叉形件工艺及车床夹具设计（有cad源图+文献翻译+ppt）.doc
叉形件工艺及车床夹具设计（有cad源图+文献翻译+ppt）带CAD图
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本科毕业设计论文 题 目叉形件工艺及车床夹具设计 设计论文论文 毕业 任务书一、题目 叉形件的加工工艺及车床夹具的设计 二、指导思想和目的要求 通过对本课题的研究和训练，培养学生综合应用所学基础理论、基本知识和专业知识解决生产实际问题的能力；培养学生正确运用工程运算和使用技术文献、规格资料的能力；培养学生掌握工艺过程设计和工艺装备设计等的设计方法；培养学生简明精确地表达设计思想的能力以及制图和写论文等的能力。使学生熟练应用相关软件进行工程设计与分析，建立工艺文件；培养学生探求未知、开拓创新的科学精神和从事工程实践的基本能力。 通过毕业设计，使学生初步掌握工程技术的设计能力、解决问题的能力。 三、主要技术指标 1、 对指定的零件图进行构造分析和工艺分析，并绘制零件图； 2、 制定工艺路线 3、 编制全部工艺规程 4、 设计车床夹具一套； 5、 编写说明书（论文）； 四、进度和要求 1、分析并绘制叉形件零件图 1周 2、工艺路线及编制工艺规程 4周 3、设计工艺装备（车床夹具） 3周 4、编写说明书（论文） 2周 5、评阅 ，答辩 1周 五、主要参考书及参考资料 1 李益民机械制造工艺设计简明手册北京：机械工业出版社，1994 2 宋宝玉. 简明机械设计手册. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社 2008年8月 3 阎光明，侯忠滨，张云鹏现代制造工艺基础西安：西北工业大学出版社2007 4 赵家齐机械制造工艺学课程设计指导书北京：机械工业出版社2005 5 韩进宏互换性与测量技术基础北京：北京大学出版社2006 6 邓文英，郭晓鹏金属工艺学北京：高等教育出版社2008 7 郭纪林，余桂英.机械制图.北京：清华大学出版社.2004 8 罗洪涛,万征.中文AutoCAD2007机械设计教程.西安：西北工业大学出版社.2007 摘 要 本次毕业设计的题目是叉形件工艺及车床夹具设计。主要的设计思路是：分析零件的特点、拟订合理的工艺规程，选择适当的机床、设计合理的夹具。在机械加工零件中如果能广泛地使用夹具，就能极大的节省加工时所用的时间，以减轻工人的劳动量，提高劳动生产率和产品的质量。 设计夹具一般先对原始材料进行分析，明确设计的要求和意图，然后提出具体的定位和夹紧方案及车床夹具设计。本文5号莫氏锥体（锥柄式心轴）和弹簧片自动定心装置来保证设计的可靠,最后还对夹具的精度进行了分析。 本次毕业设计是专业课程的理论学习和实践之后的最后一个教学环节，通过本次设计对所学专业课程的理论加以综合并增加生产实践知识，经过实际训练，从而培养和提高个人独立工作的能力。巩固与扩充了相关课程内容，掌握其设计的方法和步骤。在设计中查阅了大量的机械书籍，在此过程中锻炼并提高了机械设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册；熟悉机械设计标准及其它有关的标准和规范，并在设计中加以贯彻，对今后的工作与学习打下了坚实的基础。 关键词：叉形件，工艺规程，机床夹具 ABSTRACT This graduation design topic is fork and lathe fixture design process .The main design way of thinking BE: the feature of the parts is analyzed so as to plan the reasonable process and select the corresponding machine and jig. Machined parts if they can widely used fixture, you can greatly save the auxiliary time when the processing in order to reduce the amount of labor of workers, improve labor productivity and product quality. Design fixture first general analysis of the raw materials, design requirements and intentions clear, and then propose specific positioning and clamping programs ,. lathe fixture design process .Positioning an article using 5 Morse cone structure to ensure the reliability of the design, but also on the accuracy of the clamp is analyzed. This graduation design is profession course of theories study and after practice of the last teaching link, pass this design to learn profession course of the theories take in to synthesize and increase produce to practice knowledge, pass by training of machine design, develop and raise thus personal independence work of ability. Make stronger and enlarged the related course contents. Control the method and step of its design. Checked a great deal of machine book in the design, toughen in this process and raised the basic technical ability of machine design, such as calculation, paint, check design data and manual; Acquaint with standard and other of the machine design relevant of standard and norm, and take in to carry through in the design, to after times work and study beat under solid foundation. KEY WORDS: Fork , Process planning,Machine tool fixtures II 目 录 前 言1第一章 零件的分析21.1 零件的作用21.2 零件的结构与工艺分析2第二章 工艺规程设计52.1确定毛坯的制造形式52.2 基准的选择52.2.1粗基准的选择52.2.2精基准的选择62.3加工阶段的划分62.3.1零件加工阶段的划分62.3.2 工序的集中与分散72.4 制定工艺路线及方案72.5 机械加工余量、工序尺寸的确定102.6尺寸链的计算11第三章 车床夹具设计133.1夹具结构和类型153.2工件自由度分析163.3定位基准的选择173.4车床夹具结构173.5夹具精度分析183.6夹具设计及操作的简要说明20第四章 全文总结21参 考 文 献22致 谢23毕 业 设 计 小 结24附 录26 前 言 机械制造加工工艺与机床夹具设计主要是对零件的加工工艺设计和针对某个工序进行专用夹具的设计，从零件的工艺来说，它主要是分析零件在进行加工时应注意什么问题，采用什么方法和工艺路线加工才能更好地保证精度，提高劳动生产效率。就专用夹具而言，好的夹具设计可以提高生产效率，精度，降低成本等，还可以扩大机床的适用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率，降低成本。在本次设计中，就针对叉形件的工艺进行分析，制定和比较加工工艺路线，选择一种较好的加工工艺路线进行加工，并对叉形件的孔10mm进行车床专用夹具的设计，在这过程中，对夹具的定位误差和精度进行分析计算。通过这次设计，培养了编制机械加工工艺规程和机床夹具设计能力，这也是在进行毕业之前对所学课程进行最后一次深入的综合性复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们的大学生活中占有十分重要的地位。 机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度，加工操作，生产安全，技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种，上质量，上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证，然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品加工精度，降低生产成本等。 毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及专业课之后进行的。这是我们在毕业之前对所学各课程的基础知识、研究能力、自学能力以及综合运用能力的培养和检验，也是一次理论联系实际的训练，就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己将来从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。 由于能力所限，设计中尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指正，谢谢。 第一章 零件的分析 1.1 零件的作用 叉形件零件是飞机液压助力器执行机构中的主要部件之一。从整体上来看，飞机液压助力器是安装在飞机副翼操纵机构中或方向舵操纵系统中，用于不可逆的液压助力器操纵。当飞机液压系统损坏或压力下降时，液压助力器外筒左右两腔沟通，即助力器当一拉杆使用，以实现人力应急操纵。每架飞机上装有两台液压助力器。分别操纵左右副翼或方向舵。 叉形件零件在产品中内孔10H7和外圆9h6与叉形件组件中的外圆和内孔配合，起到一个连接的作用。 1.2 零件的结构与工艺分析 从叉形件的结构特征来看（ 下图1-1），它是长度大于直径的回转体零件，其被加工表面有外圆柱面、外圆锥面、螺纹、沟槽、孔等。根据它的结构特点和精度要求，应选择合理的定位基准和加工方法。 叉形件的技术要求是根据零件的主要功用以及使用条件确定的，通常有以下几个方面： （1）加工精度。叉形件的加工精度主要包括结构要素的尺寸精度、形状精度和位置精度。 1）尺寸精度。主要指结构要素的直径和长度的精度。 2）形状精度。主要指轴颈的圆度、圆柱度等，因轴的形状误差直接影响与之配合的零件接触质量和回转精度，因此限制在直径公差范围内。 3）位置精度。包括两叉内、外端对表面C的垂直度，孔对表面A的垂直度及位置度要求，具体参阅零件图。 （2）表面粗糙度。轴类零件的主要工作表面粗糙度根据其运转速度和尺寸精度等级决定。本零件中主要表面的表面粗糙度Ra为1.6-0.4，次要表面的表面粗糙度Ra为12.5-3.2。 （3） 其他要求。为改善轴类零件的切削加工性能或提高综合力学性能及其使用寿命等，还必须根据轴的材料和使用条件，规定相应的热处理要求。 图1-1 叉形件零件图 设计基准是9的中心线；配合表面是外圆9，内孔10，叉形件在装配过程中，内孔10H7 和外圆9h6在叉形组件中是配合表面，因此配合部分的尺寸公差、形位公差要求比较高，表面粗糙度要求较高，外圆10H7是设计基准表面；M5-6h螺纹上有一个1.5的小孔起漏气漏油作用，因此这部分的精度要求不高； 主要技术要求： 1.表面A的中心线对内孔10H7轴线的垂直度公差为0.05，位置度公差不大于0.1； 2.槽与外形的轴线对内孔10H7的内壁的垂直度公差都为0.05； 3.表面A与铰链衬套ZL-19461R的配套间隙为0.006-0.01； 4.允许表面B上有孔深2.5, 1的中心孔； 5.磁力探伤； 6.L段和表面C发兰，其余表面镀镉8-12,钝化； 7，叉形件从构形来看，基本属于轴类件，各个表面并不复杂。叉形件从精度上看，主要工作表面的精度是IT6级，孔10H7工作表面的粗糙度为0.8，非配合表面的粗糙度为1.6-3.2，位置精度：10H7的孔中心线对A的位置度为0.1，垂直度公差为0.05； 第二章 工艺规程设计 2.1确定毛坯的制造形式 零件材料30CrMnSiA，为高级优质合金结构钢，并要求进行淬火后回火，保持硬度为HRC=36-41, 考虑到零件受力情况，批量的大小等因素，因此应该选用棒料。以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件属于大批量生产，应保证尺寸的精确。这对提高生产率、保证加工质量也是有利的。 2.2 基准的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确合理，可以使加工质量得到保证。生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。 在选择基面时有两个基本要求： （1）各加工表面有足够的加工余量（至少不留下黑斑），使不加工表面的尺寸、位置符合图纸要求，对一面要加工、一面不加工的壁，要有足够的厚度。 （2）定位基面有足够大的接触面积和分布面积。基础面积大就能承受大的切削力；分布面积大可使定位稳定可靠。必要时，可在工件上增加工艺搭子或在夹具上增加辅助支撑。 2.2.1粗基准的选择 在选择粗基面时，考虑的重点是如何保证各加工面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置复合图纸要求。因此选择粗基面的原则有以下几个方面： （1）如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，就应该选择该表面作为粗基准。 （2）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，则应该以不加工表面为粗基准。 （3）应该用毛坯制造中尺寸和位置比较可靠，平整光洁的表面作为粗基准。 （4）应该注意，由于粗基面的定位精度很低，所以粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次，否则定位误差太大。 根据以上原则，粗基准选择毛坯的外圆表面径向基准，以端面作为轴向基准下料，这样选择可以保证在粗加工时零件精度。 2.2.2精基准的选择 对于精基面考虑的重点是如何减少误差，提高定位精度，因此精基准的选择原则有以下几个方面： （1）应尽可能选用设计基准作为定位基准，这称为基准重合原则。 （2）所选的定位基准，应能使工件定位基准精准，稳定，刚性好。变形小和夹具结构简单。 （3）应尽可能选择统一的定位基准加工表面，以保证各表面的位置精度，这称为统一基准原则。 （4）有时还要遵循互为基准，反复加工原则。 （5）有些精加工工序要求加工余量小而均匀，以保证加工质量和提高生产率，这时就以加工面本身作为精基面。 结合上述原则与零件图纸的要求，又因为该零件工艺基准与设计基准重合，故而我们以设计基准9的中心线为零件的径向精基准，这样定位不仅满足上述原则，同时也是多次装夹和定位中精度最高的。 2.3加工阶段的划分 2.3.1零件加工阶段的划分 零件的加工质量要求较高时，必须把整个加工过程划分为以下几个阶段： （1）粗加工阶段：在这一阶段中要切除较大量的加工余量，因此主要问题是如何获得较高的生产效率。用切断刀下料长度为72，车端面打中心孔做好轴向基准的精度要求，粗车外圆半锥度，铣平面铣槽等等为后边的精加工做好工作。 （2）半精加工阶段：在这一阶段中应为主要表面的精加工做好准备（达到一定的加工精度，保证一定的加工余量），并完成一些次要表面的加工，一般在热处理之前进行。细车外圆，钻孔，铣外形，铣平面打标记进一步提高精度要求。 （3）精加工阶段：保证各主要表面达到图纸规定的质量要求，中检，修复基准精车外圆，磨外圆，磨平面及槽，镗孔车螺纹，钻小孔，磨小台，表面处理最后终检，以满足零件的最终设计要求。 由于零件加工质量要求较高，将其工艺路线划分为4个阶段：毛坯-粗加工（车外圆、铣槽、钻孔、铣圆弧）-半精加工-精加工-光整打磨。 2.3.2 工序的集中与分散 一个工件的加工是由许多工步组成的，如何把这些工步组织成工序，是拟定工艺过程时要考虑的一个问题。在一般情况下，根据工步本身的性质，粗精阶段的划分、定位基面的选择和转换等，就把这些工步集中成若干个工序，在若干台机床上进行。本零件是大批量生产，而且零件比较小装夹比较方便，因此采用工序分散，采用比较简单的机床和工艺设备，调整容易，而且工序分散对于员工的技术要求也比较低从而降低了成本和生产效率。 2.4 制定工艺路线及方案 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领一确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 在分析研究叉形件零件图的基础上，对各加工表面选择相应的加工方法。 外圆表面的加工方案：粗车半精车精车磨。 内孔表面加工方案：钻镗铰 平面加工方案：粗车精车磨。 工艺方案如下： 5工序： 毛坯，选择长1600mm, 30mm的棒料，零件材料为30CrMnSiA。 供应状态为热轧，热轧能显著降低能耗，降低成本，热轧时金属塑性高， 变形抗力低，大大减少了金属变形的能量消耗。毛料加工零件总数为20 件。 10工序： 下料，在锯床上用弹簧夹头加紧，切断成长72mm的棒料。 15工序：钻中心孔，用弹簧夹头加紧外圆，在两端面中心1mm的中心孔，深 度为2.5mm，此孔用于以后加工定位。 20工序：粗车外圆、车锥度，设备：C620. 粗车外圆11和28，11作为后面25工序加工的粗基准。 加工35.7，粗糙度为1.6。这道工序中的精度要求较高，原因是 在以下的工序中要求采用这段圆柱面作为定位基准。这样以这段外圆作 为基准定位，可提高定位的稳定，可靠性。 在本工序后，由于出现最终表面，要求以后工序间要进行防锈，油封。 25工序：粗铣平面、铣槽，设备：X60 此工序中用铣床专用夹具，加工中以11的端面和外圆柱面为定位 基准。此工序中零件的定位基准是底端面及外圆表面作为定位基准。选 用圆盘做为零件的主要定位元件。夹紧方式采用螺母夹紧，用连杆及 弹簧。设计基准为表面如箭头所指（见图3-1，25工序图） 30工序：打毛刺，设备：钳工台： 去铣加工后槽和平面的毛刺 35工序：打中心孔，设备：C620 在B端面打中心孔，工序的要求与工序10要求相同 40工序：打毛刺45工序：细车外圆，设备：C620 此工序的以B端面和11的端面的中心孔定位 50工序：钻孔，设备：Z518。 此工序中先进行钻孔然后进行扩孔，考虑到扩孔的加工质量比钻孔高， 一般精度可达到IT10-IT9，表面粗糙度值Ra值为3.2-6.3微米，而且 实践表明这样分两次钻孔 ，生产效率比打钻头一次钻出的高。 55工序：打毛刺60工序：铣外形，设备：X52k 用20的指状铣刀 65工序：打毛刺70工序：铣平面，设备: X52k 75工序：打毛刺80工序：打标记85工序：中检，设备:检验台 检验8.4的尺寸 90工序：热处火+高温理：调质：淬回火。 目的是为了获得零件规定的硬度，提高材料的机械性能。 从此工序后，零件进入精加工阶段。 95工序： 修复基准，设备：C620。 用纱布在车床上清理内孔里热处理吹沙而不能清理的赃物和氧化皮等。100工序：精车外圆，设备：C620。 精车外圆9.5 6.5 5.05 105工序：磨外圆，设备：M114, 在外圆磨床上加工9h6，6h6，以达到最终要求尺寸。为工艺精基 准，以及磨平面及槽加工定位做准备，达到表面处理镀前的尺寸。 110工序：磨平面及槽115工序：镗孔，设备：C620。 粗镗孔9.3 精镗孔9.8 铰孔10 加工倒角0.345，用单刃 镗刀镗孔，适应性较广，灵活性较大，可以校正原有孔的轴线歪斜或 位置偏差，而这一点扩孔和铰孔是不易达到的。缺点是生产效率比较 低。 120工序：磁粉探伤，设备：探伤机 本工序是检验零件的表面在热处理及磨削加工后，有无裂纹，有裂纹 时，就不能正常工作，或者造成严重的事故，磁粉探伤前后均须清洗， 允许表面留有磁粉。 125工序：车螺纹，设备：C620 该工序前，基准外圆10H7都已精加工，保证了该工序的加工要求。 130工序：钻小孔，设备：Z512 135工序：磨小台：设备：MT475A 本工序并非重要加工尺寸，安排在该工序进行加工， 140工序：表面处理，设备:槽 按零件图的要求，给表面C和L段镀镉，发兰。其余表面镀镉8-12。145工序：终验，设备:检验台 是零件的汇总检验，进行叉形件部件装配要求的检验。 2.5 机械加工余量、工序尺寸的确定 叉形件零件材料为30CrMnSiA，硬度为HRC:36-41，生产类型为批量生产。根据原始资料及加工工艺，可以确定各加工面的机械余量、工序尺寸。 1. 10孔 棒料为实心，不冲出孔。根据工序要求，其加工分为钻、铰、镗、精镗和 磨。参照手册，确定工序尺寸及余量为： 钻孔： 8.1mm 粗镗：9.3mm 2Z=0.8mm 精镗孔：9.8mm 2Z=0.6mm 铰孔： 10mm 2Z=0.2mm 2. 槽 9mm 铣槽 8.4mm 磨槽 9.0mm 2Z= 0.6mm 3. 外圆16mm 根据工序要求，其加工分为粗车、半精车、磨削加工。各工序余量如下。 粗车：参照手册，取余量为3.5mm，偏差为-0.3mm。 半精车：参照手册，取余量为2mm，偏差为-0.12mm。 磨削：参照手册，取余量为0.5mm，偏差为 2.6尺寸链的计算 1. 尺寸链的计算 在工艺尺寸链中，封闭环是加工过程中最后自然形成的尺寸，一般为被加工零件要求达到的设计尺寸或工艺过程中需要的余量尺寸。因此，封闭环是随着零件加工方案的变化而变化的，工艺尺寸链的封闭环必须在加工顺序后才能判断。如下图所示 A0是在115工序中要计算的尺寸 是105工序磨外圆 孔壁到端面的距离 是50工序钻孔 孔的半径 A0为封闭环 增环 减环 减环 A0=254.0519.987 A0=0.963 ES=0-(-0.075)-(-0.025) ES=+0.1 EI=-0.05-0.075 EI=-0.125 所以 A0= 第三章 车床夹具设计 在机械加工中，为完成需要的加工工序、装配工序及检验工序等，首先要将工件固定，使工件占有确定的位置，这种保证一批工件占有确定位置的装置，统称为夹具。夹具体是将家具上的各种装置和元件连接成一个整体的最大、最复杂的基础件。夹具体的形状和尺寸却绝育夹具体上各种装置的布置以及夹具与机床的连接，而且在零件的加工过程中，夹具还要承受夹紧力、切削力以及由此产生的冲击和震动，因此夹具体必须具有必要的强度和硬度。切削加工过程中产生的切削有一部分还会落在夹具体上，切削积累越多将会影响工件可靠地定位和加紧，因此设计夹具体时，必须考虑其结构应便于排屑。此外，夹具体的结构的工艺性、经济性以及操作和装拆的便捷性等，我们都应当考虑。 115工序 镗孔 车床夹具。工序图 见图3-1 图3-1 镗孔3.1夹具结构和类型 在机床上加工工件时，为了保证加工精度，加工前首先要使工件在机床上有一个正确的位置，即定位。然后将其夹紧。工件定位与夹紧的过程又称为工件的装夹，在机床上用于装夹工件的工艺装备就称为机床夹具，机床夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响机械加工的质量、生产率、生产成本以及工人的劳动强度等，因此机床夹具设计是机械加工工艺准备中的一项重要工作。 机床夹具的种类很多，按使用机床的类型不同可分为车床夹具、车床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具和其他机床夹具等；按驱动夹具工作的动力和自夹紧夹具等。按其专门化程度不同，机床夹具一般可以分为以下五种类型： （1） 通用夹具 （2） 专用夹具 （3） 可调夹具 （4） 组合夹具 （5） 随行夹具 本论文中所涉及的夹具是诸多夹具类型当中的专用夹具，是在叉形件上镗取直径为10mm孔的车床夹具。 专用夹具是针对某个具体工件的某一工序专门设计的，在实际生产中应用的专用夹具很多，分类方法也有多种，通常可以根据不同的工序特征进行分类，以便于研究和考虑夹具的构造形式。专用夹具可分为以下几类： （1）车床类夹具 （2）铣床类夹具 （3）钻镗床类夹具 （4）其他机床夹具 专用夹具的主要功用有以下几个方面： （1）保证被加工表面的位置精度 （2）提高劳动生产率、降低成本、缩短工序时间 （3）扩大机床工艺范围 （4）改善工人劳动条件 车床夹具所具有如下设计特点： （1）车床加工中切削力较大，振动也较大，故需要较大的夹紧力，夹具刚性也要好。 （2）借助对刀装置确定刀具相对夹具定位元件的位置，此装置一般固定在夹具体上。 （3）借助定位键确定夹具在工作台上的位置。 （4）由于车削加工中切削时间一般较短，因而单件加工时辅助时间相对长，故在车床夹具设计中，需特别注意降低辅助时间。 专用夹具通常由定位件、夹紧件、导向对刀元件、连接元件、夹具体、其他装置和元件，几部分组成。在上述组成部分中，定位件、夹紧件和夹具体是必需的，其他不是所有夹具都需要的。 3.2工件自由度分析 如上图3-1所示，在115工序中，要求限制Y、Z方向的移动和转动，X方向的旋转，根据零件的定位基准和工艺要求，X方向定位是叉形件外圆柱表面采用定位板，由于定位板结构简单，易于制造，可用两三个螺钉固定在本体上，为了提高定位板的稳定性，可加圆柱销定位，是它不致于因受力而滑动。Z方向定位是采用弹簧自动定心装置，是利用压板受力后产生弹性形变来将工件定心并加紧，但要对压板的轴向移动量加以限制，以防弹簧受压过大而发生卡死或压伤工件的现象。Y方向采用螺钉夹紧机构，用扳手旋紧螺杆把工件夹紧，但是夹紧力集中，易压伤工件和引起工件变形。 所以主要定位元件限制五个自由度：Y和Z方向的移动和转动，圆柱面支撑限制了X轴的旋转，保证镗孔的深度，实际定位键限制了五个自由度。、3.3定位基准的选择 本夹具主要是用来在叉形件上镗孔.并且对孔10.0mm也有一定的技术要求（垂直度的偏移不能大于0.05mm，圆柱度的偏移不能大于0.1mm），由于孔还没有加工，所以在本道工序加工时，主要应考虑如何保证加工质量、提高劳动生产率和降低劳动强度，故定位基准应选择A和端面如图3-1。3.4车床夹具结构参考了一些车床类专用夹具的设计，最终确定下图所示的车床夹具： 图3-2：车床夹具设计图3.5夹具精度分析 在夹具结构方案确定及总图设计完成之后，还应该对夹具精度进行分析和计算，以确保设计的夹具能满足工件的加工要求。 1.影响精度的因素（造成误差的原因） 在加工工序所规定的精度要求中，与夹具密切相关的是被加工表面的位置精度位置尺寸和相互位置关系的要求。影响该位置精度的因素可分为定基安装，加工三部分，夹具设计者应充分考虑估算各部分的误差，使其综合影响不致超过工序所允许的限度。 定基 是指由于定位基准与原始基准（亦称工序基准）不重合而引起的原始尺寸（工序尺寸）的误差，它的大小已由工艺规程所确定，夹具设计者对它无法直接控制，如果要减少或消除定基，则可建议修改工艺规程，另选定基准，最好采用基准重合的原则。在25工序里基准重合，所以定基误差为零 安装 是指与工件在夹具上以及夹具在机床上安装的有关误差，它包括以下因素： （1）工件在夹具上定位所产生的定位误差定位，夹具设计者可以通过合理（2）工件因夹紧而产生的误差，是指在夹紧力作用下，因夹具和工件的变形而引起的原始基准或加工表面在原始尺寸方向上的位移。在成批生产中，如果这一变形量比较稳定，则可通过调整刀具与工件之间的位置等措施，将它基本消除。 （3）夹具在机床上的安装误差夹安，是指由于夹具在机床上的位置不正确而引起的原始基准的原始尺寸方向上的最大位移。造成夹安的主要因素有二：其一是夹具安装面与定位件之间的位置误差，这可在夹具总图上作出规定；其二是夹具安装面与机床配合间隙所引起的误差或安装找正时的误差。夹安的数值一般都很小。在安装夹具中可以采用仔细校正或精修定位面等办法来减小夹安。 加工 是指在加工中由于工艺系统变形、磨损以及调整不准确等而造成的原始尺寸的误差，它包括下列因素： （1）与机床有关的误差机床。如车床主轴的跳动、主轴轴线对溜板导轨的平行度或垂直度误差等。 （2）与刀具有关的误差刀具。如刀具的形状误差、刀柄与切削部分的不同轴线以及刀具的磨损等。 （3）与调整有关的误差调整。如定距装刀的误差、钻套轴线对定位件的位置误差等（这项可在夹具总图中予以限定）。 （4）与变形有关的误差变形。这取决于工件、刀具和机床受力变形和热变形。 以上诸因素都是造成被加工表面位置误差的原因，它们在原始尺寸方向上的总和应小于该尺寸的公差，即应满足不等式 定基+定位+夹安+加工+夹紧 此式称为计算不等式，各符号分别代表各误差在原始尺寸方向上的最大值。当原始尺寸不只一个时，应分别计算。当然，这些误差也不会都按最大值出现，在校核计算中，应该按上述因素分析后，对总误差的合成宜按概率法计算，使其小于工件的允差。 2 精度的分析 a.定位元件尺寸及公差的确定。 本夹具的主要定位元件为压块，一次加工一个零件。工件因定位而出现的误差，根据其产生的原因，可分为性质不同的两部分：一是工序基准与定位基准不重合引起的基准不重合误差或称定基误差；二是定位误差，是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。当工序基准与定位基重合时，这时定基=0，定位是工件沿着压块中心线的定位误差，它垂直于对称轴线方向上的位移并无影响（即在此方向上的定位0 ）。所以用压块定位能很好的保证工件的对称性要求。 b.设计夹具的总误差计算： （1）由于基准重合，所以定基误差 定基 0 （2）这里采用定位块定位，压块定位能很好的保证工件的对称性要求，它对垂直对称轴线方向上的位移并无影响，因此定位误差 定位0 （3）因为加紧力所引起的变形方向对该原始尺寸无影响，则夹紧所致的误差 夹紧为零 （4）加工过程中工艺系统变形、磨损以及调整不准确等造成的原始尺寸的误差此处很小所以加工0.015 （5）由于定位件与安装面的平行度误差为0.02，所以=0.02 故而满足 定基+定位+夹安+加工+夹紧 即0.050+0.02+0+0+0.015所以该夹具可以确保工件所要求的技术要求。 3.6夹具设计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。为此，应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。因为这是提高劳动生产率的重要途径。但由于本夹具是应用于组合机床上，如果采用机动夹紧，夹具势必过于复杂和庞大，本夹具为了提高生产率和降低生产成本，考虑简单、经济、实用, 减轻工人劳动强度，采用5号莫氏锥体机构,如上图3-2，操作非常简单,先拧松夹紧螺母（9）,稍微旋转弯头压块（7），将工件放置在夹具支撑板（2）上，由定位块（19）定位,再将压块（7）旋转复位，拧紧螺母（9）达到夹紧要求即进行车削加工.本工序采用的是专用的组合机床，因而不需要很大的夹紧力，而且可以采用长柄扳手，只需拧松夹紧螺母即可，因而工人的劳动强度不大。 第四章 全文总结 本次毕业设计，到此为止基本完成了叉形件工艺及车床夹具设计。在工艺规程的编制中，首先通过分析零件图，讨论了各表面的加工余量、工序余量和工序平均尺寸等问题，绘制出毛坯图。然后以第115号工序为例对切削余量及基本工时进行了计算。接着绘制出工艺卡片，在填写、绘制工艺卡片的同时对每道工序的定位与夹紧方式顺便做了分析和选择。在夹具设计方面，采用机床夹具手册的相关知识和计算研究方法，首先对夹具结构类型、定位方案、加紧方案做出选择，再对定位元件、夹紧装置等各个部分进行具体设计，然后对夹具精度等做出分析，最终绘制出夹具装配图和圆盘等非标准件的零件图。 参 考 文 献 1 阎光明，侯忠滨，张云鹏.现代制造工艺基础.西安：西北工业大学出版社,2007. 2 宋宝玉.简明机械设计手册.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2008年8月. 3 王先逵.机械加工工艺手册.北京：机械工业出版社，第二版,20034 卢秉恒.机械制造技术基础.西安:第三版，2007.5 余承晖,姜晶.北京:机械制造工艺与夹具.6 宋力宏,邓文英.西安：金属工艺学，2009. 7 赵家齐.北京:机械制造工艺学课程设计指导书,1994. 8 吴伟,武友德.机械零件加工工艺编制,2009. 9 王权民.机床夹具设计.北京：科学出版社，第1版. 致 谢 时光飞逝，转眼间在明德学院的四年大学生活已经走到了最后的时刻，在这四年里，有老师对我的谆谆教导，我将永远铭记在心，还有同学之间的深厚情谊，将永远作为我的动力源泉。谨此向他们表示诚挚的谢意。 首先，我要感谢我的毕业设计导师邓修瑾老师，导师渊博的知识、严谨务实的治学态度、开拓进取的工作作风，诲人不倦的精神、睿智练达的学者风范在这一年的时间里耳濡目染，将成为我以后工作学习中最宝贵的财富，将对我的一生产生重要的影响。在此，谨向我尊敬的邓修瑾老师表示我衷心的感谢和诚挚的敬意。 其次，我要感谢在大学四年里所有教导过我的老师们，老师们严谨的治学态度，奠定了坚实的专业知识基础，老师的言传身教让我受益匪浅，即使我走上工作岗位，也会因为我深厚的功底而更加出色。 再次，我要感谢和我一起生活了四年的机械一班同学，以及和我并肩战斗的舍友们，是你们让我的大学生活更加有意义。 最后，感谢审稿老师对我论文的评阅，感谢父母在学习和生活中对我的大力支持和帮助。 毕 业 设 计 小 结 今年3月，我开始了我的毕业设计，时至今日，毕业论文基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。 回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我们才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我们认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。 而且在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 在此更要感谢我的导师和专业老师，是你们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。在设计过程中，我们通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我们懂得了许多东西，也培养了我们独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我们充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我们终身受益。在做毕业设计的过程中，最让我敬佩的是老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神。从尊敬的导师身上，我不仅学到了很多专业知识，而且也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。 附 录1.工艺规程一份2.叉形件零件图一张 3.车床夹具装配图一张 4.车床夹具零件图一张 机械专业外语文献翻译2.2.5 Vector fields A vector-field is essentially a 2-Dimentional field with vectors. A vector consists of magnitude and angle, which represent importance or speed and demanded heading angle respectively. The magnitude interpretation as a an importance is useful when vector fields are combined by addition of each vector. The more important vector is longer, and therefore the resulting heading angle will be more into the direction of the more important vector. Some vector field generators, such as basic potential field methods, are not concerned about the magnitude. In this case the magnitude is often normalized. 2.2.5.1 Potential fields The theory of potential fields as trajectories is derived from an electrical field of a sphere in physics. The ormulae for an attractive field is as follows: where is a vector from the origin to the target position is a vector from the origin to the robot is the resultant vector with normalized length, indicating the direction of the field at the robots current position. The resultant is pointing towards the target. The attractive potential field is therefore related to line of sight guidance. A repulsive field is generating vectors pointing away from T. The formulae is Fig 6: attractive potential field Figure 6 shows a attractive potential field with a target point at T(0,0) . In an application usually only the vector at the current position of the robot is calculated, for demonstration graphs such as Figure 6 the robot is assumed to be in every possible position in the field, and therefore generating the vectors at each point. 2.2.5.2 Limit cycle based vector fields Limit cycles are part of nonlinear control theory. However the properties of a graph representing a limit cycle, Figure 7, can be adopted for path generation. For further reading see D-H Kim (2000). The limit-cycle characteristics of the 2nd order nonlinear function can be represented as a vector field containing a unit circle. Vectors outside the circle will be directed tangentially onto the circle. It can be seen as an arc/circle trajectory generator that lines up the robot coming in from any direction automatically. The resulting vector-field can be used like a arc trajectory generator or for obstacle avoidance. The disadvantage of the limit cycle method is that once the robot crosses the unit circle, the vector pointing towards a singularity in the centre. Therefore, a practical implementation is not easy, since is likely to overshoot the circle border slightly when arriving at the circle. A modification of the field within the circle is a proposed solution to the problem. Fig 7: limit cycle 2.2.5.3 Vector field fusion All discussed vector field methods can be applied at the same time. The author developed a way of combining (fusing) vector fields, which is published in Robinson P. (2004). Constraints and requirements: -Two or more vector fields are given -These vector fields contain normalized vectors The method is best described in an example. A typical combination of vector-field shall be analyzed where a Robot R avoids and obstacle Robot O on the way to a target point T. See figure 8 below. A weighting function is required to fuse the vector fields together. Experiments have shown that the Gaussian normal distribution function is an acceptable method of combining these fields. (A cylinder or cone would create a sudden change in heading angle and excites instability.) The angle is the difference between the instant heading angle of the robot and the vector ro which points from robot to obstacle. Fig 8: avoidance scenario Thus is an indication of how much the robot is on collision course with the obstacle. The smaller the angle, the more it is on collision course and the importance to avoid the obstacle is high. The mission of the robot is to go to T. In order to take into account the obstacle on its way towards the target it must consider how close the obstacle is. The distance to the obstacle is defined as ro . A smaller distance to an obstacle means that is more important to avoid it. An avoidance vector field VOshall be defined which is normal tot he mission vector field rt .The normalized target vector is VT. Suppose two vectors VTand VOare added together fused -with a Gaussian weighting function m*G(d). Where: is the resultant modified target vector Mis a additional constant weighting factor G() is the Gaussian distribution function. is the offset of the Gaussian hat is the distribution of the Gaussian hat We just learned that there are essentially two factors that define how important it is to avoid the obstacle. and ro . The author will base the principle of vector field fusion by relating the length of each vector to importance towards the mission at a particular point in the field. Thus and ro can be modelled as follows to influence the length of VO. -r1 is the maximum offset that can cause. is steepness of the slope ( relationship of and ) A larger will result in higher angles already to be considered as important. And the distance of the robot to the obstacle ro is modelled as the position parameter in the Gaussian function. Finally, the resultant vector field VMTindicates the new instant heading angle for the robot. Test results at different speeds with a robot football robot. The maximum speed is 100% corresponding to 3.0 m/sec. The coordinate system is in inches.Fig 9: avoidance path at 0.36 m/sec Fig 10: avoidance path at 0.51 m/sec Fig 11: avoidance path at 0.84 m/sec 2.2.6 Matching the trajectories to the dynamic model of mobile robots A current attempt of the author is to compare a path through a potential field with the robots dynamics model in order to determine if the robot can follow it. This can be done in frequency domain, by comparing the bandwidth of the robot plus controller model to the bandwidth of the input signal when trying to follow the path. This approach can be taken further. This could provide a basis of matching a vector-field by design to the robots bandwidth. 2.3 Modelling mobile robots This chapter is concerned with developing and understanding models of mobile robot kinematics and the control of each individual motor actuating the links within the kinematic model. Further reading is available in McKerrow P J (1991) chapter 8.1 which references to Muir P F and Neuman C P (1986). Muir and Neuman introduced a way of model ling wheeled mobile robots. It is related to model ling the kinematics of robot arms (manipulator kinematics). Differential driven Robot Differential driving is one of the simplest methods of model ling a mobile robot. This is probably why it is so common. The robot consists of 2 diagonally opposing wheels, see Fig. 12. If both wheels have the same velocity, the robot will go straight. If one wheel goes faster than the other the robot will follow a circular trajectory. If one wheel turns in the opposite direction of the other but with the same magnitude in speed, the robot will turn around its cent re, “on the spot”. The wheel Jacobian matrix is given and can be used as follows: Where v is the velocity forward of the centre of the robot and . is the angular velocity around the centre of the robot, see Fig 12. p& wheel Jacobian. p is the posture of the robot. The posture gives information about how the robot moves with respect to the floor. indicates the instant heading angle of the robot. Assuming no slip, the direction the vehicle is facing towards, is the same as the direction of the velocity vector (at and instant in time). An advantage of this fact, it simplifies calculations. A disadvantage however is that it can not move side wards. Fig 12: Differential driven Robot 3 DESIGN AND IMPLEMENTATION 3.1 Specification for fast autonomous mobile platform: faster than 1m/sec large enough for real world application, such as picking up goods space for a onboard laptop enough sensors for autonomous movements battery life for several hours inexpensive ( 1000) 3.2 Mechanical Design Every part of the mechanical design is build from basic materials, only the caster wheels are a ready made construction. One focus of the project was to build the mechanical construction rather than buy a ready made gearbox and frame. As a benefit the authors machining skills has improved. 3.2.1 Frame The robot body consists of a steel frame that is welded together forming a box. Initially the frame was screwed together until the design was fully developed. Then the screws and brackets have been replaced by welded joints. The top rectangle can be taken of in order to do repair work. A large orange plastic sheet is mounted on top as a base for the circuit boards and the notebook. The battery is placed on top of the bottom frame. The key point is here that the bottom frame is lower than the wheel axis. It is placed just 2 cm above ground to prevent the robot from toppling at high speed. 3.2.2 Steering The steering consists of 2 links, i.e. 2 wheels. Fig 13: Explosion picture of one steering link One steering link consists of a medium duty caster wheel that has been welded to a plate. The plate and the underlying caster-wheel have a 12 mm shaft welded on in order to enable steering of the wheel. The wheel is not offset its centre, unlike on a shopping trolley for example. Therefore it must be controlled by active steering to line it up with the direction of movement. Both steering shafts are driven by a motor-gearbox combination (gear-ratio 1:50) over a belt system (ratio 1:2). The motor is a 12 Volt DC Motor. A potentiometer on the top of one shaft is read by a micro con troller to determine the current steering angle. The overall system is a servo system, since it has positional feedback, see section 3.3.5 for a description of the control. The above design, is the finally implemented one, the initial design had a stepper motor with controller circuit. However, the stepper motor was not powerful enough to turn the steering on rough surfaces. The implemented system responds quick and accurate within a fraction of a second to any angle. There are 3 ball bearings per link: one in the axis of the wheel and two in line with the 12mm steering shaft. This two ball-bearings shift the weight of the robot onto the wheel. One steering link is designed to carry a weight of 120Kg. One could argue that axial-ball bearings would have been better, but the axial load of the radial ball-bearings chosen is much higher than the maximum weight that the robot will ever experience. The two ball-bearings are placed in a machined al u minium housing. All the machining for the slot and the place to fit the bearing was done with a lathe and a milling machine. 3.2.3 Gearbox Fig 14: Gearbox in AutoCAD The two gearboxes are constructed out of 4 solid al u minium bars each, which are bolted together. On the bottom bar two slots are milled out, increasing the accuracy of their alignment with the other bars. During construction the bars where clamped together, in order to align the shaft holes of both bars precisely. The surfaces of the bars have been milled straight at the beginning, to have accurate reference during construction. The gearbox has 2 ball bearings on the shaft that is connected to the wheel. The other two shafts are for transmission gears. Each shaft has sleeves to adapt to the different diameters of the gears. The gear ratio is: n.b. Wheel diameter = 125mm Wheel circumference 392.7mm A further ball bearing with housing is mounted onto the frame. Thus the frame is connected to the housing and the housing to the gearbox. The holes marked with stripes in figure 15 are for fixing frame an housing together. Fig 15: Housing with 3 holes for gearbox-mount 3.2.4 Accuracy For the construction of the gearbox, only machine tools such as a lathe and a milling machine can achieve the accuracy. A stand drill is already problematic. The machines should be calibrated with a dial indicator. A dial indicator is a dial gauge that can measure distance in fractions of millime tres. It is mounted onto the lathe or milling machine to align the tool with the work piece. 3.3 Electronic Hardware Design Every circuit in the robot has been designed from basic principles. The design consists of two modular Micro controllers, the power electronics and the ultrasonic sensors. 3.3.1 Power Supply circuit The robot runs of a 12Volt battery. In the cent re of the frame is place to strap on a car battery or motor-cycle battery. With a car battery, the robot runs approximately 3-4 hours in constant action. The power is split up into signal power and motor power from the battery on wards to minimize noise distribution. The motor power goes through an emergency stop button before being fed to the electronics board. All circuits can be switched of through a lever switch added next to the emergency stop. A bipolar capacitor with 4700uF is placed on the power electronics board. Each power regulator is surrounded by capacitors as well. The larger electrolytic capacitors are always accompanied by a bipolar 10nF or 100nF ceramic capacitor. The tracks on the power electronics board have a diameter of 6mm. The motor power cables have a diameter of 4.4mm. The cable is originally designed for speakers. The noise amplitude on the 12Volt rail is less than 100mV. 3.3.2 Micro controller Module The modular micro controllers was designed to be an improvement from the popular robot football circuit, which is used by many students at the university. Unfortunately the chip used in the old circuit (90S8515) is discontinued and the new generation, the Atmel Mega series usually comes as surface mount device). At a development stage, surface mount is a problem. Firstly, it is not easy to unsolder asurface mount chip and secondly, a surface mount chip can not be stuck into a breadboard to do a quick design check. The module was designed with the following specification in mind: -similar amount of ports as the 90S8515 -only a bare minimum on components on board -serial and programming connector (Robot football compatible) -Avoid extra features such as test LEDs, I2C connector etc. since they are application dependant -Power LED for quick confirmation -Crystal with build-in capacitors -Plug-in design with a Pin distance usable for bread-boards The specification is appreciated by the technicians and other students of the University. Several other students already applied this design to their final year project, which proves the flexibility of the design. The author is currently writing a guide on how to develop with an At mel Mega and the new g cc 3.X compiler. A draft version of the guide can be found in the Appendix. Fig 16: At mel Mega16 Micro controller board used for designing the motor controllers Technical Details of the Microcontroller Module -Atmel Mega16-AI in TQFP package (Atmel Package Code 44A) -16 MHz Crystal -Atmel ISP Programming connector (IDC10, right angled) -Robot Football 4-Pin Molex Serial Port connector -3x 10Pin Single-in-Line connectors for IO-Ports 3.3.3 Ultra Sonic Sensors design The final design of the sensor is more simple than the original. The flexibility has increased since modulation and signal decoding is part of the software. Faster sensing is made possible through the changes. However, it demands more computing time. Features of the new design include: -frequency can be set by software -signal can be coded -reliable range 1.3 m The transmitter consists of a software running in a timer at 76 to 84 kHz and toggling the transistor Q1. The toggling divides the frequency by two. Unfortunately none of the timer frequency settings match the resonance frequency of the transducers. Therefore, the timer frequency must be programmed to sweep from a few kilohertz under the resonance frequency to a few over the resonance frequency. Fig 17: Ultra sonic distance measurement electronics The receiver end consists of a operational amplifier for signal boosting, a transistor Q2 for level shifting (12V to 5V) and a low pass filter R7,C7. The Op Amp is configured with a only positive rail at 12V. The positive input is clamped to 6V. Feedback resistor RV1 is a 47KOhm potentiometer in the final version, thus creating a variable gain from 1 to 48. Practically gain values over about 30 amplify noise created by the transmitter over the power rail. Even the extensive use of capacitors could not remove this problem. The sensor can detect flat objects, such as walls and boxes up to 3 meters away. Reliable detection of humans can only be achieved within 1.3 meters. Fig 18: design of a ultra sonic distance sensor with 8-bit bus connector (original design) Low pass Filter The micro controller recognizes a logical high at 3.5V and above, Atmel (2003), on an digital IO pin. The filter must be matched to give this voltage at the maximum acceptable frequency. Experiments show that, the a design with the 3dB point at 42KHz (Transducer frequency) has not enough safety margin and the micro controller does not always recognise the signal as high when it should be. Therefore the 3dB point is set to 49KHz. The question is which R and C values to choose in order to have 3.5 Volt at the output at 49 kHz. Fig 19: low pass filter (used in ultra sonic circuit) Initial formulae (15) rearranged for R. (16)n.b. the output impedance of the transistor circuit has been neglected, since it is lower than the low-pass circuit. The input impedance of the micro controller is much higher than the one of the low-pass circuit, and the impedance can be neglected in the calculation again. Fig 20: Ultrasonic sensor electronics (final design) 快速自动机器人人平台-22.2.5向量场一个向量场实质是由一个2-维向量组成的区域。一个向量由大小和方向组成，向量对于速度和航向角而言相当重要。大小被认为是向量场中很重要的问题，大小对于通过每个向量组合成为向量场是很有用的。越重要的向量越长，航向角贴近的是更加重要的向量。一些向量场产生器，像是基础的势场产生法，是不考虑大小的。这种情况下大小经常被忽略。2.2.5.1势场势场的一些理论像是轨迹的概念是从物理领域中的电学部分中分化而出的。引力场公式如下： 这里 是一个冲起始到目标位置的向量 是一个从起始指向机器人的向量是一个表征机器人当前位置的单位化的长度和预计的角度。结果是指向目标的。引力场是关联其中的可视的指引。斥力场产生背向目标的向量。等式是 表格6展示了一个引力场指向目标点（0.0）。在当前应用的机器人仅有当前位置的向量才加入计算 ，对于多为图表像表格6这样，机器人可以在场中任何可能的地方，同时也可以在任何点长生向量。表格6：引力场2.2.5.2基于极限环的向量场极限环是非线性控制理论的一部分。但是一个表格能够表现极限环的属性，像是表格7，那么这个表格便可以适应路径生成。此问题更深入的解读请阅读D-H Kim（2000）。极限环的非线性功能的第二位表现为一个向量场包含一个单位环。单位环外的向量将产生于单位环相切的方向。这可以看成是一个圆弧/圆轨迹生成率可以引导机器人自动从任何方向进入该圆。最终生成的向量场可以用来产生圆弧轨迹或者是用于避障。极限环的缺点在于一旦机器恩跨过了单位元，向量场将指向中心。所以，具体实现极限环控制并不容易，因为机器人在接近单位圆时可能会稍稍的越过边界。这种场在单位环内进行修改时一个解决此种问题的可行的措施。 对图表7：极限环2.2.5.3矢量场的融合所有的可提供向量场都可以在同一时间进行讨论。作者开发了一种可供合并向量场合并的方法，该方法在Robinson P(2004)中论述。约束和要求：-两个或者更多的向量场。-这些向量场包含标准化的向量。这种方法最好用一个例子来描述。一个典型的需要向量场合并的地方在于当一个机器人R需要避免和机器人O在路上相遇去目标T时。看下面图表8。 在融合向量场过程中，需要一个加权函数。经验已经证明，高斯正态分布函数在合并两个场域是很合适的方式。（一个圆柱体或是一个椎体都可能产生一个突然的冲击以使航向角发生变化并产生激发不稳定现象。）图表8：回避方案角和当前的机器人航向角q是不同的，ro向量是指向机器人回避方向。 那个角是表征机器人和障碍物碰撞程度的量。这个角度越小，碰撞事件发生的情况就越小，同时避开障碍物的可能性越高。这个机器人的任务是走到T点。为了将拦在它和目标点之间的障碍物也纳入考虑，那个机器人就必须计算障碍物和自己的距离。这个距离在式子中是以矢量ro定义的。和障碍物的距离越短就意味着避开障碍物的重要性越大。 一个回避向量场应该被定义的和任务向量场rt场一样。标准化后的目标向量是。提供的两个向量和是用高斯加权方程加在一起的-融合。这里：是结果典型的目标向量 M是一个固定的加权因素 G()是高斯方程。m , 是对高斯方程的安全系数s 是高斯方程的分布我们可以知道要回避一个障碍，本质上有两个因素。,和ro。 作者按对于在场域内特定点完成这个任务的重要程度关联每个向量的长度来作为向量融合的基础原则。呢个,a和ro可以作为限制蓝本来影响 的长度。表示所能带来的最大的安全度。是沟槽的陡峭斜坡的斜度。 一个更大的将会到这更高的角度。这已经是被认为很重要的。机器人距离障碍ro的路程在高斯方程中被认为是位置参数的蓝本。 最终，结果向量场为机器人表征了新的瞬时航向角
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