危险区域取样移动式机械手的结构设计

毕 业 设 计危险区域取样移动式机械手的结构设计学生姓名：专业班级：指导教师：学 院：2013 年 6 月东北林业大学毕 业 设 计 任 务 书危险区域取样移动式机械手的结构设计学生姓名：专业班级：指导教师：学 院：2012 年 12 月 18 日题目名称：危险区域取样移动式机械手的结构设计任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）1. 内容：本设计题目要求设计一种移动式机械手，主要应用于高辐射、高污染等对人体有极大伤害或者地震等自然灾害中人不方便进入的区域进行取样等作业。机械手部分采用二爪夹钳式，制作材料有一定强度，能夹起一定重量的物体。主要包括如下具体内容：机械手的移动方式方案设计和整体结构分析；移动式机械手总体结构设计；重要零件结构设计等。移动式机械手的主要参数：最大爬升角度 30；最大行进速度 1.0m/s；移动式机械手总重 90KG；机械手能抓取物品最大重量 5KG；电动机功率 4.1 KW。（其余参数，参考相关资料自行拟定）2. 计划与时间安排：2013 年 1 月 1 日3 月 15 日 进行机械结构总体方案构思，通过对比分析，提出设计方案，绘制结构草图。阅读资料，撰写设计说明书的绪论部分。2013 年 3 月 16 日4 月 16 日 进行机械结构总体设计，主要机构的结构设计，完成全部机械图纸绘制。进行机构主要参数的设计计算，完成设计说明书的机械设计部分。2013 年 4 月 17 日5 月 17 日 进行重要零件结构设计，完成零件图（机械图纸）绘制，进行必要的刚度校核和强度校核等，撰写设计说明书的重要零件结构设计部分。2013 年 5 月 18 日5 月 30 日 修改、完善图纸和说明书，完成评审及评阅，准备提交专业检查。2013 年 6 月 1 日答辩 进一步修改完善毕业答辩资料, 进行毕业答辩。其中： 参考文献篇数：说明书字数：图纸张数：20 篇以上6 000 字以上折合 A0 图纸 4 张，其中至少 1 张装配图专业负责人意见签名：年 月 日 危险区域取样移动式机械手的结构设计摘要随着科学技术的发展,机器人技术的发展也越来越快，机械手在工业生产、医疗等领域的应用越来越广泛。在许多领域替代了人的工作，大大降低了人的劳动强度。二爪、三爪、五爪等多自由度机械手均已研制出来，发展相当迅速。将来，机器人技术将会被越来越重视。本次移动式机械手的结构设计是将小车与机械手结合起来，主要应用于在高辐射、高污染的环境中进行取样等作业。机械手有 3 个自由度，各个关节均采用步进电机控制，末端执行器采用二爪夹钳式，能夹起约 5KG 的物体。行走部分采用车轮式，前轮驱动和变向，能爬坡度较小的斜坡。设计的主要内容有：机械手移动方式方案设计和整体结构分析；机械手的总体结构设计；小车的结构设计；重要零件结构设计等。单击此处输入中文摘要 关键词：移动式单击此处输入中文关键词；机械手；三自由度 Structure Design of Mechanical Hand Sampling Hazardous Area AbstractWith the development of science and technology. the development of robot technology is becoming more and more quickly. The manipulator used in industry, medical and other fields more and more widely . Instead of people working in many areas, greatly reducing the labor intensity .Two claw, three claw, Ipomoea, multiple degree of freedom manipulator has been developed, develops very quickly. Future, robot technology will be more and more attention. The mobile structure design of manipulator is the vehicle and manipulator combined, it is mainly applied in the high radiation and high pollution sampling operations. The manipulator has 3 degrees of freedom, each joint is controled by stepper motor , the end-effector with two claws clamp type can pick up about 5KG objects. The walking part adopts the car wheel ,front wheel drive and to the change, can climb the gradient of the slope. The main contents are: the design of the manipulator moving analysis scheme design and the whole structure; the overall structure design of manipulator; structure design of the important parts of car; structure design .Keywords:Mobile;Robot; Three degree-of-freedom- 1 -目录摘要Abstract1 绪论 .11.1 选题背景 .11.2 国内外研究现状 .11.2.1 国外工业机械手的发展概况 .11.2.2 国内工业机械手的发展状况 .21.3 本设计的题目及意义 .22 移动式机械手的整体设计方案 .42.1 移动部分的结构设计方案 .42.1.1 车架结构设计 .42.1.2 小车传动部分设计 .42.2 机械手的结构设计方案 .42.2.1 机械手的自由度 .42.2.2 机械手的驱动方案 .42.2.3 机械手的设计方案 .52.2.3.1 手部结构设计方案 .52.2.3.2 臂部结构设计方案 .52.2.3.3 机身结构设计方案 .63 主要零件的设计计算 .73.1 电机的选择 .73.1.1 直流伺服电机的选择 .73.1.1.1 运动设计 .73.1.1.2 电动机动力的计算 .73.1.2 步进电动机的选择 .93.2 机械手的设计计算 .93.2.1 大臂的结构设计 .93.2.2 小臂的结构设计 .93.2.3 机械手工作半径的设计计算 .103.3 减速器的选择 .10 3.3.1 变速比的确定 .103.3.2 蜗轮蜗杆参数的确定 .113.4 齿轮的设计 .113.5 轴的计算与校核 .113.5.1 初估轴径 .113.5.2 轴的校核 .123.6 轴承寿命的计算 .164 整体三维设计 .17结论 .18参考文献 .19- 2 -1 绪论1.1 选题背景当今世界，科学技术迅猛发展，机器人作为现代一种典型的光机电一体化产品，机器人技术也是当今世界极为活跃的研究领域，它涉及计算机科学、机械学、电子学、自动控制、人工智能等多个学科。机器人从出现到现在已得到巨大地发展，短短几十年间已在现代工业、航空航天、海底探险等领域得到广泛应用，成为人类不可或缺的好帮手。机械手作为机器人研究领域的一个重要分支，一直是主要的研究对象。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外工业机械手的发展概况机器人机械手（Industral Robot ,简称 IR）是 1960 年由美国金属市场报首先使用的，但这个概念是由美国 GeorgeCPevol 在 1954 年申请的专利“程序控制物料传送装置“时提出来的。在这专利中所记述的机器人机械手，以现在的眼光来看，就是示教再现机器人。根据这一专利，Devol 与美国 Consolide Control Corp 合作，于 1959年研制成功采用数字控制程序自动化装置的原型机。随后，美国的 Unimation 公司和美国的机械铸造(AMF)公司于 1962 年分别制造了实用的一号机，并分别取名为 Unimate 和 Versatran。Unimate 机器人外形类似坦克炮塔，采用极坐标结构，而 Versatran 机器人采用圆柱坐标结构。上述两种机器人成为机器人结构的主流，美国通用汽车公司和福特汽车公司在其金属冷热加工中，采用这类机器人进行压、铸、冲压等上、下料，收到了良好的效果。美国的机器人机械手技术的发展，大致经历了以下几个阶段：（1） 19631967 年为实验定型阶段。19631967 年，万能自动公司制造的机器人机械手供用户做工艺实验。1967 年，该公司生产的机器人机械手定型为 1900 台。（2） 19681970 年为实验应用阶段。这一时期，机器人机械手在美国进入应用阶段。例如美国通用汽车公司 1968 年订购了 68 台机器人机械手；1969 年又自行研制出SAM 型机器人机械手，并用 21 台组成了点焊小汽车车身的焊接自动线。（3） 1970 年至今一直出于技术发展和推广应用阶段。19701972 年，机器人机械手处于技术发展阶段。1970 年 4 月美国在伊利斯工学院研究所召开了第一届全国机器人机械手会议。据当时统计，美国已采用了大约 200 台机器人机械手，工作时间共达 60万小时以上。与此同时，出现了所谓高级机器人，例如森德斯兰德公司（Sundstrand）发明了用小型计算机控制 50 台机器人机械手的系统。在欧洲第一台机器人机械手是 1963 年瑞典 Kavieldt 公司发表的第一台操作机。日本在六十年代初期就开始研制固定程序控制的机器手，并从其他各国引进了用于不同生产过程的机器人，并获得迅速，很快研制出日本国产华的机器人机械手，技术水平很快赶上了美国并超过了其它国家，目前机器人机械手在日本已得到迅速发展并很快得到普及。 发达国家的机械手研究已小有成就，一些能代替和模仿人类的动作的机器人已经研制出来并投入使，如水下机器人、手术机器人等。其中主要是应用于工业生产方面，大大降低了人的劳动强度，尤其是在做一些重复性动作的工作方面。它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件机械手本身的损害。为此，国外机械手的发展趋势是- 3 -大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界的条件的变化，做出相应的变更。以上是机械手在现代工业中的发展与应用，另外机械手在航空航天（如月球探险车）、医疗和海底探险中也得到很好的应用，完成了人类所难以完成的工作。1.2.2 国内工业机械手的发展状况我国的工业机器人从 80 年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五” “八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制技术硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有 130 多台套喷漆机器人在二十余家企业的近 30 条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约 200 台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求， “一客户，一次重新设计” ，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果，其中最为突出的是水下遥控机器人，6000m 水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、声觉、触觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中1.3 本设计的题目及意义尽管世界经济，人类生活水平在科技力量的带动下不断提高，地震、洪涝、疾病、核污染等灾害依然时常给我们带来难以磨灭的伤痛。本次设计，欲将机械手与小车结合做成移动式机械手，类似于月球探险车，主要应用于在高辐射、高污染的环境中进行取样等作业。另外，本次设计能将大学四年所学的知识很好的应用与巩固，也能将所遗漏的知识点捡起来学会，是一次检验自己与完善自己的设计。- 4 -2 移动式机械手的整体设计方案2.1 移动部分的结构设计方案移动部分采用车轮式四轮小车，前轮驱动，双电机分别控制前面两个轮子实现转向。因为直流伺服电机比交流伺服电机容易实现调速，控制精度高，电动机选用直流伺服电机。车架采用方钢焊接，前部接机械手。车轮轮胎部分采用橡胶材料。2.1.1 车架结构设计车架选用 2550 的方钢焊接，整体结构大小 800mm500mm155mm。上部用10mm 厚钢板，钢板前部用来装机械手，中部装一个控制箱，后部安装一个空箱结构，用来装取来的样品。车架下部采用窄钢板焊接，用来固定安装电动机和变速箱。内部装好后，车架四周用 4 块薄钢板封住。其结构示意图如图 2-1。图 2-1 小车车架结构示意图2.1.2 小车传动部分设计小车动力采用直流伺服电动机，传动顺序是直接伺服电动机联轴器蜗杆蜗轮齿轮前轮。小车采用双电机分别控制 2 个前轮驱动，需要转向时，传给 2 个前轮不一样的速度，实现转向。2.2 机械手的结构设计方案2.2.1 机械手的自由度机械手是装在小车上的，需要 3 个自由度即可完成各种角度的夹取工作。因此机械手一共 3 个自由度，分别是大臂绕底座的转动和俯仰运动，小臂的俯仰运动。2.2.2 机械手的驱动方案关节型机器人本体驱动系统包括驱动器和传动机构，它们常和执行机构联成一体，- 5 -驱动臂杆和载荷完成指定的运动。通常的机器人驱动方式有以下四种: a.步进电机：可直接实现数字控制，控制结构简单，控制性能好，而且成本低廉；通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制。但是由于采用开环控制，没有误差校正能力，运动精度较差，负载和冲击震动过大时会造成“失步”现象。 b.直流伺服电机：直流伺服电机具有良好的调速特性，较大的启动力矩，相对功率大及快速响应等特点，并且控制技术成熟。其安装维修方便，成本低。c.交流伺服电机：交流伺服电机结构简单，运行可靠，使用维修方便，与步进电机相比价格要贵一些。d.液压伺服马达：液压伺服马达具有较大的功率/体积比，运动比较平稳，定位精度较高，负载能力也比较大，能够抓住重负载而不产生滑动，从重量、体积及要求的驱动功率这几项关键技术考虑，不失为一个合适的选择方案。常用的驱动器有电机和液压、气动驱动装置等。其中采用电机驱动和液压驱动是最常用的驱动方式。电极驱动具有精度高，可靠性好，能以较大的变速范围满足机器人应用要求等特点。所以在这次设计中我选择了步进电机作为基座、大臂的驱动器。2.2.3 机械手的设计方案机械手由手部，臂部，机身三部分组成。2.2.3.1 手部结构设计方案手部采用二爪机械手，设计成滑槽式杠杆双支点的手部。简图如图 2-2。图 2-2 手爪结构示意图杠杆形手指的一段是 V 型指，另一端开有长滑槽。驱动杆上的圆柱部分在滑槽内，当驱动连杆作往复运动时，即可拨动两个手指各绕其支点作相对回转运动，从而实现手指对工件的夹紧与松开动作。2.2.3.2 臂部结构设计方案机械手臂部由大臂和小臂两部分组成，大臂和小臂都由铁铸造而成，中空以减轻臂部重量。小臂与手部连接部位安装一个步进电机，控制手爪的夹持与放松。大臂与小臂- 6 -连接部位安装一个步进电机，控制小臂绕大臂 30145的转动。大臂与机身连接部位安装一个步进电机，控制大臂-30135的转动。其示意图如图 2-3。图 2-3 机械手臂转动角度示意图2.2.3.3 机身结构设计方案机械手是安装在小车前部分上的，机械手与小车的连接部分是一个底座，机械手安装在底座上，可绕底座做圆周转动，其运动用步进电机经齿轮传动实现。示意图如图 2-4。图 2-4 机械手转动结构示意图- 7 -3 主要零件的设计计算单击此处输入标题，页眉会自动更新3.1 电机的选择移动式机械手的电机包括两类：一类是为小车提供动力的电机，这种电机选择直流伺服电机；另一类是为机械手提供动力的电机，这类电机选用步进电机。3.1.1 直流伺服电机的选择3.1.1.1 运动设计移动小车部分的传动路线图如图 3-1。车轮直流伺服电动机图 3-1 小车传动系统图3.1.1.2 电动机动力的计算电机功率 有 效电 机 P式中： -直流伺服电机的功率（ ）电 机 kW-移动式机械手行走所需计算功率（ ）有 效 k-传动效率123=n在本次设计的小车行走机构的传动系统中，有一级弹性联轴器传动、一级涡轮蜗杆减速器传动、一级齿轮传动和三副轴承传动。其传动效率分别为0.99、0.700.75、0.97、0.99。移动式机械手的行进速度 ，车轮直径 ，移动式机械手的总重约1/vmsmd260。橡胶轮胎与地面间的摩擦系数为 0.98。kg80为使小车在平坦路面上行驶时所需的牵引力为：NmgF3.689.08牵 引牵引系数为 .- 8 -则实际所需的牵引力大小为：NF69.853.027牵 引所需的牵引功率的大小为：WP.1传动效率 687.09.07.9那么所需电机的功率为：63.248.053电 机为使小车能够在 30的坡度上行驶，其受力示意图如图 3-2 所示。图 3-2 爬坡时小车受力示意图此时，监控云台运动所需牵引力为：N38.105728.90238.90.3sin0cosF mg牵牵引系数 ，则实际所需的电机牵引力为：.987.14.57牵则所需牵引功率为：WFP.那么所需由电机提供的功率为：54.1736.084电 机由于移动式机械手的动力由两个分别带动车轮的电机提供，则所需伺服电机的功率为：pP7.862.电 机伺 服 电 机查市场上的电机，选用电机的型号为 WGD 系列高速无刷直流伺服电机，选用型号为：110WDS03 型，其功率为 。W10- 9 -3.1.2 步进电动机的选择移动式机械手的机械手部分一共要选用 4 个步进电动机，分别位于手部，小臂与大臂连接处，大臂与底座连接处和底座上。选择步进电机主要需要考虑转动力矩的大小应满足使用要求，响应要迅速，不产生丢步现象等等。本次设计选择步进电机时主要是根据以往的经验和参考其他设计资料确定的，手部选择步进电机的型号为 57BSHB364 型，其他三处选择的步进电机的型号均为 57BSHB368 型。3.2 机械手的设计计算3.2.1 大臂的结构设计大臂结构应在保证手臂功能的前提下，尽量减轻整个大臂的重量。本次设计选用铝合金铸造而成，壁厚 5mm。长 386mm，宽 86mm，厚 35mm，大臂末端放置轴承。结构图如图 3-3。图 3-3 大臂结构示意图3.2.2 小臂的结构设计小臂材料选用和制作与大臂一样。因为小臂末端要放置手爪部分和步进电机，设计成 U 型，U 型部尺寸 115mm80mm40mm。整个小臂长 360mm。结构图如图 3-4。图 3-4 小臂结构示意图- 10 -3.2.3 机械手工作半径的设计计算机械手工作半径示意图如图 3-5。图 3-5 机械手工作范围图如图机械手大臂转动轴距地面 1200mm，大臂与竖直方向夹角为 60，大臂也小臂间夹角为 135。则机械手末端执行器距小车距离： 7m.142806sin75360cos753120852L电动机正常的工作范围内，机械手能完成前方 1428.7mm 范围内的取样工作，并放入后面储物箱中。 3.3 减速器的选择本次设计的移动式机械手主要用于高污染、高辐射环境中的取样工作，受到使用范围、动力提供和结构的限制，该装置的减速器箱体的尺寸不宜过大，重量不宜过重，而且减速比较大，因此选用涡轮蜗杆减速器。涡轮蜗杆减速器的特点：1）有径向力，可以自锁，变速比大，一般设计是直角输出；2）承载能力大，传动平稳，震动、冲击、噪声小；3）易发热，磨损快，效率低。3.3.1 变速比的确定车轮的转速为：min/49.7326014.3D06rn车 轮所选伺服电机的最高转速为：/minr伺 服 电 机在传动的最后加一级齿轮传动，初步确定带传动的传动比为 。则减速器的变12i速比为：- 11 -82.409.73齿 轮车 轮伺 服 电 机减 速 器 ni根据普通圆柱涡轮蜗杆减速器的传动比 的公称值选择该涡轮蜗杆减速装置的传动i比为 。41减 速 器i3.3.2 蜗轮蜗杆参数的确定普通涡轮蜗杆减速装置的中心距 也有公称标准值，在前面做车架整体设计时预计a蜗轮蜗杆中心距为 63，查标准有传动比 39 与上述变速比最为接近，所以蜗轮蜗杆参数中心距为 a=63mm，传动比为 ，模数为 ，蜗杆分度圆直径为392i m5.2，蜗杆头数为 ，蜗轮齿数 。md2811z39z3.4 齿轮的设计本次设计一共由 2 个地方需要齿轮传动，一个是机械手绕底座的转动，另一个是变速箱的传动。选直齿圆柱齿轮，材料均为 45 钢，调质处理。底座处齿轮用于步进电机控制整个机械手的转动，转速低，故对此处齿轮要求低。中心距为 65mm，模数按齿轮标准模数系列选 m=1.25，齿数分别为 28 和 24，则分度圆直径d1=mz=1.2528=35mm，d 2=mz=1.2524=30mm。齿宽为 30mm。变速箱中齿轮传动比i=1，转速为 76.92r/min，中心距为 75mm,齿轮模数选 m=2.5，则齿轮齿数为 15。分度圆直径分别为 d3=37.5mm。齿轮的转速均很小，故无需校核。3.5 轴的计算与校核刚性联轴器的传动效率 ，涡轮蜗杆传动效率 ，轴承传动效率10.920.73，齿轮传动效率 。30.974n各轴的传递功率可以根据 来求得。各轴的转矩可以根据转矩公式p，计算各轴的转矩。5PTn设电动机轴为轴 1，减速器高速级轴为轴 2，中速级轴为轴 3，车轮轴为轴 4，则各轴转速：min/3021ri/92.763inr.1.24各轴输入功率：WP90.065.43.73232165.444各轴的输入转矩：m.10399022 NnT75.82.7645533 P- 12 -m5.71092.76459044 NnPT3.5.1 初估轴径轴的材料均采用 45#钢，调质处理。由表 6.1【6】 查得 ，查表 6-3【6】 得 ，由公式 确定该轴640bMPa10C3PdCn最最小轴处的轴径。一般情况下，开一个键槽轴径应曾大 5%；开花键轴可将估算的轴颈 的值减少 7%作为其小径。由已知数据，以轴 3 为例，则：d41.209.7635103由于所求 应该为受扭部分的最细处，即安装齿轮处，此处的轴径应该有一个键槽，故轴径应该曾大 5%。则：，取整得此处轴径大小为 ，此处安装md.41.2.min 24m1d轴承；轴的各处轴径依次分别为 ，此处安装蜗轮； ，此处尺寸的32d83确定是根据轴承的安装要求来确定的。则轴的各轴段的尺寸如图 3-6 所示。图 3-6 轴的各段尺寸3.5.2 轴的校核轴 3 受力较为复杂，因此对轴 3 进行校核轴 2 对轴 3 的力通过涡轮蜗杆副进行传递，蜗杆传递扭矩为：m15.NTd6in/02rn圆周力： NFt 1063521径向力：1ta7ta8.9r NFtr 36.20tan1an1轴 4 对轴 3 的力通过齿轮传递，则齿轮传动传递的扭矩为：m5.72NT圆周力： NdF20.74.5123t2 径向力为： t 74.5tan80ant - 13 -则轴 2 的受力分析如图 3-7 所示。图 3-7 轴受力分析图计算其上支反力水平面内 即 0AM087.4cos87.4sin2221 ADFACFCFBnhrtt解得 Nnh.5892即 D .s.si2r211 Dtt解得 nh.63垂直平面内 即0AM087.4cos87.4sin2212 ACFACFBFtrrv解得 Nn9.74即 D.sin.cos2211 DDrtnvr解得 nv.-0合成弯矩图轴 4 对轴 3 的水平方向的力：NFFt 2.6387.4sin87.4cos2r2 合轴 4 对轴 3 的垂直方向的力：t 15.9.co.in2r2合- 14 -水平面内的剪力、扭矩图如图 3-8 所示。图 3-8 水平面内的剪力、扭矩图- 15 -垂直平面内的剪力、扭矩图如图 3-9 所示。图 3-9 垂直面剪力、弯扭矩图合成弯矩图如图 3-10 所示。图 3-10 合成弯矩图- 16 -由于该轴的传递的转矩为 ，则该轴的扭矩分布图如图 3-11 所示。NT75.80图 3-11 扭矩图 因涡轮蜗杆运动副单方向回转，视扭矩为脉动循环，故最大危险处为 C 点出，其当量弯矩为：NTMz 37.15022弯曲应力 PaWZ由表 6-4【6】 查得，对于 45#钢 ，故该轴的强度足够。bM3.6 轴承寿命的计算在减速箱中，轴 3 的最高转速为 76.92r/min，且蜗轮的轴承承受的轴向力较大。所以对支撑蜗轮的轴承进行校核，此处安装的是角接触球轴承 7205C。A 点受力 NFnh1.56NFnv47.190D 点受力 2892 32A 点径向载荷 nv.52h11rD 点径向载荷 769A 点径向载荷D 点径向载荷，故按 D 点处轴承计算轴承寿命。由于工作温度低于 120，由表 7-7【6】 查得温度系数 ，则轴承寿命为：1tfhPCfnLZth1438601因为 12000 ，故选用 7205C 轴承能满足使用要求。10357- 17 -4 整体三维设计最终完成的设计三维图如图 4-1，图 4-2。图 4-1 整体结构图（1）图 4-2 整体结构图（2）- 18 -结论危险区域取样移动式机械手具有很好的实用性，单击此处输入结论能在高污染、高辐射等环境中进行取样工作，也能给困在该环境中的人送救助的物品，避免了人进入高污染、高辐射等环境中发生各种意外的伤害。本次设计的过程中，充分考虑了在使用时的通用性和以后的日常维护时的方便性。经过标准化审核，该机器的零部件结构标准化系数达到了 90%以上。本产品结构简单，操作方便，具有比较广泛的实用性。设计时的结构和能源供给综合考虑了多方面的因素，采用橡胶式的车轮和蓄电池来提供行走机构和控制系统的能源。动力由伺服电机提供，可以对行进速度和方向实现很好的控制。机架的结构根据安装要求和具体尺寸来设计，最大程度的使设计合理化。机械手自由度的确定考虑到小车是可移动的，只需 3 个自由度即可最方便快捷的完成各项工作。移动式机械手在国内和国外都有一定程度的发展，主要应用于海底探索和外星球探索，由于受到经济因素和其他一些因素的制约，移动式机械手并没有得到大幅度的推广和应用，尤其是在高危害的环境工作中，移动式机械手的应用更是少之又少。本次设计的移动式机械手以更为廉价的设计和更为方便的操作使其具有更加广泛的应用。尤其是其设计过程中采用了大量的标准件和通用件。拥有了控制系统的移动式机械手拥有了更大的工作范围和连续工作的能力。- 19 -参考文献1 张其善, 吴今培, 杨东凯. 智能车辆定位导航系统及应用 M. 北京: 科学出版社, 2002:175-180.2 刘春, 姚连璧. 车载导航电子地图中道路数据的空间逻辑描述J. 东北林业大学学报, 2004,3(2):3536.3 张小丽. 汽油车低温启动特性研究D. 东北林业大学硕士论文 . 2006:1821.4 孙玉芹, 孟兆新. 机械精度设计基础. 北京: 科学出版社 , 2005.2.5 吕宏. 机械设计. 北京: 北京大学出版社, 2009.9.6