【《某农业机器人车辆底盘的关键零部件和机构设计分析案例》1800字】

某农业机器人车辆底盘的关键零部件和机构设计分析案例1.1设计方案一主要功能部件分析1.1.1车辆平台考虑到农业机器人车辆底盘的工作条件及技术要求，所以车辆平台（图1.1和图1.2）的材料选取要求是有比较强的抗形变能力和抗腐蚀能力。原因是：（1）承载框的长，宽都是由杠组成，分别是1000mm和640mm。这种结构容易由于长期受到自身重力和作业机具的重力导致形变，所以要选用抗形变能力强的材料；（2）该车辆底盘工作环境一般为露天的农田，会经历风吹雨淋，所以要选用抗锈能力强的材料；（3）由于车辆平台位于重心之上，所以还要求材料密度要尽可能小，从而达到降低重心高度的效果。最初选定的材料是合金钢，但是经过Solidworks设置材料后发现，合金钢的密度过大，从而导致整车的质量超标；同时了解到合金钢一般用于轴、杠等关键零部件。综上所述，4032-T6铝合金作为材料是一种较为好的选择。图1.1作业机具承载框图1.2作业机具承载框工程图1.1.2推杆电机农业机器人车辆底盘的设计初衷是设计一个适应性较好的底盘，由于不同的作物有不同的生长高度，即使是同一种农作物，其生长高度也会出现参差不齐的情况，因此升降平台的功能就显得尤为重要。本设计采用推杆电机来实现农业机器人车辆底盘平台的升降，以适应真实的农业作业环境，同时也较为容易设计。灵感来源于使用较为广泛的正新推杆电机。推杆电机如图1.3和1.4所示。推杆电机的主要参数为：DC12V;推力为2000N-5mm/s；伸缩杆为150mm。图1.3推杆电机图1.4推杆电机工程图1.1.3轮毂电机轮胎农业机器人车辆底盘采用后轮驱动，使用轮毂电机作为驱动装置。这样做的优势是能够十分明显的降低小车结构的复杂程度，实现结构的易于设计化，同时也不容易出现故障和方便维修。使用传统的电机——齿轮形式作为传动结构，一旦出现故障，需要判断故障位置，维修十分不便。在设计轮毂电机时，将其设计为外翻式，即轮胎和推杆电机装配时不再同一个面上，这样的设计思路是增加整个底盘的占地面积，降低重心，提高稳定性。轮毂电机的设计图如图1.5和图1.6所示。图1.5轮毂电机图1.6轮毂电机工程图1.2设计方案二主要功能部件分析设计方案二与设计方案一相似功能的部件不再赘述，本节主要分析其轮胎转向机构和离合装置。1.2.1轮胎转向机构移动支座端后轮的转向的机制是利用图1.7所示的转向机构，在这个机构下，步进电机主输出轴转过几度，轮胎转向便为几度，保持步调一致性。转动的角度设计为20度，该步进电机为1.8度/步，因此可以利用配套的步进电机驱动器来实现正转和反转一定步数达到转向要求（这里需要计算所需的驱动扭矩），从而达到该轮胎转向的目的。通过数学运算和正交分解知识，在轮胎转角20°时，当轮胎间距改变150mm，那么小车需要向前行驶412mm（tan20°=150/412）图1.7转向机构1.2.2离合装置由于缺少约束，容易侧滑，尤其是在小车转弯时，前万向轮转动一定角度从而带动滑块做微小滑动，有可能造成该小车在长时间作业后移动支座内缩或外伸，从而导致两侧轮胎间距不稳定。严重的话，在平台上所放置设备和物件的负载作用下，小车两支座会外张导致断裂损坏，因此移动支座端在距离调节完成后需要一个机构来约束其移动。解决方案参考汽车离合器的原理，利用两片大摩擦系数的离合片构成的离合器来约束，只不过制动方向是水平的。如图1.8所示，上离合片安装在平台平板下方，下离合片通过图示结构与微型升降装置连接。两块离合片在电动推杆的作用下接触，靠摩擦力来约束使之移动支座不侧滑。图1.8离合装置图（比例为1:1）1.2.3直线滑动导轨如图1.9所示，选取两条型号HGH25HA的滑动导轨，将其安装至平台下方的型材上，用于改变轮胎间距时的滑动。具体主要参数：滑块长宽高尺寸104.6mm，48mm，34.5mm，导轨长220mm。图1.9滑动导轨1.4多方案对比设计方案一没有改变轮胎间距的功能，它的优点是结构简单，便于维修；易于实现“三化”——通用化、系列化、组合化；稳性好。设计方案二在方案一的基础上实现了改变轮胎间距的功能，能够有效的防止车辆压苗，造成经济损失；缺点是结构复杂，需要额外增加驱动装置，需要使用电子设备来同步轮胎转向和离合器的配合。综合以上讨论，方案一适合不需要考虑作物种植行距的农业领域；而方案二更加适合对作物行间距进行精密考虑的农业领域。设计方案二适用性更广泛，但是制造成本也更高。所以，应对不需要考虑作物间距的农业任务时，选用方案一更合理；反之，则考虑设计方案二。1.