视觉导航履带式移动机器人小车的研究设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 本设计的研究内容是视觉导航 履带式 移动机器人 小车 的 研究设计 ，其核心内容是应用 单片机 控制电机实现机器人 小车 的左转弯、右转弯、前进和停止等动作。 论文内容包括四个部分：简要介绍了移动机器人研究 背景、意义、 现状 及发展前景，视觉导航 履带 式移动机器人 小车 的设计原理及方案，机械 部分的 结构 设计 ，控制系统设计 和 视觉系统设计 。论文详细地介绍了移动机器人 机械部分的结构 设计 。 设计小车利用履带式底盘作为机械装置，采用双驱控制，加装视觉摄像头、控制电机，编码器等装置实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量 ，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。 主要设计 内容包括： 器人采用两轮独立驱动的履带结构，动力源采用直流无刷电机，减速和传动装置采用齿轮传动，利用差速移动平台实现机器人的转向，选用增量式光电编码器进行对机器人速度的检测，实现机器人的定位。 制部分采用 号单片机进行接受命令和产生驱动信号，电机的驱动部分采用 片利用接受到的单片机发出的信号来控制电机的转速。 3. 传感器部分：利用 视 觉 传感器 收集图像，送至上位机进行图像处理 关键词： 移动机器人，运动控制， 单片机 控制， 视觉系统 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of is of of of is of in of a to as of by to of of 1 by dc by s to of 2 CM to to 3 ey 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . I . 绪论 . 1 . 2 . 2 . 3 2 视觉机器人设计方案的确定 . 6 . 6 . 9 . 11 3 机器人 机械部分的设计与计算 . 12 . 13 4 机器人 控制系统的设计与选型 . 28 . 29 . 30 5 移动机器人的图像处理技术 . 31 . 31 . 32 . 33 总 结 . 谢 .考文 献 . 录 1 . 录 2 .文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 1 绪论 器人的研究 背景 “机器人 ”一词出自捷克文，意为劳役或苦工。 1920 年，捷克斯洛伐克小说家、剧作家恰佩克在他写的科学幻 想戏剧罗素姆万能机器人中第一次使用了机器人一词。此后被欧洲各国语言所吸收而成为专门名词。 20 世纪 50 年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人； 60 年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用； 1969 年，美国通用汽车公司用 21 台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。 机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，同 时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，就加强了本国的经 济的发展。比如说日本，战后以后开始进行汽车的工业，那么这时候由于它人力的缺乏，它迫切需要一种机器人来进行大批量的制造，提高生产效率降低人的劳动强度，这是从社会发展需求本身的一个需求。另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么人类的发展随着人们逐渐的这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中 ,来需求能够解放人的一种奴隶 。那么这种奴隶就是代替人们去能够从事复杂和繁重的体力劳动，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。但另一方面，尽管人们有各种各样的好的想法，但是它也归功于电子技术，计算机技术以及制造技术等相关技术的发展而产生了提供了强大的技术保证。 器人的研究意义 由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产， 70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。工业机器人按执行机构运动的控制机能可分点位型和连续轨迹型。点位型 只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。 具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的 “宏指令 ”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。 为什么要发展机器人 ?简单说，机器人有三个方面是我们必要去发展的理由 :一个是买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 机器人干人不愿意干的事，把人从有毒的、有害的、高温的或危险的，这样 的环境中解放出来，同时机器人可以干不好干的活，比方说在汽车生产线上我们看到工人天天拿着一百多公斤的焊钳 ,一天焊几千个点，就重复性的劳动，一方面他很累，但是产品的质量仍然很低；另一方面机器人干人干不了的活，这也是非常重要的机器人发展的一个理由，比方说人们对太空的认识，人上不去的时候，叫机器人上天，上月球，以及到海洋，进入到人体的小机器人，以及在微观环境下，对原子分子进行搬迁的机器人，都是人们不可达的工作。上述方面的三个问题，也就是说机器人发展的三个理由。 器人的研究 现状及发展前景 器人 的研究现状 1920 年捷克斯洛伐克作家卡雷尔 恰佩克在他的科幻小说罗萨姆的机器人万能公司中 ,根据 克文 ,原意为 劳役、苦工 )和 兰文 ,原意为 工人 ),创造出 机器人 这个词。 1939 年美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人 由电缆控制 ,可以行走 ,会说 77 个字 ,甚至可以抽烟 ,不过离真正干家务活还差得远。但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。 1942 年美国科幻巨匠阿西莫夫提出 机器人三定律 。虽然这只是科幻小说里的创造 ,但后来成 为学术界默认的研发原则。 1948 年诺伯特 维纳出版控制论 ,阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律 ,率先提出以计算机为核心的自动化工厂。 1954 年美国人乔治 德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人 ,并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作 ,因此具有通用性和灵活性。 1956 年在达特茅斯会议上 ,马文 明斯基提出了他对智能机器的看法 :智能机器 能够创建周围环境的抽象模型 ,如果遇到问题 ,能够从抽象模型中寻找解决方法 。这个定义影响到以后 30 年智能机器人的研究方向 。 1959 年德沃尔与美国发明家约瑟夫 英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后 ,成立了世界上第一家机器人制造工厂 司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传 ,他也被称为 工业机器人之父 。 1962 年美国 司生产出 意思是万能搬运 ),与 司生产的 样成为真正商业化的工业机器人 ,并出口到世界各国 ,掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。 1962 年 传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装各 种各样的传感器 ,包括 1961 年恩斯特采用的触觉传感器 ,托莫维奇和博尼 1962 年在世买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 界上最早的 灵巧手 上用到了压力传感器 ,而麦卡锡 1963 年则开始在机器人中加入视觉传感系统 ,并在 1965 年 ,帮助 出了世界上第一个带有视觉传感器 ,能识别并定位积木的机器人系统。 1965 年约翰 霍普金斯大学应用物理实验室研制出 器人。 经能通过声纳系统、光电管等装置 ,根据环境校正自己的位置。 20 世纪 60 年代中期开始 ,美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究 第二代带传感器、 有感觉 的机器人 ,并向人工智能进发。 1968 年美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人 带有视觉传感器 ,能根据人的指令发现并抓取积木 ,不过控制它的计算机有一个房间那么大。 以算是世界第一台智能机器人 ,拉开了第三代机器人研发的序幕。 1969 年日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人 ,被誉为 仿人机器人之父 。日本专家一向以研发仿人机器人和娱乐机器人的技术见长 ,后来更进一步 ,催生出本田公司的 索 尼公司的 1973 年世界上第一次机器人和小型计算机携手合作 ,就诞生了美国司的机器人 1978 年美国 司推出通用工业机器人 标志着工业机器人技术已经完全成熟。 今仍然工作在工厂第一线。 1984 年英格伯格再推机器人 种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送邮件。同年 ,他还预言 :我要让机器人擦地板 ,做饭 ,出去帮我洗车 ,检查安全 。 1998 年丹麦乐高公司推出机器人 (件 ,让机器人制造变得跟搭积木一样 ,相对简单又能任意拼装 ,使机器人开始走入个人世界。 1999 年日本索尼公司推出犬型机器人爱宝 (当即销售一空 ,从此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。 2002 年丹麦 司推出了吸尘器机器人 能避开障碍 ,自动设计行进路线 ,还能在电量不足时 ,自动驶向充电座。 目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。 2006 年 6 月 ,微软公司推出 器人模块化、平台统一化的趋势越来 越明显 ,比尔 盖茨预言 ,家用机器人很快将席卷全球 。 器人的发展前景 目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。主要研究内容集中在以下 10 个方面： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 1工业机器人操作机结构的优化设计技术：探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载 /自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。 2机器人控制技术：重点研究开放式，模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的 标准化和网络化，以及基于 网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点。 3多传感系统：为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。 4机器人的结构灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。 5机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者之间的协调控制 ，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。 6虚拟机器人技术：基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。 7多智能体（ 控制技术：这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。 8微型和微小机器人技术（ :这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方 向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。 9软机器人技术（ :主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。 10仿人和仿生技术：这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 2 视觉机器人设计方案的确定 觉移动机器人机械结构设计方案 力源的论证与选择 表 2优缺点比较： 方案 1 直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便， 小车机内部装有减速齿轮组，所以并不需要考虑调速功能，很方便的就可以实现通过单片机对直流减速电机前进、后退、停止等操作。而且无刷直流电机采用方波电流供电，所用优点 缺点 直流电机 1、无刷直流电机采用方波电流供电，所用电机的转矩/体积比更高。 2、无刷直流电机结构更简单、制造成本更低。 3、产生方波电压和电流的变频器比产生正弦波电压和电流的变频器简单，选用无刷直流电机更好。 电枢电压，适合应用在 0基速以下范围内调速 。不能达到电机的最高转速。 激磁电压，适合应用在基速以上，弱磁升速。 不能得到电机的较低转速。 电枢电压，电枢全电压之后，弱磁升速。适合应用在调速范围大的情况。这是直流电机最完善的调速方式，但设备复杂，造价高。 交流电机 构简单、体积小、重量轻、动态响应好； 速范围广、响应频率高。 带动惯性负载能力差，一般需用齿轮减速装置； 交流伺服电动机的多用于中小型数控机床。 步进电机 转或反转； 构简单，使用、维修方便，制造成本低。 效率较低，发热大，有时会“失步”。 步进电机适用于中、小型机床和速度精度要求不高的地方。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 电机的转矩 /体积比更高。无刷直流电机结构更简单、制造成本更低 。无刷直流电机产生方波电压和电流的变频器比产生正弦波电压和电流的变频器简单，选用无刷直流电机更好。 方案 2 交流电机分为同步电机与异步电机。异步电动机按照定子相数的不同分为单项异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等优点，广泛应用于工农业生产中。同步电动机的主要运行方式有三种，可以作为发电机，电动机，和补偿机。同步电动机主要用来发电。作为电动机使用时可以调节功率因数，在不需要调速的情况下可以提高运行效率。作为补偿机器时，改变励磁电流可以改善电网功率因数，调节电 网电压。然而交流电机必须携带电源线，这对于机器人来说不太方便并且由于机器人在行驶过程中需要对速度进行调整，而交流电机无法实现速度的变换。 方案 3 步进电机 是将电 脉冲 信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个 步距脚 。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。但步进电机并不能象普通的直流电机， 交流电机 在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 缺点是效率较低，发热大，有时会“失步”。 最终方案：本次设计使用直流无刷电机 动方式的选择 方案 1： 轮式 机构 方案 2：履带式结构 优缺点的比较： 方案 1 轮式 结构 是一个马达作为动力，通过变速箱驱动后轮；另一个马达转动导向轮来决定行驶方向。优点是在直道行驶速度较快、 方向和速度相互独立。 缺点为转弯半径大、驱动轮易打滑、导向轮方向不易精确控制。 方案 2 履带结构是 两个电机分别驱动两条履带。优点是可以在原地转动；在不平的路面上性能稳定，牵引力大。缺点为速度慢、速度和方向不能单独控制摩擦力很大； 能量损耗大，机械结构复杂。 最终方案 ：履带结构能适应更为复杂的环境 ，本次设计选用履带式结构 源的论证与选择 由于本系统需要电池供电，我们考虑了如下集中方案为系统供电。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 方案 1： 采用 10 节 电池供电，电压达到 15V，经 7812 稳压后给支流电机供电，然后将 12V 电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。但干电池电量有限，使用大量的 干电池给系统调试带来很大的不便，因此，我们放弃了这种方案。 方案 2： 采用 12V 蓄电池为 直流电机 供电 ，将 12V 电压降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。 蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。 虽然 蓄电池的体积过于庞大，在小型电动车上使用极为不方便 ，但由于我们的车体设计时留出了足够的空间，并且蓄电池的价格比较低 。因此我们 选择 了此方案。 综上考虑，我们选择了方案 2 动方式的选择 方案 1：带传动 方案 2：齿轮传动 优缺点的比较： 方案 1带传动是利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力 传递的一种机械传动。根据传动原理的不同，有靠带与带轮间的摩擦力传动的摩擦型带传动，也有靠带与带轮上的齿相互啮合传动的同步带传动带传动具有结构简单、传动平稳 ， 且其造价低廉、不需润滑、维护容易等特点。 方案 2齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点 。 表 2传动与齿轮传动的比较 优点 缺点 带传动 此传动过程中可以起到缓冲和吸震的作 用，是传动平稳； 会产生打滑，能防止工件的损坏，从而保护原动机； 带是靠摩擦进行传动的，而带传动产生的打滑使传动比不确定，同时代的尺寸较大，传动效率低 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 齿轮传动 达到96% 2.带传动和链传动所需空间小； 制造及安装精度较高，不宜用于传动比过大的场合； 感器的选择 方案一：使用红外传感器导航 任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器是利用红外线的物理性质来进 行测量的传感器，红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。但是红外传感器在测距和探障过程中易受可见光的影响，特别在一些光线较强以及环境温度基本一样的条件下，其性能下降迅速，此外，使用红外传感器还需预先设定好轨迹，不宜于移动机器人的自主移动。 方案二：使用超声波传感器导航 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传 播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。 超声波传感器应用起来原理简单，也很方便，成本也很低。但是目前的超声波传感器都有一些缺点，比如，反射问题，噪音，交叉问题。 方案三 视觉传感器 视觉传感器具有从一整幅图像捕获光线的数以千计的像素的能力，它主要部件就是照相机或摄像机，在捕获图像之后，视觉传感器将其与内存中存储的基准图像进行比较，以做出分析。视觉传感器通常因其精确性、易用 性、丰富功能及合理成本而成为最佳选择。 终方案 ： 基于视觉的移动 机器人实用履带式 结构 ，用采用 充电动力电池组，使用直流 无刷电机作为机器人的动力源，利用视觉传感器采集图像， 通过 单片机 控制直流电机可以实现小车的前进，后退以及转向等功能 。 觉移动机器人控制系统设计方案 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 制系统的选择 可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储 程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。 硬件结构基本上与微型计算机相同， 由 存器、电源构成。 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 读存储器 种 I/时器 /计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、 A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的 计算机系统。 泛的应用在控制系统中，但是它们依然具有不同，他们的区别为： 部分用在较大型的设备上。因为其价格较高，一般都是附加值较高的自动控制系统才会考虑。 特点： 可靠性高，抗干扰能力强 ； 硬件配套齐全，功能完善，适用性强 ； 易学易用，深受工程技术人员欢迎 ； 系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造 ； 体积小，重量轻，能耗低 。 单片机控制 单片机又称单片微控制器 ,它不是完成某一个逻辑功能的芯片 ,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和 计算机相比，单片机只缺少了 I/括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、为学习、应用和开发提供了便利条件 ，同时单片机的成本比 合考虑 本次设计 选择单片 机控制。 单片机有 8 位， 16 位， 32 位等，这里的位指单片机 次处理能力 ,8 位是指单片机一次可以计算 8 位数据 ,16 位是指单片机一次可以计算 16 位数据 ,依次类推，在此次设计中用 8位单片机完全可以完成对机器人的控制，另考虑经济等方面， 本次设计 选择 8位单片机 . 制器的软件设计 在归纳了移动机器人各种运动行为的基 础上，我们 总结了机器人的如下运动方式 : 两个电机启动。 2停止 :两个电机停止转动。 两个电机同时在现有速度基础上增加一个数量级，实现加速。 两个电机同时在现有速度基础上减小一个数量级，实现减速。 改变一个电机的转向，完成转弯后作直线运动。 两个电机以相同的速度和转向运动。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 这些 运动 覆盖了差动轮式移动系统的所有基本动作，通过一系列电机控制的组合就可以灵活地控制机器人完成它所能够做到的任何动作。当移动机器人需要做出某种动作时，车载机只须将期望动作翻译为一个电 机指令序列，发布给运动控制器，运动控制器就可以按部就班地控制机器人予以完成。 动机器人的视觉系统设计方案 机器人的视觉系统一般包括硬件与软件两个部分 ,前者是系统的基础 ,后者主要包括实现图像处理的基本算法以及一些实现人机交互的接口程序 . 基于计算机视觉的移动机器人导航实验系统的 硬件 部分由计算机、摄像头、 机器人地盘 组成。软件分为 两 部分，即图像处理和机器人运动控制。基于视觉导航的原始输入图像是连续的数字视频图像。系统工作时，图像预处理模块首先对原始的输入图像进行缩小、边缘检测、等预处理。其次利用 计算机计 算并 提取出对机器人有用的路径信息。最后，运动控制模块根据识别的路径信息，调用直行或转弯功能模块使机器人做相应的移动。 获 取 图 像特 征 抽 出 和分 割计 算 距 离 和角 度驱 动 机 器 人步 进 电 机 的 转向 和 速 度输 出 脉 冲摄 像 头 位 置和 伺 服 系 统图 像 处 理 单 元运 动 控 制 模 块图 2器人的控制原理 在本次设计中，采用的是用摄像头实时的采集 图像 信息，经过 上位机 的内部处理，通过单片机控制电机 来 实现运动要求 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 3 机器人 机械部分 的设计 与 计算 动机的选择与计算 已知驱动轮直径 D=120V=s 按工作要求和条件，选用直流无刷电机，电压 12V. 电动机功率的选 择： 机器人的设计负重为 35公斤，动摩擦因数为 F=35*10*= T=m，考虑到机器人会携带上位机等设备，所以取 T=3N/m， w 9550 1、电动机类型的选择： Y 系列三相异步电动机 2、电动机功率选择： （ 1）传动装置的总功率： 总 = 带 2 轴承 齿轮 联轴器 滚筒 =2)电机所需的工作功率： P 工作 =000 总 =000 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 =58W 3、确定电动机转速： 计算滚筒工作转速： n 筒 =60 1000V/ D =60 1000 120 =150r/手册推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围 Ia=36。取 1=24，则总传动比理 时范围为 Ia=624。故电动机转速的可选范围为 nd=Ia n 筒 =（ 624） 150=9003600r/合这一范围的同步转速有 1000、 1500 和 3000r/ 根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号：因此有三种传支比方案。综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第 2 方案比较适合，则选 n=1500r/ 4、确定电动机型号 根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速， 根据设计要求电动机所需转矩和转速查手册 . 表 3电动机型号 额定功率 额定转速 r/传动比 0W 1500 25 速器的选择与计算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 图 3算总传动比及分配各级的 传 动比 1、总传动比： 2125 2、分配各级传动比 1 ， 经计算 i i 动参数及动力参数计算 1、计算各轴转速（ r/ nI=n 电机 =1500r/nI/i 带 =1500/74(r/i 齿轮 =274/0(r/2、 计算各轴的功率（ 工作 =30W=I 带 =30 轴承 齿轮 =3、 计算各轴扭矩（ N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 106PI/106 500 =191N 106106 74 =106106 0 = 传动零件的设计计算 一 、 外传动带选为 普通 1、确定计算功率 1）、由表查得工作情况系数 A 2）、由式 2、选择 查图选 带。 （ 1）、参考图表选取小带轮直径 01 2 1 （电机中心高符合要求） （ 2）、验算带速 ， 由式 a 1111 0 060 102 7 41 0 0 060 （ 3）、从动带轮直径 12 查表取 52 （ 4）、传动比 i （ 5）、从动轮转速 m i n 112 0 0 i 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 a 和带长 （ 1）初选中心距 1021 130930 a取 000 （ 2）、求带的计算基础准长度0004)1055()5510(21002*4)()(22202122100查图 203)、计算中心距 :a La d 109)2 00 (4)、确定中心距调整范围 a x i n 由式 1 2 01 5 3601 8 0 121 带根数 Z (1)、由表查得10 450r/ 600r/根 线性插值法求 600r/功率 4501500(14501600 (2)、由表查得 3)、由表查得查得包角系数 (4)、由表查得长度系数 5)、计算 ，由式 买文档就送您 纸全套， Q 号交流