履帶式搜救機(jī)器人基礎(chǔ)級載體設(shè)計含開題及31張CAD圖
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設(shè)計任務(wù)書
內(nèi)容與要求：
1. 三維模型。
2. 設(shè)計說明書。
3. 二維圖紙。
4. 參與完成整機(jī)制造和調(diào)試。
5. 輸出裝配圖。圖紙量不低于4張零號圖量。
6. 論文格式要求嚴(yán)格執(zhí)行《沈陽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計規(guī)范》。
進(jìn)度安排：
第1、2周， 接受設(shè)計任務(wù)，準(zhǔn)備工作（軟硬件），檢索資料，遞交開題報告。
第3周， 完成課題的初步分析，熟悉應(yīng)用軟件，進(jìn)入設(shè)計狀態(tài)，為設(shè)計制造準(zhǔn)備。
第4、5、6周，完成設(shè)計過程，三維建模，二維圖紙
第7、8、9、10周 整機(jī)制作
第11周 調(diào)試
第12、13周 完成論文
第14周 論文審閱
第15周 答辯
開 題 報 告
課題名稱
搜救機(jī)器人設(shè)計
課題來源
課題類型
導(dǎo)師姓名
學(xué)生姓名
班級學(xué)號
專 業(yè)
一、 課題背景和意義：
中國是一個自然災(zāi)害和社會事故多發(fā)的國家,煤礦事故、泥石流、臺風(fēng)等 時有發(fā)生。這些災(zāi)難發(fā)生后現(xiàn)場環(huán)境具有復(fù)雜性、未知性及潛在的二次傷害(比如煤礦的二次爆炸、建筑物的二次坍塌等)等特點(diǎn),給救援隊員的生命安全帶來了很大隱患。因此有必要研制一種能在第一時間代替搜救隊員深入到這種危險災(zāi)難環(huán)境并探測現(xiàn)場有用信息的移動機(jī)器人,為下一步營救行動的計劃、決策提供可靠依據(jù)。
二、 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀：
我國已在“七五”計劃中把機(jī)器人列人國家重點(diǎn)科研規(guī)劃內(nèi)容，撥巨款在沈陽建立了全國第一個機(jī)器人研究示范工程，全面展開了機(jī)器人基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)元器件研究。1986年3月開始的國家863高科技發(fā)展規(guī)劃已列入研究、開發(fā)智能機(jī)器人的內(nèi)容。就目前來看，我們應(yīng)從生產(chǎn)和應(yīng)用的角度出發(fā)，結(jié)合我國國情，加快生產(chǎn)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的實(shí)用型機(jī)器人和某些特種機(jī)器人。
救護(hù)機(jī)器人于1994年第一次投入使用。這種機(jī)器人能夠?qū)⑹軅藛T轉(zhuǎn)移到安全地帶。機(jī)器人長4米，寬1.74米,高1.89米，重3860公斤。它裝有橡膠履帶，最高速度為4公里/小時。它不僅有信息收集裝置，如電視攝像機(jī)、易燃?xì)怏w檢測儀、超聲波探測器等；還有2只機(jī)械手，最大抓力為90公斤。機(jī)械手可將受傷人員舉起送到救護(hù)平臺上，在那里可以為他們提供新鮮空氣。
三、 課題主要內(nèi)容：
1、 三維模型。
2、 設(shè)計說明書。
3、 二維圖紙。
4、 參與完成整機(jī)制造和調(diào)試。
5、 輸出裝配圖。圖紙量不低于4張零號圖量。
四、 課題日程安排：
1． 第1、2周， 接受設(shè)計任務(wù)，準(zhǔn)備工作（軟硬件），檢索資料，遞交開 題報告。
2． 第3周， 完成課題的初步分析，熟悉應(yīng)用軟件，進(jìn)入設(shè)計狀態(tài)，為設(shè)計制造準(zhǔn)備。
3． 第4、5、6周，完成設(shè)計過程，三維建模，二維圖紙
4． 第7、8、9、10周 整機(jī)制作
5． 第11周 調(diào)試
6． 第12、13周 完成論文
7． 第14周 論文審閱
8． 第15周 答辯
五、 參考文獻(xiàn)：
1. 成大先 主編 機(jī)械設(shè)計手冊 化學(xué)工業(yè)出版社，2003
2. 黃靖遠(yuǎn) 主編《機(jī)械設(shè)計學(xué)》機(jī)械工業(yè)出版社，2006
3. 范文雄 主編《機(jī)械制造基礎(chǔ)》機(jī)械工業(yè)出版社，2005
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
學(xué)院意見：
學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會主任簽字： 日期：
填表說明：題目類型：1.工程設(shè)計；2.應(yīng)用研究；3.理論研究；4.其他
題目來源：A.自擬課題；B.民用科研課題；C.國防科研課題
I 摘 要 本次設(shè)計的是一款履帶式搜救機(jī)器人基礎(chǔ)級載體，設(shè)計內(nèi)容包括設(shè)計行走 底盤和四自由度手臂以及對機(jī)器人的局部受力情況作了具體的分析。試制整體 機(jī)器人結(jié)構(gòu)。在設(shè)計試制過程中，不斷的觀察分析其他機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，吸取前 人經(jīng)驗，進(jìn)行方案比較選定。并深入工廠加工一線進(jìn)行學(xué)習(xí)，了結(jié)加工制造技 術(shù)，避免走上只停留書面設(shè)計而脫離實(shí)際制造的彎路。 本次畢業(yè)設(shè)計的重點(diǎn)在于機(jī)器人的試制研究工作，由于機(jī)器人整體的設(shè)計 難度較大，材料和機(jī)構(gòu)精度要求較高，本試制產(chǎn)品還不能作為成熟產(chǎn)品進(jìn)行加 制造，只能做為指導(dǎo)性樣機(jī)以供參考。 關(guān)鍵字：機(jī)器人；履帶底盤；機(jī)械臂；控制電路 II Abstract What this design was a section of marching fire robot foundation level carrier, the design content walks the chassis including the design and the four degrees-of- freedom arms as well as has made the concrete analysis to robots partial stress situation. Trial manufacturing overall robot structure. In the design trial manufacturing process, the unceasing observation analyzes other robots structure, absorbs the predecessor to experience, carries on the plan quite to designate. And goes down to the factory to process one to carry on the study, brings to completion the processing technique of manufacture, avoids stepping onto only pauses the written design to be separated from the actual manufacture the tortuous path. This graduation projects key point lies in robots trial manufacturing research work, because the robot wholes design difficulty is big, the material and the organization accuracy requirement is high, this trial manufacturing product has not been able to take the mature product to carry on adds the manufacture, can only do for the guidance prototype supplies the reference. Key words: Robot; Caterpillar band chassis; Mechanical arm; Control circuit III 目 錄 第一章 緒論 .1 1.1 項目概述 .1 1.2 目的及意義 .1 1.3 國內(nèi)外發(fā)展概況 .2 1.4 主要研究內(nèi)容 .4 第二章 方案比較與方案選擇 .5 2.1 行走機(jī)構(gòu)方案比較 .5 2.2 手臂機(jī)構(gòu)方案比較 .7 2.3 搜救機(jī)器人整體機(jī)構(gòu)選定 .9 第三章 整體機(jī)構(gòu)設(shè)計 .10 3.1 方案確定 .10 3.1.1 確定傳動方案 .10 3.1.2 選擇電動機(jī) .10 3.1.3 機(jī)體框架材料的選擇 .11 3.1.4 傳動機(jī)構(gòu)選定 .12 3.1.5 電動機(jī)類型確定 .12 3.2 大臂機(jī)構(gòu)設(shè)計及電動機(jī)選擇 .13 3.3 小臂機(jī)構(gòu)設(shè)計機(jī)電動機(jī)選擇 .15 3.4 手腕機(jī)構(gòu)設(shè)計機(jī)電動機(jī)選擇 .18 3.5 回轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)設(shè)計機(jī)電動機(jī)選擇 .18 3.6 履帶驅(qū)動輪機(jī)構(gòu)設(shè)計機(jī)電動機(jī)選擇 .19 3.7 部分校核 .20 3.8 本章小結(jié) .22 第四章 控制電路及控制器設(shè)計 .25 4.1 控制電路設(shè)計 .25 4.2 開關(guān)元件選用 .26 4.3 控制器設(shè)計 .26 4.4 本章小結(jié) .27 參考文獻(xiàn) .29 致 謝 .31 附錄一：英文原文 .33 附錄二：中文翻譯 .47
摘 要
本次設(shè)計的是一款履帶式搜救機(jī)器人基礎(chǔ)級載體，設(shè)計內(nèi)容包括設(shè)計行走底盤和四自由度手臂以及對機(jī)器人的局部受力情況作了具體的分析。設(shè)計整體機(jī)器人結(jié)構(gòu)。在設(shè)計過程中，不斷的觀察分析其他機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，吸取前人經(jīng)驗，進(jìn)行方案比較選定。
本次畢業(yè)設(shè)計的重點(diǎn)在于機(jī)器人的研究設(shè)計工作，由于機(jī)器人整體的設(shè)計難度較大，材料和機(jī)構(gòu)精度要求較高，本設(shè)計產(chǎn)品還不能作為成熟產(chǎn)品進(jìn)行加制造，只能形成設(shè)計方案。
關(guān)鍵字：機(jī)器人；履帶底盤；機(jī)械臂；控制電路
Abstract
What this design was a section of marching fire robot foundation level carrier, the design content walks the chassis including the design and the four degrees-of-freedom arms as well as has made the concrete analysis to robot's partial stress situation. Trial manufacturing overall robot structure. In the design trial manufacturing process, the unceasing observation analyzes other robot's structure, absorbs the predecessor to experience, carries on the plan quite to designate. And goes down to the factory to process one to carry on the study, brings to completion the processing technique of manufacture, avoids stepping onto only pauses the written design to be separated from the actual manufacture the tortuous path.
This graduation project's key point lies in robot's trial manufacturing research work, because the robot whole's design difficulty is big, the material and the organization accuracy requirement is high, this trial manufacturing product has not been able to take the mature product to carry on adds the manufacture, can only do for the guidance prototype supplies the reference.
Key words: Robot; Caterpillar band chassis; Mechanical arm; Control circuit
目 錄
摘 要 I
Abstract II
緒 論 1
1.1 項目概述 1
1.2 目的及意義 1
1.3 國內(nèi)外發(fā)展概況 2
1.4 主要研究內(nèi)容 3
第二章 方案比較與方案選擇 4
2.1 行走機(jī)構(gòu)方案比較 4
2.2 手臂機(jī)構(gòu)方案比較 6
2.2.1 蠕動式機(jī)械臂 6
2.2.2 沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線移動機(jī)械臂 7
2.2.3 仿人類手臂式機(jī)械臂 8
第三章 整體機(jī)構(gòu)設(shè)計 9
3.5回轉(zhuǎn)盤機(jī) 9
構(gòu)設(shè)計機(jī)電動機(jī)選擇 9
3.6履帶驅(qū)動輪機(jī)構(gòu)設(shè)計機(jī)電動機(jī)選擇 10
3.7部分校核 主要參數(shù)計算方法及強(qiáng)度校核 11
輪齒傳動 11
蝸桿傳動 14
螺紋連接 21
3.8本章小結(jié) 26
第四章 控制電路及控制器設(shè)計 28
4.1控制電路設(shè)計 28
4.2 開關(guān)元件選用 29
4.3 控制器設(shè)計 29
4.4 本章小結(jié) 30
第五章 設(shè)計總結(jié) 32
參考文獻(xiàn) 33
致 謝 34
35
緒 論
1.1 項目概述
本文介紹的是一種履帶式搜救機(jī)器人設(shè)計, 結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、性能可靠、成本低廉。履帶式行走機(jī)構(gòu), 使機(jī)器人具有更出色的越障能力。兩條履帶均設(shè)置有正反轉(zhuǎn)，且可無級調(diào)速，使機(jī)器人行走、轉(zhuǎn)彎更加靈活。整機(jī)共七個自由度，可實(shí)現(xiàn)物體的夾持、搬運(yùn)、碼放。在消防領(lǐng)域，此機(jī)器人可在加裝聲像傳輸設(shè)備等輔助設(shè)備的情況下，完成火場偵察、勘測、救援、滅火等任務(wù)。論文在這方面具有一定意義。
1.2 目的及意義
本題目研制開發(fā)一種制造簡單，使用方便的搜救機(jī)器人。
中國是一個自然災(zāi)害和社會事故多發(fā)的國家,煤礦事故、泥石流、臺風(fēng)時有發(fā)生。這些災(zāi)難發(fā)生后現(xiàn)場環(huán)境具有復(fù)雜性、未知性及潛在的二次傷害(比如煤礦的二次爆炸、建筑物的二次坍塌等)等特點(diǎn),給救援隊員的生命安全帶來了很大隱患。因此有必要研制一種能在第一時間代替搜救隊員深入到這種危險災(zāi)難環(huán)境并探測現(xiàn)場有用信息的移動機(jī)器人,為下一步營救行動的計劃、決策提供可靠依據(jù)。
搜救機(jī)器人往往需要在高溫、強(qiáng)熱輻射、濃煙、地形復(fù)雜、障礙物多、化學(xué)腐蝕、易燃易爆等惡劣環(huán)境中進(jìn)行火場偵察，化學(xué)危險品探測、滅火、冷卻、洗消、破拆、救人、啟閉閥門、搬移物品、堵漏等作業(yè)，因此，作為某種特定功能的消防機(jī)器人應(yīng)該具備以下某項或幾項行走和自衛(wèi)功能：
a.登爬坡、登梯及障礙物跨越功能； b.耐高溫和抗熱輻射功能； c.防雨淋功能；d.防爆(隔爆)功能； e.防化學(xué)腐蝕功能； f.防電磁干擾功能； g.遙控功能等。
1.3 國內(nèi)外發(fā)展概況
圖1.1救援機(jī)器人 圖1.2滅火機(jī)器人
最近幾十年中，大量的高層、地下建筑與大型的石化企業(yè)不斷涌現(xiàn)。由于這些建筑的特殊性，發(fā)生火災(zāi)時，不能快速高效的滅火。為了解決這一問題，盡快救助火災(zāi)中的受害者，最大限度的保證消防人員的安全，消防機(jī)器人研究被提到了議事日程。而機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展也為這一要求的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)上的保證，使得消防機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。
我國從九十年代初期開始搜救機(jī)器人的研究，公安部上海消防研究所等單位在消防機(jī)器人的研究中取得了大量的成果，"自行式消防炮"已經(jīng)投入市場，"履帶輪式消防滅火偵察機(jī)器人"也于2000年6月通過了國家驗收。但是，我國消防機(jī)器人的研究還處在初級階段，還有許多有待研究的問題。比如，高層建筑發(fā)生火災(zāi)時，消防人員不可能在短時間內(nèi)到達(dá)高處的火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)，在地下建筑中，由于環(huán)境比較潮濕，煙氣不易擴(kuò)散，消防人員不容易快速的判定火源位置；而在石化企業(yè)發(fā)生火災(zāi)時，將產(chǎn)生大量的毒氣，消防人員在滅火時極易中毒。研制能夠用于這些場合的偵察滅火機(jī)器人，協(xié)助消防人員進(jìn)行火災(zāi)的定位和滅火，將有極大的社會意義。
不僅在我國，在世界上消防工作也是一個大難題，各國政府都千方百計地將火災(zāi)的損失降到最低點(diǎn)。從二十世紀(jì)八十年代開始，世界許多國家都進(jìn)行了消防機(jī)器人的研究。美國和蘇聯(lián)最早進(jìn)行消防機(jī)器人的研究，而后日本、英國、法國等國家都紛紛開展了消防機(jī)器人的研究，目前已有多種不同類型的消防機(jī)器人用于各種火災(zāi)場合。
從功能上劃分，目前的消防機(jī)器人有下列幾類：滅火機(jī)器人、偵察機(jī)器人、攀登營救機(jī)器人和救護(hù)機(jī)器人。從控制方式來分，消防機(jī)器人可分為遙控消防機(jī)器人和自主消防機(jī)器人。
噴射滅火機(jī)器人
這種機(jī)器人于1989年研制成功，屬于遙控消防機(jī)器人的一種，用于在狹窄的通道和地下區(qū)域進(jìn)行滅火。機(jī)器人高45厘米，寬74厘米，長120厘米。它由噴氣式發(fā)動機(jī)或普通發(fā)動機(jī)驅(qū)動行駛。當(dāng)機(jī)器人到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場時，為了撲滅火焰，噴嘴將水流轉(zhuǎn)變成高壓水霧噴向火焰。
攀登營救機(jī)器人
攀登營救機(jī)器人于1993年第一次使用。當(dāng)高層建筑物的上層突然發(fā)生火災(zāi)時，機(jī)器人能夠攀登建筑物的外墻壁去調(diào)查火情，并進(jìn)行營救和滅火工作。該機(jī)器人能沿著從建筑物頂部放下來的鋼絲繩自己用絞車向上提升，然后它可以利用負(fù)壓吸盤在建筑物上自由移動。這種機(jī)器人可以爬70米高的建筑物。
救護(hù)機(jī)器人
救護(hù)機(jī)器人于1994年第一次投入使用。這種機(jī)器人能夠?qū)⑹軅藛T轉(zhuǎn)移到安全地帶。機(jī)器人長4米，寬1.74米,高1.89米，重3860公斤。它裝有橡膠履帶，最高速度為4公里/小時。它不僅有信息收集裝置，如電視攝像機(jī)、易燃?xì)怏w檢測儀、超聲波探測器等；還有2只機(jī)械手，最大抓力為90公斤。機(jī)械手可將受傷人員舉起送到救護(hù)平臺上，在那里可以為他們提供新鮮空氣。
2000年11月，奧地利雪山纜車在隧道中發(fā)生火災(zāi)，死亡160余人。由于隧道中黑暗、陰冷、濃煙密布，滅火和清理現(xiàn)場工作十分艱難。這再次說明了特種消防設(shè)備的重要。
1.4 主要研究內(nèi)容
本題目主要研究的內(nèi)容是設(shè)計行走底盤和四自由度手臂，本題目研制開發(fā)一種消防機(jī)器人基礎(chǔ)級載體。對機(jī)器人的局部受力情況作了具體的分析。
第二章 方案比較與方案選擇
2.1 行走機(jī)構(gòu)方案比較
機(jī)器人在地面上移動的方式通常有三種：車輪式、履帶式和步行式。
步行移動方式是模仿人類或動物的行走機(jī)理，用腿腳走路，對環(huán)境適應(yīng)性好。根據(jù)調(diào)查,在地球上近一半的地面不適合于傳統(tǒng)的輪式或履帶式車輛行走， 但是一般多足動物卻能在這些地方行動自如,顯然足式與輪式及履帶式行走方式相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢. 足式行走對崎嶇路面具有很好的適應(yīng)能力,足式運(yùn)動方式的立足點(diǎn)是離散的點(diǎn),可以在可能到達(dá)的地面上選擇最優(yōu)的支撐點(diǎn)。但是步行移動方式的智能程度也相對較高。正因如此，步行移動方式在機(jī)構(gòu)和控制上是最復(fù)雜的，技術(shù)上也還不成熟，不適于在要求靈活和可靠性高的工作環(huán)境中。
圖2.1步行移動方式機(jī)器人
車輪式移動是最常見的一種地面行進(jìn)方式。車輪式移動的優(yōu)點(diǎn)是：能高速穩(wěn)定的移動，能量利用效率高，機(jī)構(gòu)和控制簡單，而且技術(shù)比較成熟。驅(qū)動與轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)可分以下幾種形式：
1. 驅(qū)動、轉(zhuǎn)向輪一體徑向轉(zhuǎn)向，如同前驅(qū)動式轎車
2. 驅(qū)動輪、轉(zhuǎn)向輪分置，如同后驅(qū)動式卡車
3. 兩側(cè)驅(qū)動輪異速轉(zhuǎn)彎，如同輪椅
前兩種驅(qū)動轉(zhuǎn)彎形式不單要設(shè)計有合理的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，還要有較好的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，增加了自由度的同時又要考慮為這個自由度提供動力單元，以及轉(zhuǎn)向差速系統(tǒng)，使得整機(jī)復(fù)雜程度大大提升，機(jī)構(gòu)繁瑣，穩(wěn)定性降低。第三種形式僅用一套差速系統(tǒng)和一組跟蹤輪就可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，可是跟蹤輪通常采用萬向輪，無規(guī)則定向，在路面情況復(fù)雜下行駛極其不穩(wěn)定，且在停止和啟動時遵循前一運(yùn)動狀態(tài)軌跡，缺乏應(yīng)急靈活性。而其車輪式移動共有的缺點(diǎn)就是對路面要求較高，適于平整硬質(zhì)路面。越障性能嚴(yán)重缺失。
圖2.2車輪式行走機(jī)器人
履帶式實(shí)際是一種自己為自己鋪路的輪式車輛。它是將環(huán)狀循環(huán)軌道履帶卷繞在若干滾輪外，使車輪不直接與地面接觸。履帶式的的優(yōu)點(diǎn)是著地面積比車輪式大，所以著地壓強(qiáng)小；另外與路面黏著力強(qiáng)，能吸收較小的凸凹不平，適于松軟不平的地面。因此，履帶式廣泛用在各類建筑機(jī)械及軍用車輛上。并且履帶式結(jié)構(gòu)是通過兩條履帶差速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。不但可以實(shí)現(xiàn)超小半徑轉(zhuǎn)彎，還可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎。靈活性極佳。
圖2.3履帶式機(jī)器人
2.2 手臂機(jī)構(gòu)方案比較
對于整體行走機(jī)器人載具而言，行走機(jī)構(gòu)只是用來完成大空間內(nèi)整體移動和工作頭部分在平面內(nèi)大幅度間接調(diào)整。其運(yùn)動軌跡和幅度難以充分滿足三維空間運(yùn)動和精度要求。為了能使工作頭部分能夠在三維空間觸及工作點(diǎn)工作面并且能夠精確完成工作任務(wù)引入了連接在行走機(jī)構(gòu)與工作頭之間的，較行走機(jī)構(gòu)傳動更精準(zhǔn)、運(yùn)動更平穩(wěn)的機(jī)械臂機(jī)構(gòu)。機(jī)械臂按其運(yùn)動機(jī)理可分為以下三種：
2.2.1 蠕動式機(jī)械臂
這種機(jī)械臂源自仿生學(xué)中對蟲子蠕動的模仿。通過沿徑向布置的很多個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)或扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的聯(lián)動來實(shí)現(xiàn)工作頭空間內(nèi)多組相鄰圓心圓截面上各點(diǎn)工作。這種機(jī)械臂絕對是各種機(jī)械臂中自由度最高的一類。但因其要求每個旋，扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)都要求有獨(dú)立動力，且聯(lián)動的位移是由多個關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)非等值分擔(dān)，這就對動力部分、傳動精度、控制精度提出了極高要求。不但設(shè)計制造極其困難，通過使用機(jī)械控制簡單電路控制是極難完成的控制的。
所以只出現(xiàn)在高端機(jī)器人領(lǐng)域具處于設(shè)計試制階段。對于基礎(chǔ)層次機(jī)械設(shè)計制造這相當(dāng)于不可完成的任務(wù)。
圖2.4 蠕動式機(jī)械臂
2.2.2 沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線移動機(jī)械臂
在三維立體空間內(nèi)分別沿X、Y、Z軸做直線運(yùn)動就可以到達(dá)一個立方體內(nèi)的各個點(diǎn)進(jìn)行工作，這是一種撒網(wǎng)式的搜羅。在三軸分動時工作頭位移軌跡是沿空間內(nèi)沿X、Y、Z方向線段的連接，當(dāng)三軸聯(lián)動時，工作頭運(yùn)動軌跡便是空間內(nèi)的一條曲線。完成工作動作直接快捷，且只有三個軸線位移，整機(jī)運(yùn)動平穩(wěn)可靠，精度頗高。所以多用于機(jī)床加工中心等機(jī)械上，但其機(jī)體必須含有沿X、Y、Z軸方向，長度至少等于三軸位移長度一半的三個相連的空間垂直架體。
這種就有相對較大的非工作狀態(tài)機(jī)構(gòu)所占空間和整體體積，但對于行走式機(jī)器人載具而言，對體積和自重的限制是極其嚴(yán)格的，要求盡量減小自身負(fù)載體積，以適應(yīng)工作環(huán)境。
圖2.5 沿X、Y、Z坐標(biāo)軸直線移動機(jī)械臂
2.2.3 仿人類手臂式機(jī)械臂
這種結(jié)構(gòu)的手臂有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、大臂搖動機(jī)構(gòu)、小臂搖動機(jī)構(gòu)和手腕機(jī)構(gòu)四部分組成在同一平面內(nèi)三個旋轉(zhuǎn)自由度被安裝在一個垂直此平面的旋轉(zhuǎn)盤上，手腕、小臂、大筆的須按轉(zhuǎn)是工作頭觸點(diǎn)在三個自由度連線平面內(nèi)。形成了一個平面工作區(qū)域，通過旋轉(zhuǎn)盤的帶動，是這個平面工作區(qū)域繞Z軸須按轉(zhuǎn)，形成了一個立體工作空間。這種手臂機(jī)構(gòu)在工作中狀態(tài)下可以收縮減小空間，傳動距離較短，結(jié)構(gòu)可靠性能好，能夠出色的完成工作空間內(nèi)一點(diǎn)到另一點(diǎn)的最有運(yùn)動軌跡位移
第三章 整體機(jī)構(gòu)設(shè)計
3.1 爬樓梯的力學(xué)原理
基于遙控電動小車爬越一定高臺的原理,對具有擺臂結(jié)構(gòu)的移動車體爬越樓梯進(jìn)行了相關(guān)的力學(xué)分析.
整個爬越過程可以分成兩個階段:第一階段,先將兩側(cè)擺臂搭在臺階上,然后同時驅(qū)動三臺電機(jī),使車體在行走機(jī)構(gòu)和擺動機(jī)構(gòu)的共同作用下,順利地爬到第二個臺階,此時車體實(shí)現(xiàn)了地面、第一、二臺階處的三點(diǎn)接觸;第二個階段,小車只需在行走機(jī)構(gòu)的作用下如同上坡地一樣緩緩地向上爬.由此可以看出,只要保證行走機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上至少能夠同時與兩個臺階點(diǎn)接觸,就能實(shí)現(xiàn)第二階段運(yùn)行的平穩(wěn)性和可靠性,故在此不再贅述,僅對第一階段進(jìn)行分析.假設(shè)臺階是光滑的(這樣便于分析討論),擺臂的重心處于擺臂中心軸線上距大輪點(diǎn)1/3處,整個車體的重心位于車體幾何中心處.由于擺臂末端的小帶輪呈圓弧形而且它與臺階之間為線接觸,為避免發(fā)生打滑,應(yīng)至少保證小帶輪的幾何中心處于接觸點(diǎn)的正上方。在爬越高度為H0的臺階時,即前輪剛離開地面的瞬間,整車和擺臂的受力情況。
3.5回轉(zhuǎn)盤機(jī)
構(gòu)設(shè)計機(jī)電動機(jī)選擇
由于整個臂部機(jī)構(gòu)和預(yù)設(shè)負(fù)載重量（約9 kg）較大，且重心極限位置旋轉(zhuǎn)半徑（約400mm）較大，所以在轉(zhuǎn)盤設(shè)計時必須考慮機(jī)構(gòu)較大的旋轉(zhuǎn)慣性力。所以選帶傳動方式。
帶傳動傳動平穩(wěn)能緩沖吸振，且可大傳動臂設(shè)計，將從動帶輪設(shè)計較大半徑，以減小傳動帶拉力，正符合此機(jī)構(gòu)要求。
從動大帶輪直徑d1為50mm設(shè)計,轉(zhuǎn)速n1應(yīng)盡量小，設(shè)在0.1轉(zhuǎn)/秒
主動帶輪選用成套機(jī)構(gòu)，帶輪直徑d0為10mm
則主動帶輪轉(zhuǎn)速n0 為
n0 / n1 = d1 / d0
即
圖３.１ 傳動方案簡圖
n0 = n1 * （d1 / d0 ）
= 0.1 * （50 / 10）
= 0.5轉(zhuǎn)/秒
物品清單中，符合此要求的電動機(jī)只有一種。
即12ZYJ-60J系列永磁直流減速電機(jī)
轉(zhuǎn)速30轉(zhuǎn)/分鐘
功率10W
驗算證明滿足機(jī)構(gòu)力學(xué)要求。
3.6履帶驅(qū)動輪機(jī)構(gòu)設(shè)計機(jī)電動機(jī)選擇
驅(qū)動輪設(shè)計減速電機(jī)輸出軸直接安裝鏈輪。鏈輪上加掛自制履帶。設(shè)計履帶摩擦面到鏈輪回轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)半徑為25mm
設(shè)計直線行走最大速度為150mm/s
則驅(qū)動電功轉(zhuǎn)速為6轉(zhuǎn)/秒
預(yù)設(shè)整機(jī)與負(fù)載總重30 kg最大爬坡角為45°，則履帶最大拉力F為
F = F重 / sinθ
= 30 * 10 / 0.707
= 404.328N
取高整值為430N,兩條履帶驅(qū)動，單根受力為
F單 = F / 2
= 430 / 2
= 150N
直線行走最大速度V為150mm/s
單根履帶受力F為150N
則功率為
P = F * V
= 150 * 150 * 0.001
= 22.5W
考慮技術(shù)要求及功率損失選用62KTYJ系列單相可逆永磁同步電機(jī)
轉(zhuǎn)速36轉(zhuǎn)/分鐘
功率30W
3.7部分校核 主要參數(shù)計算方法及強(qiáng)度校核
輪齒傳動
一. 輪齒的受力分析
3.7.1直齒
將作用在輪齒上的法向力Fn分解為一對互相垂直的力，即徑向力Fr和圓周力Ft，大小分別為：
（3.1）
方向：Fr指向各自的軸線；Ft在主動輪上與轉(zhuǎn)向相反，從動軸上與轉(zhuǎn)向相同。
2.斜齒
將作用在輪齒上的法向力Fn分解為三個互相垂直的力，即徑向力Fr、圓周力Ft和軸向力Fa大小分別為：
（3.2）
方向：Fr指向各自的軸線；Ft在主動輪上與轉(zhuǎn)向相反，從動軸上與轉(zhuǎn)向相同。
Fa自齒的工作面指向齒體。
二.輪齒的計算載荷Ftc
Ftc=KFt
3.7.2 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度計算
1.直齒
強(qiáng)度校核公式：
（3.3）
設(shè)計公式：
2.斜齒
強(qiáng)度校核公式：
（3.4）
設(shè)計公式：
（3.5）
※開式齒輪傳動m應(yīng)加大10～15％，不需疲勞強(qiáng)度校核。
3.7.3 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算
1.直齒
強(qiáng)度校核公式：
（3.6）
設(shè)計公式：
2.斜齒
強(qiáng)度校核公式：
（3.8）
設(shè)計公式：
3.7.4 齒輪的許用應(yīng)力
一.接觸疲勞許用應(yīng)力
（3.9）
二.彎曲疲勞許用應(yīng)力
（3.10）
蝸桿傳動
3.7.1 蝸桿傳動的參數(shù)和幾何尺寸
1、 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)
圖3.1 普通圓柱蝸桿傳動
（1）模數(shù)和壓力角
蝸桿和蝸輪嚙合的中間平面上，蝸桿的軸面模數(shù)、壓力角應(yīng)與蝸輪的端面模數(shù)、壓力角相等，即
（2）蝸桿的分度圓直徑
蝸桿的分度圓直徑，為模數(shù)，為蝸桿的直徑系數(shù)，已有標(biāo)準(zhǔn)值,且與模數(shù)相匹配。
（3）蝸桿頭數(shù)
蝸桿頭數(shù)通常取為1、2、4、6，也可根據(jù)要求的傳動比和效率來選定。
（4）導(dǎo)程角
（3.11）
（5）傳動比和齒數(shù)比
傳動比，齒數(shù)比，（、為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)速，單位為，為蝸輪的齒數(shù)）
當(dāng)蝸桿主動時，有
（6）蝸輪齒數(shù)
蝸輪齒數(shù)主要根據(jù)傳動比來確定，通常規(guī)定大于28，一般不大于80。
（7）蝸桿傳動的標(biāo)準(zhǔn)中心距
（3.12）
變位蝸桿的中心距為
（3.13）
2、 蝸桿傳動的幾何尺寸計算
普通圓柱蝸桿傳動主要參數(shù)的基本公式
中心距
（標(biāo)準(zhǔn)傳動中心距）
（變位后實(shí)際中心距）
蝸桿軸向齒距
蝸桿導(dǎo)程
蝸桿分度圓直徑
蝸桿導(dǎo)程角
蝸輪變位系數(shù)
（為變位后齒輪的實(shí)際齒數(shù)）
如圖3.2 所示
圖3.2 普通圓柱蝸桿傳動的基本幾何尺寸
3.7.2 普通圓柱蝸桿承載能力的計算
1. 蝸桿傳動的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則
蝸桿傳動的失效形式有點(diǎn)蝕、齒根折斷、齒面膠合及過度磨損等。由于蝸桿螺旋齒部分的強(qiáng)度總是高于蝸輪輪齒的強(qiáng)度，所以失效經(jīng)常發(fā)生在蝸輪輪齒上。因此，一般只對蝸輪輪齒進(jìn)行承載能力計算。
在開式傳動中，以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為開式傳動的主要設(shè)計準(zhǔn)則。
在閉式傳動中，通常是按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，而按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。另外，閉式蝸桿傳動散熱較為困難，還應(yīng)作熱平衡核算。
蝸桿一般是用碳鋼或合金鋼制成。常用的蝸輪材料為鑄造錫青銅、鑄造鋁鐵青銅及灰鑄鐵等。
2. 蝸桿傳動的受力分析
如圖8-3所示，是垂直指向節(jié)點(diǎn)的正壓力，可分解為圓周力、徑向力和軸向力，三力互相垂直。在蝸輪、蝸桿間，與、與和與三對力大小相等、方向相反。
在進(jìn)行蝸桿傳動的受力分析時，首先判別蝸桿的螺旋方向是右旋還是左旋，其次按左、右手法則確定作用于蝸桿上軸向力的方向，這樣就可以定出作用于蝸輪上的圓周力的方向和蝸輪的轉(zhuǎn)動方向。
圖3.3 蝸桿傳動的受力分析
各力計算公式為
(3.14)
(3.15)
3.7.3 蝸桿傳動的強(qiáng)度計算
（1）蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算
在蝸桿傳動時，蝸桿傳動強(qiáng)度計算即為蝸輪齒的強(qiáng)度計算。因蝸輪的齒形比較復(fù)雜，精確計算比較困難，故常把蝸輪近似地看成斜齒圓柱齒輪計算，其齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算公式為
(3.16)
設(shè)計公式為
式中：——蝸輪的齒形系數(shù)；
——螺旋角影響系數(shù)；
——載荷系數(shù)，。
（2）蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算
蝸輪齒面接觸強(qiáng)度計算也和斜齒圓柱齒輪相似，其公式為
(3.17)
(3.18)
式中：——材料的彈性影響系數(shù)，；
——蝸桿傳動的接觸線長度和曲率半徑對接觸強(qiáng)度的影響系數(shù)，簡稱接觸
系數(shù)。
3.7.4 普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算
1、蝸桿傳動的效率
閉式蝸桿傳動總效率為
式中、、分別為嚙合摩擦損耗、軸承摩擦損耗及濺油損耗時的效率?？傂手饕Q于。當(dāng)蝸桿主動時，則
式中：——普通圓柱蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角；
——當(dāng)量摩擦角，，其值可根據(jù)滑動速度選取。
由圖3.4得（單位為）
式中：——蝸桿分度圓的圓周速度，單位為；
——蝸桿分度圓直徑，單位為；
——蝸桿的轉(zhuǎn)速，單位為。
一般取，則總效率為
(3.19)
圖3.4 蝸桿傳動的滑動速度
2、蝸桿傳動的潤滑
當(dāng)潤滑不當(dāng)時，會顯著降低蝸桿傳動的效率，并會產(chǎn)生磨損和膠合破壞，所以常采用礦物油進(jìn)行良好的潤滑，為了提高抗膠合能力，還常在潤滑油中加入添加劑。
若采用噴油潤滑，噴油嘴要對準(zhǔn)蝸桿嚙入端，當(dāng)蝸桿正轉(zhuǎn)時，兩邊都要裝噴油嘴，并且還要控制油壓。
對于蝸桿下置式或蝸桿側(cè)置式的傳動，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個齒高；當(dāng)為蝸桿上置式時，浸油深度約為蝸輪外徑的。
3、蝸桿傳動的熱平衡計算
蝸桿傳動工作時發(fā)熱量大，如果不及時散去產(chǎn)生的熱量，會使?jié)櫥拖♂?，從而增大摩擦損失，甚至發(fā)生膠合。所以很有必要進(jìn)行熱平衡計算。
產(chǎn)生的熱流量（單位為）為
式中為蝸桿傳遞的功率，單位為。
從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中去的熱流量為，有熱平衡條件可得工作條件
下的油溫
式中：——箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；
——表面面積，單位為；
——油的工作溫度，一般限制在；
——周圍空氣的溫度，常溫情況可取為；
在或有效的散熱面積不足時，則必須采取措施，以提高散熱能力。通常采?。?
a）加散熱片以增大散熱面積；
b）在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣的流通；
c）在傳動箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路；
d）在箱體油地內(nèi)加裝蛇形散熱管，利用循環(huán)水進(jìn)行冷卻。
螺紋連接
3.7.1 螺紋參數(shù)
大徑d；小徑d1；中徑d2；螺距t；導(dǎo)程s；螺旋線數(shù)n；螺紋升角φ；牙型角α。
3.7.2 分類
按旋向：左旋；右旋。
按母體：圓柱螺紋；圓錐螺紋。
按螺旋線的頭數(shù)：單頭；多頭。
按牙型：三角形；梯形；矩形；鋸齒形。
3.7.3 螺旋副的受力分析、效率和自鎖
一.牙型角α=0時
1.受力分析
由圖14-7可知，螺母和螺桿的相對運(yùn)動可用滑塊在斜面上運(yùn)動分析，擰緊螺母時，即滑塊沿斜面勻速向上移動。此時，作用在滑塊上的力有：
外載荷Q、由擰緊力矩T引起的水平力P、斜面對滑塊的法向反力N、滑塊運(yùn)動時產(chǎn)生的摩擦阻力fN，現(xiàn)將法向反力N和摩擦阻力fN合成一總的反力R，則作用在滑塊上的Q、P、R平衡，由力的封閉三角形知，
P=Qtg（φ+ρ）
(3.20)
2.傳動效率η
3.自鎖
當(dāng)外力矩撤掉以后，作用在滑塊上的力Q沿斜面和與斜面垂直的面的兩個分力F1=Qsinφ，F(xiàn)2=Qcosφ，若滑塊不下滑，則必須滿足F1≤F2f，即
Qsinφ≤ fQcosφ
tgφ≤f=tgρ
∴φ≤ρ
二.牙型角α≠0時
由圖14-9知，牙型角α=0時，滑塊法向反力N=Q；
牙型角α≠0時，滑塊法向反力；
∴牙型角α=0時摩擦力F=Qf；
牙型角α≠0時摩擦力F=f=Qfv
∴牙型角α≠0螺旋副的受力可以看作是摩擦系數(shù)為當(dāng)量摩擦系數(shù)fv的矩形螺紋，從而使問題簡化。因此，牙型角α≠0時螺旋副的力、效率及自鎖條件為：
P=Qtg（φ+ρv）
η=
φ≤ρv
3.7.4 螺栓連接的基本類型及螺紋連接件
一.螺紋連接的基本類型
1.螺栓連接：普通螺栓連接和鉸制孔螺栓連接。
2.雙頭螺柱連接
3.螺釘連接
4.緊定螺釘連接
二.螺紋連接件
1.螺栓
2.雙頭螺柱
3.緊定螺釘
4.螺母
5.墊圈
3.7.5 螺紋連接的擰緊和防松
一.螺紋連接的擰緊
圖14-14
螺紋連接擰緊的力矩
T=T1+T2=ktF′d
式中：
T1——螺紋力矩
T2——螺母和被連接件支承表面的摩擦力矩
Kt——擰緊力矩系數(shù)，在（0.1～0.3）之間
F′——預(yù)緊力
二.螺紋連接的防松
3.7.6 螺紋連接的受力分析
螺栓連接的特點(diǎn):成組使用,而且組中螺栓通常是同材料、同直徑、同長度.
受力分析的目的:找出螺栓連接中受力最大的螺栓。
一.受軸向力Q作用的螺栓組連接
若螺栓組中螺栓的個數(shù)為Z，則單個螺栓受到的軸向外載荷F為：(14-14)
F=
二.受橫向力R作用的螺栓組連接
1.普通螺栓連接
F′=
2.鉸制孔螺栓連接
三.受旋轉(zhuǎn)力矩T作用的螺栓組連接
1.普通螺栓連接
F′=
2.鉸制孔螺栓連接
四.受轉(zhuǎn)翻（傾覆）力矩M作用的螺栓組連接
(3.21)
3.3.7 螺栓連接的強(qiáng)度計算
目的:校核螺栓強(qiáng)度,選擇螺栓尺寸。
一.受拉螺栓連接
(一).松螺栓連接
定義：裝配時螺栓不用擰緊，在承受外載荷之前螺栓不受力。
若螺栓連接受軸向外載荷F作用時，螺栓受拉，此時，螺栓的強(qiáng)度條件和設(shè)計公式與材料力學(xué)受拉件相同，即
強(qiáng)度條件：
設(shè)計公式：
(二).緊螺栓連接
定義：螺栓連接在裝配時已經(jīng)擰緊，所以，在外載荷作用之前，螺栓已受到預(yù)緊力F′的拉伸和擰緊力矩T的扭轉(zhuǎn)，即作用在螺栓上的應(yīng)力有F′引起的拉應(yīng)力和T引起的剪應(yīng)力，螺栓在承受外載荷之前已處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)。
1.螺栓僅受預(yù)緊力F′的連接
按照材料力學(xué)的第四強(qiáng)度理論，將作用在螺栓上的拉應(yīng)力σ和剪應(yīng)力τ合成，且?guī)毽?0.5σ，則
即：
強(qiáng)度條件
設(shè)計公式
2.緊螺栓受軸向外載荷作用
此時，由變形協(xié)調(diào)條件可知，作用在單個螺栓上總的軸向載荷F∑為：
F∑=F1+F殘
∴ 強(qiáng)度條件
設(shè)計公式
式中，當(dāng)外載荷為一集中力F時，，Z為螺栓組中螺栓的個數(shù)；當(dāng)外載荷為一傾翻力矩M時，，F(xiàn)殘見表14-8。
3.緊螺栓受橫向外載荷作用
a.普通螺栓連接
強(qiáng)度條件： (3.22)
設(shè)計公式：
式中，當(dāng)外載荷為一集中力R時，F(xiàn)′=，當(dāng)外載荷為一旋轉(zhuǎn)力矩時，F(xiàn)′=
b.鉸制孔螺栓連接
強(qiáng)度條件：
式中，當(dāng)外載荷為一集中力時，；當(dāng)外載荷為一旋轉(zhuǎn)力矩T時
※ 設(shè)計時的簡便方法：
令則
設(shè)計時根據(jù)AS數(shù)值查表可確定螺栓尺寸。
3.8本章小結(jié)
機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計除了應(yīng)滿足產(chǎn)品使用性能外，還應(yīng)滿足制造工藝要求，否則就有可能影響產(chǎn)品生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本，嚴(yán)重時甚至無法生產(chǎn)。一個工藝性評價低劣的產(chǎn)品，在激烈競爭的市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境中是站不住腳的。一個好的產(chǎn)品設(shè)計必須同時是一個好的工藝師。
機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的工藝性評價實(shí)際是評價所設(shè)計的產(chǎn)品在滿足使用要求的前提下，制造、維修可行性和經(jīng)濟(jì)性。這里所說的經(jīng)濟(jì)性是一個含意寬廣的術(shù)語，它應(yīng)是材料消耗要少、制造勞動要少、生產(chǎn)效率要高和生產(chǎn)成本要低的綜合。
評價機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的機(jī)械加工工藝性可以從以下幾個方面進(jìn)行評價:
1. 零件結(jié)構(gòu)要素必須符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定
2. 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件和普通件
3. 在滿足產(chǎn)品使用性能的條件下，零件圖上標(biāo)注的尺寸精度等級好表面粗糙度要求應(yīng)取經(jīng)濟(jì)值
4. 盡量選用切削加工性好的材料
5. 有便于裝夾的定位基準(zhǔn)和夾緊表面
6. 保證能以較高的生產(chǎn)率加工
7. 保證刀具正常工作
8. 加工時工件應(yīng)有足夠的剛性
機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的裝配工藝性評價
1. 機(jī)器結(jié)構(gòu)應(yīng)能劃分成幾個獨(dú)立的裝配單元
2. 盡量減少裝配過程中的修配勞動量和機(jī)械加工勞動量
3. 機(jī)器結(jié)構(gòu)應(yīng)便于裝配和拆卸
機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的最初環(huán)節(jié)，是先要針對該產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思。這種針對主要功能的原理性設(shè)計，可以簡稱為“功能原理設(shè)計”。
功能原理設(shè)計的重點(diǎn)在于提出創(chuàng)新構(gòu)思，是思維盡量“發(fā)散”，力求提出較多的解法供比較選優(yōu)。對構(gòu)件的具體結(jié)構(gòu)、材料和制造工藝等則不一定要有成熟的考慮，因此常只需用簡圖或示意圖來表示所構(gòu)思的內(nèi)容。
功能原理設(shè)計是對產(chǎn)品的成敗起決定性作用的工作。
第四章 控制電路及控制器設(shè)計
4.1控制電路設(shè)計
控制電路的設(shè)計，取決于機(jī)器人的控制機(jī)理。大部分的機(jī)器人采用無線可編程控制。這樣的控制形式使機(jī)器人更加智能化。通過利用紅外線電磁波等無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，機(jī)器人的工作空間大小擴(kuò)展，而且通過編程器的使用，使機(jī)器人有了一定的工作自主能力。但是這樣控制電路過于精密復(fù)雜。
在本次設(shè)計中，主要任務(wù)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制造。對于這種簡單機(jī)器人載具的設(shè)計試制工作，控制電路不宜過于復(fù)雜，所以選擇了簡單的開關(guān)控制和變阻器調(diào)速。在這個電路中每個電動機(jī)都必須有三個狀態(tài)，即正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停機(jī)。且在正反轉(zhuǎn)時均可調(diào)速。它們都是獨(dú)立工作，且可同時運(yùn)轉(zhuǎn)，這就要求每個直流電機(jī)都必須配備一套獨(dú)立的換向開關(guān)和調(diào)速變阻器。在工作過程中想要避免同一電機(jī)正反轉(zhuǎn)電流同時供電，如果采用兩個單獨(dú)開關(guān)，在手動控制過程中，難免會出現(xiàn)一種工作狀態(tài)并未逝電，就啟動了另一種工作狀態(tài)，這樣就相當(dāng)于電源反接，避免此種情況的發(fā)生更好實(shí)現(xiàn)控制器的人性化設(shè)計，電路中運(yùn)用了中間斷開的雙向觸點(diǎn)多極開關(guān)，在總電路中設(shè)置總開關(guān)，是整個電路的啟停更方便，處理緊急情況時關(guān)閉所有電動機(jī)電源更快捷?？傠娐泛透鱾€電機(jī)分電路中可以并聯(lián)入小燈泡，以起到電源指示作用。
基本控制電路圖
在各個電動機(jī)上并聯(lián)入兩組發(fā)光二極管與適值電阻的串聯(lián)電路（兩組串聯(lián)電路中發(fā)光二極管分別采用正接與反接），利用發(fā)光二極管的單向?qū)ㄌ匦?，來指示電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。
加裝指示電路的控制電路
4.2 開關(guān)元件選用
電路中的主要負(fù)載部分及電源電動機(jī)已經(jīng)確定，下面對開關(guān)、變阻器選用指示電路部分的發(fā)光二極管電阻進(jìn)行選擇。
開關(guān)、變阻器這類元器件都有外露的受控部分，必須考慮手動的合理性和開關(guān)自身的可安裝性，由于在我們現(xiàn)有加工能力條件下鉆圓孔最為容易實(shí)現(xiàn)。所以均選用螺紋緊定式元件。換向開關(guān)選用ds037-01d 三位兩通按鈕，總開關(guān)選用XN-19按鈕，變阻器選用 SA-198旋鈕式變阻器，發(fā)光二極管選用圓柱頭發(fā)光二極管。
4.3 控制器設(shè)計
控制器設(shè)計上，為使整個控制過程更加自如方便可靠，更加人性化，所以采用了與整個機(jī)械機(jī)構(gòu)同形式布局的方法，開關(guān)起停形式與機(jī)器人各機(jī)構(gòu)運(yùn)動方向相同，使得控制更加得心應(yīng)手。
4.4 本章小結(jié)
在現(xiàn)代化的生產(chǎn)中，生產(chǎn)機(jī)械的自動化成都反映了工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的水平。現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)備與系統(tǒng)已不再是傳統(tǒng)意義上的單純的機(jī)械系統(tǒng)，而是機(jī)電一體化的綜合系統(tǒng)，電氣傳動與控制系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代生產(chǎn)機(jī)械的重要組成部分。機(jī)與電、傳動與控制已經(jīng)成為不可分割的整體。
所謂電氣傳動，是指以電動機(jī)為原動機(jī)驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)的總稱，它的目的是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的啟動、停止以及速度調(diào)節(jié)，完成各種生產(chǎn)工藝要求，保證生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。
在現(xiàn)代工業(yè)中，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化要求，機(jī)電傳動不僅包括拖動生產(chǎn)機(jī)械的電動機(jī)，而且包含控制電動機(jī)的一整套控制系統(tǒng)，也就是說，現(xiàn)代機(jī)電傳動是和由各種控制元件組成的自動控制系統(tǒng)緊密聯(lián)系在一起的。
雖然在本次設(shè)計中最終選用了24V直流電動機(jī)，采用換向開關(guān)控制，但在試制過程中進(jìn)行了使用單片機(jī)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)智能控制的探索。進(jìn)行了單片機(jī)控制電路的試制。雖未完全成功，但是獲得了一定既定成果，拓展了知識面。為最終的設(shè)計和試制奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。
直流電動機(jī)的控制雖然相對簡單，但要求與總體設(shè)計效果相匹配。工作過程安全可靠。如果需要對控制系統(tǒng)加以自動化改進(jìn)，可以在接頭部分方便的加入智能模塊。也可添加外掛型附屬設(shè)備。
本次設(shè)計取得成功。
第五章 設(shè)計總結(jié)
本次設(shè)計，參考了大量的前人經(jīng)驗，以搜救機(jī)器人的適用型為原則，我著重完成了以下工作！
1， 為了實(shí)現(xiàn)搜救機(jī)器人在實(shí)際工作過程中能節(jié)約時間，盡可能及時的到事故地點(diǎn)，展開搜救工作。因此在設(shè)計當(dāng)中盡可能提高機(jī)器人的行走速度（選用62KTYJ系列單相可逆永磁同步電機(jī)）
2， 考慮到搜救機(jī)器人多應(yīng)用于地震，火災(zāi)現(xiàn)在等高危地區(qū)，行進(jìn)路況復(fù)雜多變，空間狹小的情況下。且加工能力及工藝有限，機(jī)構(gòu)不易過于復(fù)雜。因此在設(shè)計當(dāng)中著重選擇了履帶式的行裝置。
3， 對于齒輪傳動，渦輪蝸桿，螺栓等主要參數(shù)進(jìn)行了計算。
4， 著重設(shè)計機(jī)械手。
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致 謝
特此感謝我的知道老師劉增龍老師，在他的幫助和指導(dǎo)下我完成了這次設(shè)計。
光陰似箭，大學(xué)已經(jīng)即將走完四年，在畢業(yè)之前我們經(jīng)歷了大學(xué)最后一次嚴(yán)峻考驗-畢業(yè)設(shè)計，大家都知道，我們大學(xué)學(xué)到的知識是實(shí)用的知識，而不是浮于理論浮于表面的知識，為的是在以后將大學(xué)所學(xué)的知識應(yīng)用到實(shí)踐工作當(dāng)中去，最大限度地為將來的工作服務(wù)，但是由于我們大學(xué)學(xué)的知識大部分都是在課堂上完成的，加之整個體系的不重視，難免使我們疏于動手。我們的畢業(yè)設(shè)計是經(jīng)歷四年的專業(yè)知識系統(tǒng)學(xué)習(xí)后，經(jīng)過沉淀，厚積薄發(fā)的過程，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，畢業(yè)設(shè)計是我們掌握基本知識后在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行專業(yè)性有代表性的工程設(shè)計，它主要培養(yǎng)了我們獨(dú)立思考，將理論知識轉(zhuǎn)化成實(shí)際操作的能力，并能培養(yǎng)我們不畏艱難勇于進(jìn)取的精神，百折不撓的精神，展現(xiàn)了當(dāng)代大學(xué)生的素質(zhì)。
這次畢業(yè)設(shè)計我設(shè)計的是履帶式搜救機(jī)器人。這個過程具備相當(dāng)?shù)碾y度。它主要涉及了機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制造、金屬工藝學(xué)、電工技術(shù)、現(xiàn)代加工方法以及加工實(shí)踐等方面知識。涵蓋大學(xué)四年的所學(xué)知識，這不僅是對四年專業(yè)知識的溫故而知新的過程，更是將所學(xué)知識根據(jù)具體情況在現(xiàn)實(shí)工作中的應(yīng)用，全面考核了大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識及專業(yè)技能。通過本次設(shè)計,我學(xué)到了很多知識,在擬定方案,進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,結(jié)構(gòu)設(shè)計尤其是解決實(shí)際加工問題方面都得到了極大鍛煉,初步掌握了設(shè)計的基本方法和步驟 ，而且在工程技術(shù)人員所必須具備的基本技能方面也得到了訓(xùn)練，如計算、繪圖、查閱設(shè)計資料和手冊、熟悉國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等，在編寫有關(guān)技術(shù)文件方面也得到了進(jìn)一步訓(xùn)練。畢業(yè)設(shè)計使我擴(kuò)展了設(shè)計思路，提高了我的思維能力、創(chuàng)造能力，為我將來從事社會工作打下了良好的基礎(chǔ)。
設(shè)計過程中雖然遇到了很多困難，但在指導(dǎo)教師劉增龍老師的指導(dǎo)下，經(jīng)過不懈努力，終于克服了種種困難，圓滿地完成了本次設(shè)計任務(wù)。
由于本次設(shè)計限于本人能力有限、缺乏經(jīng)驗以及加工能力限制，設(shè)計難免會有一些缺陷，盡管努力，誤漏之處再所難免，希望各位老師，各位專家給以批評指正。
最后，向在百忙中抽出時間對本文進(jìn)行評審并提出寶貴意見的各位專家表示衷心地感謝！
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