【正文】 機(jī)械制造基礎(chǔ)（第二版） 武漢：華中科技大學(xué)出版社， 2020 。重慶：重慶大學(xué)出版社， 1999 [10] 曲寶章，黃光燁。北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [9] 周昌治，楊忠鑒，趙之淵，陳廣凌。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [8] 曾正明。 AutoCAD2020。機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版第 2卷） 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社， 2020 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 [5] 葛常青。機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明手冊(cè)（上冊(cè)） 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [3] 徐錦康。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 致謝 參考文獻(xiàn) [1] 吳彥農(nóng)，康志軍。 就好像搜救機(jī)器人可以感應(yīng)到危險(xiǎn)的來(lái)臨，好比發(fā)生了火災(zāi)，機(jī)器人在不用人類發(fā)送搜救指令就直接感應(yīng)到火災(zāi)，直接去火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行搜救 ；就還想探測(cè)機(jī)器人到一個(gè)人類不認(rèn)識(shí)的地方可以自行對(duì)自已地方就行探測(cè)。我覺得我們應(yīng)付出更多的努力來(lái)學(xué) 習(xí)機(jī)械行業(yè)的文化知識(shí)，因畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 為機(jī)器人行業(yè)是機(jī)械行業(yè)的發(fā)展延伸。由于知識(shí)面和見識(shí)的加深，讓我更加了解 了機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展?jié)摿?，了解了現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展只是經(jīng)歷里幾十年，還只是一個(gè)新興行業(yè)，對(duì)于機(jī)器人的發(fā)展還只是停留在初級(jí)階段，對(duì)于未來(lái)的發(fā)展還要走很長(zhǎng)的道路，這也就需要我們新一代更多的大學(xué)生投入到機(jī)器人設(shè)計(jì)研發(fā)上來(lái)，為機(jī)器人設(shè)計(jì)的進(jìn)步添磚加瓦 。而這次的控制設(shè)計(jì)是在無(wú)線編程控制的基礎(chǔ)上，又增加了電氣控制和 PLC上面的內(nèi)容，雖然增加的內(nèi)容不多，但在理論研究上是一個(gè)創(chuàng)新型進(jìn)步。 在這次的設(shè)計(jì)過(guò)程中，唯一的創(chuàng)新性論點(diǎn)就是在 對(duì)于探測(cè) 機(jī)器人的智能控制上。特別是對(duì)于齒輪、蝸輪傳動(dòng)時(shí)的受力分析和各種疲勞強(qiáng)度計(jì)算得公式的理解，以前的我只是單純的記住了各個(gè)公式的計(jì)算方法，并不知道公式的由來(lái)在，這次設(shè)計(jì)過(guò)程中認(rèn)真探索了公式的由來(lái)和推導(dǎo) 。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中， 齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)中的基本尺寸、強(qiáng)度計(jì)算、強(qiáng)度校核等方面的設(shè)計(jì) 都是在參考了機(jī)械設(shè)計(jì)書上的內(nèi)容完成的，具有十分高的可靠性。在這里，通過(guò)對(duì)各種行走方式的比較，讓我更加了解了機(jī)器人各種行走機(jī)構(gòu)自己獨(dú)特的特點(diǎn)。 設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到探測(cè)機(jī)器人的工作環(huán)境一般都是在未知領(lǐng)域，存在一定的隱患，這樣就需要設(shè)計(jì)出行走結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的行走方案。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)開始之前，我查閱了大量的書籍，對(duì)探測(cè)機(jī)器人的發(fā)展程度和我國(guó)探測(cè)機(jī)器人的發(fā)展水平與機(jī)器人發(fā)展發(fā)達(dá)的國(guó)家之間的差距， 尋找出我國(guó)機(jī) 器人設(shè)計(jì)制造行業(yè)的弱點(diǎn) 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 結(jié)論 在這次探測(cè)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我收獲到了許多的新鮮東西，也積累了一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。 例如，對(duì)于接觸器的選擇可以根據(jù)接觸器所適用的電流環(huán)境，將接觸器認(rèn)為直流接觸器和交流接觸器，還可以根據(jù)接觸器的相關(guān) 技術(shù)參數(shù)對(duì)接觸器進(jìn)行選擇，其中主要包括接觸器的極數(shù)、電流種類、額定功率、額定工作電流、線圈額定電壓等。 例如對(duì)接觸器、繼電器和低壓開關(guān)電器的選擇，它們?cè)谡麄€(gè)電路中的作用，決定著繼電器的設(shè)計(jì)在整個(gè)電路設(shè)計(jì)中的地位。在本次設(shè)計(jì)中對(duì)電路開關(guān)的選擇是總開關(guān)選用 XN19的型號(hào)，變阻器的型號(hào)選用 SA198型的變阻器。 例如即使一種電路開關(guān)符合設(shè)計(jì)電路總線的電流走向，但是在實(shí)際中電路開關(guān)不能再實(shí)際中進(jìn)行安裝，或者安裝的穩(wěn)定性降低，這樣就會(huì)造成安全隱患，這種電路開關(guān)在電路設(shè)計(jì)中也不能使用。 電路開關(guān)自身的性質(zhì)，決定著電路開關(guān)在電路中起到了什么樣的作用，例如中間斷開的雙向觸點(diǎn)多極開關(guān)的自身特性，決定著這種開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)只有一種方向的電流走向。由此可以 看出， 機(jī)器人電路 開關(guān)的選擇，也是控制電路設(shè)計(jì)的不可或缺的一部分。但是對(duì)于實(shí)際的操作中，開關(guān)起到至關(guān)重要的作用。這種電路的好處是不用再刻意的判斷電動(dòng)機(jī)的電流方向，可以再實(shí)際工作中直接看出電動(dòng)機(jī)的流向。這樣就畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 很好的避免了兩種電流同時(shí)供電的尷尬。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是本次設(shè)計(jì)中采用了中間斷開的雙向出點(diǎn)多級(jí)開關(guān)。 這次電路控制的設(shè)計(jì)方案如下所示 圖 基本控制電路圖 上圖所示為機(jī)器人的控制電路圖，圖中的 電動(dòng)機(jī)都含有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停機(jī)三種自 然狀態(tài)。 在我們這次的機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于我們所學(xué)知識(shí)的有限性和對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握的不徹底性，還有我們?nèi)狈?duì)機(jī)器人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，所以我們只能設(shè)計(jì)出機(jī)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)器人，對(duì)于這樣的機(jī)器人的控制電路，建議采用簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方案。而且到目前為止電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用十分廣泛，已成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的重要手段。 在我國(guó)，對(duì)于機(jī)器人的控制電路設(shè)計(jì)只要是采用電氣控制技術(shù)和無(wú)線變成控制技術(shù)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 4 控制電路設(shè)計(jì) 和選擇 控制電路的設(shè)計(jì) 在對(duì)于機(jī)器人行走的控制電路設(shè)計(jì)中，控制方案的設(shè)計(jì)有機(jī)器人的主要功能有關(guān)，也與機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)。 通過(guò)以上的設(shè)計(jì)計(jì)算，可任意計(jì)算出機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的零件結(jié)構(gòu)和整體結(jié)構(gòu)，還可以判斷出機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的行走能力和各個(gè)零件的使用能力和壽命。在畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 計(jì)算蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí) ，通常把蝸輪近似的當(dāng)作斜齒圓柱齒輪來(lái)考慮，因此可以根據(jù)斜齒圓柱齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式來(lái)計(jì)算。其中 Ka為使用系數(shù)， Kβ 為齒向載荷分布系數(shù)， Kv 為動(dòng)載荷系數(shù)。 1121 2dTFF aft ?? 式（ ） 2221 2dTFF tfa ?? 式（ ） ?tan221 trfr FFF ?? 式（ ） ?????? c osc os 2c osc osc osc os 2 221 nn tnan d TFFF ??? 式 （ ） 式中 T T2—— 分別為蝸桿即蝸輪上的公稱轉(zhuǎn)矩，單位 d d2—— 分別為蝸桿及蝸輪的分度圓直徑，單位 mm 蝸桿傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算 1）蝸桿齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得原始公式來(lái)源于赫茲公式。 至于蝸桿所受圓周 力的方向，總是與它的轉(zhuǎn)向相反，徑向力的方向總是指向軸心。由上圖所示，該蝸桿的旋向?yàn)橛倚?，蝸桿齒的右旋為工作面，故蝸桿所受的軸向力必然指向左端。 在確定各力的方向時(shí)，尤其需要注意軸向力方向的確定。 設(shè) Fn 為集中作用在節(jié)點(diǎn) P 處的法向載荷，它作用于法向界面 Pabc 內(nèi)。在進(jìn)行蝸桿傳動(dòng)時(shí)的受力分析時(shí)，通常不考慮摩擦力的影響。而且對(duì)材料也要進(jìn)行精心選擇。 從上述蝸桿傳動(dòng)時(shí)的失效形式可知，蝸桿、蝸輪的材料不僅需要具 有足夠的強(qiáng)度，更需要具有良好的磨合和耐磨性。由于蝸桿與蝸輪齒面間有較大的相對(duì)滑動(dòng)，從而增加了產(chǎn)生膠合和磨損失效的可能性，因此蝸桿傳動(dòng)時(shí)，因齒面膠合而失效的可能性比較大。它的主要失效形式有點(diǎn)蝕、齒根折斷、齒面膠合和過(guò)度磨損等。 7） 蝸輪傳動(dòng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)中心距 根據(jù)公式可以計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)中心距的具體數(shù)值 mzqdda )(21)(21 221 ???? 式（ ） 蝸桿傳動(dòng)時(shí)的幾何尺寸計(jì)算 在蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算時(shí)，主要是根據(jù)以下幾個(gè)計(jì)算公式來(lái)計(jì)算普通圓柱蝸桿傳動(dòng)基本幾何尺寸的計(jì)算關(guān)系。 這是由于蝸桿頭數(shù)的提高，可以提高傳動(dòng)的效率，但是隨著蝸桿頭數(shù)的提高，對(duì)蝸桿的制造加工帶來(lái)了較大的困難，所以蝸桿頭數(shù)不宜過(guò)大或過(guò)小。利用一下公式進(jìn)行蝸桿直徑計(jì)算。 1) 傳動(dòng)時(shí)的模數(shù)和壓力角 在蝸桿傳動(dòng)時(shí)，要想保證蝸輪和蝸桿的配合傳動(dòng)，就必須要保證蝸輪和蝸桿的模數(shù)和壓力角都各自對(duì)應(yīng)相等，即 mmm ta ?? 21 式（ ） 21 aa ?? ? 式（ ） 圖 2） 蝸桿分度圓直徑 在蝸桿傳動(dòng)中，為了保證蝸桿與渦輪的正確嚙合，常用語(yǔ)蝸桿具有相同尺寸的蝸桿滾刀來(lái)加工與其配對(duì)的蝸輪。 蝸桿傳動(dòng)時(shí)的參數(shù)計(jì)算 在蝸輪傳動(dòng)中，要對(duì)蝸輪的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)，保證蝸輪的尺寸符合我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，不能憑空的胡亂設(shè)計(jì)。所以在蝸桿傳動(dòng)時(shí)，更要保證傳動(dòng)時(shí)的參數(shù)計(jì)算和強(qiáng)度校核。下面介紹接觸疲勞許用應(yīng)力和彎曲疲勞許用應(yīng)力的計(jì)算方法。在設(shè)計(jì)一般使用的齒輪傳動(dòng)時(shí)，通常只按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算和保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算兩種準(zhǔn)則。根據(jù)下面公式進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的計(jì)算。下面根據(jù)直齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的計(jì)算公式校核齒輪的疲勞強(qiáng)度。 直齒輪齒面的疲勞強(qiáng)度計(jì) 算 在直齒圓柱齒輪中，由于直齒輪的接觸和相對(duì)的滑動(dòng)，對(duì)直齒輪的齒面造成了一定量的磨損，這樣會(huì)使齒輪的接觸強(qiáng)度造成相應(yīng)的下降。 對(duì)于斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度校核，可以根據(jù)以下的公式進(jìn)行判斷，判斷斜齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度是否滿足傳動(dòng)條件。 ? ? FfaFadfaFadfaFaFYYmZKTYYmdKTYYmbd KT ???? ???? 32111111 222 式（ ） 根據(jù)上式計(jì)算可以得到 ? ?3 21 12 faFaFd YYzKTm ??? 式（ ） 以上是直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度校核公式，可以根據(jù)上面兩個(gè)公式判斷直齒輪的設(shè)計(jì)強(qiáng)度是否符合直齒圓柱齒輪傳動(dòng)是否符合強(qiáng)度要求。 直齒輪的 強(qiáng)度校核 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)時(shí)，直齒輪之間收到了磨損而造成齒輪之間 的強(qiáng)度減弱，對(duì)齒輪的傳動(dòng)和強(qiáng)度計(jì)算性能造成了損失。下面對(duì)這三種關(guān)系進(jìn)行分析。他們之間唯一的不同點(diǎn)是在對(duì)法向力進(jìn)行分解時(shí)，在斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)中分解為三個(gè)力，分別為圓周力 Ft、徑向力 Fr和軸向力 Fa。 ?tan?? FtFr 式（ ） 112dTFt? 式（ ） 上式中表示了直齒圓柱齒輪中圓周力、徑向力和法向力之間的關(guān)系。 在將合力進(jìn)行受力分析時(shí)的受力分解，圓周力和徑向力存在一定的關(guān)系。 齒輪傳動(dòng)的參數(shù)計(jì)算和強(qiáng)度校核 直齒輪的受力分析 在直齒輪傳動(dòng)中，直齒輪的受力是從動(dòng)輪在主動(dòng)輪的作用下傳動(dòng)，而主動(dòng)輪在從動(dòng)輪的作用下阻止傳動(dòng)，主動(dòng)輪收到了阻力，而從動(dòng)輪受到了推 動(dòng)力。因此，機(jī)器人的參數(shù)計(jì)算和強(qiáng)度校核在設(shè)計(jì)過(guò)程中屬于檢測(cè)階段，檢測(cè)零件的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，是機(jī)器人設(shè)計(jì)過(guò)程中的不可或缺的一部分。這樣接需要設(shè)計(jì)出機(jī)器人零件的尺寸。 12ZYJ60J 的直流減速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 30rad/s，功率為 10W。 所以首次選擇帶傳動(dòng)方式。假設(shè)機(jī)器人和機(jī)器人負(fù)載的重量為 9kg，具有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可能造成機(jī)器人行走時(shí)的震動(dòng)。機(jī)器人電動(dòng)機(jī)的選擇還必須考慮機(jī)器人的傳動(dòng)方式，考慮機(jī)器人傳動(dòng)時(shí)機(jī)器人功率的利用率，要盡量提高機(jī)器人功率的利用率 ，這樣對(duì)機(jī)器人電動(dòng)機(jī)的選擇也有幫助。 機(jī)器人電動(dòng)機(jī)的選擇 機(jī)器人電動(dòng)機(jī)的選擇是根據(jù)機(jī)器人和機(jī)器人的負(fù)載之和的重量選擇的， 機(jī)器人重量的大小主要是有機(jī)器人的負(fù)載所決定的。要保證機(jī)器人行走時(shí)的不打滑，要使機(jī)器人的重心在小帶輪的幾何中心的下方。一部分是在下坡階段，在這一階段時(shí)，要保證機(jī)器人的穩(wěn)定性，所以不用有加大的速度；另一部分是在上坡階段，這是也要減少機(jī)器人的速度，一保證機(jī)器人獲得加大的驅(qū)動(dòng)力。下面對(duì) 爬行機(jī)構(gòu)的力學(xué)原理進(jìn)行受力分析。下面討論機(jī)器人 擺臂翼板 在擺動(dòng)時(shí)的受力分析。所以，要保證好機(jī)器人 擺臂翼板 的良好強(qiáng)度。良好的導(dǎo)向性將使機(jī)械手和抓取的工件有良好的定位，不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位置的錯(cuò)位 ，直接保證機(jī)械手的抓取要求。 良好的導(dǎo)向性 機(jī)器人 擺臂