【正文】 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 13 頁(yè) 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(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，擺臂運(yùn)動(dòng)單元不僅能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)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(chē)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。 圖 31 機(jī)身總體結(jié)構(gòu)圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 14 頁(yè) 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。 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(chē)體重量：車(chē)體 總重 310Kg ② 最高運(yùn)行速度： 60m/min ③ 最大爬坡高度： 30176。 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(hào)為 360SXPCM02。 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(yáng)輪和行星輪 材料為 20CrNiMoA，表面滲碳淬火處理，表面硬度為57~61HRC。 0zx?? 由表 58 和圖 511d 查得 ? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 25 頁(yè) g)載荷作用齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù) SaY 由表 511 和圖 520a 查得 ? h)重合度系數(shù) 、 4 4 1 . 6 7 0 . 8 8 133z ?? ?? ?? ? ? 0 . 7 5 0 . 7 50 . 2 5 0 . 2 5 0 . 6 9 91 . 6 7Y? ??? ? ? ? ? i)螺旋角系數(shù) 、 因 =0， = 得 =1 =1 得 =1 g)彈性系數(shù) EZ = 7)、 齒數(shù)比 u 2172 418zu z? ? ? 8)、 計(jì)算接觸應(yīng)力的基本值 = (324) 1 0 4 8 . 3 3 4 12 . 2 6 1 8 9 . 8 0 . 8 8 1 1 4 9 7 . 53 6 2 7 4 M P a?? ? ? ? ? ? ?? 9)、 接觸應(yīng)力 = (325) = 49 7. 5 1. 25 1. 05 1. 05 1. 2 63 9. 78 M P a? ? ? ? ? 10)、 彎曲應(yīng)力的基本值 = (326) 1 0 4 8 . 3 32 . 9 2 1 . 5 2 0 . 6 9 9 12 1 2? ? ? ? ?? ? 11)、 齒根彎曲應(yīng)力 = (327) 1 1 1 . 4 8 1 . 2 5 1 . 0 5 1 . 1 1 1 . 2? ? ? ? ? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 26 頁(yè) ? 12)、 確定計(jì)算許用接觸應(yīng)力 時(shí)的各種系數(shù) a)壽命系數(shù) NTZ 因 10LN ??，由圖 519 得 ? b)潤(rùn)滑系數(shù) LZ 由圖 514 取 LZ = c)速度系數(shù) VZ 因 v=? ? 由圖 515 得 VZ = d)粗糙度系數(shù) RZ 因 limH? 1200MPa 和齒面 zR =? 6 = 由圖 516 查得 RZ = e)工作硬化系數(shù) WZ 因大小 齒輪均為硬齒面，且齒面 zR = 6 由圖 517 查得 WZ = f)尺寸系數(shù) 由圖 518 查得 XZ = 13)、 許用接觸應(yīng)力 l imH P H NT L V R W XZ Z Z Z Z Z??? (328) =1 4 9 0 0 . 9 5 1 . 0 3 0 . 9 5 0 . 9 0 1 . 0 1 . 0? ? ? ? ? ? = 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) HS 1 2 8 0 . 4 92 . 06 3 9 . 7 8HPH HS ??? ? ? 14)、 確定計(jì)算許用彎曲應(yīng)力 時(shí)的各種系數(shù) a)實(shí)驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) STY = b)壽命系數(shù)因 10LN ??查圖 525 得 NTY = c)相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù) 由 ? ，由圖 522 查得 = d)齒根表面 狀況系數(shù) = e)尺寸系數(shù) XY 可查圖 524 XY =1。 小輪大端分度圓直徑 1d ，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式 65得 ? ?3 121 )()1(2)( uuKTZZZd dHHE ??? ??? (317) 齒寬系數(shù) d? 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 ，按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱(chēng)布置 ?d? 小輪齒數(shù) 1z 選 1z =27 大論齒數(shù) 2z 21 3 27 81z iz? ? ? ? 齒 數(shù)比 u 21 81 27 3u z z? ? ? 傳動(dòng)比誤差 uu? 3 3 3 .9 6 0 0 .0 5uu? ? ? ? ?（ ） 小輪轉(zhuǎn)矩 1T 61 1 19 5 5 0 9 5 5 0 1 0 3 . 1 7 1 8 0 0 1 6 8 1 8 . 6T P n N m? ? ? ? ? ?N一級(jí)行星齒輪減速器的傳動(dòng)效率一般為 — ，取減速器的效率為2?? 93%，則傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率為： 12. 0. 8 0. 93 0. 74 4? ? ?? ? ? ? (34) 所以電機(jī)的功率為： 39。傳動(dòng)軸 9 與大齒輪 7 之間有軸承連接兩個(gè)運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，互不干涉。因此，將主轉(zhuǎn)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)用 2 個(gè)自 由度，把兩個(gè)擺臂連成一體共用 1個(gè)自由度，這樣機(jī)器人共有 3 個(gè)自由度，需要 3 個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。對(duì)非結(jié)構(gòu)環(huán)境的地形及變形情況如圖 21 圖 21 機(jī)器人地形適應(yīng)示意圖 本章小結(jié) 本章從對(duì)井下工況條件分析得出應(yīng)以典型地形特征為越障對(duì)象，結(jié)合中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 12 頁(yè) 目前的研究基礎(chǔ)以及現(xiàn)有的技術(shù)條件，通過(guò)對(duì)輪式、履帶式機(jī)器人和其它形式的機(jī)器人的定性分析，確定煤礦救災(zāi)機(jī)器人采用輪式作為驅(qū)動(dòng)模塊。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 10 頁(yè) 其它特殊形式的移動(dòng)機(jī)器人也是各有各的有缺點(diǎn)，如單邊輪用一個(gè)輪子代替整個(gè)車(chē)體，很好地利用了圓這種幾何結(jié)構(gòu)的地形適應(yīng)能力，避免了車(chē)底凈高等護(hù)駕幾何約束對(duì)車(chē)輛地形適應(yīng)能力的限制，大大減少體積，增加了機(jī)動(dòng)性和靈活性，但這種機(jī)器人控 制復(fù)雜，越障能力低。諸如美國(guó)軍方研制的四足機(jī)器人有良好的魯班性，即使被踹一腳也不會(huì)摔倒，可以自動(dòng)快速恢復(fù)狀態(tài)，能夠適應(yīng)各種路面。北京航天航空大學(xué)機(jī)器人研究所提出的模塊化可重構(gòu)履帶結(jié)構(gòu)是一種新型的非結(jié)構(gòu)環(huán)境移動(dòng)機(jī)器人行走系統(tǒng)。機(jī)器人六個(gè)輪子中，每個(gè)都有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該行走系統(tǒng)可以越過(guò)高于輪子直徑 倍的垂直障礙。日本東芝公司也研制了四輪火星探測(cè)機(jī)器人，四個(gè)輪子均采用獨(dú)立的彈性懸掛系統(tǒng)，其中前輪帶有擺臂，可以引導(dǎo)車(chē)身爬上較高的臺(tái)階。 行走機(jī)構(gòu)方案選擇與確定 輪式行走系統(tǒng)在相對(duì)平坦的地形中具有相當(dāng)?shù)膬?yōu) 勢(shì)，運(yùn)動(dòng)速度迅速、中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 8 頁(yè) 平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)和控制也較簡(jiǎn)單，很多機(jī)器人的行走系統(tǒng)都設(shè)計(jì)成輪式結(jié)構(gòu)。只能把針對(duì)有限目標(biāo)的實(shí)際應(yīng)用放在首位，機(jī)器人并不是“萬(wàn)能”的。礦井火災(zāi)也是煤礦生產(chǎn)中的主要災(zāi)害之一，一旦發(fā)生礦井火災(zāi)，不但會(huì)造成煤炭資源的損失，打亂各項(xiàng)工作的布置，還會(huì)造成 瓦斯、煤塵爆炸，使災(zāi)害程度和范圍擴(kuò)大。救護(hù)人員往往由于高溫而無(wú)法接近災(zāi)區(qū) .此外 ,災(zāi)害過(guò)后 ,井下通風(fēng)系統(tǒng)常受到破壞 ,使井下氣候發(fā)生明顯的變化 ,常見(jiàn)瓦斯和粉塵濃度增大 ,災(zāi)變區(qū)域的溫度、濕度增加，風(fēng)量減少。 煤礦災(zāi)害現(xiàn) 場(chǎng)特征 煤礦開(kāi)采必須從地面向地下開(kāi)掘一系列井巷（本文不對(duì)露天采礦進(jìn)行分析），其正常生產(chǎn)過(guò)程的自然條件比較復(fù)雜，環(huán)境惡劣。 Groundhog 機(jī)器人的自 主性和移動(dòng)性都非常強(qiáng)，但它是為了探測(cè)正常礦井地形而設(shè)計(jì)的試驗(yàn)平臺(tái)，攜帶有非常多的儀器設(shè)備，由于美國(guó)的礦井巷道比較寬敞，道路平坦，瓦斯含量少，條件比較優(yōu)越，所以其設(shè)計(jì)的體積巨大，并不適合用作煤礦搜救，曾經(jīng)陷入泥漿地，被用線纜拉了出來(lái)?？稍冢担埃埃? 英尺以外的安全位置遠(yuǎn)程遙控，使用光纖通訊傳送礦井環(huán)境信息，操縱者能夠看到實(shí)時(shí)視頻信息和易燃的有毒氣體的濃度。另外，卡內(nèi)基梅隆 大學(xué)機(jī)器人研究中心也開(kāi)發(fā)了２款全自主礦井探測(cè)機(jī)器人 Ｇｒｏｕｎｄｈｏｇ 和Ｆｅｒｒｅｔ。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 4 頁(yè) ⑶ 機(jī)器人的續(xù)航能力差， CUMT1型在額定功率狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)間不超過(guò)。研制救災(zāi)機(jī)器人已成為了我國(guó)煤礦生產(chǎn)的迫切需要。 救災(zāi)機(jī)器人利用自身的優(yōu)點(diǎn)，能迅速找到井下遇險(xiǎn)礦工的位置，降低事危害性，對(duì)提高救災(zāi)效率具有重大意義，具體表現(xiàn)為： ⑴ 機(jī)器人具有靈活性好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，有較好的爬坡和越障能力，能 適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)各種各樣的地理環(huán)境。這種方式危性大，傷亡人數(shù)多，救災(zāi)周期長(zhǎng)，往往效率低，因此，研究救災(zāi)新裝備是一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。因此，被譽(yù)為“中國(guó)機(jī)器人之父”的蔣新松院士曾提出“我們必須對(duì)需要與可能二者作認(rèn)真的研究，按‘需求牽引，技術(shù)導(dǎo)向’的原則，才能得出正確的研究方向，制定出一個(gè)可行的技術(shù)路線。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。 在綜合比較后選擇輪式的行走機(jī)構(gòu)。 首先，本文在滿足上述要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了煤礦救援機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的機(jī)械部 分 。 論文（設(shè) 計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。 在機(jī)器人發(fā)展的歷史上 ,存在著兩條不同的技術(shù)路線 :一條是日本和瑞典所走的“需求牽引，技術(shù)驅(qū)動(dòng)”的路線，把美國(guó)開(kāi)拓的機(jī)器人，結(jié)合工業(yè)發(fā)展的需求，開(kāi)發(fā)出 一系列特定應(yīng)用的機(jī)器人，如弧焊、點(diǎn)焊、噴漆、裝配、刷膠、建筑等，從而形成了龐大的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)；另一條路線是把機(jī)器人作為研究人工智能的載體，看成計(jì)算機(jī)科學(xué)的一部分，即從單純技術(shù)上模仿人的某些功能出發(fā)，研究智能機(jī)器人，如美國(guó)、英國(guó)相當(dāng)一部分大學(xué)及研究經(jīng)濟(jì)界研究所所做的，由于人工智能和其他智能技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)落后于人們對(duì)它的期望，致使絕大部分研究成果始終走不出實(shí)驗(yàn)室。目前，救災(zāi)方式只是根據(jù)事故的類(lèi)型確定救災(zāi)的方案，一般救護(hù)人員無(wú)法進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，只能