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1、原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 摘 要 校园垃圾拾捡机构是为了保持校园环境清洁而设计的一种由抓取机构固定在行走机构上构成的一类的小车机器人的专门工作机构。校园垃圾拾捡机构是一辆采用直流伺服电机驱动的四轮平面移动小车，该机构采用前轮转向后轮驱动，车上装有摄像头，超声波传感器和碰撞传感器等，用以控制校园垃圾拾捡机构行走机构而躲避障碍物，通过识别废纸、果皮、塑料等垃圾通过控制抓取机构拾捡垃圾放置于垃圾箱内。关键词: 行走机构；校园垃圾拾捡机构；机器人 Abstract Picking up trash on campus is a special body of a mec
2、hanism in order to keep the school environment clean and designed by grasping mechanism fixed on the running gear consisting of a class of car robot. Picking up trash on campus is an organization driven by DC servo motors to move four flat cars, the agency uses rear-wheel drive front-wheel steering,
3、 the car is equipped with cameras, ultrasonic sensors and collision sensors, picking up trash on campus organizations to control travel agencies and avoid obstacles by identifying waste paper, peel, plastic and other garbage picking up garbage placed in the trash by controlling the grasping mechanis
4、m.Keywords:Walking agencies;Campus garbage pick up agencies; robot目 录1 绪论- 4 -1.1 移动机器人概述- 4 -1.2 课题研究意义- 4 -2 校园垃圾拾捡机构总原理- 5 -3 校园垃圾拾捡机构行走机构设计与计算- 6 -3.1 行走机构的工作原理- 6 -3.2 方案设计- 7 -3.3 电动机选型- 8 -3.4 设计链传动- 9 -3.5 链轮的设计及计算- 11 -3.6 轴的设计及计算- 12 -3.7 机架支脚端盖设计- 16 - 3.8 轴承选择- 16 -3.9 联轴器的选择- 17 -3.10 减
5、速器的选择- 17 -3.11 转向梯形设计键的选用与校核- 17 -3.12 键的选用与校核- 21 -3.13 纹紧固件选型- 21 -3.14 防松装置- 22 -3.15 密封件选择- 22 -3.16一些标准零件一览表- 23 -4 总结- 24 -参考文献- 24 -致 谢- 26 -1 绪论1.1 移动机器人概述校园捡拾垃圾移动机器人是用智能化控制技术，在校园环境下机器人系统的自主运动、规划和控制机构的执行。平台小车的移动用来扩展抓取机构的工作空间，使机抓取机构能以更合适的姿态抓取垃圾，同时校园捡拾垃圾移动机器人中的抓取机构的加入也极大提高了移动机器人的性能。1.2 课题研究意义
6、把校园捡拾垃圾移动机器人抓取机构安装在移动平台上，这种把抓取机构安装在行走机构的移动平台上的方法使抓取机构拥有很大的操作工作空间。并同时小车具有移动和操作功能，这样使它好于一般的机器人和传统机械手。因此，研究这类机构的控制问题有十分重要的理论价值和实践意义。 2 校园垃圾拾捡机构总原理2.1 机构总原理图图2.1 机构总原理2.2 捡拾垃圾机构的操控过程校园捡拾垃圾机构工作时，启动遥控控制按钮，点动小车的开关按钮，把电源接通，校园捡拾垃圾机构行至校园内的工作区域，启动小车操作自动化控制按钮，这时机器进入自主运动运动状态。校园捡拾垃圾机构通过视觉传感器 摄像头传达垃圾所在位置：当在抓取机构所能抓
7、取的范围内没有发现有垃圾时，小车后轮驱动电机启动小车向前行进，寻找垃圾，直至发现在其范围内发现垃圾时，驱动电机关闭小车停止移动，然后启动抓取机构控制系统，抓取机构通过传感器调整抓取机构位置使爪子对准垃圾，爪子闭合抓取垃圾，机械手随转台向垃圾箱方向转动，转到垃圾箱上方触碰到一行程开关，将垃圾放入垃圾箱内，随后机械手随转台转回到自由初始状态。小车继续行进寻找垃圾目标。校园捡拾垃圾机构在工作过程中，通过周围装有的传感器发现有障碍物时，转向电机启动，控制机构转向，避开障碍物。 3 校园捡拾垃圾机构行走机构设计与计算3.1 行走机构的工作原理行走机构是采用传感器技术自动控制小车的向前行进（后退）和转向的
8、一种全自动化的移动平台。校园捡拾垃圾机构通过摄像头 视觉传感器，传达垃圾位置信息，进而控制小车的前进与否及转向。 (1)行走机构移动平台图 图3.1 行走机构 （2）行走机构向前前后移动校园捡拾垃圾机通过视觉传感器传达垃圾位置：当在机械手所能达到的范围内没有发现有垃圾时，机器人继续向前行进，寻找目标，直至发现在其范围内发现垃圾时，行走机构停止移动，启动机械手控制系统，将垃圾拾捡入垃圾箱，之后机构继续移动。（3）行走机构转向 机构在工作过程中，小车体上方装有传感器，当发现有障碍物时，控制转向电机启动，进而控制校园捡拾垃圾机构转向。从而使小车避开障碍物。 小车转向原理如下图：图3.2转向梯形3.2
9、 方案设计（1）后轮驱动，前轮转向（）（2）前轮驱动，前轮转向（3）四轮驱动，四轮转向 最终采用方案（1）进行设计3.2.1 后轮驱动原理（如下图）后轮驱动路线： 图3.3后轮驱动图3.2.2 前轮转向原理（如下图）前轮转向路线： 3.4前轮转向图 3.3 电动机选型选取为Z4系列的直流电动机。额定功率P=1.1kw额定电压220v 额定转速450r/min电动机, 图3.5电机电机安装尺寸：机座号安装尺寸AC1EKGRSn222001.05731.05401514.8-0.1201.5124-0.30BDHFNMh32051.0518+0.014 +0.02140-0.55 -0.010-0
10、.055130-0.0401654-0.30外形尺寸pb1b2hL1200194158314.54373.4 设计链传动 图3.6链轮和链条链轮转速分别为：小链轮： 大链轮： 中心距a不小于300mm3.4.1 选择链轮齿数传动比 假设链速 因为齿数一般大于等于17。所以取小链轮齿数21, 大链轮齿数3.4.2 确定链节数Lp初定中心距a=25p 链节数一般取偶数3.4.3 确定链条节距按小链轮转速估计工作点落在线顶点左侧Km=1.0。表5.11查得：工作情况系数：KA=1.3,小齿轮齿数系数Kz=1.11,链长系数Kl=1.06 所以采用单排链，由表查得单排系数，得到工作条件下的传动功率为
11、根据计算得到的齿轮的转速和功率，由图5.26选择滚子链型号为08A，其节距为P=12.7mm3.4.4 确定链长L 和中心距链长： 查表可得中心距计算系数中心距：计算得a=318.9mm中心距减少量实际中心距3.4.5 验算速度 3.4.6 作用于在轴上的轴力3.4.7 设计结果滚子型号 08A194 GB1243.1-83链轮齿数 中心距 a=318mm3.5 链轮的设计及计算由以下公式：分度圆直径 齿根圆直径 （为滚子直径） =7.92最大齿根距离：偶数齿 奇数齿 齿根最大距离： 齿顶圆直径 （1）小链轮：齿数：21 分度圆直径d=8524mm 齿顶圆直径da=91mm 齿根圆直径df=6
12、71mm 最大齿根距离Lx=7648mm 齿根最大距离dH=70mm 结构形式：实心式 材料：40 热处理：淬火回火40-50HRC（2）大链轮：链轮齿数：63 分度圆直径d=25502mm 齿顶圆直径262mm 齿根圆直径df=24651mm 最大齿根距离Lx=24643mm 齿根最大距离dH=241mm 结构形式：实心式 材料：40 热处理：淬火回火40-50HRC3.6轴的设计及计算3.6.1 选择轴的材料及热处理 由于小车的驱动轴传递的功率不是很大，故选择常用材料45钢,调质处理.3.6.2 初估轴径轴承选取：轴主要受径向力的作用，可选用轴承为深沟球轴承6406,根据轴承确定各轴安装轴
13、承的直径为:D1=40mm，D2=30mm。3.6.3 结构设计确定轴直径：初步估计轴后，轴可安装顺序的一部分，从中间开始，以确定直径。的轴部分安装了一个大链轮，因此为40mm的段的直径。2段装轴承6406，为了便于安装，取2段为30mm。左端用轴肩固定，计算得轴肩的高度为5mm，取3段为20mm。4段与车轮用键联接，取直径14mm。各轴段长度的确定：轴段1的长度取L1=450mm。2为轴承6406宽度和轴承到支撑脚内壁的距离加上支撑脚内壁之间的距离段取为L2=125mm。3段的长度按轴肩宽度公式计算L3=1.4h；取L3=90mm，4段：L4=25mm。3.6.4 轴上零件的周向固定为了保证
14、良好的对中性。与轴承内圈配合轴均选用H7/p6，l链轮与轴采用A型普通平键联接，为键GB/T 10962003键6*6*183.6.5 轴上倒角与圆角3.6.6 为了确保对轴承内环6406定位肩的端面的端面，根据推荐的轴承的使用说明书，取肩圆角半径为1mm。其他肩圆角半径是2毫米。根据标准GB6403.4-1986，绕轴两端被倒角1* 45。3.6.7 轴的校核 图3.7轴 轴的校核图（1） 判断危险截面显然, B剖面是危险截面； （2）轴的弯扭合成强度校核初步估计校园捡拾垃圾机器人的总质量为150Kg。Fy剪力=Mg/4=375NFx剪力=F/2=317.46NT=40.5N.mMy=Fy剪
15、力*l=375*0.2=75N.m=236MPa则可以得到 =24.6mm此处轴的直径为40mm，满足要求。3.7 机架支脚端盖设计机架支脚端盖都采用铸铁，铸铁机架能适应结构形状比较复杂的情况，有非常好的吸振性能和机加工性能。由于小车结构小，重量轻，所以采用整体式车架。机架支脚端盖都采用HT200（1） 后支脚 图3.8后支脚 （2）前支脚 图3.9前支脚 （3）端盖 图3.10端盖3.8 轴承选择3.8. 1 轴承选型（1）后轮采用轴承受很小的轴向应力作用，主要受径向力作用，且径向力作用不大时，选取深沟球轴承系列，6406。结构参数见下表（2）前轮受两方面的力的作用，所以选用圆锥滚子轴承，3
16、0307。结构参数见下表轴承代号尺寸（mm）dDB6406309023轴承代号基本尺寸mmdDTBCa30307358022.752118173.8.2 轴承的轴向紧固方式采用端盖紧固轴承外圈和轴肩紧固轴承内圈。3.8.3 轴承的安装形式除轮毂轴承外，轴承均是成对出现的，均采用背对背方式安装定位。如下图：3.9 联轴器的选择3.9.1确定联轴器的计算转矩=-工作情况系数，取=1.33.9.2 由和选择联轴器的型号与尺寸-为所选用型号的许用转矩 -被联接轴转速 -联轴器的最高转速 由和再加上电动机和减速齿轮减速器输出轴与前轮转向传动联轴器的输出轴用于联接连接。选取GB5843-86 凸缘联轴器,
17、选用YL型的YL2和YL6凸缘联轴器凸缘联轴器的参数如下所示：(1) YL2凸缘联轴器: 额定转矩=16 许用转速n=7200r/min 轴孔直径d=18mm 轴孔长度L=30mm D1=80mm D=64mm 螺栓M6 L0=64mm 质量:1.5Kg 转动惯量0.0035(2) YL6凸缘联轴器: 额定转矩=100 许用转速n=5200r/min 轴孔直径d=30mm 轴孔长度L=60mm D1=110mm D=90mm 螺栓M6 L0=124mm 质量:3.99Kg 转动惯量0.0173.9.3 外形结构，技术参数如下表 3.10减速器的选择选用型号为KWO63的锥面包络圆柱蜗杆减速器，
18、 其外形如下：图3.11减速器KWO63的锥面包络圆柱蜗杆减速器结构尺寸如下表：尺寸型号 aB1B2C1C2hHH1d3l1d1KWO6363146140115120160160221M102818j6b1t1L1d2l2b2t2L2L3L4质量（不含油）kg620.511830j6588331368665173.11 转向梯形设计 转向连杆梯形用来保证在小车转弯时，前轮轮子都尽可能绕一个瞬时转向中心，在不同的圆周上做无滑动的纯滚动。常用的转向梯形有整体是和断开式两种，本设计采用的是整体式转向梯形。要确定两个参数：一是梯形底角；二是梯形臂长m。两个梯形臂延长线的交点T，通常在距后轴2/3L附近
19、，所以，可按照下式初选梯形底角 梯形臂的长度m，可以参考现有汽车梯形臂长度与主销中心距K的比值的统计数据来进行初选，一般m的范围如下： m=（0.110.15）K初选了和m后，还需要校核这个梯形是否能满足要求，可以用作图法进行校核。如下图如图所示，A，B是的交点延伸的主销的中心线与地面的点，BD和AC都平行于纵向轴线的两条直线，相交于后轴，分别，C，D点，E是纵轴交点AB，连接乳油，线任取一点点楼这一个，B由两个连接的，是符合，外眼角要求。证明如下：过F作AB的垂线，与AB交与G。设（外轮转角）；（内轮转角），则 因此，直线EC就是保证内、外轮转角正确关系的理想特性线。有了这条线，用图解法来校
20、核就比较方便了。具体做法如下： （1）首先按初选转向梯形臂长m；按初选底角，画出中间位置时的转向梯形图，所得图形如下（2） 再给出一系列内轮转角i，通过作图求得相对应的外轮转角。（3）分别以A、B为原点，把i和画在图上，如下图所示。每对射线有一个交点，把这些交点连接起来，就得到在选定的梯形底角下的实际特性曲线。 转向梯形连杆机构如下图所示： 图3.12转向梯形连杆机构3.12 键的选用与校核3.12.1 键的选型选用平头普通平键（B型） GB/T1096-2003键B6616和GB/T1096-2003键B87203.10.2 键的校核挤压强度条件公式B=6 h=6 l=16 d=18 T=1
21、4由轴与链轮 联轴器的材料选取（轻度冲击载荷）故满足挤压强度条件同理满足挤压强度条件3.13 纹紧固件选型选型见下表名称个数用途螺钉 GB/T 65 M103524后轮端盖用的联接螺钉螺栓 GB5780-86 M157016底板与电动机底座的紧固联接螺母 GB/T 6172 M1532底板与电动机底座的紧固联接螺栓GB5780-86 M20*8012支脚与底座的联接螺母GB6172-86 M20 24支脚与底座的联接螺栓GB5780-86 M10604减速器的联接螺栓螺母GB6172-86 M108减速器的联接螺栓螺栓GB5780-86 M6354联轴器的联接螺栓螺栓GB5780-86 M83
22、54联轴器的联接螺栓螺母GB6172-86 M68联轴器的联接螺栓螺母GB6172-86 M88联轴器的联接螺栓螺栓GB5780-86 M20802转向连杆联接螺栓螺钉GB75-85 M8*123紧定链轮的紧定螺钉螺钉GB75-85 M5*63紧定链轮的紧定螺钉螺母GB6172-86 M162链轮预紧螺母螺母GB6172-86 M202链轮预紧螺母3.14 防松装置防松装置采用双螺母防松和采用开口销防松选用 销560 GB91（大链轮防松） 双螺母防松 开口销防松3.15 密封件选择轴的外表面均采用毡圈密封，材料为半粗羊毛毡。见下表型号个数材料毡圈40 ZB68-624半粗羊毛毡毡圈40 ZB
23、68-622半粗羊毛毡毡圈30 ZB68-622半粗羊毛毡3.16 一些标准零件一览表型号名称个数型号名称个数毡圈40 ZB68-624螺钉GB75-85 M5*63毡圈40 ZB68-622螺钉GB75-85 M8*123毡圈30 ZB68-622螺栓GB5780-86 M20802销540 GB912螺母GB6172-86 M88螺母GB6172-86 M202螺母GB6172-86 M68螺母GB6172-86 M162 螺栓GB5780-86 M8354螺栓GB5780-86 M6354螺母GB6172-86 M108螺栓GB5780-86 M10604螺母GB6172-86 M20
24、24螺栓GB5780-86 M20*8012螺母 GB/T 6172 M1532螺栓 GB5780-86 M157016螺母 GB/T 6172 M1616螺栓GB/T 5782-86 M16*4016螺钉 GB/T 65 M10352411轴承 303074轴承64052轴承 6406 6GB/T1096-2003键B66164GB/T1096-2003键B87204减速器 KWO631 4 总结 在大学的学习过程，毕业是我们社会的参与到实际的项目中一个很好的演示文稿的规划和建设的一个重要方面。是毕业四年的学习和提高，并做同样的研究和开发工作的总结，必须有严谨求实的科学态度。毕业设计有一定的
25、学术意义和实用价值，能够看出解决问题的能力体现的专业知识和分析。毕业后的整整两个月就要结束了，我的大学生活将结束。这是我们大学的最后也是最重要的一个设计阶段之中。毕业，是我们大学的一个试验已经学会在过去的四年中，它要求我们的大学四年能够消化所学知识，熟练应用和要求我们能够理论联系实际，培养我们的综合能力解决实际问题和能力。在两个月内，我们继续学习，不断积累，并不断提高。在饶老师的指导的指导下，我们从最初的开题，整体规划设计方案开始;大小后制定，选择和各部分的计算，绘制几个阶段装配图，零件图。在本次毕业设计也让我们进一步同学关系，给予了我很多的建议和意见，所以在这里我非常感谢帮助我同班同学。毕业
26、设计，是我们已经了解到在四年内，如果实际测试，知识这四年中我们所学到的专业知识全面，让我回顾一下已经几乎被人遗忘的专业知识多学习一些实际经验的机械应用。通过这样的设计，无论是我们的学习能力得到了锻炼，这是团队合作的精神，使我们得到了一个很好的锻炼，这是由我和两个谁已完成其他学生设计，在整个设计过程中，我们两个人主动承担任务，分工，有几个设计变更和大量理论计算的积极配合，在努力使更多的对完美设计的能力。虽然设计是短暂的，但所获得的知识是永久性的，一个精心设计的整个四年的大学生活，摘要，新的生活即将一个良好的开端，这样使得设计时，我们都抱着非常认真的态度，遇到任何问题，将积极协商指导员，但还是要靠
27、自己的知识来获得，所以我们自我有更多的时间找资料，相关书籍认真寻找，即使最终没有找到您需要的信息，但在阅读本身的过程，是一种收入，也就是说，教师和图书馆查找资料我们设计的帮助不大肯定，改善一点点，它充满了他自己的成果汗啊。我们知道，我们的设计仍有许多不足之处，我们还是要纠正的审查，并得到大家的帮助，我们一定会把它很难做的更好。 最后，我要衷心感谢我们的饶洪辉导师和同学们给予的帮助。谢谢你们 参考文献1于就泗，齐发主编.机械工程材料：大连理工大学出版社，20072蔡春源主编。简明机械零件手册：冶金工业出版社，19953刘力主编，王冰副主编。机械制图第二版：高等教育出版社，20024杨明忠，朱家诚
28、主编。机械设计：武汉理工大学出版社，20015机械工程手册第5卷：机械工业出版社，19826机械工程手册第6卷：机械工业出版社，19827中小型电机标准汇编：技术标准出版社，19718刘鸿文主编。材料力学（）、（）：高等教育出版社，20049哈尔滨工业大学理论力学教研室编。理论力学（）第六版：高等教育出版社，198110张学政，李家枢主编。金属工艺学实习教材（第三版），高等教育出版社，200211关文达主编。汽车构造（第二版）：机械工业出版社，2004.1012王望予主编。汽车设计（第四版）：机械工业出版社，2004.813电机工程手册第四卷，机械工业出版社，1996.714郑文纬 无克坚主编。机械原理（第七版），高等教育出版社，1996.11 致 谢这次毕业设计是在饶洪辉导师的精心指导下完成的。使我能顺利完成校园垃圾拾捡机构行走机构设计课题的设计和毕业设计说明书的编写，也顺利地完成了学士阶段的学业。我要感谢饶洪辉老师。 - 27 -
