智能扫地机器人楼梯清扫机构设计

1、智能扫地机器人设计智能扫地机器人楼梯清扫机构的结构设计与仿真摘 要本文主要是对智能扫地机器人楼梯清扫结构的设计，为实现楼梯扫地机器人的功能特点，主要对它的机械结构进行设计，通过电机带动动力轮实现扫地机器人的运动，通过行星履带式结构进行爬楼。添加许多传感器，使机器更智能化，功能更加丰富。通过设计计算完善机器人的总体结构，最终进行实体建模，二维装配，完成本次设计内容。主要研究内容如下：1. 调研及分析2. 设计爬楼梯扫地机总体方案3. 爬楼梯扫地机器人的结构设计4. 爬楼梯扫地机器人的仿真分析关键词：楼梯扫地机器人，结构设计，仿真分析AbstractThis is mainly on the de

2、sign of the staircase sweeping robot, in order to achieve the functional characteristics of the staircase sweeping robot, mainly on its mechanical structure design, through the motor to drive the power wheel to achieve the movement of the sweeping robot, through the planetary crawler structure to cl

3、imb buildings. Many sensors are added to make the machine more intelligent and more functional. Through design and calculation, the overall structure of the robot is improved. Finally, solid modeling is carried out, 2d assembly is carried out and rendering is carried out to complete the design conte

4、nt.The main research contents are as follows:1. research and analysis2. Design the overall scheme of stair sweeper3. The structure design of the sweeping robot for climbing stairs4. Simulation analysis of stair sweeping robotKeywords: Sweeping Robot, Structural design, simulation analysis目录1 前言61.1本

5、设计的目的、意义及应达到的技术要求61.2本设计在国内外的发展概况及存在的问题71.3本设计应解决的主要问题82市场调研92.1调研背景92.2调研对象92.3调研结论113智能扫地机器人结构设计133.1行走机构的结构设计143.1.1主动轮与从动轮的结构设计143.1.2履带的设计173.1.3带轮以及同步带的设计183.2传动机构的结构设计213.2.1电机的选用223.2.2齿轮的设计233.2.3传动轴的设计273.2.4 键的校核303.2.5轴承的选用313.3清扫机构设计323.4总体装配图334智能扫地机器人的仿真分析355 结论37参考文献38谢 辞391 前言智能扫地机器

6、人作为日常生活中使用的的智能家居电器，它运用了人工智能技术来帮助我们人类完成日常生活中的一些清扫工作。通常会使用刷扫和真空方式来实现吸尘，将地面的垃圾灰尘等吸进装备中自带的垃圾盒里，从而完成清理地面的功能。1.1本设计的目的、意义及应达到的技术要求这些年来，伴随着机器人技术与人工智能技术的蓬勃发展，智能机器人技术已经成为世界范围内研究领域的焦点。可以预测，人类已经打开了机器人时代的大门，相信在不久之后，各种各样不同功能的机器人将会迅速普及到人们的工作和生活之中，智能机器人将会成为我们生活中密切的一部分，这些机器人的功能性也会覆盖到人类生活的方方面面。在这之中，智能扫地机器人是属于生活服务类型的

7、机器人，它与人类的日常生活有更加密切的接触联系。机器人的发展就好像上世纪80年代的个人电脑、上世纪90年代中期的手机一样，正处于产业真正起飞的前夕，巨大的市场前景已经可以看见。1随着人工智能机器人的研究有了越来越多的成果，结合了智能机器人技术和吸尘器技术的智能扫地机器人做到了室内环境的自动化清洁。从技术制造方面来说，智能机器人以及扫地机的多项技术在智能扫地机器人身上得到了比较好的体现。从市场前景来说，智能扫地机器人大幅度地降低人类花在清洁上的时间，降低了人类花在重复劳动上的时间就相当于增长了人类生命的长度，这对于人类的发展具有重要的意义，值得向市场推广。与传统手持式吸尘器相比，智能扫地机器人省

8、去了人力的操作，有效的提高了清洁的效率，而且小巧轻便，能清扫到普通吸尘器清扫不到的死角。为了使智能扫地机器人能更好的实现它的这些功能，这也是扫地机器人领域的研究热点之一。对各种各样不同的复杂环境的适应性，也是不同扫地机器人之间地主要区别。在复杂环境中的扫地机器人如何进行清洁任务多年来一直是扫地机器人研究中的热点问题之一。比如，扫地机器人在进行日常清扫任务时，无法识别攀爬楼梯，这时候只能人工调动扫地地机器人的位置。楼梯是家庭环境以及公共场所中的最为常见的障碍之一，若能克服楼梯障碍那就可以让扫地机器人更好地适用于不同环境中。随着现代社会生活的节奏日益加快，人们对美好生活的需求日益增长，在这个时候，

9、一个智能扫地机器人就可以让人们从繁重的家务中脱身，甩掉无谓的重复劳动，帮助人类节约出更多的时间去做更有意义的事情。1.2本设计在国内外的发展概况及存在的问题自从1904年的世界历史上第一台清扫机被英国人发明出来，到今天为止清扫机器的面世差不多有上百年的时间了。清洁机器人最早出现在于美国，随后发展的欧美，风靡港澳台，90年代中期进入大陆，现在市场上的自动扫地机器人主要几种品牌：（TOMEFON德国）斐纳扫地机器人，（irobot美国）irobot扫地机器人，（Proscenic台湾）浦桑尼克扫地机器人，（科沃斯中国）科沃斯扫地机器人，（PHILIPS荷兰）飞利浦扫地机器人等。2而在与机器人爬楼梯

10、机构相关地研究中，国外对此研究开始地依然比国内要早不少，最早的爬楼梯结构的专利出现在1892的年美国。在这之后，各国陆续开始投入到爬楼梯机构的研究中，其中美、英、德、日这些技术也相对比较成熟，科研成果也相对较多的国家则在研究中有更多的优势，并且已经有了一些产品经过了市场的检验。而我国对此类机构的研究开发虽然起步比较晚，但是近年来也不断涌现出了很多这个方面的专利，不过能够投入实际使用的实例还是比较少。智能扫地机器人在服务机器人这个领域中还算是一个新产品，尽管目前国内在这方面的研究开发已经取得一定的成果，推出的产品在市场上也取得了不错的反响，但是仍然有许多的关键技术问题未能得出完美的解决方案。不同

11、品牌的扫地机器人，有的按照一定的路线规划移动，有的可在房间内随机移动，这说明扫地地机器人的路线规划问题没有得到很好的解决。事实上，虽然国内外的公司已经向市场推出了不少的产品，但大部分的产品都未能达到令人满意的使用效果。清洁效果不理想，清扫时间长等大大小小的问题还存在着比较多。而且这种情况也不仅仅存在于中国，智能扫地机器人对于在复杂地形的清扫在世界范围依然是难题，比如楼梯，较窄锐的墙角等。以及清扫性能如何进一步提高也是一个难以攻克的问题。到目前为止，移动机器人应对楼梯等复杂环境所采用的运动机构有履带式、轮组式、步行式等。这三种机构各有各的优点与缺点。对于履带式机构，它的运动原理比较简单，也比较成

12、熟。履带式机构的优点是运动比较平稳，且对复杂地形适应能力非常强。它的缺点则在于机构重量比较大，而且转弯功能比较弱，这些问题限制了履带式爬楼梯结构在智能扫地机器人的应用。而第二种机构，轮组式爬楼梯机构的优点是运动轻便灵活，可以说彻底摆脱了履带式机构的缺点，但是上下楼梯时稳定性不高，会导致机器人的重心不稳，不容易在智能扫地机器人中应用。第三种步行式机构，步行式机构在外观上看上去是三种机构中最为复杂的，然而事实上在早期的机器人爬楼梯机构中一般都采用步行式机构。步行式也有称作为足式，它的爬楼梯机构的原理就是模仿动物用腿爬楼梯的动作，运用多条机械腿交替升降，让机器人像一只长腿的动物一样爬楼梯。步行式爬楼

13、梯机构爬楼梯时运动比较平稳，能够适应不同尺寸的楼梯; 但它对制造精度以及控制系统的要求很高，具体设计也比较复杂，而且在地面运动时动作比较缓慢，对于主要工作在平地上进行的扫地机器人不太适合。1.3本设计应解决的主要问题（1）智能扫地机器人在平地运行与爬楼梯动作之间的切换；（2）智能扫地机器人爬楼梯时的整体动作设计；（3）机器人要在能加上爬楼梯机构后不影响平地清扫；（4）精简优化内部结构，降低整个智能扫地机器人的能耗。2市场调研2.1调研背景在现在各种电器产品都追求智能化的时代，人们对于各种新奇事物的接受能力已经不似旧时代。对于能够改善他们生活质量，能够真正帮助到他们日常生活的工具，现在有越来越多

14、的人勇于尝试。在现在的市场上，扫地机器人已经不是什么稀奇的物件，也有很多家庭已经在使用。但还是有比较多的家庭对扫地机器人并不看好，因为现有的扫地机器人清扫的局限性，清扫效率，清扫效果都还是不好评价，不同品牌的扫地机器人各方面性能差异也是客观存在。对于这次我的设计目标，具备楼梯清扫功能的扫地机器人，市面上目前还没有有这样功能的扫地机器人，这想法本身并不稀奇，但是市面上并没有这样的产品，多半是因为结构设计起来具有一定难度，而且设计出来的结构又多出来其他方面的缺点，实用性欠缺，无法向市场推广。因为市面上的扫地机里没有具备爬楼梯功能的产品，于是本次市场调研里主要研究的是具备爬楼梯功能的其他产品，从具备

15、爬楼梯功能的其他产品的成功经验中研究爬楼梯扫地机器人的可行方案。2.2调研对象（1）欧航履带式电动爬楼老人椅（2）科沃斯地宝T5MAX扫地机器人（3）顺和爬楼折叠手拉车图2.1欧航履带式电动爬楼老人椅图2.2科沃斯地宝T5MAX扫地机器人图2.3顺和爬楼折叠手拉车2.3调研结论从图片上也很明显可以看出，传统扫地机与其他两个产品的体积相差甚远，当然产品功能性不同导致体积不同是主要原因，但同时是否也可以说明爬楼梯机构在当前技术下需要一定体积才可以实现？我认为是的。在传统扫地机的体积框架下，要想加入爬楼梯机构实现难度非常大，那要想加上爬楼梯机构就必须增大扫地机的体型，不能被传统扫地机的小巧体型框住想

16、法。然后在最重要的爬楼梯功能上，调研中的老人椅采用的是履带式机构，手推车采用的是组合轮机构，履带式机构的优点是运动非常平稳，地形适应性也比较强，但是转弯功能相对较弱，轮组式机构的优点是运动较为轻便灵活，但是在爬楼梯运动中容易引起重心不稳，稳定性不高。经过总结后，我们想出以下几种方案:方案一：运用履带式机构实现爬楼梯功能。运用传统扫地地机器人的外形框架，在扫地机器人两侧加上可以升降的履带轮条，在平地里履带轮条升起，扫地机器人清扫状态与传统扫地机器人一致，在爬楼梯时，履带轮条下降触地，撑起扫地机器人往上爬。方案二：运用轮组式机构实现爬楼梯功能。将扫地机器人的箱体改成方形，将将扫地机器人的轮子改成如

17、同调研中手推车样式的轮组，装在扫地机器人箱体外侧，让扫地机器人外形如同一辆小车一般。爬楼梯时小轮锁住，大轮转动，让小轮卡住楼梯角来带动扫地机器人爬楼梯。方案三：结合了两种机构的特点，在方案二的基础上，让轮组套上履带，利用履带的外齿来卡住楼梯边角，加强扫地机器人对楼梯的附着力，同时让扫地机器人可以更加稳定地进行爬楼动作，也可以让清扫工作更加稳定地进行。将三种方案对比比较以及与同组组员的沟通商量之后，我们最终确定了选用方案三作为最终方案来进行研究设计。3智能扫地机器人结构设计本次设计的智能扫地机器人主要由几个部分组成，分别是传动机构、行走机构、清扫机构、和车体。在这次的设计中我运用的是SOLIDW

18、ORKS软件，先对各个零件进行计算以及形状设计，思考组装的合理性，再将各零部件组装到一起，最终完成智能扫地机器人的结构设计。本次设计的智能扫地机器人总体三维图如图3.1所示。本次设计的扫地机器人采取的方案是：采用伺服电机驱动，由于传动的精度较高，采用伺服电机可以提高转动的精度，传动采用传动带，通过带上的轮子带动传动轴，传动轴上采用齿轮减速，通过带动履带的转动，从而实现行走。履带的结构比较平稳，是扫地机器人进行爬楼梯动作的关键部件，在扫地机器人进行爬楼梯的动作时，履带附带的外齿可以卡住楼梯边角，增大扫地机器人对楼梯的附着力。履带部件包括电机、轮子和履带，通过电机驱动主动滑轮，通过履带与从动滑轮的

19、连接实现行走，可以在楼梯上进行爬行，而且重心也比较稳定。不容易在爬楼梯的过程中翻车，平稳的爬楼运动也让清扫任务可以更加稳定的进行。图3.1楼梯扫地机器人总体方案3.1行走机构的结构设计三角形履带机构包括三个轮子，分别为一个主动轮和两个从动轮，主动轮是通过同步轮进行驱动，带动主动轮旋转，三个轮子通过履带进行张紧，履带上有许多的外齿可以增大行走的摩擦力，同时也增大了扫地机器人对楼梯的附着力。三个轮子用三角支撑板进行安装固定，如图3.2所示为三角形履带机构。在进行平面运动时，三角支撑板相对地面不动，带轮旋转带动主动轮旋转，主动轮通过履带带动两个从动轮旋转，从而让扫地机器人像坦克一样动起来。在进行爬楼

20、梯运动时，三角支撑板相对于里面的四个轮子不动，相对于地面转动，将整体形成一个三角形的轮子，通过履带外齿对楼梯边角的阻力带动扫地机器人往楼梯上方爬行。 图3.2三角形履带机构3.1.1主动轮与从动轮的结构设计因为轮子与履带啮合类似于齿轮，所以下面用设计软齿面齿轮的方式来设计主动轮与从动轮。主动轮如图3.3所示。材料选用45刚，而带轮组两边两个带轮的尺寸是一样的，而且它们三个带轮是组合使用，所以功率也是0.44KW，转速也是和中间带轮一样为318r/min。确定许用应力：齿面接触强度极限：轮齿弯曲强度极限：按齿面接触强度设计：轮子的转矩：齿数取z=20，模数m=d/z=2.54取m=2.5则d=m

21、z=2.5*20=50mm所以轮子直径为50mm。取齿宽系数d=0.5，齿宽b=d*d=25mm再按弯曲强度校核：查机械设计手册得：齿形系数YFa1=2.56，YSa1=1.63 符合设计要求。主动轮的直径为50mm，齿宽为25mm。从动轮在本设计中与主动轮结构一致。二维图如图3.4所示。图3.3主动轮图3.4主动轮的二维图3.1.2履带的设计本次设计的智能扫地机器人，通过履带与地面和楼梯的静摩擦力来实现平面移动和爬楼梯的功能，因为履带是靠里面的一个主动轮和两个从动轮撑起来，于是这里根据主动轮的尺寸来确定履带的尺寸。最终选用的履带型号为25*10*62。履带宽度25mm，履带节距10mm，履带

22、节数62节。履带三维图如图3.5所示。图3.5履带3.1.3带轮以及同步带的设计一般的同步带分为PVC橡胶和聚氨酯钢丝同步带。因为本设计的应用场景可能会有水的出现，橡胶是不耐水的，而且我们的设计有时候需要高负载运转，所以同步带材料类型选用聚氨酯钢丝同步带。本次设计的同步带的作用就是将电机的功率传递给轮子，通过带轮的传递将动力传递给履带机构上的主动轮， 采用同步轮的原因主要是首先同步轮的结构比较紧凑，而且传动比比较稳定，传递效率也高，容易安装，同步轮装在框架上可以提高张力，下面对同步轮进行设计计算。带轮与同步带三维图如图3.6和图3.7所示。带轮二维图如图3.8所示。首先对同步带的设计功率进行计

23、算，根据公式式中-载荷修改系数，这里载荷较小，取=1.1;P-工作机上电机的功率，前面计算可以得知电机的功率P=0.4W;带轮转速的确定前面计算出大齿轮的转速为318r/min，大齿轮与同步轮转速相同，因此带轮的转速选定同步带带型和节距 由于功率较小，初步选择同步带的型号为S8M齿形同步带，节距，通过查表知道带轮最小齿数为20，现在选取带轮齿数为20。可以计算出带轮的分度圆直径为：=50mm同步带的速度v的计算带轮中心距的计算根据电机的安装位置以及带轮的安装位置取中心距大小为。同步带带长及其齿数确定=() = =460mm图3.6带轮图3.7同步带 图3.8带轮二维图3.2传动机构的结构设计本

24、次设计的传动机构，由伺服电机，空心传动轴，齿轮组，同步带系统，花键轴和深沟球轴承组成。采用两个电机同时驱动，采用电机驱动同步轮和齿轮，将电机的输出传递给空心传动轴，空心传动轴带动履带机构的主动轮转动，通过齿轮箱的作用每个电机可以控制两个轮子进行转动，空心传动轴与轮子通过花键连接，这样可以增大传递的扭矩，如图3.9所示为传动系统设计。四个齿轮箱内齿轮组是相同的，四根空心轴管也是相同的，两个同步轮系统也是相同的。传动机构如图3.9所示。在平面运动时，两侧电机不工作，中间电机通过双面同步带将动力传递给，同步轮，同步轮通过空心轴管将动力传递给花键轴，花键轴将动力传递给带轮，带轮带动主动轮、从动轮以及履

25、带相对地面旋转，以此实现在平地上的行走。在爬楼梯运动时，中间电机不工作，两侧电机通过同步轮系统将动力传递给齿轮箱内的小齿轮，小齿轮通过大齿轮将动力传递给与三角支撑板，从而让整个大三角轮相对地面和楼梯旋转，以此实现爬楼梯的动作。与在平地上行走不同，让整个智能扫地机器人爬上楼梯所需动力比较大，所以采用了两个电机来为爬楼梯动作提供动力，两个电机分别控制前后两对大三角轮转动，互不干涉。图3.9传动系统的设计3.2.1电机的选用电机的好坏很大程度上决定了设备的性能，选价格低的电机，但转速与稳定性达不到要求；选价格高的电机，但高性能又显得有些过剩。电机的选择不能盲目的关注价格高低性能好坏，应该根据工作环境

26、、供电源的种类等实际因素决定。下面是几条电机选择应该考虑的因素。（1）看供电源是什么类型，要区分交流、直流、三相电、单相电，不能盲目的选一款电机直接装上，不仅会对电机造成损坏，严重的还会造成安全事故。（2）实地考察电机的工作环境，炎热或寒冷、干燥或潮湿、是否在磁场环境中，工作地是否有粉尘等，不同的工作环境对应的选择不同的配置的电机，例如在磁场环境中工作就要选择电机外壳具有屏蔽磁场作用的电机。（3）电机的运作方式，由于工作要求，电机可能会持续不断地运作或者不连续的运作，如果工作是不连续的而选择一款起动速度慢的电机肯定是不合理的。（4）电机的安装方式，电机的型号各种各样，甚至同款电机也有不同的安装

27、方式，有卧式、立式、侧卧式等等，不同安装方式选用不同电机罩外壳，如果市面上没有你所需要安装方式的电机还得定制。本设备中采用的是卧式安装的电机。（5）电机的功率和转速，实际工作中，一款设备可能会生产或运送多种产品，生产不同的产品产生的负载也不相同，这时候我们应该考虑周全，根据最大负载来选定电机的功率和转速。在这里我取最大负载G=25KG，设定机器人的移动速度v=1m/s，机器人需要的牵引力为履带与地面的摩擦力，查得摩擦系数，那么需要的牵引力，因此轮子行走所需要的功率为：-为带传动的传递效率；-为轴承的传递效率。电动机选择应保证： 由于采用的是两个电机同时驱动，因此单个电机的功率需要大于P/2=0

28、.5KW因此选择伺服电机的功率为0.75KW，最大转速是3000转每分钟。已知轮子的直径为60毫米，行走速度为1米每秒，这样可以计算出轮子的转速为传动比分配，设计同步带的传动比为1，齿轮的传动比为2，这样可以计算出齿轮箱的传动比为3.2.2齿轮的设计（1）对传动齿轮的类型、齿轮的精度、材料和齿数进行选择。1）由于轮子主要承受的是径向力，轴向力作用较小，因此本设计选用圆柱直齿轮。2）由于转速为318r/min，因此转速不高，齿轮选用8级精度。3）小齿轮齿轮材料选用40Cr，调质处理，硬度是280HBS，大齿轮材料选用45刚，调质处理，硬度是240HBS。4）根据前面的计算可以得知大齿轮的工作转速

29、为318r/min，齿轮传动比为u=2，选圆柱直齿轮齿数Z1=30,则Z2=uZ1=60， （2）根据齿轮齿面的接触疲劳强度来进行设计计算确定公式内的各计算值由机械设计手册10-7取，载荷系数，材料弹性影响系数ZE=189.8Mpa12，齿轮的接触疲劳强度极限Lim1=600Mpa，圆柱直齿轮的接触疲劳极限Lim2=550Mpa，寿命系数为。计算齿轮传递的转矩：计算接触疲劳许用应力试算齿轮的分度圆直径，带入中的较小值得 =31.03mm计算圆周速度v：计算齿宽b：计算齿宽与齿高比模数：齿高：由机械设计手册10-2查得KA=1，根据，8级精度，可查机械设计手册10-8取动载荷系数，Kv=0.98

30、，由机械设计手册10-3查得KH=1.2，由机械设计手册10-4查的KH=1.4。故载荷系数K=KAKvKHKH=10.981.21.4=1.646。按实际载荷系数校正所计算得到分度圆直径d1=d1t3KKt=31.0331.6461.1=35.49mm计算模数与中心距m=dz=1.2取模数为1.5d1=zm=301.5=45mm中心距a=（d1+d2）/2=67.5mm齿轮的三维图如图3.10和图3.11，二维图如图3.12和图3.13。图3.10 大齿轮图3.11小齿轮图3.12大齿轮二维图图3.13小齿轮二维图3.2.3传动轴的设计首先计算齿轮的圆周力大小：Ft=2T/d2=27162/

31、90=159N求径向力Fr：Fr=Fttan=159tan20=58N根据力平衡分别可以计算出轴承的支撑力：可以计算出：Ra=117N；Rb=42N；Ra+Rb=Ft=58N；35Ra=100Rb然后根据轴向力平衡可以计算出：然后算出：；做出各平面受力分析图、弯矩图和扭矩图，如图3.14示：图3.14各平面受力分析图、弯矩图根据计算公式及上面所算的d截面的弯矩和扭矩，以及轴运动时需正反转，扭转切应力为对称循环变应力，取=1，轴的计算应力：前已选定轴的材料为45，调质处理，查得-1=60MPa。因此，故安全。传动轴的三维图和二维图如图3.15和图3.16所示。图3.15传动轴 图3.16传动轴二

32、维图3.2.4 键的校核键的选择是机械设计中一项不可忽视的一部分,键的选择包括选型和确定尺寸两个范畴，键的选型应根据键联接的具体设计、根据人的需求和实际工作环境来挑选，键的尺寸则按适合标准规格和强度要求来选择。电机与带轮的连接是通过花键进行连接，下面对键进行强度的校核，理想情况下，载荷在工作面上平均分布，用于计算挤压的公式为 电机与带轮之间是通过键连接，已知电机的轴径为14mm，选用的是普通平键，键槽的尺寸键宽和键高分别为5mmx5mm，键的长度为15mm，这样可以计算出键的挤压应力为 13.64MPa 查的为100-120MPa。因此：设计中的键连接满足挤压强度要求。3.2.5轴承的选用轴承

33、对于当代机械设备而言一种极其重要的零件。轴承可以对机械旋转体起到支持作用，同时大大降低了旋转中的摩擦系数，重要的是，它还能提高旋转的精度。轴承的好坏很大程度上决定了设备的性能，因此要选择合适的轴承，如果选择承受载荷方向不对的轴承，则会影响轴承的寿命。下面是几条轴承选择应该考虑的因素。1、选择轴承类型的主要依据是轴承所承受载荷的大小，方向和性质。以轴承承受载荷大小作为选择轴承的因素时，因滚子轴承在受力时的受力方式是线接触，因此可以比受力方式是点接触的轴承接受更大的载荷，而且变形也不大。然而球轴承靠点接触，因此不能承受太大载荷，应该适用在不太重的载荷。2.轴承的转速。在转速较高时，转速对轴承影响较

34、大。每个类型、每种型号的轴承都有自己的极限转速。此极限转速指工况为冷却情况较好，轴承承受的载荷较小，且为0公差轴承，这种情况下工作允许的最大的转速。但是随着转速的越来越高工作温度也会不断升高，因此，根据转速选择轴承时，要留有一定的安全系数，不能按最大机械转速选其最大转速。3轴承的调心性能。当轴承与轴的中心线不完全重叠在一起，存在一定量的偏差时，或者因为轴受到外力引起的其他情况时，会引起轴承的外、内圈轴线随之倾斜。这种情况，有调心性能的调心滚子轴承或者调心球轴承是比较好的选择。这样轴承自己自己调节，保证内外圈有较小的倾斜时依然可以正常工作。当轴的刚度较小，或者是轴承座孔的支承刚度不大的情况下，有

35、两种轴承对倾斜比较不耐受，分别是滚针轴承和圆柱滚子轴承，此情况下应该避免使用这两种轴承。而且球轴承在倾斜的状态下的承受载荷能力都大于这两类轴承，因此偏心的时候要避开这两种轴承。4.在整体机构的装配和拆卸的时候，哪种轴承更加容易装配和拆卸，这也是选择轴承类型的一个重要原因。本设计中有一处需要安装轴承，由于本设计中轴的转速不大，因此暂且不用轴承允许的最大转速，而且主轴没有因为受力而弯曲，因此不需要考虑调心轴承。皮带旋转过程中只产生径向载荷，所以初选深沟球轴承。轴承作为本设计中轴以及轴上零件连接的唯一标准件，在本设计中占有重要地位。轴承在承受载荷满足设计要求的情况下，寿命是另一项重要指标，轴承的寿命

36、对安全门的维修频率，整机寿命都有很大的影响，因此本章节主要是计算轴承的寿命，保证装置的使用寿命。为实现轮子的直线行走，电机带动带轮转动。根据载荷受力方向和大小，此处不承受轴向力，因此选用深沟球轴承，根据轴径10mm选用轴承6001。查询设计手册可得知深沟球轴承基本性能参数，其基本额定动载荷Cor=4.55kN，静载荷Cr=7.05kN；由于转速较低，采用的润滑形式为脂，可以承受极限转速为1600r/min。计算当量动载荷P轴承质量为0.042kg，轴承质量偏小，其轴向力0.42N，受电扭矩作用在轴承的径向力。通过带轮作用到轴承的径向力为200N，轴向力为1.5N，故轴承承受径向力为200N，轴

37、向承受力为0.42N。则有Fr1=Fr2=100N，Fa1=Fa2=0.21N。根据轴承的当量动载荷计算公式 由于轴向力与径向力略大，故查表得系数X=1，Y=0,所以有 查得系数为1.1，则当量动载荷=1.1100=110N则该对轴承的最短寿命为=32.06106h所以该轴承寿命为32.06106h小时，满足设计需求。3.3清扫机构设计在底盘的两边各布置一组旋转刷头，高速旋转清扫地面。上端连接部分材料使用ABS塑料，刷毛部分材料使用人造纤维制成。具体如图3.17和图3.18所示。图3.17扫地刷头图3.18刷头端二维图3.4总体装配图根据上文对各个零件完成的结构设计，再将各个零件装配到一起，得出装配图如图3.19所示。图3.19总体装配图4智能扫地机器人的仿真分析 将第三章设计的各个零件装配到一起后，运用SOLIDWORKS软件的运动算例功能，将智能扫地机器人爬楼梯的动作模拟出来。如图4.1是扫地机器人传动机构的仿真图，图4.2是扫地机器人进行爬楼梯动作的仿真图。图4.1传动传动机构运动仿真 图4.2 楼梯清扫运动仿真5 结论本文主要对智能扫地机器人进行研究，通过参考近年来扫地机器人研究的部分相关成果上，设计履