305 校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计【任务书+毕业论文+cad图纸+答辩ppt】【机械全套资料】
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- 内容简介：
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江西农业大学毕业 设计 (论文 )任务书 设计（论文） 课题名称 校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 学生姓名 徐平 院（系） 工学院 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 饶洪辉 职 称 讲师 学 历 博士 毕业设计（论文）要求： 熟练掌握 软件和 件，掌握机械原理和机械设计等 毕业设计（论文）内容与技术参数： 针对校园道路比较平整，设计一台能在平地上行驶，能实现拾捡常见垃圾（如纸张，瓶罐，塑料袋等）动作，且外观舒适，体积小巧。 1. 机械手夹紧机构 技术参 数 : 抓重（ =1寸范围（ :t/d84 （ 宽 （ 高 （ =130 70 302 2. 机械手移动平台设计 技术参数：长 （ 宽 （ 高 （ =1215 1195 773 毕业设计（论文）工作计划： 20090； 明确设计任务，查询收集资料 20090； 原理图的草图 的拟定 20097； 设计方案比较与选定 2009814； 零件图结构设计与选型 20091； 零件图的绘制与设计 说明书的编写 20098； 部件图的装配 与 件的制作 20092009器人总装图的装配及修 正 20095; 毕业设计的 上交 接受任务日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日 学 生 签 名 年 月 日 指导教师签名 年 月 日 院长（主任）签名 年 月 日 学校代码： 10410 序 号： 20050369 本 科 毕 业 设 计 题目： 校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 学 院 ： 工 学 院 姓 名 ： 徐平 学 号 ： 20050369 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 年 级 ： 机 制 051 指导教师 ： 饶洪辉 二 年 五 月校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 摘 要 随着经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，垃圾排放量与日俱增，对环境的压力越来越大，特别是校园这种人口密集的地方，每天都在制造大量的垃圾，如废纸、塑料、废电池、果皮等。为了让校园保持清洁就必须要费大的人力物力和财力等。 如果设计一种校园拾捡垃圾机器人就可以解决很大的麻烦，校园捡垃圾机器人机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。 捡垃圾机 械手是由全液压控制， 垃圾拾捡 机器人是由机械手固定在移动平台上构成的一类特殊的移动机器人。其中机械手用来实现如抓取、操作等动作，平 台的移动用来扩展 械手的工作空间，使机械手能以更合适的姿态执行任务， 机械手的加入也极大的提高了 动机器人的性能 ； 移动平台是一种采用前轮转向后轮驱动的四轮式小车结构 。 关键词 : 校园；垃圾机器人；控制机构 ；驱动机构 校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 - 2 - s by on in on in of a of as as In be on of so If a be a of is a as of of in is on of a of is to as to of of be a is by of is a 园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 - 3 - 目 录 一 绪论 . - 4 - 动机器人概述 . - 4 - 题研究意义 . - 4 - 二 校园垃圾拾捡机器人总原理 . - 5 - 三 机械手夹紧机构 手爪设计 . - 6 - 爪的工件原理 . - 6 - 爪技术参数 . - 6 - 紧力的计算 . - 6 - 量夹紧力的计算（滑槽式的两指夹紧机构） . - 7 - 指夹紧力的计算 . - 7 - 四 垃圾拾捡机器人移动平台设计与计算 . - 8 - 动平台的工作原理 . - 8 - 案设计 . - 8 - 动机选型 . - 9 - 计链传动 . - 10 - 轮的设计及计算 . - 12 - 的设计及计算 . - 12 - 轴器的选择 . - 14 - 速器的选择 . - 15 - 的选用与校核 . - 16 - 承选择 . - 17 - 纹紧固件选型 . - 18 - 松装置 . - 19 - 封件选择 . - 20 - 五 一些标准零件一览表 . - 20 - 六 总结 . - 21 - 参考文献 . - 22 - 致 谢 . - 23 - 校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 - 4 - 一 绪论 动机器人概述 移动机器人的研究目的是 研究应用人工智能技术，在复杂环境下机器人系统的自主 推理、规划和控制。 移动机器人系统一般由硬件系统和软件系统两部分构成 移动机器人是一个集环境感知、动态决策和规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。移动机械手是由机械手固定在移动平台上构成的一类移动机器人系统。其中机械手用来实现如抓取、操作等动作，平台的移动用来扩展机械手的工作空间，使机械手能以更合适的姿态执行任务，同时机械手的加入也极大提高了移动机器人的性能。 题研究意义 把机械手安装在移动平台上，这种结构使机械手拥有几乎无限大的工作空间和 高度的运动冗余性，并同时具有移动和操作功能，这使它优于一般的移动机器人和传统机械手 ;另一方面，移动平台和机械手不但具有不同的动力学特性，而且存在强藕合，有的移动平台还受非完整约束。因此，研究这类系统的控制问题有十分重要的理论价值和实践意义。 这种特殊结构的机器人在工业装配、无人恶劣环境中工作 (如灭火、外星球探测和各类危险的科学研究 )以及室内服务工作 (如运送、导游和巡逻 )等方面具有一定研究价值。 校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 - 5 - 二 校园垃圾拾捡机器人总原理 器人总原理图 图 器人总原理 器人的 操控 过程 机器人工作时， 启动遥控控制 按钮 ，点动电源 控制 按钮 ，接通电源，操控遥控将机器人行至工作区域， 启动机器人操作全自动化 按钮，机器人进入自主运动状态。 机器人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，移动平台停止移动，启动机械手控制系统， 机械手通过传感器调整机械手位置使爪子对准垃圾，爪子闭合 抓紧垃圾 ， 机械手随 转台向垃圾箱方向转动，转到垃圾箱上方碰到 一 行程开关爪子张开 ，爪子完全张开碰到第二个行程开关 ，机 械手随 转台转 回 到自由 初始 状态。 机器人继续移动 寻找垃圾目标 。 机器人在工作过程中，通过周围装有传感器发现有障碍物时，控制转向电机启 动 ， 控制 机器人 转向，避开 障碍物 。 当机器人垃圾箱中垃圾占有一定空间时，机器人停止工作，遥控器报警。此时 人为通过遥控器操控机器人，通过无线导航系统，将机器人指引到附近的垃圾收集地，卸下垃圾。完成一次拾捡全过程。 校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 - 6 - 三 机械手夹紧机构 手爪设计 机械手 夹紧机构 爪抓取工件时要满足迅速，灵活，准确和可靠性的要求 。 设计制造夹紧机构 夹紧 力的大小则系根据夹持物体的重量，惯性力的大小来计算，同时还要考虑有足够的开口尺寸，以适应被抓物体的尺寸变化夹紧机构 夹紧机构形式有：机械式，吸式，电磁式等，有的还带有传感器装置 爪的工件原理 杆在驱动力 P 的作用下上拉下推 ,手爪端部手指端部完成 抓 紧或松开动作 ， 即工作夹紧状态与自由张开状态 ： 当杆在作用力 P 作用下杆向下推时 ,手爪 手指松开， 处于自由张开状态 (如 图 )； 当杆在作用力 P 作用下杆向上位时 ,手爪 手指抓紧， 处于处于夹紧状态 (如 图 ) 爪技术参数 抓重（ =1 寸范围（ :t/满足强度要求 同理，前轮转向主动轴和从动轴 及转向连杆轴 也同样满足强度要求 各轴详细数据见工程零件图纸 轴器的选择 定联轴器的计算转矩K 由 择联轴器的型号与尺寸 T n / 1 1 21 2 1 221 0 9 . 81 4 .c o s 1 5 4 0 6 . 5 2c o s 1 523 0 0 0 . 39 6 . 7 2c o s 1 5 9 3 . 3 3s i n 1 5 2 5c o s 1 5 3 9 5 . 9 5s i n 1 5 9 1 . 4 8 N F F F m m F F F F N 即校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 - 15 - 由 14 m和 5 0 0 / m 电机输出轴与减速器联接及减速器输出轴与前轮转向主动轴的联接均用联轴器联接 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 形结构 ，技术参数 表 3 联轴器技术参数 速器的选择 减速器是指原动机和工作机之间的独立传动装置 ，选用型号为 锥面包络圆柱蜗杆减速器， 图 表 3 型号 额定 转矩 许用转速 n(r/轴孔 直径 d(轴孔 长度 L(D 1 栓 L0 量 动 惯 量 铁 钢 铁 钢 Y J 数 量 n 直 径 6 7200 12000 18 18 42 30 80 64 4 4 00 5200 8000 30 30 82 60 110 90 4 24 1d(轴器 图 速器 校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 - 16 - 表 4 减速器技术参数 的选用 与校核 键的选用过程 根据轴径 的断面尺寸（ b h） 强度 计算（必要时） 根据轮毂的宽度 B键的长度 L(LB) 键的选型 选用平头普通平键（ 1096 6 16和 10968 7 20 图 校核 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） 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 校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 - 17 - 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 承选择 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（图 表 （ 2）前轮采用轴承同时受径向力和轴向力，主要受轴向力作用，且轴向力作用较大时，选用圆锥滚子轴承系列， 30307。结构参数见（图 表 d 2A / 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 式 轴承 均是成对出现的，均采用背对背方式安装定位的 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 校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 - 18 - 纹紧固 件 选型 （表 5） 名称 个数 用途 螺钉 65 35 24 后轮端盖用的联接螺钉 螺栓 57820 16 轴与车轮的紧固联接 螺母 6172 6 轴与车轮的紧固联接 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 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 表 5 如图 =14 r=35 n=4 0 16d 表查得螺栓材料的许用剪切应力 =载荷） 由r T和剪切强度条件 204 2 2 2 2 20 0 0 044 1 4 1 0 0 01 . 2 4 2 . 53 5 1 6 4s F r M P M Pd m d m d m r d m 满足强度条件 校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 - 19 - 图 松 装置 防松装置采用双螺母防松 （图 和采用开口销防松 （图 选用 销 5 40 链轮防松） 图 螺母防松 图 口销防松 校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 - 20 - 件选择 轴的外表面毡封圈密封，见表 6， 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 表 6 五 一些 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 2 10966 6 16 4 10968 7 20 4 减速器 表 7 校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 - 21 - 六 总结 转眼之间，历经整整两个月的毕业设计马上就要结束了， 我的大学生活也将结束了。 这是我们大学之中最后一个也是最重要的一个设计、一个阶段。毕业设计是考验我们大学这四年来的所学，它要求我们将大学这四年来所学到的知识能够融会贯通、熟练应用，并 要求我们能够理论联系实际，培养我们的综合运用能力以及解决实际问题的能力。在这个过程中，感到自己有学到了好多东西。 在这两个月里，我们不断学习、不断积累并且不断提高。在指导老师饶洪辉老师的悉心指导下，我们从最初的开题做起，进行设计方案的整体规划；之后尺寸拟定、各个零部件的选择及计算、绘制装配图、零件图等几个阶段。这次的毕业设计，是对我们这四年来所学的专业知识是否踏实的检验，让我们对这四年中所学的知识进行了综合，也让我温习了一些已经快要淡忘的专业知识，更学习到了一些实际机械应用的经验。与此同时，我们也充分认识到 自身的许多不足之处：基础知识的不够扎实，缺乏综合运用及理论联系实际的能力等，相信通过这次毕业设计所得到的锻炼，在未来的日子中我们能克服自身的缺点。 通过这次设计，无论是我们的学习知识的能力得到了锻炼，更是使我们团队协作精神得到了很好的锻炼，此项设计是由我和另同学两个人共同完成，在整个设计的过程中，我们两个人主动承担任务，分工协作、积极配合，几次修改设计方案，并进行了大量的理论计算，在能力范围内努力使设计更加趋向完善。 虽然设计是短暂的，但得到的知识却是永久的，一个完好的设计是对整个四年大学生活的一个总结，并 是对未来新的生活的一个良好的开端，所以在进行设计的时候，我们都是抱着非常认真的态度，遇到任何的问题，都会积极向指导老师请教，但是知识还是要靠自己去获得的，所以我们更多的时间都是自主找资料，把相关的书籍都认真的寻找，即使最后没有找到需要的资料，但本身在看书的过程中也是一种收益，就是在指导老师和图书馆寻找资料的帮助下，我们的设计一点点的明朗，一点点的完善，这是充满自己汗水的成果啊。 我们知道，我们的设计还存在很多不足之处，还有待大家的 点评指正，和大家的 帮助，我们一定会把它努力做得更好的。 最后，我们要衷心的感谢 我们的指导老师 饶洪辉 ，还有其 他所有给过我 帮助和支持的老师和同学们，没有你们，就没有我们今天这个小小的成果，感谢你们！ 校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 - 22 - 参考文献 1于就泗，齐发主编 连理工大学出版社， 2007 2蔡春源主编。简明机械零件手册：冶金工业出版社， 1995 3刘力主编，王冰副主编。机械制图第二版：高等教育出版社， 2002 4杨明忠，朱家诚主编。机械设计：武汉理工大学出版社， 2001 5机械工程手册第 5卷：机械工业出版社， 1982 6机械工程手册第 6卷：机械工业出版社， 1982 7中小型电机标准汇编：技术标准出版社， 1971 8刘鸿文主编。材料力学（）：高等教育出版社， 2004 9 陆祥生 杨秀莲编。机械手 国铁道出版社， 1985 10哈尔滨工业大学理论力学教研室编。理论力学（）第六版：高等教育出版社， 1981 11刘鸿文主编。材料力学（）：高等教育出版社， 2004 12张学政，李家枢主编。金属工艺学实习教材（第三版），高等教育出版社， 2002 13关文达主编。汽车构造（第二版）：机械工业出版社， 14王望予主编。汽车设计 （第四版）：机械工业出版社， 15电机工程手册第四卷 ，机械工业出版社， 16郑文纬 无克坚主编。机械原理（第七版），高等教育出版社， 园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 - 23 - 致 谢 这次毕业设计论文是在导师的精心指导下完成的。在我 在校 期间， 老 师渊博的学识、严谨治学的作风和精益求精的精神使我受益非浅。在我毕业课题的设计中，导师的想法给予我很多的启发和帮助，使我能顺利 完成课题的设计 和论文的撰写，也顺利地完成了学士 阶段的学业。在本论文即将结稿时，我要向导师表示最衷心的感谢。 二 00九年五月 绪 论 机器人的总体结构图 设计方案比较与选定 零件的选型 总结 目录 绪 论 经济发展和生活水平提高，垃圾排放量增加，环境压力增大 人口密集的校园，每天都在制造大量的垃圾，如废纸、塑料、废电池、果皮等。为了保持校园清洁就必须要耗费大的人力物力和财力等。 设计一种校园拾捡垃圾机器人就可以解决很大的麻烦。 垃圾拾捡机器人总结构图 手爪的控制机构（搭档） 移动平台 手爪 机械式（最基本，应用广泛） 吸盘式（适用于冲压零件） 电磁式（易产生振动） 机械手夹紧机构手爪设计 第一章 选用 装有感应片的杠杆滑槽式手爪 结构简单，动作灵活，夹持范围较大，装上感应片借助传感器可以控制拾捡垃圾时手爪夹紧力的大小，减少功率的消耗 上拉作夹紧状态） 下推由张开状态） 工作夹紧状态 自由张开状态 移动平台总体方案的比较选择 四轮驱动，四轮转向 （结构复杂） 前轮驱动，后轮转向 （结构简单，不方便） 后轮驱动，前轮转向 （结构简单，操作方便） 第二章 机器人移动平台设计 电动机启动 后驱动轴转动 车轮转动 链传动 螺栓紧联接 移动平台后轮驱动路线 联 轴 器 联 轴 器 螺 栓 进 联 接电 动 机 启 动 （ 停 止 ） 减 速 器 前 轮 轴 车 轮移 动 平 台 前 轮 转 向转 向 路 线 ：梯形转向连杆机构 电动机选型 安装尺寸 A K G R S n 22 200 3 0 15 2 D H F N M 05 8+ 65 形尺寸 p b1 b2 h 00 194 158 37 P=n=1500r/形结构
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