消防机器人设计说明书

1 消防机器人 设计项目介绍 沈阳理工大学 2009 摘 要 本次设计的是一款履带式消防机器人 基础级载体 ，设计内容包括 设计行走底盘和四自由度手臂以及 对机器人的 局部受力情况 作了具体的分析 。 试制整体机器人结构。在设计试制过程中，不断的观察分析其他机器人的结构，吸取前人经验，进行方案比较选定。 本次设计的重点在于机器人的试制研究工作，由于机器人整体的设计难度较大，材料和机构精度要求较高，本试制产品还不能作为成熟产品进行加制造，只能做为指导性样机以供参考。 消防机器人现在已经达到应用状态，一台德 国产的消防机器人售家为 170 万人民币。上海、成都、武汉等几个大城市都已经装备消防机器人。 关键字：机器人；履带底盘；机械臂；控制电路； 3 a of as as to s In s to on to to to to on to of to be s in s s is is to to on do 4 第一章 绪 论 项目概述 本文介绍的是一种 履带式消防机器人 设计 , 结构简单 、制造方便 、性能可靠、成本 低廉 。 履带式行走 机构 , 使机器人具有更出色的越障能力。两条履带均设置有正反转，且可无级调速，使机器人行走、转弯更加灵活。整机共七个自由度，可实现物体的夹持、搬运、码放。在消防领域，此机器人可在加装声像传输设备等辅助设备的情况下，完成火场侦察、勘测、救援、灭火等任务。此设计为实物制造设计，在加工能力有限的情况下，如何选选择更为合理可行的设计方案和加工方法来避开技术瓶颈，且相对提 高精度成为匠心之处。 论文在这方面具有 一定意义。 目的及意义 本题目研制开发一种制造简单，使用方便的消防机器人。 常言道水火无情，这其中道出了水火对人类的威胁及人们对水火的无奈。提起火灾，人们会联想起一起起悲剧。据有关部门统计，仅 1995 年一年我国就发生火灾 38000 起，死亡 2233 人，受伤 3770 人，直接经济损失 多元。 1997年发生火灾 14 万余起，死亡 2722 人，伤 4930 人，造成财产损失 元。多么触目惊心的数字啊！ 近年来，我国石化等基础工业有了飞速的发展，在生产过程中的易燃易 爆和剧毒化学制品急剧增长，由于设备和管理方面的原因，导致化学危险品和放射性物质泄漏、燃烧爆炸的事故增多。消防机器人作为特种消防设备可代替消防队员接近火场实施有效的灭火救援、化学检验和火场侦察。它的应用将提高消防部队扑灭特大恶性火灾的实战能力，对减少国家财产损失和灭火救援人员的伤亡将产生重要的作用。在深圳清水河火爆炸、南京金陵石化火灾、北京东方化工厂罐区火灾等事件 发生后，国内消防部队要求研制、配备消防机器人的呼声越来越高。消防机器人的研制 ，对我国 21 世纪的消防装备的发展以及消防部队的技战术的拓展将产生重要的影 响。 5 为了能够尽快地扑灭火灾，防止火灾的进一步蔓延，寻找火灾根源，采取近距离作战的灭火方法是提高灭火效能的最佳途径，但是，凶猛的火灾往往使勇敢的消防队员无法靠近。 在化学灾害的处置过程中，由于事故现场的情况十分复杂，泄漏物的毒性、腐蚀性、易燃易爆特性或放射性等物质会使消防队员处于更加危险的境地。 谁能够帮助我们可爱的消防队员把灭火、救人和消灭化学灾害事故的处置工作做得更好？谁能够代替他们去承受死亡的威胁？答案是：消防机器人。 消防机器人往往需要在高温、强热辐射、浓烟、地形复杂、障碍物多、化学腐蚀、易燃 易爆等恶劣环境中进行火场侦察，化学危险品探测、灭火、冷却、洗消、破拆、救人、启闭阀门、搬移物品、堵漏等作业，因此，作为某种特定功能的消防机器人应该具备以下某项或几项行走和自卫功能： 梯及障碍物跨越功能； 隔爆 )功能； 国内外发展概况 图 图 器人 最近几十年中，大量的高层、地下建筑与大型的石化企业不断涌现。由于这些建筑的特殊性，发生火灾时，不能快速高效的灭火。为了解决这一问题，尽快救助火灾中的受害者，最大限度的保证消防人员的安全，消防机器人研究被提到了议事日程。而机器人技术的发展也为这一要求的实现提供了技术上的保证，使 6 得消防机器人应运而生。 我国从八十年代末期开始消防机器人的研究，公安部上海消防研究所等单位在消防机器人的研究中取得了大量的成果， 自行式消防炮 已经投 入市场， 履带轮式消防灭火侦察机器人 也于 2000年 6月通过了国家验收。但是，我国消防机器人的研究还处在初级阶段，还有许多有待研究的问题。比如，高层建筑发生火灾时，消防人员不可能在短时间内到达高处的火灾发生地点，在地下建筑中，由于环境比较潮湿，烟气不易扩散，消防人员不容易快速的判定火源位置；而在石化企业发生火灾时，将产生大量的毒气，消防人员在灭火时极易中毒。研制能够用于这些场合的侦察灭火机器人，协助消防人员进行火灾的定位和灭火，将有极大的社会意义。 不仅在我国，在世界上消防工作也是一个大难题，各国政府都千 方百计地将火灾的损失降到最低点。 从二十世纪八十年代开始，世界许多国家都进行了消防机器人的研究。美国和苏联最早进行消防机器人的研究，而后日本、英国、法国等国家都纷纷开展了消防机器人的研究，目前已有多种不同类型的消防机器人用于各种火灾场合。 从功能上划分，目前的消防机器人有下列几类：灭火机器人、侦察机器人、攀登营救机器人和救护机器人。从控制方式来分，消防机器人可分为遥控消防机器人和自主消防机器人。 1984年 11月，在日本东京的一个电缆隧道内发生了一起火灾，消防队员不得不在浓烟和高温的危险环境下在隧道内灭火。这 次火灾之后，东京消防部开始对能在恶劣条件下工作的消防机器人进行研究，目前已有五种用途的消防机器人投入使用。 遥控消防机器人 1986年第一次使用了这种机器人。当消防人员难于接近火灾现场灭火时，或有爆炸危险时，便可使用这种机器人。这种机器人装有履带，最大行驶速度可达10公里 /小时，每分钟能喷出 5吨水或 3吨泡沫。 喷射灭火机器人 这种机器人于 1989年研制成功，属于遥控消防机器人的一种，用于在狭窄的通道和地下区域进行灭火。机器人高 45厘米，宽 74厘米，长 120厘米。它由喷气式发动机或普通发动机驱动行驶。 当机器人到达火灾现场时，为了扑灭火焰，喷 7 嘴将水流转变成高压水雾喷向火焰。 消防侦察机器人 消防侦察机器人诞生于 1991年，用于收集火灾现场周围的各种信息，并在有浓烟或有毒气体的情况下，支援消防人员。机器人有 4条履带，一只操作臂和 9种采集数据用的采集装置，包括摄像机、热分布指示器和气体浓度测量仪。 攀登营救机器人 攀登营救机器人于 1993年第一次使用。当高层建筑物的上层突然发生火灾时，机器人能够攀登建筑物的外墙壁去调查火情，并进行营救和灭火工作。该机器人能沿着从建筑物顶部放下来的钢丝绳自己用绞车向 上提升，然后它可以利用负压吸盘在建筑物上自由移动。这种机器人可以爬 70米高的建筑物。 救护机器人 救护机器人于 1994年第一次投入使用。这种机器人能够将受伤人员转移到安全地带。机器人长 4米，宽 高 3860公斤。它装有橡胶履带，最高速度为 4公里 /小时。它不仅有信息收集装置，如电视摄像机、易燃气体检测仪、超声波探测器等；还有 2只机械手，最大抓力为 90公斤。机械手可将受伤人员举起送到救护平台上，在那里可以为他们提供新鲜空气。 2000年 11月，奥地利雪山缆车在隧道中发生火灾，死 亡 160余人。由于隧道中黑暗、阴冷、浓烟密布，灭火和清理现场工作十分艰难。这再次说明了特种消防设备的重要。 主要研究内容 本题目主要研究的内容是设计行走底盘和四自由度手臂，本题目研制开发一种消防机器人基础级载体。 对机器人的 局部受力情况 作了具体的分析 。 8 第二章 方案比较与方案选择 行走机构方案比较 机器人在地面上移动的方式通常有三种：车轮式、履带式和步行式。 步行移动方式 是 模仿人类或动物的行走机理，用腿脚走路，对环境适应性好 。根据调查 ,在地球上近一半的地面不适合于传统的轮式或履 带式车辆行走 ， 但是一般多足动物却能在这些地方行动自如 ,显然足式与轮式及履带式行走方式相比具有独特的优势 . 足式行走对崎岖路面具有很好的适应能力 ,足式运动方式的立足点是离散的点 ,可以在可能到达的地面上选择最优的支撑点 。但是步行移动方式的 智能程度也相对较高。正因如此，步行移动方式在机构和控制上是最复杂的，技术上也还不成熟，不适于在要求灵活和可靠性高的 工作环境中 。 车轮式移动是最常见的一种地面行进方式。车轮式移动的优点是：能高速稳定的移动，能量利用效率高，机构和控制简单，而且技术比较成 熟。 驱动与转弯机构可分以下几种形式： 1. 驱动、转向轮一体径向转向，如同前驱动式轿车 2. 驱动轮、转向轮分置，如同后驱动式卡车 3. 两侧驱动轮异速转弯，如同轮椅 前两种驱动转弯形式不单要设计有合理的驱动机构，还要有较好的转向机构，增加了自由度的同时又要考虑为这个自由度提供动力单元，以及转向差速系统，使得整机复杂程度大大提升，机构繁琐，稳定性降低。第三种形式仅用一套差速系 9 统和一组跟踪轮就可实现转向，可是跟踪轮通常采用万向轮，无规则定向，在路面情况复杂下行驶极其不稳定，且在停止和启动时遵循前一运动状态轨迹，缺乏应急灵活性。 而其车轮式移动共有的 缺点 就 是对路面要求较高，适于平整硬质路面。 越障性能严重缺失。 履带式实际是一种自己为自己铺路的轮式车辆。它是将环状循环轨道履带卷绕在若干滚轮外，使车轮不直接与地面接触。履带式的的优点是着地面积比车轮式大，所以着地压强小；另外与路面黏着力强，能吸收较小的凸凹不平，适于松软不平的地面。因此，履带式广泛用在各类建筑机械及军用车辆上。 并且履带式结构是通过两条履带差速实现转弯。不但可以实现超小半径转弯，还可以实现原地转弯。灵活性极佳。 10 臂机构方 案比较 对于整体行走机器人载具而言，行走机构只是用来完成大空间内整体移动和工作头部分在平面内大幅度间接调整。其运动轨迹和幅度难以充分满足三维空间运动和精度要求。为了能使工作头部分能够在三维空间触及工作点工作面并且能够精确完成工作任务引入了连接在行走机构与工作头之间的，较行走机构传动更精准、运动更平稳的机械臂机构。机械臂按其运动机理可分为以下三种： （ 1） 蠕动式机械臂 这种机械臂源自仿生学中对虫子蠕动的模仿。通过沿径向布置的很多个旋转关节或扭转关节机构的联动来实现工作头空间内多组相邻圆心圆截面上各点工作。这种 机械臂绝对是各种机械臂中自由度最高的一类。但因其要求每个旋，扭转关节机构都要求有独立动力，且联动的位移是由多个关节机构非等值分担，这就对动力部分、传动精度、控制精度提出了极高要求。不但设计制造极其困难，通过使用机械控制简单电路控制是极难完成的控制的。 所以只出现在高端机器人领域具处于设计试制阶段。对于基础层次机械设计制造这相当于不可完成的任务。 （ 2） 沿 X、 Y、 Z 坐标轴直线移动机械 臂 11 在三维立体空间内分别沿 X、 Y、 Z 轴做直线运动就可以到达一个立方体内的各个点进行工作，这是一种撒网式的 搜罗。在三轴分动时工作头位移轨迹是沿空间内沿 X、 Y、 Z 方向线段的连接，当三轴联动时，工作头运动轨迹便是空间内的一条曲线。完成工作动作直接快捷，且只有三个轴线位移，整机运动平稳可靠，精度颇高。所以多用于机床加工中心等机械上，但其机体必须含有沿 X、 Y、Z 轴方向，长度至少等于三轴位移长度一半的三个相连的空间垂直架体。 这种就有相对较大的非工作状态机构所占空间和整体体积，但对于行走式机器人载具而言，对体积和自重的限制是极其严格的，要求尽量减小自身负载体积，以适应工作环境。 （ 3） 放人类手臂式机械 臂 这种结构的手臂有旋转机构、大臂摇动机构、小臂摇动机构和手腕机构四部分组成在同一平面内三个旋转自由度被安装在一个垂直此平面的旋转盘上，手腕、小臂、大笔的须按转是工作头触点在三个自由度连线平面内。形成了一个平面工作区域，通过旋转盘的带动，是这个平面工作区域绕 Z 轴须按转，形成了一个立体工作空间。这种手臂机构在工作中状态下可以收缩减小空间，传动距离较短，结构可靠性能好，能够出色的完成工作空间内一点到另一点的最有运动轨迹位移。 12 消防机器 人整体机构选定 在本次履带式消防机器人的设计中，工作环境定位在障碍物不明，空间狭小的情况下。且加工能力及工艺有限，机构不易过于复杂。所以行走机构选择履带式结构是最为合理的。而手臂机构选用 放人类手臂式机械臂更为合理。 13 第三章 整体机构设计 方案 确定 确定传动方案 合理的传动方案，应能满足工作机的要求、工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、效率高和使用维护方便等。要同时满足这些要求，常常是困难的。因此，应统筹兼顾，保证重点要求。 当采用多级传动时，应合理的 选择传动零件和它们之间的传动次序，扬长避短，力求方案合理。常需要考虑以下几点。 1) 带传动为摩擦传动，传动平稳，能缓冲吸振，噪音小，但传动比不准确，传动相同转矩时，结构尺寸较其他传动形式大。因此应布置在高速级。因为传递相同功率，转速愈高，转矩愈小，可使带传动的结构紧凑。 2) 链传动靠链轮齿啮合工作，平均传动比恒定，并能适应恶劣的工作条件，但运动不均匀，有冲击，有冲击，不适于高速传动，故应布置在多级传动的低速级。 3) 蜗杆传动平稳，传动比大，但传动速率低，适用于中小功率及间歇运动的场合。当和齿轮传动同时应用时，应布置在高 速级，使其工作齿面有较高的 相对滑动速度，利于形成流体动力润滑油膜，提高效率，延长寿命。 4) 圆锥齿轮传动用于传递相交轴间的运动。由于圆锥齿轮（特别是当尺寸较大时）教工比较困难，应放在传动的高速级，并限制其传动比，以减小器直径和模数。 5) 开式齿轮传动的工作环境一一般较差，润滑不良，磨损严重，应布置在低速级。 6) 斜齿轮传动的平稳性奇偶直齿轮传动好，当采用双级齿轮传动时 高速级常用斜齿轮。 选择电动机 格局工作负荷的大小和性质、工作机的特性和工作环境等，选择电动机的种 14 类、类型和结构形式、功率和转速，确定 电动机的型号。 1 选择电动机的种类、型号和结构形式 根据电源种类（直流或交流）、工作条件（环境、温度、空间位置等）及负荷性质、大小、启动特性和过载情况等来选择。 选用要点一：根据机械负载特性、生产工艺、电网要求、建设费用、运行费用等综合指标，合理选择电动机类型 选用要点二：根据机械负载要求的过载能力、启动转矩、工作制及工况条件，合理选择电动机的功率，是功率匹配合理，并且有适当的备用功率，力求运行安全、可靠而经济 选用要点三：根据使用场所的环境，选择电动机的防护等级和结构型式 选用要点四：根据生产机械的最 高机械转速和传动调速系统的要求，选电动机的转速 选用要点五：根据使用环境的温度，维护检修方比那、安全可靠的要求，选择电动机的绝缘等级和安装方法 选用要点六：根据电网电压、频率，选择电动机的额定电压、评论 总结：在选用电动机的时候，要努力执行国家技术经济政策 2 选择电动机的功率（容量） 电动机功率选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。功率国小不能保证工作机的正常工作，或使电动机因超载而过早损坏；若功率选的过大，电动机的价格高，能力不能充分发挥，经常不在满载下运转，效率和功率因数都较低，造成浪费。 选 择时应保证 0 r 式中 0 电动机额定功率， r 工作机所需电动机功率， 所需电动机功率由下式计算 r= 机体框架材料的选择 这是一次履带式消防机器人的试制工作。主要目的是验证设计理念和机构特性。由于产品要求运动灵活，且承重较轻。所以选择合金铝作为框架材料，合金 15 铝的强度刚度虽较钢差，但其密度小，在适当加大板材厚度的情况下，强度满足此次设计要求，且大大降低了总体质量。 基本外形尺寸初步确 定 考虑到试制的实际情况，和满足基本功能要求，设计底盘尺寸为600*500*100(单位 部结构各节长度尺寸分别为大臂 350臂 300腕 60计整机重量与负重总和不超过 30部重量 臂重量 3计首部负重 3 传动机构选定 中心转盘选用带传动 大臂传动选用绞盘钢丝牵引 小臂选用丝杠传动带动钢丝绳牵引 手腕原理与小臂相同。 电动机类型确定 在本次设计试制中 ,由于加工能力有限 ,选用减速电动机可以省去减速器选用或设 计制造 ,且可得到更高的运动精度 一定数量的不同型号减速电动机，所以电动机类型初定为 24V 减速电动机。型号根据各机构具体功率和转速要求来确定。 16 大臂机构设计及电动机选择 设计大臂摆动幅度为水平面角 30到 90。大臂上钢丝绳牵引点距旋转轴距离 60盘直径为 20盘轴心距大臂旋转轴心距离 5 心距 e 忽略，绞盘上由于圈放钢丝绳产生的钢丝绳轴偏移和绞盘半径增减忽略。 在两极限位绞盘处钢丝绳长度分别为 入数值 2602 =753 2703 2 = 1*入数值 26O 2 =75 =150 得 47517 钢丝绳收放长度 - 47505 盘转数 N 为 N= = *d) 绞盘直径 d 为 20入数值 N =205/(0) 设计中，大臂为大长度末端旋转机构，动作要求相对缓慢。为尽量满足合理性要求，初步设定绞 盘旋转时间为 15 秒 则上级传动机构输出转速 n 为 n = N/t=r/s 受力情况 假设整个臂部系统加上负载的重力全部作用于钢丝绳交接点垂直向下 当角最大时，钢丝绳拉力最大 预设负载 m 物 =3 手腕质量 小臂质量 大臂质量 3 m 总 = m 物 + 3 + 3 = 9 18 F 重 = m 总 *g F 重 = 9 * 10 = 90N 在 y 足够列平衡方程 L2/ 联立求解 F = (90* = (75* )/350 = 75/700 则 F = (90*(75/700) = 速 n = r/s 绞盘直径 d 为 20丝绳拉力 F = 率 P 为 P = F * V = ( 20 * 虑技术要求及功率损失 选用 37列永磁直流减速电机 转速 13 转 /分钟 功率 臂机构设计机电动机选择 小臂转动要求在大臂两个极限位置时分别垂直向上、垂直向下 小臂相对大臂的实际转角为 =180 =150 驱动小臂旋转的链轮直径 d=35旋转 150情况下，链轮直径上任一点的线位移 S 为 19 S=（ /360） *C =（ /360） d = (150/360)*5 = 整 46以选用丝杆 导程即为 =46于实际情况考虑选用 丝代替丝杆 丝螺距 P 为 P=丝杆旋转一周，轴向传递位移为 位移 46需旋转的转数 N=S 总 /P = 46/ 取整为 61 转 设计小臂运动全程所用时间 t 在 8 秒左右，则丝杆转速应为 n=N/t=61/8= /秒 取整为 8 转 /秒 受力情况 预设手腕重量 ，小臂重量 ，负载 m 物为 3 。 整体作用重心在距小臂重心铰支点 250 20 F 重 =m 总 g =(m 物 +m1+m2)g =(3+10 =60N 当臂水平放置时传动机构受到拉力最大 列方程得 2*F*R = Y*250 则 F = Y*250/R = 60*250/(35/2） 857N 链轮直径上任一点的线位移 S 为 46杠转数 N 为 61 转 丝杆转速 n 为 8 转 /秒 所受拉力 F 为 857N 功率 P 为 P = F * V = F * ( S / N ) * n = 857 * （ 46 * 61 ） * 8 用此型传动系统完全符合要求 考虑技术要求及功率损失选用 27列永磁直流减速电机 转速 8 转 /秒 功率 7W 腕机构设计机电动机选择 手腕部传动机构采用了与小臂完全相同的设计。 考虑技术要求及功率损失选用 27列永磁直流减速电机 转速 8 转 /秒 21 功率 6W 转盘机构设计机电动机选择 由于整个臂部机构和预设负载重量（约为 9 大，且重心极限位置旋转半径（约为 400大，所以在转盘设计时必须考虑 机构较大的旋转惯性力。所以选带传动方式。 带传动传动平稳能缓冲吸振，且可大传动臂设计，将从动带轮设计较大半径，以减小传动带拉力，正符合此机构要求。 从动大带轮直径 50计 ,转速 尽量小，设在 /秒 主动带轮选用成套机构，带轮直径 10主动带轮转速 （ = （ 50 / 10） = /秒 物品清单中，符合此要求的电动机只有一种。 即 12列永磁直流减速电机 转速 30 转 /分钟 功率 10W 验算证明满足机构力学要求。 22 带驱动轮机构设计机电动机选择 驱动轮设计减速电机输出轴直接安装链轮。链轮上加挂自制履带。设计履带摩擦面到链轮回转中心的旋转半径为 25计直线行走最大速度为 150mm/s 则驱动电功转速为 6 转 /秒 预设整机与负载总重 30 大爬坡角为 45，则履带最大拉力 F 为 F = F 重 / = 30 * 10 / 高整值为 430N,两条 履带驱动，单根受力为 F 单 = F / 2 = 430 / 2 = 150N 直线行走最大速度 V 为 150mm/s 单根履带受力 F 为 150N 则功率为 P = F * V = 150 * 150 * 虑技术要求及功率损失选用 62列单相可逆永磁同步电机 23 转速 36 转 /分钟 功率 30W 分校核 采用铰制孔用螺栓链接， 各螺栓的工作剪力与其中心到地板旋转中心的连线垂直。根据地板的力矩平衡条件得： + + + = T 根据螺栓变形协调条件：个螺栓的剪切变形与其中心到地板旋转中心的距离成正比，即 = = = 联立可解得受力最大螺栓所受的工作剪力 + += z 2 i=1 式中 受力最大螺栓中心至底板旋转中心的距离。 受翻转力矩的螺栓组联接 设作用在对称轴线上的个螺栓的工作载荷为 i=1,2,， z/2） （它的反作用力作用在底板），根据力矩平衡条件得： 2( + + + ) = z/2 2 M i=1 24 根据变形协调条件：各螺栓的拉伸变形量与螺栓轴线到底板对称轴线的距离成正比，即 1 = 2 = = 立得 z/2 2 i=1 式中 螺栓所受的最大工作载荷， N 对 称轴线左侧个螺栓轴线到对称轴线的距离， 的最大值， 为了防止接合面受压最大处被压碎或受力最小处出现间隙，应使受载后地基接合面挤压应力的最大值部超过底板与地基两者中最弱材料的需用之，最小值不小于零。即 P + P P + 0 式中 P 接合面在受载前由于预紧力而差速的挤压应力， P= A 接合面的有效面积， 由于加载而在地基接合面上差速是附加挤压应力的最大值， L+M/W; 通过使用校核原理进行校核，以及试制、实验结果表明，机构设计是满足强度要求的。 25 章小结 机械产品设计除了应满足产品使用性能外，还应满足制造工艺要求，否则就有可能影响产品生产效率和生产成本，严重时甚至无法生产。一个工艺性评价低劣的产品，在激烈竞争的市场经济环境中是站不住脚的。一个好的产品设计必须同时是一个好的工艺师。 机械产品设计的工艺性评价实际是评价所设计的产品在满足使用要求的 前提下，制造、维修可行性和经济性。这里所说的经济性是一个含意宽广的术语，它应是材料消耗要少、制造劳动要少、生产效率要高和生产成本要低的综合。 评价机械产品设计的机械加工工艺性可以从以下几个方面进行评价 : 2. 零件结构要素必须符合标准规定 3. 尽量采用标准件和普通件 4. 在满足产品使用性能的条件下，零件图上标注的尺寸精度等级好表面粗糙度要求应取经济值 5. 尽量选用切削加工性好的材料 6. 有便于装夹的定位基准和夹紧表面 7. 保证能以较高的生产率加工 8. 保证刀具正常工作 26 9. 加工时工件应有足够的刚性 机械产品设计的装配工艺性评价 1. 机器结构应能 划分成几个独立的装配单元 2. 尽量减少装配过程中的修配劳动量和机械加工劳动量 3. 机器结构应便于装配和拆卸 机械产品设计的最初环节，是先要针对该产品的主要功能提出一些原理性的构思。这种针对主要功能的原理性设计，可以简称为“功能原理设计”。 功能原理设计的重点在于提出创新构思，是思维尽量“发散”，力求提出较多的解法供比较选优。对构件的具体结构、材料和制造工艺等则不一定要有成熟的考虑，因此常只需用简图或示意图来表示所构思的内容。 功能原理设计是对产品的成败起决定性作用的工作。 结构设计的基本原则 1. 明确 2. 简单 在机构设计 中，在同样可以完成功能的条件下，应优先选择结构较简单的方案。机构简单体现为结构中包含的零件数量较少，零部件的种类较少，零件的形状简单。 结构简单通常有利于加工和装配，有利于缩短制造周期，有利于降低制造与运行成本；简单的结构还有利于提高装置的可靠性，有利于提高工作精度。 3. 安全可靠 本设计实体制造性设计，这就要求在设计中更要联系实际，进行设计制造。本次设计正是本着这样的原则进行的。同时实际操作给了我成功。 27 第四章 控制电路及控制器设计 制电路设计 控制电路的设计，取决于机器人的控制 机理。大部分的机器人采用无线可编程控制。这样的控制形式使机器人更加智能化。通过利用红外线电磁波等无线数据传输设备，机器人的工作空间大小扩展，而且通过编程器的使用，使机器人有了一定的工作自主能力。但是这样控制电路过于精密复杂。 在本次设计中，主要任务是机械结构的设计和制造。对于这种简单机器人载具的设计试制工作，控制电路不宜过于复杂，所以选择了简单的开关控制和变阻器调速。在这个电路中每个电动机都必须有三个状态，即正转、反转及停机。且在正反转时均可调速。它们都是独立工作，且可同时运转，这就要求每个直流电机都必须配 备一套独立的换向开关和调速变阻器。在工作过程中想要避免同一电机正反转电流同时供电，如果采用两个单独开关，在手动控制过程中，难免会出现一种工作状态并未逝电，就启动了另一种工作状态，这样就相当于电源反接，避免此种情况的发生更好实现控制器的人性化设计，电路中运用了中间断开的双向触点多极开关，在总电路中设置总开关，是整个电路的启停更方便，处理紧急情况时关闭所有电动机电源更快捷。总电路和各个电机分电路中可以并联入小灯泡，以起到电源指示作用。 基本控制电路图 28 在各个电动机上并联入两组发光二极管与适值电阻的串联电路（ 两组串联电路中发光二极管分别采用正接与反接），利用发光二极管的单向导通特性，来指示电动机的正反转 。 加装指示电路的控制电路 关元件选用 电路中的主要负载部分及电源电动机已经确定，下面对开关、变阻器选用指示电路部分的发光二极管电阻进行选择。 开关、变阻器这类元器件都有外露的受控部分，必须考虑手动的合理性和开关自身的可安装性，由于在我们现有加工能