，何小柏，汪信遠(yuǎn). 重心驅(qū)動式球形滾動機器人原理.高等教育出版社，1995.12 [12] 徐錦康.機械設(shè)計. 高等教育出版社，2004.4 [13] 鄧星鐘.機電傳動控制.華中科技大學(xué)出版社，2001.3 [14] 劉延俊.液壓與氣壓傳動.機械工業(yè)出版社，2002.12 [15] 章宏甲，黃誼，王積偉. 重心驅(qū)動式球形滾動機器人的逆向設(shè)計.機械工業(yè)出版社，2000.5 [16] 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