四輪三角履帶機器人設計-四輪履復合移動平臺設計【含20張CAD圖紙+PDF圖】

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢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，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 摘要： 隨著我國改革開放的不斷開展，我國經(jīng)濟建設和技術應用都得到了高速穩(wěn)定的發(fā)展，機器人已成為制造加工行業(yè)必不可少的關鍵設備，機器人可以分為工業(yè)機器人和特種機器人兩大類，工業(yè)機器人通常應用于制造加工行業(yè)，實現(xiàn)工業(yè)自動化，多為關節(jié)機器人和多自由度機器手；而特種機器人則被廣泛應用于各行各業(yè)，幾乎遍布除工業(yè)外的其他領域，包括服務機器人、軍用機器人、農(nóng)業(yè)機器人等等，關節(jié)機器人通常情況下是固定不動的，所以其工作范圍非常局限，而一些特種機器人根據(jù)實際情況訂制而成，可以實現(xiàn)移動并能夠一定程度上翻越障礙物，使得機器人能夠更加方便快捷的完成各項任務。 可移動式特種機器人相比普通關節(jié)機器人增加了移動機構，移動的機構多種多樣，有腿式移動機構，輪式移動機構，履帶式移動機構等等，履復合移動平臺結合了履帶式機器人和輪式機器人各自的行走特點，發(fā)揮了二者的優(yōu)點長處，使得整個移動平臺行走起來更加平穩(wěn)快速。本篇論文中提出了一種結構巧妙、機動性好、穩(wěn)定性能高的四輪履復合移動平臺設計方案，本設計對履復合式移動結構進行深入分析研究，其工作原理是：利用行走電機通過減速器帶動四輪履帶轉動，使得整個移動平臺向前行進，履帶上的復合滾輪跟隨著履帶轉動，利用翻轉電機通過減速器帶動四輪履帶翻轉用于實現(xiàn)越障功能。四輪履復合移動平臺作為一種新型的移動平臺，對此進一步的研究也是不能忽視的。 關鍵詞：移動平臺；履復合；機器人 Abstract With the continuous development of China's reform and opening up, China's economic construction and technology applications have been high-speed and stable development, the robot has become a manufacturing and processing industry essential essential equipment, robots can be divided into industrial robots and special robots two categories, Robots are often used in the manufacturing and processing industry, to achieve industrial automation, mostly joint robots and multi-degree of freedom of the robot; and special robots are widely used in all walks of life, almost all over the industrial areas, including service robots, military robots , Agricultural robots, etc., joint robots are usually fixed, so the scope of its work is very limited, and some special robots customized according to the actual situation, can be moved and to a certain extent, over the obstacles, making the robot Can be more convenient and quick to complete the task. The mobile robot has a variety of moving mechanisms, a leg-type moving mechanism, a wheel-type moving mechanism, a crawler-type moving mechanism, etc., and a mobile robot is combined with a crawler-type robot and a mobile robot Wheeled robots of their own walking characteristics, played the advantages of both strengths, making the entire mobile platform to walk up more smoothly and quickly. In this paper, a design scheme of four-wheel-track compound mobile platform with clever structure, good mobility and high stability is proposed. The design of the compound moving structure is studied in detail. The working principle is as follows: The reducer drives the four-wheel track so that the entire moving platform travels forward. The compound rollers on the track follow the rotation of the track, and the four-wheel crawler is driven by the rewinding motor through the reducer to realize the obstacle crossing function. Four rounds of mobile platform as a new mobile platform, this further study can not be ignored. Keywords: mobile platform，Reconciliation, robot 目 錄 Abstract II 目 錄 III 第一章 緒論 1 1.1 引言 1 1.2移動平臺的發(fā)展概況 1 1.3 Solidwork軟件的介紹 2 1.4 有限元分析的介紹 3 1.5 課題研究的意義及目的 4 第二章 四輪履復合移動平臺的設計 5 2.1 四輪履復合移動平臺的設計要求 5 2.2 四輪履復合移動平臺的設計概述 6 2.3 四輪履復合移動平臺的具體設計 6 2.3.1 四輪履復合移動平臺行走機構的設計 6 2.3.1.1行走電動機的設計與選型 6 2.3.1.2行走減速器的設計 8 2.3.1.3齒輪副的設計與計算 10 2.3.1.4鏈傳動的設計 14 2.3.1.5滾輪帶傳動組件的設計 17 2.3.2 四輪履復合移動平臺運動控制的設計 21 2.3.2.1四輪履復合移動平臺導航方式對比 21 2.3.2.2四輪履復合移動平臺差速運動控制概述 22 2.3.2.3磁導航傳感器設計選型 22 2.3.2.4差速運動控制的方式 23 2.3.2.5差速運動控制的實現(xiàn)及PLC程序設計 23 第三章 總結與展望 24 參考文獻 24 III 第一章 緒論 1.1 引言 隨著我國改革開放的不斷開展，我國經(jīng)濟建設和技術應用都得到了高速穩(wěn)定的發(fā)展，機器人應用的地方變得越來越多，從單一的生產(chǎn)制造業(yè)發(fā)展到各行各業(yè)，甚至從事危險營救的具體工作?，F(xiàn)在國內外都開始了對移動平臺的系統(tǒng)研發(fā)和設計，而移動平臺選擇何種移動方式是其設計時最重要的考慮點之一。移動平臺按其移動結構可以分為輪式、履帶式履復合式三大類，這三種結構形式用途各異。 隨著移動平臺在各個行業(yè)的需求量不斷加大，目前市場上的移動平臺主流仍是輪式機移動平臺，我們常見的輪式移動平臺多像AGV小車的結構形式，該移動平臺移動結構簡單，適用于平坦的地面，行走過程較快，但是同樣存在著許多缺陷，最大的問題是輪式移動平臺對行走地面要求比較高，在松軟或者是泥濘的道路上行走時極容易打滑；且移動轉向的時候需要整個移動平臺本體轉動，轉彎半徑較大，占用的行走空間較多。我們都知道移動結構是移動平臺中極為重要的一個構件，因此在整體設計的時候應該考慮移動結構的適用性，穩(wěn)定性和可靠性。 為了讓移動平臺的各項性能滿足其使用要求，我們需要從以下方面要求入手考慮：機動性能好，轉彎半徑小，翻越障礙能力強，與地面附著力大，穩(wěn)定可靠性高。本設計中我們選用履復合式作為移動平臺的移動結構，所謂履復合式移動結構就是把履帶式和輪式結構融合到一起，使其既具備履帶式移動平臺跨越障礙物行走的優(yōu)點，又具備輪式移動平臺移動過程動作穩(wěn)定、操作簡單的優(yōu)點；履復合式移動平臺能夠適用于各種環(huán)境下的工作，因此對其進一步的研究是不能忽視的。 1.2移動平臺的發(fā)展概況 歐美等國家在移動平臺的技術研究方面一直處于世界的前端，他們單獨設立有專門的移動平臺技術研究小組，且都在努力將移動平臺的技術推廣到各行各業(yè)當中。目前韓國的移動平臺的研發(fā)已經(jīng)取得了突破性的進展，他們成功將該移動平臺應用到一些危險的環(huán)境中實際作業(yè)，比如韓國忠南大學CALEB-2機器人，韓國科學技術院VSTR和ROBHAZ-DT系列機器人、韓國全北國立大學SingLE-Tracked機器人、法國VGTV機器人等，其中技術更為穩(wěn)定的是加拿大謝布魯克大學研制的AZIMUT履復合式移動平臺。 目前國內對移動平臺的技術研究仍然處于初始階段，對移動平臺的定位傳感器、位置導航、運動控制以及主體結構設計等關鍵層面的研究還遠遠落后于其他歐美國家。不過現(xiàn)在許多國內研究機構也開始努力開展對移動平臺的研究工作，從最基礎的主體機械結構設計及運動控制入手。由于移動平臺在機動性、越障方式等方面與其他機器人有很大不同，因此國內在移動平臺技術研發(fā)這條路上還有很長的路程要走。 1.3 課題研究的意義及目的 從目前全球市場需求布局來看，歐、美地區(qū)成為功能全、結構簡潔、質量好、性能穩(wěn)定的移動平臺的主要銷售市場；中東、非洲地區(qū)主要選擇老款式、簡單實用價格便宜的移動平臺；還有以俄羅斯為代表的高寒國家則更喜歡能耐寒，機械結構牢固的移動平臺以適應當?shù)氐牡乩須夂驐l件；日韓則主要關注產(chǎn)品的品質與安全；目前國內的移動平臺整體研究狀況還是比較良好，已由原來單一的移動功能，不注重外觀，逐漸演變成為實際使用中的藝術品，以外觀精美結構巧妙，操作方便，質量安全穩(wěn)定等特點成為新的發(fā)展方向。為進一步適應各行各業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)如今市場上還出現(xiàn)了移動服務機器人。 第二章 四輪履復合移動平臺的設計 現(xiàn)有市場上常見的移動平臺基本上都是輪式移動平臺，其基本工作方式為行走電動機帶動行走輪轉動，行走輪再將動力傳遞給整個輪式移動平臺達到讓其自由行走的目的。輪式移動平臺主要有以下幾個方面的缺點：對行走地面要求比較高，在松軟或者是泥濘的道路上行走時極容易打滑；且移動轉向的時候需要整個移動平臺本體轉動，轉彎半徑較大，占用的行走空間較多；而本設計中的四輪履復合移動平臺采用履帶加滾輪驅動的工作原理，其基本工作方式為利用行走電機通過減速器帶動四輪履帶轉動，使得整個移動平臺向前行進，履帶上的復合滾輪跟隨著履帶轉動，利用翻轉電機通過減速器帶動四輪履帶翻轉用于實現(xiàn)越障功能。 這兩種移動平臺的工作原理截然不同，兩者結構不同、實現(xiàn)方式不同，使用方法也不相同。本篇論文中的四輪履復合移動平臺設計運用了巧妙的機械傳動結構，利用電動機作為移動平臺行走的源動力，再通過穩(wěn)定的減速器和鏈傳動將電動機的動力傳遞給前后四輪履帶，使得移動平臺可以實現(xiàn)自由的行走，且四輪履復合移動平臺在遇到障礙物時，通過翻轉電機調整整個履帶的角度，使得整個運動過程更加平穩(wěn)。四輪履帶上額外增加的滾輪可以更好的幫助移動平臺在遇到大型障礙物時，增加動力，增大與地面的摩擦力。 我們在現(xiàn)有的履帶式機器人的理論基礎上改良結構和運動方式，本次設計的四輪履復合移動平臺采用四履帶式加八滾輪的結構，機械結構更加優(yōu)化，綜合材質的選擇、結構的簡化，讓操作者更加方便穩(wěn)定的使用該移動平臺，這是本篇論文四輪履復合移動平臺的設計初衷。 2.1 四輪履復合移動平臺的設計要求 （1）本設計中的四輪履復合移動平臺主要在一些人不方便進入的小型場合使用，包括倒塌的建筑物內，災難現(xiàn)場，危險災區(qū)和坍塌煤礦等。 （2）本設計之前綜合考慮，該四輪履復合移動平臺應該具有以下功能：產(chǎn)品加工生產(chǎn)成本低，質量安全穩(wěn)定，使用壽命長，結構穩(wěn)固，使用便捷，方便搬運移動； （3）本設計從四輪履復合移動平臺行走機構和運動控制兩方面著手進行詳細的設計分析及計算闡述。 2.2 四輪履復合移動平臺的設計概述 本設計中四輪履復合移動平臺由車體框架、行走機構、蓄電池、充電裝置、運動定位系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、運動控制裝置等組成。本設計中的行走機構由行走電動機、行走減速器、鏈傳動組件、滾輪帶傳動組件組成。 四輪履復合移動平臺的設計參數(shù) 材質：鋁合金 自身重量：50kG 規(guī)格(MM)：L860×W592×H354 運行速度：1~1.5m/s 行走電機功率：200W 翻轉電機功率：200W 續(xù)航時間：2H 2.3 四輪履復合移動平臺的具體設計 2.3.1 四輪履復合移動平臺行走機構的設計 本設計中的四輪履復合移動平臺行走機構設計主要包括行走電動機的設計與選型，行走減速器的設計，鏈傳動組件的設計與選型，滾輪帶傳動組件的設計。 2.3.1.1行走電動機的設計與選型 在本設計中，鏈傳動組件將前后四個履帶連接起來，而滾輪帶傳動組件又分別將單個履帶中的兩個滾輪驅動起來，相當于四個履帶由兩個相同的行走電動機驅動，也就是說一個行走電機驅動一側的履帶行走，這樣即保證了單側前后履帶速度的同步性，又保證了兩側可以通過兩個行走電動機不同的速度造成差速控制使得整個四輪履復合移動平臺可以實現(xiàn)自動轉彎行走。 這里我們按四輪履復合移動平臺的自身重量50KG進行行走電動機的設計選型。在本設計中我們設定四輪履復合移動平臺的最大牽引線速度V為90m/min。 根據(jù)公式N = V /?πD 式中：N——行走電機經(jīng)過行走減速器后的轉速 V——四輪履復合移動平臺的牽引線速度 D——轉動輪的直徑 已知轉動輪的設計直徑為105mm，計算得到行走電機經(jīng)過減速器后的轉速： N=90*1000/（π*105）≈272.8r/min 取四輪履復合移動平臺的履帶與地面之間的滾動摩擦系數(shù)為0.5，從三維設計圖中計算得出整個四輪履復合移動平臺自重50KG，得到： 整個四輪履復合移動平臺在向前行走的過程中與地面的滾動摩擦力f=0.5*50*10=250N 我們這里計算時設定四輪履復合移動平臺以勻速運動的方式運動，單個行走電機的牽引力F=1/2*f=125N 計算可以得到： 行走電機經(jīng)過減速器后的輸出扭矩M=F*R=125×52.5/1000=6.5625N.M 根據(jù)公式M=9550×/n 式中：M——行走電動機經(jīng)過減速器后的輸出扭矩 ——行走電動機的主軸輸出功率 n——行走電動機經(jīng)過減速器后的輸出轉速 計算得到： 行走電動機的理論主軸功率 =6.5625*272.8/9550=0.18746KW 行走電動機所需的功率： 式中： ——行走電動機理論主軸功率 ——傳動機構的總傳動效率，取0.95 ——行走電動機的功率 計算得到行走電機功率 本設計中的行走電機選型采用的是直流無刷電機。作為同步電機的一種，直流無刷電機相對于其它類型的電動機具有響應快速、較大的起動轉矩、從零轉速至額定轉速具備可提供額定轉矩的優(yōu)點。根據(jù)上面的計算，我們得到四輪履復合移動平臺行走電機實際工作時所需要的輸出功率為197W，考慮在行走過程中可能遇到復雜地形的情況，我們選定行走電機的品牌為瑞士maxon直流無刷電機，型號為EC-4pole 30，其工作額定功率為200W，額定轉速n為16200r/min,行走電機的具體參數(shù)見表2.2； 表2.2 行走電機詳細參數(shù) 2.3.1.2行走減速器的設計 已知行走電機的額定轉速n1為16200 r/min，行走電機經(jīng)過減速器后的轉速n2為272.8r/min，計算傳動比： i=16200/272.8=59.38≈60 如果我們只選用減速器減速，那么傳動比i=40就必須通過多級減速才可以實現(xiàn)，考慮到四輪履復合移動平臺的設計要求：結構安裝簡單，自身重量輕，因此減速器的體積需要盡可能的小，所以本設計中采用行走電機自帶減速器的方式先來降低電機自身輸出轉速。 齒輪減速器為行走電機與鏈傳動之間的獨立的閉式傳動裝置，它通過降低轉速和增大轉矩來滿足實際工況的需求。減速器的類型有很多，按照傳動方式的不同可以分為齒輪減速器，蝸輪蝸桿減速器和行星減速器；按照傳動的級數(shù)可以分為單級和多級減速器。我們已知本設計中的齒輪減速器的減速比為1。通常情況下單級齒輪減速器的傳動比i≤8—10，且齒輪減速器的優(yōu)點是效率和可靠性高，工作壽命長，維護簡單；由于本設計中的履帶轉動的工作轉矩較大，因此選擇行星減速器做為本設計中的齒輪減速器。 我們這里選用湖北行星傳動設備有限公司的精密行星減速機，選用他們的ZJPX系列的精密行星減速機。 該減速機主要性能： 1.采用行星齒輪傳動，輸出力矩比直齒圓柱齒輪高30%，噪音更低； 2.轉動體經(jīng)動平衡校正確保運行更平穩(wěn)； 3.適配任何伺服電機，輸入，輸出模塊組合，可進行特殊連接設計，安裝簡便可靠； 4.維護簡單，在壽命期間無需要換潤滑油脂。 ZJPX行星減速機技術參數(shù) 產(chǎn)品型號 ZJPX65 ZJPX85 ZJPX115 ZJPX142 減速比 級數(shù) 額定輸出扭矩 13.5 39 98 308 3 1級 29 80 205 600 4 24 65 137 425 5 15 37 86 272 8 15 42 110 335 12 2級 34 90 230 675 16 34 90 230 675 20 29 71 155 460 25 34 90 230 675 32 29 71 155 400 40 17 42 95 305 64 19 54 142 422 60 3級 44 110 296 900 80 44 110 296 900 100 44 110 296 900 120 44 110 296 900 160 38 90 195 585 200 44 110 296 900 256 38 90 195 385 320 22 52 122 395 512 故障停止轉矩 2倍額定輸出轉矩 產(chǎn)品型號 ZJPX65 ZJPX85 ZJPX115 ZJPX142 單位 級數(shù) 最大徑向力 1550 3055 4330 9480 N 最大軸向力 1220 2330 3300 6800 N 滿載效率 95 % 1級 93 2級 90 3級 平均壽命 20000 h 重量 3.3 6.7 16.5 37.0 Kg 1級 3.7 7.5 18.2 43.0 2級 4.2 7.5 18.5 40.0 3級 我們這里選用3級減速比60的減速機型號ZJPX142。 2.3.1.3齒輪副的設計與計算 在設計時保證直齒輪傳動的中心距不變的條件下，增加齒數(shù)，不僅可以增大齒輪嚙合的重合度、保證傳動的平穩(wěn)性，而且可以減小齒輪模數(shù)，降低齒高，減少加工的切削量。為了提高傳動的穩(wěn)定性，減少傳動過程中的沖擊振動，降低磨損失效。 我們已知本設計中的齒輪副傳動的減速比為1。根據(jù)齒輪副的工作環(huán)境選擇不同的齒輪齒數(shù)，閉式齒輪傳動一般轉速較高，為了提高傳動的穩(wěn)定性，減小沖擊振動，通常選擇齒數(shù)多一點的齒輪，小齒輪的齒數(shù)可取為Z1=20~40，而開式（半開式）齒輪傳動，由于輪齒的磨損失效為主要因素，因此小齒輪的齒數(shù)通常選用不多，一般可以小齒輪的齒數(shù)Z1=17—20，且為了防止齒輪嚙合時發(fā)生根切，應取Z1≥17。本設計中的齒輪副的工作環(huán)境為封閉的減速箱內，且齒輪傳動的轉速較高，因此選定小齒輪的齒數(shù)Z1為30。 小齒輪齒數(shù)確定后，按傳動比i=Z2/Z1可以計算出大齒輪齒數(shù)Z2也為30。 1）確定齒輪的材質，計算出齒輪的許用應力大小 查《機械設計手冊》圖10-25（d）選定小齒輪的材質為調質 選定大齒輪的材質為 45鋼 參考公式10-14可得，許用接觸應力 參考圖10-25（d）可得，接觸疲勞極限 參考公式10-15得， 應力循環(huán)次數(shù) --齒輪的轉動速度 –齒輪副轉動時的嚙合次數(shù) -齒輪的使用最長時間 -齒輪工作時的最小安全使用系數(shù)，取失效率為1%，則 ， 接觸疲勞壽命系數(shù) 參考圖10-23得 根據(jù)上邊的公式計算得 齒輪彎曲疲勞許用應力 參考圖10-24（c）得，彎曲疲勞極限，雙向傳動乘0.7 參考圖10-22得，彎曲疲勞壽命系數(shù) 查《機械設計手冊》圖10-21得，彎曲強度尺寸系數(shù) 為彎曲強度尺寸系數(shù)（通常情況下模數(shù)m小于5） 計算得到 2）齒輪齒面接觸疲勞強度校核 計算出齒輪的精度等級， 初步選定，參考表10-6 精度范圍選擇9級 參考公式10-11得，小齒輪分度圓直徑， 參考表10-7得，齒寬系數(shù)，一般按照不對稱 根據(jù)齒輪副的工作環(huán)境選擇不同的齒輪齒數(shù)，閉式齒輪傳動一般轉速較高，為了提高傳動的穩(wěn)定性，減小沖擊振動，通常選擇齒數(shù)多一點的齒輪，小齒輪的齒數(shù)Z1可取為Z1=20~40， 這里選定Z1=30 大齒輪齒數(shù) Z2=Z1×i=30×1=30 傳動比 =i=1 計算結果符合要求 確定載荷系數(shù) 根據(jù)表10-3得，取 根據(jù)經(jīng)驗值，取 根據(jù)經(jīng)驗值，取 根據(jù)經(jīng)驗值，取 計算得到 根據(jù)《機械設計手冊》表10-5查得， ，根據(jù)經(jīng)驗值，這里取 齒輪刀具模數(shù) M=d1/z1=44.7/30=1.49mm 根據(jù)標準模數(shù)表（GB/T1357-1987），m=1.5 齒輪副中心距 A=m(z1+z2)/2=1.5×（30+30）/2=45mm 3）齒輪齒根處彎曲疲勞強度校核分析 由式 6-10 參考圖10-17得，齒形系數(shù)， 參考圖10-18得，應力修正系數(shù)， 計算得 計算表明，行走機構的齒輪副的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度滿足實際需要。 2.3.1.4鏈傳動的設計 鏈傳動是一種繞性傳動，通常由鏈條和鏈輪組成，通過鏈輪的輪齒和鏈條的鏈節(jié)之間的嚙合傳遞動力。與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造和安裝精度要求較低，成本也較低。特別在長距離傳動時，結構比齒輪傳動更加有優(yōu)勢。鏈條按用途不同又可以分為傳動鏈、輸送鏈和起重鏈。輸送鏈和起重鏈通常用于重型運輸機械和起重機械中。本設計中我們選用的是常用的傳動鏈。傳動鏈又可以分為滾子鏈和齒形鏈等類型，本設計中采用的是常規(guī)的滾子鏈，通常用于低速的傳動系統(tǒng)中，且最大傳動比i=8。 滾子鏈在傳遞較大功率時，可采用雙排鏈或者多排鏈。多排鏈的承載能力和排數(shù)成正比，但受到裝配精度的制約，多排鏈承受的載荷不容易分布均勻，因此鏈條的排數(shù)也不宜過多。 （1） 鏈輪設計與計算 小鏈輪的齒數(shù)少一點可以減小鏈輪的外廓尺寸，但齒數(shù)過少時也會增加動力傳遞過程中的不均勻性和動態(tài)載荷；鏈條和鏈輪在嚙合時鏈節(jié)間的相對轉角增大使得鏈傳動的圓周力增大，導致鏈傳動整體的磨損。因此小鏈輪的齒數(shù)Z1也不宜過小，通常情況下鏈輪的最少齒數(shù)Zmin=9。一般Z1≥16，對于高速傳動或是承受較大沖擊載荷的鏈傳動Z1不少于25。同樣小鏈輪的齒數(shù)Z1也不宜取得過大，在傳動比一定時，Z1大，Z2也相應增大，會導致傳動結構的總體尺寸增大，并且容易導致鏈條跳鏈和脫鏈的情況發(fā)生，也會影響鏈條的使用壽命。本設計中選定小鏈輪的齒數(shù)Z1=16，并依據(jù)前后兩個履帶轉動速度一致的實際情況，可以得到整個鏈傳動的傳動比為1，可得到： Z2=Z1×i=16×1=16 鏈輪的節(jié)距P越大，承載能力也越高，但是P越大也意味著鏈輪的總體尺寸越大，反而振動、沖擊和噪聲也會越嚴重。為了使整個鏈傳動結構緊湊，當速度高，功率大時，應盡量選用小節(jié)距的多排鏈，本設計中采用雙排鏈的鏈輪傳動。 （2） 鏈傳動的計算 根據(jù)鏈傳動的工作環(huán)境，小鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動所傳遞的功率修正為當量的雙排鏈的計算功率 式中：——工況系數(shù)，查《機械設計手冊》表9-6工況系數(shù)取1.0； ——小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，查《機械設計手冊》圖9-13小鏈輪齒數(shù)系數(shù)取1.65； ——排鏈系數(shù)，雙排鏈時取=1.75，三排鏈時取=2.5； P——傳遞的功率，KW。 計算得到 根據(jù)計算得到的排鏈的計算功率和小鏈輪的轉速n1=272.8r/min由《機械設計手冊》圖9-11得到鏈條型號為08A，鏈輪的型號為08A，再根據(jù)《機械設計手冊》表9-1確定鏈條的節(jié)距P=12.7mm。鏈條具體參數(shù)見圖2.6 圖2.5 滾子鏈額定功率曲線 鏈條的鏈速V決定了鏈傳動的潤滑方式，鏈條平均鏈速 查《機械設計手冊》圖9-14選擇定期人工潤滑的方式。 圖2.6 滾子鏈的規(guī)格參數(shù) （3） 鏈傳動的張緊 鏈傳動張緊的目的在于，為了避免在鏈條的松邊垂度過大時產(chǎn)生鏈傳動嚙合不良和鏈條的振動現(xiàn)象，同時也增加鏈條和鏈輪的嚙合包角。張緊的方式有很多，當小鏈輪與大鏈輪之間的中心距可調時，可以通過調節(jié)中心距來控制鏈條的張緊程度。但是當中心距不可調時，我們只有通過增加張緊輪的方式實現(xiàn)鏈條的張緊。張緊輪可以是鏈輪，也可以是滾輪。且設計張緊輪時應該使其直徑盡量與小鏈輪的直徑相接近。本設計中小鏈輪的齒數(shù)為16，因此設計張緊鏈輪的齒數(shù)為11，型號為08A。 2.3.1.5滾輪帶傳動組件的設計 履復合式移動平臺相比普通的履帶式移動平臺多了八個帶動力的滾輪，而這些滾輪的動力來源則是由履帶上的轉動輪提供的，通過帶傳動的方式將動力傳遞給了各個滾輪。 動力傳遞中可以按規(guī)定的速度精確，平穩(wěn)，可靠地將動力從一個載體傳遞到另一個載體上，根據(jù)傳動方式的不同，分為“帶傳動”和“鏈傳動”兩大類。兩種傳動方式各自的特點如下： 帶傳動：運行平穩(wěn)，噪音小，對環(huán)境污染少，允許高速運行，但不能在有油污的地方工作。鏈傳動：承載能力大，布置方便，對環(huán)境適應性強，可在經(jīng)常接觸油、水及溫度較高的地方工作，但在多塵環(huán)境中工作室鏈條容易磨損，高速運行時噪音較大。 帶傳動按照工作方式的不同又可以分為摩擦式帶傳動和嚙合式帶傳動，其中摩擦式帶傳動又可以根據(jù)傳動帶的橫截面的形狀不同分為普通平帶傳動，“O”帶傳動，V帶傳動和多楔帶傳動。而所謂嚙合式帶傳動就是我們通常說的同步帶傳動，它是利用傳動帶上等距分布的齒形和同步帶輪上與之對應的齒形做嚙合運動實現(xiàn)動力傳遞的，與摩擦式帶傳動相比，嚙合式帶傳動中的同步帶和同步帶輪之間沒有相對滑動，因此傳動過程中可以保證傳動比始終是穩(wěn)定的。 綜上所述我們不難發(fā)現(xiàn)，本設計中要求滾輪的轉速和轉動輪的轉速一致，那就必須要保證滾輪與轉動輪之間的傳動比是穩(wěn)定的，因此在本設計中我們選擇使用同步帶的傳動方式帶動滾輪轉動。 同步帶的類型有很多，具體類型見表2-4，主要根據(jù)三個方面的條件：帶傳動傳遞的功率，帶輪轉動的轉速和帶傳動的用途、載荷性質。 1) 計算帶傳動的設計功率 式中：--------工況系數(shù)，見《機械設計手冊》表13-1-68，本設計中選定=1.3 P----帶傳動傳遞的功率，KW =1.3×0.2=0.26KW 2）選擇同步帶的帶型 根據(jù)上面計算得出的和小帶輪的轉速n1由《機械設計手冊》圖13-1-7選取合適的同步帶的類型；已知小同步帶輪的轉速n1=272.8r/min，本設計選定同步帶的帶型為L型。 3）,同步帶輪齒數(shù)的選定 根據(jù)公式，且通過《機械設計手冊》表13-1-69查的，理論上帶傳動的帶速V和安裝尺寸允許時，Z1應該盡可能的選取較大值。 由表可得=12，因此本設計中選定小同步帶輪齒數(shù)Z1為24，并根據(jù)滾輪與轉動輪的轉速大小相等，可知同步帶傳動的傳動比為1，所以計算得到大同步帶輪齒數(shù)Z2也為24。 2.3.2 四輪履復合移動平臺運動控制的設計 2.3.2.1四輪履復合移動平臺導航方式對比 電磁導航：電磁導航是一種更為傳統(tǒng)的導向方式，根據(jù)工作需求，在工作區(qū)域埋設金屬導線，并加載低頻低壓電流，使電線周圍的磁場，移動平臺沿著此路徑行走時，其內部的感應線圈通過對導航磁場力量識別跟蹤，實現(xiàn)對移動平臺的導引。 優(yōu)點：導線隱藏，不易污染和損壞，引導原理簡單可靠，易于控制通訊，無干擾聲光，投資成本遠低于激光導航 缺點：改變或擴大路徑比較麻煩，引導線鋪設相對困難。 磁帶導航：磁帶導航技術與電磁導航相似，區(qū)別在于使用磁帶在路上而不是磁帶嵌入地下金屬線，通過磁帶傳感應信號實現(xiàn)指導。 優(yōu)點：采用磁帶導航導引車定位精確，鋪設、變更或擴充行走路線時，相對于電磁導航的較容易，而且磁帶成本較低。 缺點：磁帶容易斷開，需要經(jīng)常對磁帶進行維護，更改路徑時需要重新鋪設磁帶，移動平臺只能通過磁帶走，不能實現(xiàn)實時避免，或者通過控制系統(tǒng)實時更改任務。 二維碼導航：該技術的出現(xiàn)已經(jīng)有一段時間，運用該導航方式的移動平臺是通過視覺識別系統(tǒng)識別二維碼，加上慣性進行導航，其地圖相當于是一個大號的圍棋棋盤，移動平臺可以到達所有點。 優(yōu)點：移動平臺定位精度，導航靈活性更好，鋪設，改變或擴展路徑也比較容易方便控制通信，不會干擾聲光。 缺點：需要定期維護路徑，如果現(xiàn)場復雜，則需要運行替代二維碼，對陀螺儀的準確性要求高，其使用壽命要求長，另外對于工作場地的平整度要求較高，價格偏高。 激光導航：第一種是通過反光板導航，在移動平臺工作的路徑周圍安裝位置精確的激光反射板，通過移動平臺發(fā)射激光束，同時收集由路徑周圍的反射板反射過來的激光束，確定移動平臺此時所在的位置和方向，并通過連續(xù)的三角形幾何操作來實現(xiàn)移動平臺導航。另一種是通過激光測距與SLAM算法結合，建立一套移動平臺行駛路線圖，不需要任何輔助材料，具有更高程度的靈活性，可以進行全面部署，這種導航是未來的發(fā)展趨勢，也是很多廠商都在研發(fā)的方向，靈活性比其他導航方法強。 優(yōu)點：移動平臺定位精準，地面不需要設置其他定位設施，行駛可以適應各種現(xiàn)場環(huán)境，目前國內外很多AGV廠商都傾向于使用該種先進的導航。 缺點：制造成本高，對環(huán)境有相對較高的要求（外界光線，地面要求，能見度要求等） 2.3.2.2四輪履復合移動平臺差速運動控制概述 移動平臺的行進線路圖包括行進線路，啟停位置和轉彎位置，自動導航傳感器和磁條，磁釘一起組成導航系統(tǒng)，移動平臺在上位程序的調度下按照事先規(guī)定好的路線進行行走動作，包括啟停，轉彎或者是其他的動作。 依據(jù)不同的使用方法，自動導航系統(tǒng)又可以分為兩大類：地標傳感器和磁導航傳感器。多點位的地標傳感器和多點位的磁導航傳感器相互關聯(lián)，形成一個完整的自動導航傳導系統(tǒng)。 自動導航傳感器就安裝在移動平臺車體框架的最下端，在自動導航傳感器的兩邊還安裝有兩個磁釘。當移動平臺在磁條上方行走時，此時自動導航傳感器同樣也應該在磁條的正上方。如果在行進的過程中發(fā)生位置偏移，即自動導航傳感器檢測到磁條不是正好在下面，移動平臺就是自動通過差速控制讓車體向左邊偏離或是向右邊偏離，一直到自動導航傳感器重新回到磁條的正上方。磁釘主要是用來檢測一些啟停的具體工位和轉彎的位置。自動導航傳感器和兩邊的磁釘安裝位置如圖所示： 磁條的周圍布滿了磁場，并且離磁場越近的地方磁場強度也越大。通常情況下，自動導航傳感器正中央的檢測點檢測到的磁場強度最大，越往邊上磁場強度檢測的越弱，且最邊上的檢測點檢測到的磁場強度最低。通過磁條發(fā)出的磁場分布情況，我們就可以檢測出移動平臺相對于地面上磁條的位置，根據(jù)這一信息，移動平臺的差速控制系統(tǒng)就可以判斷本體行走的路線是否正確，是否已經(jīng)偏移指定位置。 2.3.2.3磁導航傳感器設計選型 磁導航傳感器選型：地標傳感器MA02和磁導航傳感器MA16 MA02和MA16帶NPN數(shù)字量輸出和RS485串口輸出 自動導航傳感器MA16主要是起到行進路線識別的作用，而磁釘則用于檢測一些其它特殊位置，比如啟停位置，轉彎位置，分叉位置等等。 2.3.2.4差速運動控制的方式 所謂差速運動控制，就是整個四輪履復合移動平臺的行走機構中的兩個行走電動機分別以不一樣的速度轉動，因為速度的差異使得移動平臺行走的方向得以調整。 本設計中移動平臺轉動輪轉速控制考慮使用以下兩種方案相結合的方式來控制： 1、采用PID控制，根據(jù)移動平臺在磁帶運動的正中央為PID的給定輸出值，以自動導航傳感器實際檢測到的具體數(shù)據(jù)為PID的輸入值，從而控制兩個轉動輪的不同運動轉速。 2、以磁導航傳感器反饋的數(shù)據(jù)分不同情況設置兩個轉動輪的速度，根據(jù)不同情況轉動輪以不同的速度運行。 2.3.2.5差速運動控制的實現(xiàn)及PLC程序設計 1、實現(xiàn)四輪履復合移動平臺能繞著圓圈做循環(huán)運行，測試差速控制方式、用西門子PLC-200符合控制要求（程序的大小、程序的掃描周期） 2、實現(xiàn)四輪履復合移動平臺繞著圓圈做循環(huán)運行，在固定位置停止，測量停止精度和方向精度 3、實現(xiàn)自四輪履復合移動平臺在交叉口做轉彎測試（交叉口為兩個分叉口）。第三章 總結與展望 經(jīng)過一個學期的努力，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，由于還未畢業(yè)，工作經(jīng)驗的匱乏，難免會造成諸多問題的考慮不周，如果沒有導師的督促與指導，以及室友、同學們的支持和幫助，獨自完成這個設計是非常艱難的。 我最應該感謝的就是我的指導老師，楊老師不管工作多么繁忙，都非常在意和關心我們的設計進度，無論是設計最開始的資料的收集，還是之后計算、校核、繪圖中遇到的困難，都是在楊老師的耐心、專業(yè)的指導下一點點兒的完成的。楊老師科學嚴謹?shù)膽B(tài)度感染著我，這將是我學習和傳承的研究精神。 我也要感謝我的室友們，四年來風雨一起走過，培養(yǎng)了一定的默契，我們互相提醒對方論文、圖紙中存在的小問題，一起奮斗了四年，謝謝她們的支持和鼓勵。 我也要感謝這四年來教我專業(yè)知識的所有老師，是他們教會我機械相關知識，夯實了基礎。 四年時間過得很快，到了不得不分開的時節(jié)，縱有不舍、彷徨，但是我們要勇往直前，在此感謝母校和老師的栽培。 參考文獻 [1]崔政斌 王明明 《履帶式機器人的選用手冊》第二版 化學工業(yè)出版社，2010 [2]毛恩榮 張紅 宋正河 《車輛人機工程學》第2版 北京理工大學出版社，2007 [3]丁玉蘭 《人機工程學》第三版 北京理工大學出版社，2010 [4]濮良貴 紀名剛 《機械設計》第八版 高等教育出版社，2010 [5]柴鵬飛 王晨光 《機械設計課程設計指導書》機械工業(yè)出版社，2009 [6]吳宗澤 羅圣國 《機械設計課程設計手冊》第3版 高等教育出版社，2010 [7]劉朝儒 吳志軍 高政一 《機械制圖》第五版 高等教育出版社，2006 [9]高英武 高午 辛繼紅 湯興初《履帶式機器人的研制》 農(nóng)機化研究 2002年11月 第 4期 [10]賀光誼 唐之清《畫法幾何及機械制圖》 重慶大學出版社，1994 [11]鄭文緯 吳克堅《機械原理》第七版 高等教育出版社，2009 [12]鄒家祥主編 《現(xiàn)代機械設計理論與方法》 科學出版社，1990 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