校园垃圾拾捡机构行走机构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 科 毕 业 论 文（设 计） 题目 ： 校园垃圾拾捡机构行走机构设计 学 院： 姓 名： 学 号： 专 业： 年 级： 指导教师 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 1 - 摘 要 校园垃圾拾捡机构是为了保持校园环境清洁而设计的一种由抓取机构固定在行走机构上构成的一类的小车机器人的专门工作机构。 校园垃圾拾捡机构是一 辆采用直流伺服电机驱动的四轮平面移动小车，该机构采用前轮转向后轮驱动，车上装有摄像头，超声波传感器和碰撞传感器等，用以控制校园垃圾拾捡机构行走机构而躲避障碍物，通过识别废纸、果皮、塑料等垃圾通过控制抓取机构拾捡垃圾放置于垃圾箱内。 关键词 : 行走机构；校园垃圾拾捡机构；机器人 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 2 - 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 3 - up on is a of a in to by on of a of up on is an C to is up on to by up in by up 买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 4 - 目 录 1 绪论 . - 5 - 移动机器人概述 . - 5 - 课题研究意义 . - 5 - 2 校园垃圾拾 捡 机构 总原理 . - 6 - 3 校园 垃圾拾捡 机构行走机构 设计与计算 . - 7 - 行走机构 的工作原理 . - 7 - 方案设计 . - 8 - 电动机选型 . - 9 - 设计链传动 . - 10 - 链轮的设计及计算 . - 12 - 轴的设计及计算 . - 13 - 机架支脚端盖设计 . - 17 - 轴承选择 . - 17 - 联轴器的选择 . - 18 - 速器的选择 . - 18 - 向梯形设计键的选用与校核 . - 18 - 的选用与校核 . - 22 - 紧固件选型 . - 22 - 松装置 . - 23 - 封件选择 . - 23 - . - 24 - 4 总结 . - 25 - 参考文献 . - 25 - 致 谢 . - 27 - 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 5 - 1 绪论 移动机器人概述 校园捡拾垃圾移动机器人是用智能化控制技术，在校园环境下机器人系统的自主运动、规划和控制机构的执行。平台小车的移动用来扩展抓取机构的工作空间，使机抓取机构能以更合适的姿态抓取垃圾，同时校园捡拾垃圾移动机器人中的抓取 机构的加入也极大提高了移动机器人的性能。 课题研究意义 把校园捡拾垃圾移动机器人抓取机构安装在移动平台上，这种把抓取机构安装在行走机构的移动平台上的方法使抓取机构拥有很大的操作工作空间。并同时小车具有移动和操作功能，这样使它好于一般的机器人和传统机械手。因此，研究这类机构的控制问题有十分重要的理论价值和实践意义。 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 6 - 2 校园垃圾拾捡机构总原理 机构总原理图 图 机构总原理 捡拾垃圾机构的操控过程 校园捡拾垃圾机构工作时，启动遥控 控制按钮，点动小车的开关按钮，把电源接通，校园捡拾垃圾机构行至校园内的工作区域，启动小车操作自动化控制按钮，这时机器进入自主运动运动状态。 校园捡拾垃圾机构 通过视觉传感器 摄像头传达垃圾所在位置：当在抓取机构所能抓取的范围内没有发现有垃圾时，小车后轮驱动电机启动小车向前行进，寻找垃圾，直至发现在其范围内发现垃圾时，驱动电机关闭小车停止移动，然后启动抓取机构控制系统，抓取机构通过传感器调整抓取机构位置使爪子对准垃圾，爪子闭合抓取垃圾，机械手随转台向垃圾箱方向转动，转到垃圾箱上方触碰到一行程开关，将垃圾放入垃圾 箱内，随后机械手随转台转回到自由初始状态。小车继续行进寻找垃圾目标。 校园捡拾垃圾机构 在工作过程中，通过周围装有的传感器发现有障碍物时，转向电机启动，控制机构转向，避开障碍物。 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 7 - 3 校园捡拾垃圾机构行走机构设计与计算 行走机构的工作原理 行走机构是采用传感器技术自动控制小车的向前行进（后退）和转向的一种全自动化的移动平台。校园捡拾垃圾机构通过摄像头 视觉传感器，传达垃圾位置信息，进而控制小车的前进与否及转向。 (1)行走机构移动平台图 图 走机构 （ 2）行走机构向前前后移动 校园捡拾垃圾机通过视觉传感器传达垃圾位置：当在机械手所能达到的范围内没有发现有垃圾时，机器人继续向前行进，寻找目标，直至发现在其范围内发现垃圾时，行走机构停止移动，启动机械手控制系统，将垃圾拾捡入垃圾箱，之后机构继续移动。 （ 3）行走机构转向 机构在工作过程中，小车体上方装有传感器，当发现有障碍物时，控制转向电机启动，进而控制校园捡拾垃圾机构转向。从而使小车避开障碍物。 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 8 - 小车转向原理如下图： 方案设计 （ 1）后轮驱动，前轮转向（ ） （ 2）前轮驱动，前轮转向 （ 3）四轮驱动，四轮转向 最终采用方案（ 1）进行设计 后轮驱动原理（如下图） 后轮驱动路线： 链 传 动 键 联 接电 动 机 启 动 后 驱 动 轴 转 动 车 轮 转 动移 动 平 台 后 轮 驱 动图 轮驱动图 图 向梯形 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 9 - 前轮转向原理（如下图） 前轮转向路线： 联 轴 器 联 轴 器 键 联 接电 动 机 启 动 （ 停 止 ） 减 速 器 前 轮 转 向 轴 车 轮移 动 平 台 前 轮 转 轮转向图 动机选型 选取为 列的直流电动机。 额定功率 P=定电压 220v 额定转速 450r/动机 , 图 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 10 - 电机安装尺寸： 设计链传动 图 链轮转速分别为： 小链轮：1 4 5 0 / m 链轮： 2 1 5 0 / m 心距 00 选择 链轮齿数 传动比 12/ 4 5 0 / 1 5 0 3i n n 31221 因为齿数一般大于等于 17。所以取小链轮齿数 1Z 21, 大链轮齿数2 63Z 确定链节数 定中心距 a=25p 机座号 安装尺寸 A K G R S n 22 200 3 0 15 2 D H F N M 205 8+ 65 外形尺寸 p b1 b2 h 00 194 158 37 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 11 - 250 6 826 123 21 链节数一般取偶数 94确定链条节距 按小链轮转速估计工作点落在线顶点左侧 表 工作情况系数： 小齿轮齿数系数 链长系数 所以采用单排链， 由表查得单排系数，得到工作条件下的传动功率为 0 1 . 6 8 k K根据计算得到的齿轮的转速和功率，由图 择滚子链型号为 08A，其节距为P= 确定链长 L 和中心距 链长： 1 1000 f 中心距：2212 1 2 2 1842 22 Z 计算得 a=心距减少量 0 . 0 0 2 0 . 0 0 4 0 . 6 3 8 1 . 2 7 6a a m m 实际中心距 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 12 - 3 1 7 . 6 3 1 8 . 2 6 3 1 8 3 0 0a a a m ma m m m m 验算速度 11 1 . 7 3 2 5 /6 0 1 0 0 0n z pu m s与 假 设 相 作用于在轴上的轴力 1 . 2工 作 平 衡 取 压 力 系 数 1 0 0 0 6 3 4 . 9 2工 作 拉 力 7 6 1 . 9 0 F N轴 上 压 力 设计结果 滚子型号 08A 1 94 轮齿数 1 21Z 2 63Z 中心距 a=318 6 1 . 9 0 压 力 轮的设计及计算 由以下公式： 分度圆直径180d d 齿根圆直径 d d（ 大齿根距离：偶数齿 数齿 90c o d 齿根最大距离： 180( 1 ) 0 . 8Hd t c tg z 齿顶圆直径 180( 0 . 5 4 )ad t c tg z购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 13 - （ 1）小链轮：齿数： 21 分度圆直径 d=85 24顶圆直径 1 齿根圆直径 71大齿根距离 6 48 齿根最大距离 0构形式：实心式 材料： 40 热处理：淬火回火 40 2）大链轮：链轮齿数： 63 分度圆直径 d=255 02顶圆直径 262 齿根圆直径 46 51大齿根距离 46 43 齿根最大距离 41构形式：实心式 材料： 40 热处理：淬火回火 40的设计及计算 选择轴的材料及热处理 由于小车的驱 动轴传递的功率不是很大，故选择常用材料 45钢 ,调质处理 . 初估轴径 轴承选取：轴主要受径向力的作用，可选用轴承为深沟球轴承 6406,根据轴承确定各轴安装轴承的直径为 :00 结构设计 确定轴直径：初步估计轴后，轴可安装顺序的一部分，从中间开始，以确定直径。的轴部分安装了一个大链轮，因此为 402段装轴承 6406，为了便于安装，取 2段为 30端用轴肩固定，计算得轴肩的高度为 5 3段为 20段与车轮用键联接，取直径 14 各轴段长度的确定： 轴段 1的长度取 502为轴承 6406宽度和轴承到支撑脚内壁的距离加上支撑脚内壁之间的距离段取为 253 段的长度按轴肩宽度公式计算 04段： 5 轴上零件的周向固定 为了保证良好的对中性。与轴承内圈配合轴均选用 H7/l 链轮与轴采用 A 型普通平键联接，为键 1096 2003键 6*6*18 轴上倒角与圆角 了确保对轴承内环 6406定位肩的端面的端面，根据推荐的轴承的使用说明书，取肩圆角半径为 1他肩圆角半径是 2 毫米 。根据标准 轴两端被倒角 1* 45。 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 14 - 轴的校核 图 轴的校核图 （ 1） 判断危险截面 显然 , （ 2）轴的弯扭合成强度校核 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 15 - 初步估计校园捡拾垃圾机器人的总质量为 150 =375N F/2=y=l=375*2x y = 3 4 2 . 8 5M M M 2 2 2 2 3= / = 4 0 . 5 3 4 2 . 8 5 / ( / 3 2 ) / 1 . 5 D =236可以得到 3 63 2 * 3 4 5* 2 3 6 * 1 0D =处轴的直径为 40足要求。 架支脚端盖设计 机架支脚端盖都采用铸铁，铸铁机架能适应结构形状比较复杂的情况，有非常好的吸振性能和机加工性能。由于小车结构小，重量轻，所以采用整体式车架。 机架支脚端盖都采用 1） 后支脚 图 （ 2）前支脚 图 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 16 - （ 3）端盖 图 承选择 1 轴承选型 （ 1）后轮采用轴承受很小的轴向应力作用，主要受径向力作用，且径向力作用不大时，选取深沟球轴承系列， 6406。结构参数见下表 （ 2）前轮受两方面的力的作用，所以选用圆锥滚子轴承， 30307。结构参数见下表 d 215轴承的轴向紧固方式 采用端盖紧固轴承外圈和轴肩紧固轴承内圈。 承的安装形式 除轮毂轴承外， 轴承均是成对出现的，均采用背对背方式安装定位。如下图： 轴承代号 尺寸（ d D B 6406 30 90 23 轴承代号 基本尺寸 mm d D T B C a 30307 35 80 1 18 17 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 17 - 联轴器的选择 K 由 择联轴器的型号与尺寸 T n /和 150 / m 再加上电动机和减速齿轮减速器输出轴与前轮转向传动联轴器的输出轴用于联接连接。选取 凸缘联轴器 ,选用 82 5 8 4 3 8 63 0 8 2426 5 8 4 3 8 61 8 4 2 G 分 别 为 轴 器 器凸缘联轴器的参数如下所示： (1) 额定转矩6 许用转速 n=7200r/孔直径 d=18 轴孔长度 L=301=80 D=64 螺栓 4量 : 转动惯量 (2) 额定转矩00 许用转速 n=5200r/孔直径 d=30 轴孔长度 L=60买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 18 - 10 D=90 螺栓 24量 : 转动惯量 形结构，技术参数如下表 速器的选择 选用型号为 其外形如下： 构尺寸如下 表： 向梯形设计 转向连杆梯形用来保证在小车转弯时，前轮轮子都尽可能绕一个瞬时转向中心，在尺寸 型号 a 2 2 h H H1 d3 l1 3 146 140 115 120 160 160 221 8 18j6 b1 1 d2 l2 b2 2 4 质量（不含油） 18 308 8 33 136 86 65 17 图 速器 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 19 - 不同的圆周上做无滑动的纯滚动。常用的转向梯 形有整体是和断开式两种，本设计采用的是整体式转向梯形。 要确定两个参数：一是梯形底角 ；二是梯形臂长 m。两个梯形臂延长线的交点 T，通常在距后轴 2/3L 附近，所以，可按照下式初选梯形底角 34 形臂的长度 m，可以参考现有汽车梯形臂长度与主销中心距 K 的比值的统计数据来进行初选，一般 m 的范围如下： m=（ K 初选了 和 m 后，还需要校核这个梯形是否能满足要求，可以用作图法进行校核。如下图 如图所示， A， B 是的交点延伸的主销的中心线与地面的点， 平行于纵向轴线的两条直线，相交于后轴，分别， C， D 点， E 是纵轴交点 接乳油，线任取一点点楼这一个， 符合，外眼角要求。 证明如下： 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 20 - 过 F 作 垂线，与 与 G。设0o t =c o t =2c o t c o t i=22 2c o t c o t i= =B G B E E F A E E G B E E F G F F E A L L由 于 相 似 于 ， 所 以（外轮转 角）；i=（内轮转角），则 0o t =c o t =2c o t c o t i =22 2c o t c o t i = =B G B E E F A E E G B E E F G F F E A L L由 于 相 似 于 ， 所 以因此，直线 轮转角正确关系的理想特性线。有了这条线，用图解法来校核就比较方便了。具体做法如下： （ 1）首先按初选转向梯形臂长 m；按初选底角，画出中间位置时的转向梯形图，所得图形如下 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 21 - （ 2） 再给出一系列内轮转角 i，通过作图求得相对应的外轮转角0。 （ 3）分别以 A、 B 为原点，把 i 和0画在图上，如下图所示。每对射线有一个交点，把这些交点连接起来，就得到在选定的梯形底角下的实际特性曲线。 转向梯形连杆机构如下图所示： 图 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 22 - 的选用与校核 键的选型 选用平头普通平键（ 1096 6 16 和 1096 7 20 键的校核 挤压强度条件公式 4 B=6 h=6 l=16 d=18 T=14 由轴与链轮 联轴器的材料选取 110（轻度冲击载荷） 4 4 1 4 1 0 0 0 3 2 . 4 1 1 1 01 8 6 1 6 a p P M 故满足挤压强度条件 同理 4 4 1 4 1 0 0 0 1 3 . 3 3 1 1 03 0 7 2 0 a p P M 满足挤压强度条件 紧固件选型 选型见下表 名称 个数 用途 螺钉 65 35 24 后轮端盖用的联接螺钉 螺栓 15 70 16 底板与电动机底座的紧固联接 螺母 6172 2 底板与电动机底座的紧固联接 螺栓 20*80 12 支脚与底座的联接 螺母 20 24 支脚与底座的联接 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 23 - 螺栓 10 60 4 减速器的联接螺栓 螺母 10 8 减速器的联接螺栓 螺栓 6 35 4 联轴器的联接螺栓 螺栓 8 35 4 联轴器的联接螺栓 螺母 联轴器的联接螺栓 螺母 联轴器的联接螺栓 螺栓 20 80 2 转向连杆联接螺栓 螺钉 8*12 3 紧定链轮的紧定螺钉 螺钉 5*6 3 紧定链轮的紧定螺钉 螺母 16 2 链轮预紧螺母 螺母 20 2 链轮预紧螺母 防松装置 防松装置采用双螺母防松和采用开口销防松 选用 销 5 60 链轮防松） 双螺母防松 开口销防松 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 24 - 密封件选择 轴的外表面均采用毡圈密封，材料为半粗羊毛毡。见下表 型号 个数 材料 毡圈 40 半粗羊毛毡 毡圈 40 半粗羊毛毡 毡圈 30 半粗羊毛毡 些标准零件一览表 型号名称 个数 型号名称 个数 毡圈 40 螺钉 5*6 3 毡圈 40 螺钉 8*12 3 毡圈 30 螺栓 20 80 2 销 5 40 螺母 螺母 20 2 螺母 螺母 16 2 螺栓 8 35 4 螺栓 6 35 4 螺母 10 8 螺栓 10 60 4 螺母 20 24 螺栓 20*80 12 螺母 6172 2 螺栓 15 70 16 螺母 6172 6 螺栓 57820 16 螺钉 65 35 24 82 5 8 4 3 8 63 0 8 2 轴 器 1 426 5 8 4 3 8 61 8 4 2Y L G 器 1 轴承 30307 4 轴承 6405 2 轴承 6406 6 10966 6 16 4 10968 7 20 4 减速器 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 - 25 - 4 总结 在大学的学习过程，毕业是我们社会的参与到实际的项目中一个很好的 演示文稿的规划和建设的一个重要方面。是毕业四年的学习和提高，并做同样的研究和开发工作的总结，必须有严谨求实的科学态度。毕业设计有一定的学术意义和实用价值，能够看出解决问题的能力体现的专业知识和分析。毕业后的整整两个月就要结束了，我的大学生活将结束。这是我们大学的最后也是最重要的一个设计阶段之中。毕业，是我们大学的一个试验已经学会在过去的四年中，它要求我们的大学四年能够消化所学知识，熟练应用和要求我们能够理论联系实际，培养我们的综合能力解决实际问题和能力。 在两个月内，我们继续学习，不断积累，并不断提高。在饶 老师的指导的指导下，我们从最初的开题，整体规划设计方案开始 ;大小后制定，选择和各部分的计算，绘制几个阶段装配图，零件图。在本次毕业设计也让我们进一步同学关系，给予了我很多的建议和意见，所以在这里我非常感谢帮助我同班同学。毕业设计，是我们已经了解到在四年内，如果实际测试，知识这四年中我们所学到的专业知识全面，让我回顾一下已经几乎被人遗忘的专业知识多学习一些实际经验的机械应用。 通过这样的设计，无论是我们的学习能力得到了锻炼，这是团队合作的精神，使我们得到了一个很好的锻炼，这是由我和两个谁已完成其他学生设计，在 整个设计过程中，我们两个人主动承担任务，分工，有几个设计变更和大量理论计算的积极配合，在努力