【正文】 ag 傳動(dòng) ， a)太陽輪強(qiáng)度計(jì)算： 確定計(jì)算負(fù)荷 名義轉(zhuǎn)矩 ： N m?? 名義圓周力 ： 2 0 0 0 2 0 0 0 1 8 . 3 71 0 4 8 . 3 336t TFNd ?? ? ? b)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) aN 60 Ha a pN n n t? = 96 0 ( 6 0 0 6 0 ) 3 2 4 0 0 0 2 . 3 3 1 0? ? ? ? ? ? an =600r/min Hn = 60r/min Han = an Hn =60060=540r/min 式中 ， Han —— 太陽輪相對于行星架的轉(zhuǎn)速 (r/min)。 ④ 齒輪其它主要尺寸計(jì)算 大輪大端分度圓直徑 2d 22 2 81 16 2d m z m m? ? ? ? 根圓直徑 fd 11 2 5 4 2 1 . 2 5 2 5 0 . 2 5ffd d h m m? ? ? ? ? ? ? 22 2 1 6 2 2 1 . 2 5 2 1 5 8 . 2 5d d h m m? ? ? ? ? ? ? 頂圓直徑 ad 11 2 54 2 2 58aad d h m m? ? ? ? ? ? 22 2 1 6 2 2 2 1 6 6d d h m m? ? ? ? ? ? ⑸ 2K— H 型行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì) 算 ① 齒輪的設(shè)計(jì) 1） 基本參數(shù)選擇 太陽輪和行星輪 材料為 20CrNiMoA，表面滲碳淬火處理，表面硬度為57~61HRC?？蓮V泛用于復(fù)印機(jī)、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、電動(dòng)自行車、汽車及機(jī)器人。 2 .2 8 1 .4 3 .2P P S k w? ? ? ? ? (36) ⑵ 主電動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)電機(jī)的功率需要 選定電動(dòng)機(jī)型號為 360SXPCM02。 由于左右兩輪各用一個(gè)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)，所以每個(gè)電機(jī)的最大輸出功率為： 39。 機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì) 主傳動(dòng)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì) ⑴ 主電機(jī)功率估算 輪式煤礦救援 機(jī)器人設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) ： ① 車體重量：車體 總重 310Kg ② 最高運(yùn)行速度： 60m/min ③ 最大爬坡高度： 30176。如圖 33 所示： 中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 15 頁 圖 33 擺臂機(jī)構(gòu)圖 備注： 1 小齒輪， 2 電機(jī)安裝底座， 3 電機(jī)， 4 軸承套， 5 擺臂， 6 鏈輪， 7 大齒輪，8 軸承， 9 傳動(dòng)軸。 圖 31 機(jī)身總體結(jié)構(gòu)圖 中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 14 頁 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、圓柱齒輪副、星齒輪減速器和鏈傳動(dòng)組成，主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)如圖 32 所示： 圖 32 主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖 備注 ： 1 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)， 2 傳動(dòng)大齒輪， 3 電機(jī)固定板， 4 傳動(dòng)小齒輪， 5 行星減速器，6 鏈輪。 依此方案設(shè)計(jì)的機(jī)器人分配為：兩邊的主轉(zhuǎn)動(dòng)輪為 2 自由度；兩條擺臂車輪轉(zhuǎn)動(dòng)為 2 自由度；兩擺臂各自的擺動(dòng)為 2 自由度。 中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 13 頁 3 機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì) 機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)總體方案 機(jī)器人采用對稱結(jié)構(gòu)，擺臂運(yùn)動(dòng)單元不僅能夠?qū)崿F(xiàn)車輪自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且能夠繞主動(dòng)輪中心擺動(dòng)，車輪之間為機(jī)器人的主體部分，可裝載控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊及其他各種設(shè)備。因此，本文所設(shè)計(jì)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路集中在對普通輪式構(gòu)型進(jìn)行改進(jìn)。 綜上所述，國內(nèi)外研究開發(fā)了許都種非結(jié)構(gòu)環(huán)境的移動(dòng)機(jī)器人行走系統(tǒng)，輪式、腿式、輪腿式、履帶式和其它復(fù)合形式的機(jī)器人特點(diǎn)如表 21所列，它們的行走系統(tǒng)對比如表 22所列。機(jī)器人由輪、腿、履帶復(fù)合構(gòu)成，具有翻越障礙、樓梯，跨越壕溝，在傾斜面上行走，傾倒自行復(fù)位的功能。其中母機(jī)器人本身不能移動(dòng)，只有在與子機(jī)器人結(jié)合后成為輪式移動(dòng)機(jī)器人。 .1994 年 78月， DanteⅡ?qū)喟部死灼?145 千米的斯帕火山進(jìn)行考察，傳回了數(shù)據(jù)機(jī)圖像。腿式行走系統(tǒng)能夠自主隔振。美國 iRobot 公司研制了“ PackBot系列機(jī)器人，在普通雙履帶底盤的基礎(chǔ)上添置了一對前擺臂，在一定程度上增加了它的適應(yīng)能力。國內(nèi)的一些探月機(jī)器人上也能看到類似的結(jié)構(gòu)?？梢允沽鶄€(gè)輪子都著地，而且還能使機(jī)器人傾斜 45176。 在六輪機(jī)器人中，最具代表性的可能要數(shù) NASAyanzhi 的火星系列機(jī)器人了。由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的高機(jī)動(dòng)性越障機(jī)器人行走系統(tǒng)采用六輪形式。他的四個(gè)輪子是驅(qū)動(dòng)輪，另外一個(gè)中間輪是支撐輪。這是一部非常輕 巧的探測車 ,其重量僅為 。目前出現(xiàn)的機(jī)器人輪式行走系統(tǒng)有單輪、兩輪、四輪、五輪、六輪以及多輪等幾種形式。 常見的大多數(shù)非結(jié)構(gòu)環(huán)境的地形都可以視為這三種地形特征不同形式的組合，如溝壕可視為下垂直障礙和上垂直障礙的組合，階梯可視為連續(xù)垂直障礙的組合。 礦井災(zāi)害的非結(jié)構(gòu)環(huán)境特征 非結(jié)構(gòu)環(huán)境是復(fù)雜、未知、多樣的三維地形，包括平坦地面、斜面、障礙、臺(tái)階、溝壕、淺坑等地形。礦井發(fā)生水災(zāi)后，排水前還要對水源量進(jìn)行調(diào)查，這些都不可避免地對救災(zāi)工作造成延誤。礦區(qū)內(nèi)的大氣降水、地表水、地下水通過各種通道涌入井下，稱為礦井涌水。如果頂板管理工作出現(xiàn)漏洞或者地層變動(dòng)等原因，則可能會(huì)發(fā)生頂板事故。機(jī)器人的移動(dòng)系統(tǒng)除要能夠適應(yīng)瓦斯和煤塵發(fā)生爆炸后的非結(jié)構(gòu)環(huán)境外，為了防止煤塵和積水進(jìn)入車體內(nèi)部和運(yùn)動(dòng)副，廂體要進(jìn)行密封、防水設(shè)計(jì)。根據(jù)瓦斯 粉塵 空氣混合氣體燃燒、爆炸時(shí)的火焰?zhèn)鞑ニ俣?及沖擊波的大小，瓦斯爆炸有三種：速燃，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍?10m/s以內(nèi)，沖擊波壓力較小。災(zāi)害發(fā)生后，脫落的頂板、巖石煤塊等形成新的障礙物。而輪式和履帶式各有其憂缺點(diǎn)，本章從分析礦井發(fā)生災(zāi)害后的非結(jié)構(gòu)環(huán)境的特征入手，結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)條件和知識儲(chǔ)備，通過典型特征分析的方法討論兩者在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的性能。 CUMT1型礦井搜救機(jī)器人同樣存在通訊、避障和機(jī)械可靠性等方面的技術(shù)問題。由于采用輪式差速轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑大，轉(zhuǎn)向不靈活，結(jié)構(gòu)不太適合于巷道等狹窄空間且沒有任何自主避障方面的設(shè)計(jì)。中國礦業(yè)大學(xué)可靠性工程與救災(zāi)機(jī)器 人研究所于20xx年６月成功研制了我國第 . 臺(tái)用于煤礦救援的 CUMT1 型礦井搜救機(jī)器人，該機(jī)器人裝備有低照度攝像機(jī)、氣體傳感器和溫度計(jì)等設(shè)備。由Ｒｅｍｏｔｅｃ公司制造的Ｖ２煤礦救援機(jī)器人，大約５０ 英寸高，１２００ 英磅重，使用防爆電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橡皮履帶。機(jī)械結(jié)構(gòu)采用四輪導(dǎo)向、液壓驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)零半徑轉(zhuǎn)彎，最高速度可達(dá)１９ｋｍ／ｈ。這種機(jī)器人已經(jīng)形成系列化，除了礦井方面的應(yīng)用，還有軍事方面的應(yīng)用。 在試驗(yàn)中這些缺點(diǎn)非常突出，并直接影響了機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性。 ⑵ 機(jī)器人越障時(shí)，整體穩(wěn)定性不高，車體擺動(dòng)較大，對圖像采集非常不利。 設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 在本設(shè)計(jì)之前 ，已經(jīng)有許多研究人員和研究公司對非結(jié)構(gòu)環(huán)境移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行了許多方面的工作。 中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 3 頁 綜上所述，煤礦救災(zāi)機(jī)器人的研制，對煤礦安全生產(chǎn)，建立特種危險(xiǎn)環(huán)境下的工業(yè)救災(zāi)具有十分重要的意義。機(jī)器人利用傳感器通過探測井下遇難礦工的呻吟聲、體溫的變化及心臟跳動(dòng)的頻率的信息能找到他們的位置。世界上許多國家都在研制軍用機(jī)器人、掃雷機(jī)器人、排爆機(jī)器人和消防機(jī)器人等危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人。這是由于在井下發(fā)生災(zāi)害時(shí)，受高溫、煙霧、有害氣體和缺氧等影響，救護(hù)人員很難接近或到達(dá)災(zāi)害的現(xiàn)場，而機(jī)器人卻有可能進(jìn)入或比救護(hù)人員更接近災(zāi)區(qū)。各類災(zāi)害事故還存在突發(fā)性、災(zāi)難性、破壞性和繼發(fā)性等特點(diǎn)。煤炭行業(yè)作為我國國民經(jīng)濟(jì)主要傳統(tǒng)行業(yè)之一，年產(chǎn)量約占世界 35%，但中國礦難的死亡人數(shù)卻占世界的 80%。聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義：一種可編程和多功能的，用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和克編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)。 論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日 目 錄 IV 目 錄 1 緒論 ...................................................... 1 引言 ........................................................ 1 設(shè)計(jì)背景、意義 .............................................. 1 設(shè)計(jì)的背景和意義 ........................................ 1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ) .................................................... 3 國內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 ........................................ 4 本章小結(jié) .................................................... 5 2 行走機(jī)構(gòu)方案確定 ........................................... 6 煤礦災(zāi)害現(xiàn)場特征 ............................................ 6 礦井災(zāi)害的非結(jié)構(gòu)環(huán)境特征 .................................... 7 行走機(jī)構(gòu)方案選擇與確定 ...................................... 7 輪式機(jī)器人 .............................................. 7 履帶式機(jī)器人 ........................................... 8 腿式機(jī)器人 ............................................. 9 其它形式機(jī)器人 ......................................... 9 行走方案的確定 ............................................. 11 本章小結(jié) ................................................... 11 3 機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì) ................................... 13 機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)總體方案 ..................................... 13 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........................................ 14 擺臂方案設(shè)計(jì) .......................................... 14 機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì) ..................................... 15 主傳動(dòng)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì) .................................. 15 擺臂方案的具體設(shè)計(jì) .................................... 38 本章小結(jié) ................................................... 42 4 電氣系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì) ...................................... 43 數(shù)據(jù)采集單元電路 ........................................... 43 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) ....................................... 43 目 錄 V 高速光耦電路設(shè)計(jì) ...................................... 45 串行通信電路設(shè)計(jì) ...................................... 46 單片機(jī)程序設(shè)計(jì) ........................................ 47 運(yùn)動(dòng)控制單元電路 ........................................... 48 后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 .....................................