全維輪移動籃球機(jī)器人設(shè)計(jì)說明書畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-08-23 11:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 可能地連續(xù)變化。c．結(jié)實(shí)耐用。d 適用于激烈對抗的比賽環(huán)境e．可以在條件較差的地面上運(yùn)動選用國產(chǎn)成都航發(fā)的全向輪QL15，ug模型圖如圖24。 圖24 全向輪QL15成都航發(fā)全向輪QL15的特點(diǎn)a．從動輪外緣與大輪外緣作了相適的弧形設(shè)計(jì)，使運(yùn)動時與地面的接觸點(diǎn)變化連續(xù)，降低了多邊型效應(yīng)。b．從動輪中軸承的使用更能使輪子發(fā)揮好全向性能。c．在全向輪運(yùn)行時，從動輪之間的間隙與地面作用的效果類似于汽車輪胎上用來增強(qiáng)摩擦作用的紋理，配合從動輪外表面防滑材料的選擇使全向輪抓地性能良好，可適應(yīng)條件較差的地面d．從動輪之間的連接采用一根單獨(dú)的整軸，整軸具有一定的柔性。運(yùn)動中出現(xiàn)從動輪之間的過渡時，起到一定的減振效果e．從動輪外表面耐磨、防滑、可以起到一定的減振效果。f．在輪轂的齒根部這個薄弱環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)了加強(qiáng)筋，使輪予結(jié)構(gòu)更為堅(jiān)固，從而避免了出現(xiàn)由于運(yùn)動過程產(chǎn)生扭矩力使輪毅齒根斷裂或損壞的現(xiàn)象，延長了全向輪的實(shí)用壽命。輪子的組合設(shè)計(jì)移動平臺采用三個全向輪在360度均勻分布如圖25所示： 圖25 QL15的分布圖計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動，是靠受控的驅(qū)動元件來驅(qū)動的，常用的驅(qū)動元件有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)等。步進(jìn)電機(jī)一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的機(jī)電執(zhí)行元件。其轉(zhuǎn)速的高低，取決于輸入到步進(jìn)電機(jī)的電脈沖頻率的高低。電脈沖頻率f高，則電視轉(zhuǎn)速快，反之，轉(zhuǎn)速慢。步進(jìn)電梳可以在很寬范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來調(diào)速，能夠快速啟動、反轉(zhuǎn)和制動，通常不需要反饋就能進(jìn)行精確控制，誤差不會積累。其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且與數(shù)字設(shè)備兼容。對機(jī)器人驅(qū)動裝置的一般要求如下：1)驅(qū)動裝置的重量盡可能要輕，單位重量的輸出功率（即功率/重量比）要高，效率也要高；2)反應(yīng)速度大要快，即要求力/重量比和力矩/慣量比要大；3)動作平滑，不產(chǎn)生沖擊；4)控制盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要?。?)安全可靠；6)操作幫維護(hù)方便；7)對環(huán)境無污染，噪聲要??；8)經(jīng)濟(jì)上合理。計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動，是靠受控的驅(qū)動元件來驅(qū)動的，通常的機(jī)器人驅(qū)動方式有以下四種:：可直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，控制結(jié)構(gòu)簡單，控制性能好，而且成本低廉；通常不需要反饋就能對位置和速度進(jìn)行控制；位置誤差不會累計(jì)；步進(jìn)電機(jī)具有自鎖功能力（變磁阻式）和保持轉(zhuǎn)矩（永磁式）的能力。這對于控制系統(tǒng)的定位是有利的，適于傳動功率不大的關(guān)節(jié)或小型機(jī)器人。：直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速特性，直流伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓成正比，并能實(shí)現(xiàn)正反向速度控制。具有起動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，控制方便，較大的啟動力矩，相對功率大及快速響應(yīng)等特點(diǎn)，并且控制技術(shù)成熟。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，而照需要外圍轉(zhuǎn)換電路與微機(jī)配合實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。若使用直流伺服電機(jī)，還要考慮電刷放電對實(shí)際工作的影響。3．交流伺服電機(jī)：交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，使用維修方便，與步進(jìn)電機(jī)相比價(jià)格要貴一些。隨著可關(guān)斷晶閘管GTO，大功率晶閘管GTR和場效應(yīng)關(guān)MOSFET等電力電子器件、脈沖調(diào)寬技術(shù)（PWM）和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，使交流伺服電機(jī)在調(diào)速性能方面可以與直流電機(jī)媲美。采用16位CPU+32位DPS三環(huán)（位置、速度、電流）全數(shù)字控制，增量式碼盤的反饋可達(dá)到很高的精度。三倍過載輸出扭矩可以實(shí)現(xiàn)很大的氣動功率，提供很高的響應(yīng)速度。4．液壓伺服馬達(dá)：液壓伺服馬達(dá)具有較大的功率／體積比，運(yùn)動比較平穩(wěn)，定位精度較高，負(fù)載能力也比較大，能夠抓住重負(fù)載而不產(chǎn)生滑動，從體積、重量及要求的驅(qū)動功率這幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)考慮，不失為一個合適的選擇方案。但是，其費(fèi)用較高，其液壓形同經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。為避免本系統(tǒng)也出現(xiàn)同類問題，在可能的前提下，避免使用這種驅(qū)動方式。總和以上分析選用直流伺服電動機(jī)作為該移動平臺的驅(qū)動。 直流電機(jī)的選取與計(jì)算機(jī)器人最大速度設(shè)置為，取整為160mm，所以等到輪的角速度為，機(jī)器人的重量約20kg，輪子重量為630g。 機(jī)器人在做速度為勻速運(yùn)動時的功率，有小車的受力分析可知：。減速器的效率查表可知考慮實(shí)際情況則電機(jī)的輸出軸功率為：由角速度可求出轉(zhuǎn)速電機(jī)輸出的軸理論力矩為：2. 輸出軸理論力矩的修正由于使用環(huán)境溫度的不同與工作運(yùn)轉(zhuǎn)中受力的變化，所以在進(jìn)行實(shí)際考慮的時候必須要對理論力矩進(jìn)行修正，以保證減速起的正常運(yùn)作和使用壽命。式中：為選型力矩為環(huán)境溫度系數(shù)為工作運(yùn)轉(zhuǎn)過程中受力變化狀況系數(shù)環(huán)境溫度℃1表22運(yùn)行24小時內(nèi)運(yùn)行的實(shí)際時間（h）平穩(wěn)運(yùn)行中等沖劑載荷加大沖擊載荷11表23機(jī)器人工作的環(huán)境溫度在℃范圍內(nèi)，所以：在工作中收到的載荷為沖擊載荷，所以：3. 輸出軸的功率計(jì)算 該功率為三個電機(jī)的總功率，4. 計(jì)算必要的轉(zhuǎn)矩 機(jī)器人起動時所需的轉(zhuǎn)矩最大，先計(jì)算起動時的必要轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩5. 轉(zhuǎn)動比的計(jì)算電動輸出軸的轉(zhuǎn)矩則： 由以上計(jì)算數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況選擇空心杯電機(jī)直流電動機(jī)： 36SYK62（36mm）如圖26，的該電機(jī)長度為155mm，直徑為36mm，所需提供的電壓不低于24V，最大轉(zhuǎn)速為5920rpm，最大功率為96W。所需的減速器為單極減速與該電機(jī)配用的減速器為單級P36H減速器如圖27。 圖26 直流電動機(jī) 圖27 單級減速器 進(jìn)行位置控制時還需要編碼器，編碼器的選擇按照其工作原理選擇增量式編碼器，本次設(shè)計(jì)中編碼器工作時每圈輸出的脈沖數(shù)為500。該型號的電機(jī)還配套了型號為HKT30的編碼器如圖28，構(gòu)成了對速度的閉環(huán)反饋；該電機(jī)的輸入可直接同電機(jī)驅(qū)動芯片的輸出相連接，非常方便。圖28 HKT30編碼器 根據(jù)電動機(jī)所帶的編碼器HKT30有關(guān)參數(shù)如下圖29：圖29 編碼器參數(shù)可知根據(jù)使用環(huán)境控制機(jī)構(gòu)，測電機(jī)轉(zhuǎn)速，經(jīng)濟(jì)方面考慮，HKT30的編碼器滿足要求。根據(jù)以上所選的電機(jī)、減速器以及編碼器的型號，按照對應(yīng)的尺寸做出電機(jī)的ug三維圖如圖210所示：圖210 電動機(jī)三維圖根據(jù)空心杯直流電機(jī)36SYK62 以及減速器單級P36H外形尺寸，定做的電機(jī)支架 如圖211，212所示。 圖211 電機(jī)支架1 圖212電機(jī)支架2根據(jù)電機(jī)支承支架圖213的外伸直徑為20mm，長度為20mm選擇軸承為深溝球軸承6008如圖，由上可知輪子的最大轉(zhuǎn)速為從機(jī)械結(jié)構(gòu)可知該軸承不收軸向力只有徑向力F，可知該軸承可以滿足要求。圖213軸承按照比賽對機(jī)器人質(zhì)量的要求，和經(jīng)濟(jì)考慮，選擇底
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