【正文】 確定 設(shè)計任務(wù)概述 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。無刷直流電機產(chǎn)生方波電壓和電流的變頻器比產(chǎn)生正弦波電壓和電流的變頻器簡單，選用無刷直流電機更好。 缺點為轉(zhuǎn)彎半徑大、驅(qū)動輪易打滑、導(dǎo)向輪方向不易精確控制。 最終方案：履帶結(jié)構(gòu)能適應(yīng)更 為復(fù)雜的環(huán)境，本次設(shè)計選用履帶式結(jié)構(gòu) 方案 1：采用 可充電動力電池組。 方案 2 采用 12V 蓄電池為直流電機供電，將 12V 電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng)和其它芯片供電。 方案 1：帶傳動 ]6[ 方案 2：齒輪傳動 優(yōu)缺點的比較： 方案 1 帶傳動是利用張緊在帶輪上的柔性帶進行運動或動力傳遞的一種機械傳動。具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長等特點 。 方案二： 使用 超聲波傳感器 導(dǎo)航 使用超聲波傳感器導(dǎo)航 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波傳感器應(yīng)用起來原理簡單，也很方便，成本也很低。 ： 基于視覺的移動機器人實用履帶式結(jié)構(gòu)，采用 可充電動力 電池組，使用直流無刷電機作為機器人的動力源，利用視覺傳感器采集圖像，通過單片機控制直流電機可以實現(xiàn)小車的前進，后退以及轉(zhuǎn)向等功能。 單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。 ]2[ 單片機又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個邏輯功能的芯片 ,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。 單片機有 8 位， 16 位， 32位等，這里的位指單片機 CPU 每次處理能力 ,8 位是指單片機一次可以計算 8 位數(shù)據(jù) ,16 位是指單片機一次可以計算 16 位數(shù)據(jù) ,依次類推，在此次設(shè)計中用 8 位單片機完全可以完成對機器人的控制，另考慮經(jīng)濟等方面，本次設(shè)計選擇 8位單片機 . 控制器的軟件設(shè)計 ]9[ 在歸納了移動機器 人各種運動行為的基礎(chǔ)上，我們總結(jié)了機器人的如下運動方式 : :兩個電機啟動。 :改變一個電機的轉(zhuǎn)向，完成轉(zhuǎn)彎后作直線運動。 移動機器人的視覺系統(tǒng)設(shè)計方案 機器人的視覺系統(tǒng) ]10[ 一般包括硬件與軟件兩個部分 ,前者是系統(tǒng)的基礎(chǔ) ,后者主要包括實現(xiàn)圖像處理的基本算法以及一些實現(xiàn)人機交互的接口程序 . 基于計算機視覺的移動機器人導(dǎo)航實驗系統(tǒng)的 硬件 部分由計算機、攝像頭、 機器人地盤 組成。其次利用 計算機計算并 提取出對機器人有用的路徑信息。因此，機器人的移動速度定為V=按工作要求和條件，選用直流無刷電機 ]3[ ，電壓 12V. 電動機功率的選擇 ]11[ 減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速 n=100rpm,驅(qū)動輪直徑 D=100mm, 60 1000nDv ?? ? =(31) 機器人的設(shè)計負重 為 30 公斤，動摩擦因數(shù)為 ， F=45N, T=，考慮到機器人會攜帶上位機等設(shè)備，所以取 T=3N/m， WKWTnP wW 5 5 010039 5 5 0 ???? (32) 傳動裝置的總傳動比： 54321 **** ?????? ?a (33) （式中 54321 , ????? 分別為聯(lián)軸器、滾動軸承、圓錐齒輪傳動、圓柱齒 輪傳動和驅(qū)動輪的效率。如果選用轉(zhuǎn)速高的電動機，其尺寸和重量小、價格較低，但會使傳動裝置的總傳動比、結(jié)構(gòu)尺寸和重量增加。 本次設(shè)計選用的電動機轉(zhuǎn)速為 1500r/min，額定功率為 40W 根據(jù)設(shè)計要求電動機所需轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速查手冊 . 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 11 表 電機參數(shù) 電動機型號 額定功率W 額定轉(zhuǎn)速（ r/min） 總傳動比 FBL60K03151RS 40 1500 15 圖 31 電機外形尺寸 圓錐圓柱減速器的設(shè)計 機器通常由原動機、傳動裝 置、和工作機等三部分組成。 傳動裝置總傳動比 i = 15 對于圓錐 圓柱齒輪減速器，為使大圓錐齒輪直徑不致過大，高速級圓錐齒輪傳動比可取 ii ? ，且 i 1 3? ，此處 i 為減速器總傳動比。 （ 2） 機器人為一般機器，速度不高，故選用 8級精度。 3）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 小齒輪： N 91 10**3 0 0*8*1*1 5 0 0*6060 ??? hn jL (37) 大齒輪： 912 10*?? uNN (38) 4）查的接觸疲勞壽命系數(shù) ?HNK ?HNK 5)計算接觸疲勞許用 應(yīng)力 SK HHLH 1lim11][ ?? ?=*600MPa=558MPa (39) SK HHLH 2lim22][ ?? ?=*550MPa= (310) 6)試選 ?VK 查得 *,1, ???? ?? KKK a (311) 所以 7 *1***** ??? ?? KKKKK Va (312) 7) mNT ?? 8） 31?R? （ 2） 計算 1）試算小齒輪的分度圓直徑，帶入 [ H? ]中的較小值得 mmdt )3(31)(3 221 ???????? 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 14 2）計算圓周速度 smndV t /1 0 0 060 11 ??? ? (313) 3）計 算載荷系數(shù) 根據(jù) V=， 8 級精度，查得 ?VK ， 所以 0 6 2 ????????? ?? KKKKK Va (314) 4)按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑： mmKKddtt ??? (315 ) 取直徑為 14mm 5）技術(shù)模數(shù) 11 ?? zdm mm (316) 公式 3 22121 ][1)( 4mFSAFARRYYuzKT ??? ??? (317) 確定公式內(nèi)的各計算值 1） 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 MPaFE 4801 ?? ，大齒輪的彎曲疲勞強度極限 MPaFE 3802 ?? 。/500。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 17 7) 由圖 935 查表的接觸疲勞壽命系數(shù) K , 21 ?? HNHN K 8)計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取安全系數(shù) ?HS ? ? 2111 /58 2 mmNZS NHH L im bH ?? ?? (327) ? ? 222l im2 / mmNZS NH bhH ?? ?? （ 2） 計算齒輪參數(shù) 1) 求小齒輪分度圓直徑 td1 ,代入 ? ?H? 中較小的值 mmd t ) (561 3 21 ????? 2) 圓周速度 smndv t / 11 ?? ????? ? (328) 3) 計算齒寬 mmddb t ????? ? (329) 4) mmzdm tt 5 1 ?? (330) mmmh t ?? (331) ??hb (332) 5) 計算載荷系數(shù) 根據(jù) v=,8 級精度 ,由圖 931 得動載荷系數(shù) ?vK 直齒輪 ,假設(shè) mNbFK tA /100/ ? ,由表 98查得 ?? FaHa KK 由表 97 查得使用系數(shù) 1?AK ,由表 99 查得 ??HK ,由表 932 查得 ??FK ?????? ?? HVA KKKKK (333) 6) 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 , mmKKdd tt ?? (334) 7) 計算模數(shù) m mmzdm ?? (335) 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 18 ? ?3 211 )(2FSaFadYYzKTm ??? (336) (1) 確定公式內(nèi)的各項參數(shù)數(shù)值 1) 查圖得大小齒輪的疲勞極限： M P aM P a FEFE 380,500 21 ?? ?? 2) 查得抗彎疲勞壽命系數(shù) : , 21 ?? FNFN KK 。 分度圓直徑 d mmdmm 60,12 21 ?? 中心距 a=36mm 齒寬 b mmbmm 12,15 21 ?? 齒數(shù) 小齒輪 24，大齒輪 120 模數(shù) m= 軸的設(shè)計 軸 ]6[ 是減速器的主要零件之一，軸的結(jié)構(gòu)決定軸上零件的位置和有關(guān)尺寸。mm。 減速器傳動中心距為已知，可取減速器從動軸危險截面直徑 adl )( ?? 式中 ld— 減速器從動軸危險截面直徑， mm； a— 該級傳動的中心距， mm。 滾動軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成。 根據(jù)機器人的要求及經(jīng)濟實惠的原則，本次設(shè)計選擇深溝球軸承和角接觸球軸承 聯(lián)軸器的選擇 無彈性元件的撓性聯(lián) 軸器 這類聯(lián)軸器因具有撓性，故可補償兩軸的相對位移。凸牙可在凹槽中滑動，可以補償安 裝及運轉(zhuǎn)時兩軸間的相對位移。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、適用于小功率、高轉(zhuǎn)速而無劇烈沖擊處。 這類聯(lián)軸器能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩，并允許有較大的偏移量，安裝精度要求不高，常用于重型機械中。常見的有以下幾類： 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 22 （ 1） 彈性套柱銷聯(lián)軸器 這種聯(lián)軸器的構(gòu)造與凸緣聯(lián)軸器相似，只是用套有彈性套的柱銷代替了聯(lián)接螺栓。這種聯(lián)軸器富有彈性，具有良好的消振能力，能有效地降低動載荷和補償較大的軸向位移，而且絕緣性能好，運轉(zhuǎn)時無噪聲。彈性件可根據(jù)使用要求選用不同硬度的聚氨酯橡膠、鑄型尼龍等材料制造。 在本次設(shè)計中，考慮到滿足使用要求，從經(jīng)濟性上考慮，決定選用凸緣聯(lián)軸器。 RAM可以隨機地被 CPU 讀寫，斷電后存儲的內(nèi)容消失； ROM 種的信息只能讀不能寫。 PIC16F877 芯片上集成有： （ 1）端口 RA 模塊：是一個只有 6 條引腳的輸入 /輸出可編程的端口。 （ 5）端口 RE 模塊：是一個具有 3 條引腳的輸入 /輸出可編程的端口。 （ 9） EEPROM 數(shù)據(jù)存儲模塊：是 256 8 的電可擦寫的存儲器，儲存的內(nèi)容掉電也不會丟失。 （ 12）通用同步 /異步發(fā)生器 USART 模塊：用于實現(xiàn)二線式串行通信，可以定義為兩種工作方式，即全雙工異步方式和半雙工同步方式。 OSC2（ 14 引腳）：時鐘振蕩器輸出端，也是晶振連接端。 RC0～ RC7（ 15～ 18， 23～ 26 引腳）： RC 是一個輸入 /輸出可編程的雙向端口。 VDD（ 11， 32 引腳）：正電源端。但是，異步電動機有許多無法克服的缺陷，以致電機技術(shù)發(fā)展緩慢。一般地，無刷電機的驅(qū)動電流有兩種，一種是梯形波（一般是 “方波 ”），另一種是正弦波。由于永磁材料的加工問題，致使無刷直流電機一般的容量都在 100kW 以下。目前，機器視覺系統(tǒng)在圖像處理方面多采用封裝式圖像處理方法，把圖像傳感與處理分成獨立的兩個部分。 圖像的采集 所謂圖像采集 ]13[ 是指機器人視覺系統(tǒng)獲取數(shù)字視頻圖像的過程 ,目前用于獲取圖像的視覺傳感器主要有 CCD 和 CMOS 兩種，它們都是通過接受外界的激勵而產(chǎn)生響應(yīng)，然后把模擬的響應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號，從而獲取客觀世界的圖像。 CCD 傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于 CMOS 傳感器，而 CMOS傳感器則具有低成 本、低功耗