【文章內容簡介】 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。根據傳動原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動的摩擦型帶傳動，也有靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動的同步帶傳動帶傳動具有結構簡單、傳動平穩(wěn) ， 且其造價低廉、不需潤滑、維護容易等特點。 方案 2齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動。 按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯軸螺旋齒輪傳動。具有結構緊湊、效率高、壽命長等特點 。 表 22 帶傳動與齒輪傳動的比較 優(yōu)點 缺點 帶傳動 ，因此傳動過程中可以起到緩沖和吸震的作用，是傳動平穩(wěn)； ，帶會產生打滑，能防止工件的損壞，從而保護原動機； 帶是靠摩擦進行傳動的，而帶傳動產生的打滑使傳動比不確定，同時代的尺寸較大，傳動效率低 青島理工大學琴島學院本科畢業(yè)設計說明書（論文） 8 齒輪傳動 ，可達到96%99%； 2..結構緊湊，比帶傳動和鏈 傳動所需空間?。? 制造及安裝精度較高，不宜用于傳動比過大的場合； 傳感器的選擇 方案一：使用紅外傳感器導航 任何物質，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對零度），都能輻射紅外線。紅外線傳感器是利用紅外線的物理性質來進行測量的傳感器，紅外線傳感器測量時不與被測物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應快等優(yōu)點。但是紅外傳感器在測距和探障過程中易受可見光的影響，特別在一些光線較強以及環(huán)境溫度基本一樣的條件下，其性能下降迅速，此外，使用紅外傳感器還需預先設定好軌跡，不宜于移 動機器人的自主移動。 方案二：使用超聲波傳感器導航 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。 超聲波傳感器應用起來原理簡單，也很方便，成本也很低。但是目前的超聲波傳感器都有一些缺點， 比如，反射問題，噪音，交叉問題。 方案三 視覺傳感器 視覺傳感器具有從一整幅圖像捕獲光線的數以千計的像素的能力，它主要部件就是照相機或攝像機，在捕獲圖像之后，視覺傳感器將其與內存中存儲的基準圖像進行比較，以做出分析。視覺傳感器通常因其精確性、易用性、豐富功能及合理成本而成為最佳選擇。 最終方案 ： 基于視覺的移動 機器人實用履帶式 結構 ，用采用 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小車的前進，后退以及轉向等功能 。 視覺移動機器人控制系統(tǒng)設計方案 青島理工大學琴島學院本科畢業(yè)設計說明書（論文） 9 控制系統(tǒng)的選擇 PLC ( Programmable logic Controller)，可編程邏輯控制器，一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產過程。 PLC 實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同， 由 CPU、儲存器、電源構成。 單片機是一種集成在電路芯片，是采用 超大規(guī)模集成電路技術把具有數據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（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、 A/D 轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。 PLC 和單片機雖然都是控制器，廣泛的應用在控制系統(tǒng)中，但是它們依然具有不同，他們的區(qū)別為： PLC 大部分用在較大型的設備上。因為其價格較高，一般都是附加值較高的自動控制系統(tǒng)才會考慮。 PLC 的特點： 可靠性高，抗干擾能力強 ； 硬件配套齊全，功能完善，適用性 強 ； 易學易用，深受工程技術人員歡迎 ； 系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量小，維護方便，容易改造 ； 體積小，重量輕，能耗低 。 單片機控制 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。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了 I/O 設備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件 ，同時單片機的成本比 PLC 略微低廉，綜合考慮 本次設計 選擇單片 機控制。 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 位數據 ,16 位是指單片機一次可以計算 16 位數據 ,依次類推，在此次設計中用 8位單片機完全可以完成對機器人的控制，另考慮經濟等方面， 本次設計 選擇 8位單片機 . 控制器的軟件設計 在歸納了移動機器人各種運動行為的基礎上，我們 總結了機器人的如下運動方式 : :兩個電機啟動。 2 停止 :兩個電機停止轉動。 :兩個電機同時在現有速度基礎上增加一個數量級，實現加速。 :兩個電機同時在現有速度基礎上減小一個數量級，實現減速。 :改變一個電機的轉向，完成轉彎 后作直線運動。 :兩個電機以相同的速度和轉向運動。 青島理工大學琴島學院本科畢業(yè)設計說明書（論文） 10 這些 運動 覆蓋了差動輪式移動系統(tǒng)的所有基本動作，通過一系列電機控制的組合就可以靈活地控制機器人完成它所能夠做到的任何動作。當移動機器人需要做出某種動作時，車載機只須將期望動作翻譯為一個電機指令序列，發(fā)布給運動控制器，運動控制器就可以按部就班地控制機器人予以完成。 移動機器人的視覺系統(tǒng)設計方案 機器人的視覺系統(tǒng)一般包括硬件與軟件兩個部分 ,前者是系統(tǒng)的基礎 ,后者主要包括實現圖像處理的基本算法以及一些實現人機交互的接口程序 . 基于計算機視覺的移動機器人導航實驗系統(tǒng)的 硬件 部分由計算機、攝像頭、 機器人地盤 組成。軟件分為 兩 部分，即圖像處理和機器人運動控制?；谝曈X導航的原始輸入圖像是連續(xù)的數字視頻圖像。系統(tǒng)工作時，圖像預處理模塊首先對原始的輸入圖像進行縮小、邊緣檢測、等預處理。其次利用 計算機計算并 提取出對機器人有用的路徑信息。最后，運動控制模塊根據識別的路徑信息，調用直行或轉彎功能模塊使機器人做相應的移動。 獲 取 圖 像特 征 抽 出 和分 割計 算 距 離 和角 度驅 動 機 器 人步 進 電 機 的 轉向 和 速 度輸 出 脈 沖攝 像 頭 位 置和 伺 服 系 統(tǒng)圖 像 處 理 單 元運 動 控 制 模 塊 圖 21 機器人的控制原理 在本次設計中，采用的是用攝像頭實時的采集 圖像 信息，經過 上 位機 的內部處理，通過單片機控制電機 來 實現運動要求 。 青島理工大學琴島學院本科畢業(yè)設計說明書（論文） 11 3 機器人 機械部分 的設計 與 計算 電動機的選擇與計算 已知驅動輪直徑 D=120mm, V=按工作要求和條件，選用直流無刷電機，電壓 12V. 電動機功率的選擇： 機器人的設計負重為 35 公斤，動摩擦因數為 ， F=35*10*, T=Fr=*=，考慮到機器人會攜帶上位機等設備，所以取 T=3N/m， WP = WKWTn w *39550 ?? 電動機類型的選擇： Y 系列三相異步電動機 電動機功率選擇： （ 1）傳動裝置的總功率： η 總 =η 帶 η 2 軸承 η 齒輪 η 聯軸器 η 滾筒 = = (2)電機所需的工作功率： P 工作 =FV/1000η 總 = = 青島理工大學琴島學院本科畢業(yè)設計說明書（論文） 12 =58W 確定電 動機轉速： 計算滾筒工作轉速： n 筒 =60 1000V/π D =60 1000 120 =150r/min 按手冊推薦的傳動比合理范圍，取圓柱齒輪傳動一級減速器傳動比范圍 I’a=3~6。取 V帶傳動比 I’1=2~4，則總傳動比理時范圍為 I’a=6~24。故電動機轉速的可選范圍為 n’d=I’a n 筒 =（ 6~24） 150=900~3600r/min 符合這一范圍的同步轉速有 1000、 1500 和 3000r/min。 根據容量和轉速，由有關手冊查出有三種適用的電動機型號：因此有三種傳支比方案 。綜合考慮電動機和傳動裝置尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比，可見第 2 方案比較適合，則選 n=1500r/min 。 確定電動機型號 根據以上選用的電動機類型，所需的額定功率及同步轉速， 根據設計要求電動機所需轉矩和轉速查手冊 . 表 31電動機主要參數 電動機型號 額定功率 額定轉速 r/min 總傳動比 FBL60K03151RS 30W 1500 25 減速器的選擇與計算 青島理工大學琴島學院本科畢業(yè)設計說明書（論文） 13 圖 31電動機簡圖 計算總傳動比及分配各級的 傳 動比 總傳動比： 2125 iinni wm ??? 分配各級傳動比 ii 21 ? ， 經計算 ?i ?i 運動參數及動力參數計算 計算各軸轉速（ r/min） nI=n 電機 =1500r/min nII=nI/i 帶 =1500/=274(r/min) nIII=nII/i 齒輪 =274/=60(r/min) 計算各軸的功率（ KW） PI=P 工作 =30W= PII=PIη 帶 =30 == PIII=PIIη 軸承 η 齒輪 = == 計算各軸扭矩（ N mm） 青島理工大學琴島學院本科畢業(yè)設計說明書（論文） 14 TI= 106PI/nI= 106 =191N mm TII= 106PII/nII = 106 = mm TIII= 106PIII/nIII= 106 = mm 傳動零件的設計計算 一 、 V 帶設計 外傳動帶選為 普通 V帶傳動 確定計算功率 Pca 1）、由表查得工作情況系數 ?KA 2）、由式 wPKPAca ????? 選擇 V帶型號 查圖選 A型 V 帶。 da1 da2 （ 1）、參考圖表選取小帶輪直徑 mmda 101? Hda ?21 （電機中心高符合要求） （ 2）、驗算帶速 ， 由式 smdnV a ? ??? ???? ??? 1111 0 0060 102741 0 0060 ?? （ 3）、從動帶輪直徑 da2 mmdid aa ???? ? 查表取 mmda 552 ? （ 4）、傳動比 i 12 ??? ddaai （ 5）、從動輪轉速 m i n 112 50 0 ? ???? Rnn i 青島理工大學琴島學院本科畢業(yè)設計說明書（論文） 15 a 和帶長 Ld （ 1）初選中心距 ? ? ? ?ddadd aaaa 21021 ???? 130930 ??a 取 mma 1000 ? （ 2）、求帶的計算基礎準長度 0L mmmmadddd aaaaaL)1004)1055()5510(21002*4)()(22202122100??????????????? 查圖 .取帶的基準長度 dL =320mm (3)