305 校園垃圾拾撿機(jī)器人抓取及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),校園,垃圾,拾撿,機(jī)器人,抓取,驅(qū)動(dòng),機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)
學(xué)校代碼：10410序 號(hào)：20050369本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題目：校園垃圾拾撿機(jī)器人抓取及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué) 院： 工 學(xué) 院 姓 名： 徐平 學(xué) 號(hào)： 20050369 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 機(jī)制 051 指導(dǎo)教師： 饒洪輝 二 OO 九年 五 月校園垃圾拾撿機(jī)器人抓取及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)摘 要隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，垃圾排放量與日俱增，對(duì)環(huán)境的壓力越來越大，特別是校園這種人口密集的地方，每天都在制造大量的垃圾，如廢紙、塑料、廢電池、果皮等。為了讓校園保持清潔就必須要費(fèi)大的人力物力和財(cái)力等。如果設(shè)計(jì)一種校園拾撿垃圾機(jī)器人就可以解決很大的麻煩，校園撿垃圾機(jī)器人機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)。撿垃圾機(jī)械手是由全液壓控制，垃圾拾撿機(jī)器人是由機(jī)械手固定在移動(dòng)平臺(tái)上構(gòu)成的一類特殊的移動(dòng)機(jī)器人。其中機(jī)械手用來實(shí)現(xiàn)如抓取、操作等動(dòng)作，平臺(tái)的移動(dòng)用來擴(kuò)展械手的工作空間，使機(jī)械手能以更合適的姿態(tài)執(zhí)行任務(wù)，機(jī)械手的加入也極大的提高了動(dòng)機(jī)器人的性能；移動(dòng)平臺(tái)是一種采用前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)的四輪式小車結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞: 校園；垃圾機(jī)器人；控制機(jī)構(gòu)；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)校園垃圾拾撿機(jī)器人抓取及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)- 2 -AbstracWith the rapid economic development and increasing people's living standards, waste emissions by increasing the pressure on the environment increasing, especially in densely populated areas on campus this place every day in the manufacture of a large number of spam, such as waste paper , plastics, used batteries, such as skin. In order for the campus must be kept clean on the charges of human material and financial resources and so on. If you design a campus spam robots can be solved a lot of trouble, campus garbage robot is a robot environment-aware, dynamic decision-making and planning, such as acts of control and the implementation of multiple functions in one integrated system. Manipulator garbage from the entire hydraulic control, garbage拾撿 robot manipulator is fixed on the mobile platform consisting of a special kind of mobile robot. Manipulator which is used to achieve, such as crawling, operation moves the mobile platform to extend the work of the hands of armed space robot can be a more appropriate gesture tasks, the robot is also greatly improved by adding the dynamic performance of robot ; mobile platform is a front wheel steering using the four-wheel rear-wheel drive car-type structure. Key words: school; spam robot; control; drive mechanism校園垃圾拾撿機(jī)器人抓取及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)- 3 -目 錄一 緒論 ..............................................................................................................................................................- 4 -1.1 移動(dòng)機(jī)器人概述 ..................................................................................................................................- 4 -1.2 課題研究意義 ......................................................................................................................................- 4 -二 校園垃圾拾撿機(jī)器人總原理 ....................................................................................................................- 5 -三 機(jī)械手夾緊機(jī)構(gòu)— 手爪設(shè)計(jì) ......................................................................................................................- 6 -3.1 手爪的工件原理 .......................................................................................................................................- 6 -3.2 手爪技術(shù)參數(shù) ...........................................................................................................................................- 6 -3.3 夾緊力的計(jì)算 ...........................................................................................................................................- 6 -3.3.1 當(dāng)量夾緊力的計(jì)算（滑槽式的兩指夾緊機(jī)構(gòu)） ..........................................................................- 7 -3.3.2 手指夾緊力的計(jì)算 ..........................................................................................................................- 7 -四 垃圾拾撿機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)與計(jì)算 ......................................................................................................- 8 -4.1 移動(dòng)平臺(tái)的工作原理 ..........................................................................................................................- 8 -4.2 方案設(shè)計(jì) ...................................................................................................................................................- 8 -4.3 電動(dòng)機(jī)選型 ..........................................................................................................................................- 9 -4.4 設(shè)計(jì)鏈傳動(dòng) ........................................................................................................................................- 10 -4.5 鏈輪的設(shè)計(jì)及計(jì)算 ............................................................................................................................- 12 -4.6 軸的設(shè)計(jì)及計(jì)算 ................................................................................................................................- 12 -4.7 聯(lián)軸器的選擇 ....................................................................................................................................- 14 -4.8 減速器的選擇 ....................................................................................................................................- 15 -4.9 鍵的選用與校核 ................................................................................................................................- 16 -4.10 軸承選擇 .......................................................................................................................................- 17 -4.11 螺紋緊固件選型 ...........................................................................................................................- 18 -4.12 防松裝置 .......................................................................................................................................- 19 -4.13 密封件選擇 ...........................................................................................................................................- 20 -五 一些標(biāo)準(zhǔn)零件一覽表 ..................................................................................................................................- 20 -六 總結(jié) ............................................................................................................................................................- 21 -參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................................................- 22 -致 謝 ..............................................................................................................................................................- 23 -校園垃圾拾撿機(jī)器人抓取及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)- 4 -一 緒論1.1 移動(dòng)機(jī)器人概述移動(dòng)機(jī)器人的研究目的是研究應(yīng)用人工智能技術(shù)，在復(fù)雜環(huán)境下機(jī)器人系統(tǒng)的自主推理、規(guī)劃和控制。移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)一般由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分構(gòu)成移動(dòng)機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策和規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)。移動(dòng)機(jī)械手是由機(jī)械手固定在移動(dòng)平臺(tái)上構(gòu)成的一類移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)。其中機(jī)械手用來實(shí)現(xiàn)如抓取、操作等動(dòng)作，平臺(tái)的移動(dòng)用來擴(kuò)展機(jī)械手的工作空間，使機(jī)械手能以更合適的姿態(tài)執(zhí)行任務(wù)，同時(shí)機(jī)械手的加入也極大提高了移動(dòng)機(jī)器人的性能。1.2 課題研究意義把機(jī)械手安裝在移動(dòng)平臺(tái)上，這種結(jié)構(gòu)使機(jī)械手擁有幾乎無限大的工作空間和高度的運(yùn)動(dòng)冗余性，并同時(shí)具有移動(dòng)和操作功能，這使它優(yōu)于一般的移動(dòng)機(jī)器人和傳統(tǒng)機(jī)械手;另一方面，移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械手不但具有不同的動(dòng)力學(xué)特性，而且存在強(qiáng)藕合，有的移動(dòng)平臺(tái)還受非完整約束。因此，研究這類系統(tǒng)的控制問題有十分重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。這種特殊結(jié)構(gòu)的機(jī)器人在工業(yè)裝配、無人惡劣環(huán)境中工作(如滅火、外星球探測(cè)和各類危險(xiǎn)的科學(xué)研究)以及室內(nèi)服務(wù)工作(如運(yùn)送、導(dǎo)游和巡邏)等方面具有一定研究?jī)r(jià)值。校園垃圾拾撿機(jī)器人抓取及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)- 5 -二 校園垃圾拾撿機(jī)器人總原理2.1 機(jī)器人總原理圖圖 2.1 機(jī)器人總原理2.2 機(jī)器人的操控過程機(jī)器人工作時(shí)，啟動(dòng)遙控控制按鈕，點(diǎn)動(dòng)電源控制按鈕，接通電源，操控遙控將機(jī)器人行至工作區(qū)域，啟動(dòng)機(jī)器人操作全自動(dòng)化按鈕，機(jī)器人進(jìn)入自主運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。機(jī)器人通過視覺傳感器傳達(dá)垃圾位置：當(dāng)在機(jī)械手所能達(dá)到的范圍內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)有垃圾時(shí)，機(jī)器人繼續(xù)向前行進(jìn)，尋找目標(biāo)，直至發(fā)現(xiàn)在其范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)垃圾時(shí)，移動(dòng)平臺(tái)停止移動(dòng)，啟動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)，機(jī)械手通過傳感器調(diào)整機(jī)械手位置使爪子對(duì)準(zhǔn)垃圾，爪子閉合抓緊垃圾，機(jī)械手隨轉(zhuǎn)臺(tái)向垃圾箱方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到垃圾箱上方碰到一行程開關(guān)爪子張開，爪子完全張開碰到第二個(gè)行程開關(guān)，機(jī)械手隨轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)回到自由初始狀態(tài)。機(jī)器人繼續(xù)移動(dòng)尋找垃圾目標(biāo)。機(jī)器人在工作過程中，通過周圍裝有傳感器發(fā)現(xiàn)有障礙物時(shí)，控制轉(zhuǎn)向電機(jī)啟動(dòng)，控制機(jī)器人轉(zhuǎn)向，避開障礙物。當(dāng)機(jī)器人垃圾箱中垃圾占有一定空間時(shí)，機(jī)器人停止工作，遙控器報(bào)警。此時(shí)人為校園垃圾拾撿機(jī)器人抓取及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)- 6 -通過遙控器操控機(jī)器人，通過無線導(dǎo)航系統(tǒng)，將機(jī)器人指引到附近的垃圾收集地，卸下垃圾。完成一次拾撿全過程。三 機(jī)械手夾緊機(jī)構(gòu)—手爪設(shè)計(jì)機(jī)械手夾緊機(jī)構(gòu)--手爪是用來抓取工件的部件，手爪抓取工件時(shí)要滿足迅速，靈活，準(zhǔn)確和可靠性的要求。設(shè)計(jì)制造夾緊機(jī)構(gòu)---手爪時(shí)，其夾緊力的大小則系根據(jù)夾持物體的重量，慣性力的大小來計(jì)算，同時(shí)還要考慮有足夠的開口尺寸，以適應(yīng)被抓物體的尺寸變化夾緊機(jī)構(gòu)夾緊機(jī)構(gòu)形式有：機(jī)械式，吸式，電磁式等，有的還帶有傳感器裝置3.1 手爪的工件原理?xiàng)U在驅(qū)動(dòng)力 P 的作用下上拉下推,手爪端部手指端部完成抓緊或松開動(dòng)作，即工作夾緊狀態(tài)與自由張開狀態(tài)：當(dāng)桿在作用力 P 作用下桿向下推時(shí),手爪手指松開，處于自由張開狀態(tài)(如圖 3.1 A)；當(dāng)桿在作用力 P 作用下桿向上位時(shí),手爪手指抓緊，處于處于夾緊狀態(tài)(如圖 3.1 B)3.2 手爪技術(shù)參數(shù)抓重（kg）=1kg尺寸范圍（mm）:t/d10.7mm,故滿足強(qiáng)度要求同理，前輪轉(zhuǎn)向主動(dòng)軸和從動(dòng)軸及轉(zhuǎn)向連桿軸也同樣滿足強(qiáng)度要求各軸詳細(xì)數(shù)據(jù)見工程零件圖紙4.7 聯(lián)軸器的選擇4.7.1 確定聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 caT=caTAK----工作情況系數(shù)，取 =1.3AK4.7.2 由 和 選擇聯(lián)軸器的型號(hào)與尺寸??caT?maxn----為所選用型號(hào)的許用轉(zhuǎn)矩 ??TN?------被聯(lián)接軸轉(zhuǎn)速 n/ir----聯(lián)軸器的最高轉(zhuǎn)速 max n????12.1212.121209.84cos5406.530.96.7cos5.3incs95.i148eeQnentryZMFNDTmFdFNFNF?????????即校園垃圾拾撿機(jī)器人抓取及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)- 16 -由 和14caTNm??50/inr?電機(jī)輸出軸與減速器聯(lián)接及減速器輸出軸與前輪轉(zhuǎn)向主動(dòng)軸的聯(lián)接均用聯(lián)軸器聯(lián)接.選取 GB5843-86 凸緣聯(lián)軸器,選用 YL 型的 YL2 和 YL6 凸緣聯(lián)軸器8254386304265618GBJYLJ????型 號(hào) 分 別 為 L聯(lián) 軸 器聯(lián) 軸 器4.7.3 外形結(jié)構(gòu)，技術(shù)參數(shù)表 3 聯(lián)軸器技術(shù)參數(shù)4.8 減速器的選擇減速器是指原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立傳動(dòng)裝置，選用型號(hào)為 KWO63 的錐面包絡(luò)圓柱蝸桿減速器，圖 4.7.結(jié)構(gòu)尺寸見表 4表 3 許用轉(zhuǎn)速n(r/min)軸孔直徑d(mm)軸孔長(zhǎng)度L(mm)螺栓型號(hào)額定轉(zhuǎn)矩 nTNm?鐵 鋼 鐵 鋼 Y JJ1 DmmD1mm數(shù)量n直徑mmL0mm質(zhì)量kg轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2.kgmYL2 16 7200 12000 18 18 42 30 80 64 4 M6 64 1.5 0.0035YL6 100 5200 8000 30 30 82 60 110 90 4 M8 124 3.99 0.017D1d(h7)LODn-M圖 4.6 聯(lián)軸器圖 4.7 減速器校園垃圾拾撿機(jī)器人抓取及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)- 17 -表 4 減速器技術(shù)參數(shù)4.9 鍵的選用與校核4.9.1 鍵的選用過程根據(jù)軸徑 D 查鍵的標(biāo)準(zhǔn)→鍵的斷面尺寸（b×h）↘→強(qiáng)度計(jì)算（必要時(shí)）根據(jù)輪轂的寬度 B→鍵的長(zhǎng)度 L(L
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