校園垃圾拾撿機構(gòu)行走機構(gòu)設(shè)計

摘要校園垃圾拾撿機構(gòu)是為了保持校園環(huán)境清潔而設(shè)計的一種由抓取機構(gòu)固定在行走機構(gòu)上構(gòu)成的一類的小車機器人的專門工作機構(gòu)。校園垃圾拾撿機構(gòu)是一輛采用直流伺服電機驅(qū)動的四輪平面移動小車，該機構(gòu)采用前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動，車上裝有攝像頭，超聲波傳感器和碰撞傳感器等，用以控制校園垃圾拾撿機構(gòu)行走機構(gòu)而躲避障礙物，通過識別廢紙、果皮、塑料等垃圾通過控制抓取機構(gòu)拾撿垃圾放置于垃圾箱內(nèi)。關(guān)鍵詞:行走機構(gòu)；校園垃圾拾撿機構(gòu)；機器人

AbstractPickinguptrashoncampusisaspecialbodyofamechanisminordertokeeptheschoolenvironmentcleananddesignedbygraspingmechanismfixedontherunninggearconsistingofaclassofcarrobot.PickinguptrashoncampusisanorganizationdrivenbyDCservomotorstomovefourflatcars,theagencyusesrear-wheeldrivefront-wheelsteering,thecarisequippedwithcameras,ultrasonicsensorsandcollisionsensors,pickinguptrashoncampusorganizationstocontroltravelagenciesandavoidobstaclesbyidentifyingwastepaper,peel,plasticandothergarbagepickingupgarbageplacedinthetrashbycontrollingthegraspingmechanism.Keywords:Walkingagencies;Campusgarbagepickupagencies;robot

目錄1緒論 -4-1.1移動機器人概述 -4-1.2課題研究意義 -4-2校園垃圾拾撿機構(gòu)總原理 -5-3校園垃圾拾撿機構(gòu)行走機構(gòu)設(shè)計與計算 -6-3.1行走機構(gòu)的工作原理 -6-3.2方案設(shè)計 -7-3.3電動機選型 -8-3.4設(shè)計鏈傳動 -9-鏈輪的設(shè)計及計算 -11-軸的設(shè)計及計算 -12-機架支腳端蓋設(shè)計 -16-3.8軸承選擇 -16-3.9聯(lián)軸器的選擇 -17-3.10減速器的選擇 -17-1轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計鍵的選用與校核 -17-2鍵的選用與校核 -21-3紋緊固件選型 -21-4防松裝置 -22-5密封件選擇 -22-6一些標準零件一覽表 -23-4總結(jié) -24-參考文獻 -24-致謝 -26-1緒論1.1移動機器人概述校園撿拾垃圾移動機器人是用智能化控制技術(shù)，在校園環(huán)境下機器人系統(tǒng)的自主運動、規(guī)劃和控制機構(gòu)的執(zhí)行。平臺小車的移動用來擴展抓取機構(gòu)的工作空間，使機抓取機構(gòu)能以更適宜的姿態(tài)抓取垃圾，同時校園撿拾垃圾移動機器人中的抓取機構(gòu)的參加也極大提高了移動機器人的性能。1.2課題研究意義把校園撿拾垃圾移動機器人抓取機構(gòu)安裝在移動平臺上，這種把抓取機構(gòu)安裝在行走機構(gòu)的移動平臺上的方法使抓取機構(gòu)擁有很大的操作工作空間。并同時小車具有移動和操作功能，這樣使它好于一般的機器人和傳統(tǒng)機械手。因此，研究這類機構(gòu)的控制問題有十分重要的理論價值和實踐意義。2校園垃圾拾撿機構(gòu)總原理2.1機構(gòu)總原理圖圖2.1機構(gòu)總原理2.2撿拾垃圾機構(gòu)的操控過程校園撿拾垃圾機構(gòu)工作時，啟動遙控控制按鈕，點動小車的開關(guān)按鈕，把電源接通，校園撿拾垃圾機構(gòu)行至校園內(nèi)的工作區(qū)域，啟動小車操作自動化控制按鈕，這時機器進入自主運動運動狀態(tài)。校園撿拾垃圾機構(gòu)通過視覺傳感器攝像頭傳達垃圾所在位置：當在抓取機構(gòu)所能抓取的范圍內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)有垃圾時，小車后輪驅(qū)動電機啟動小車向前行進，尋找垃圾，直至發(fā)現(xiàn)在其范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)垃圾時，驅(qū)動電機關(guān)閉小車停止移動，然后啟動抓取機構(gòu)控制系統(tǒng)，抓取機構(gòu)通過傳感器調(diào)整抓取機構(gòu)位置使爪子對準垃圾，爪子閉合抓取垃圾，機械手隨轉(zhuǎn)臺向垃圾箱方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)到垃圾箱上方觸碰到一行程開關(guān)，將垃圾放入垃圾箱內(nèi)，隨后機械手隨轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)回到自由初始狀態(tài)。小車繼續(xù)行進尋找垃圾目標。校園撿拾垃圾機構(gòu)在工作過程中，通過周圍裝有的傳感器發(fā)現(xiàn)有障礙物時，轉(zhuǎn)向電機啟動，控制機構(gòu)轉(zhuǎn)向，避開障礙物。3校園撿拾垃圾機構(gòu)行走機構(gòu)設(shè)計與計算3.1行走機構(gòu)的工作原理行走機構(gòu)是采用傳感器技術(shù)自動控制小車的向前行進〔后退〕和轉(zhuǎn)向的一種全自動化的移動平臺。校園撿拾垃圾機構(gòu)通過攝像頭視覺傳感器，傳達垃圾位置信息，進而控制小車的前進與否及轉(zhuǎn)向。(1)行走機構(gòu)移動平臺圖圖3.1行走機構(gòu)〔2〕行走機構(gòu)向前前后移動校園撿拾垃圾機通過視覺傳感器傳達垃圾位置：當在機械手所能到達的范圍內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)有垃圾時，機器人繼續(xù)向前行進，尋找目標，直至發(fā)現(xiàn)在其范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)垃圾時，行走機構(gòu)停止移動，啟動機械手控制系統(tǒng)，將垃圾拾撿入垃圾箱，之后機構(gòu)繼續(xù)移動?！?〕行走機構(gòu)轉(zhuǎn)向機構(gòu)在工作過程中，小車體上方裝有傳感器，當發(fā)現(xiàn)有障礙物時，控制轉(zhuǎn)向電機啟動，進而控制校園撿拾垃圾機構(gòu)轉(zhuǎn)向。從而使小車避開障礙物。小車轉(zhuǎn)向原理如下列圖：圖3.2方案設(shè)計圖〔1〕后輪驅(qū)動，前輪轉(zhuǎn)向〔★〕〔2〕前輪驅(qū)動，前輪轉(zhuǎn)向〔3〕四輪驅(qū)動，四輪轉(zhuǎn)向最終采用方案〔1〕進行設(shè)計后輪驅(qū)動原理〔如下列圖〕后輪驅(qū)動路線：前輪轉(zhuǎn)向原理〔如下列圖〕前輪轉(zhuǎn)向路線：3.4前輪轉(zhuǎn)向圖電動機選型選取為Z4系列的直流電動機。額定電壓220v額定轉(zhuǎn)速450r/min電動機,電機安裝尺寸：機座號安裝尺寸AC1EKGRSn22200±73±4015.120±12BDHFNMh3205±18+165外形尺寸pb1b2hL1200194158437設(shè)計鏈傳動鏈輪轉(zhuǎn)速分別為：小鏈輪：大鏈輪：中心距a不小于300mm選擇鏈輪齒數(shù)傳動比假設(shè)鏈速因為齒數(shù)一般大于等于17。所以取小鏈輪齒數(shù)21,大鏈輪齒數(shù)確定鏈節(jié)數(shù)Lp初定中心距a=25p鏈節(jié)數(shù)一般取偶數(shù)確定鏈條節(jié)距按小鏈輪轉(zhuǎn)速估計工作點落在線頂點左側(cè)Km=1.0。表5.11查得：工作情況系數(shù)：KA=1.3,小齒輪齒數(shù)系數(shù)Kz=1.11,鏈長系數(shù)Kl=1.06所以采用單排鏈，由表查得單排系數(shù)，得到工作條件下的傳動功率為確定鏈長L和中心距鏈長：查表可得中心距計算系數(shù)中心距：中心距減少量實際中心距驗算速度作用于在軸上的軸力設(shè)計結(jié)果滾子型號08A—1×鏈輪齒數(shù)中心距a=318mm鏈輪的設(shè)計及計算由以下公式：分度圓直徑齒根圓直徑〔為滾子直徑〕最大齒根距離：偶數(shù)齒奇數(shù)齒齒根最大距離：齒頂圓直徑〔1〕小鏈輪：齒數(shù)：21分度圓直徑d=85．24mm齒頂圓直徑da=91mm齒根圓直徑df=6．71mm最大齒根距離Lx=76．48mm齒根最大距離dH=70mm結(jié)構(gòu)形式：實心式材料：40熱處理：淬火回火40-50HRC〔2〕大鏈輪：鏈輪齒數(shù)：63分度圓直徑d=255．02mm齒頂圓直徑262mm齒根圓直徑df=246．51mm最大齒根距離Lx=246．43mm齒根最大距離dH=241mm結(jié)構(gòu)形式：實心式材料：40熱處理：淬火回火40-50HRC選擇軸的材料及熱處理由于小車的驅(qū)動軸傳遞的功率不是很大，應(yīng)選擇常用材料45鋼,調(diào)質(zhì)處理.初估軸徑軸承選?。狠S主要受徑向力的作用，可選用軸承為深溝球軸承6406,根據(jù)軸承確定各軸安裝軸承的直徑為:D1=40mm，D2=30mm。結(jié)構(gòu)設(shè)計確定軸直徑：初步估計軸后，軸可安裝順序的一局部，從中間開始，以確定直徑。的軸局部安裝了一個大鏈輪，因此為40mm的段的直徑。2段裝軸承6406，為了便于安裝，取2段為30mm。左端用軸肩固定，計算得軸肩的高度為5mm，取3段為20mm。4段與車輪用鍵聯(lián)接，取直徑14mm。各軸段長度確實定：軸段1的長度取L1=450mm。2為軸承6406寬度和軸承到支撐腳內(nèi)壁的距離加上支撐腳內(nèi)壁之間的距離段取為L2=125mm。3段的長度按軸肩寬度公式計算L3=1.4h；取L3=90mm，4段：L4=25mm。軸上零件的周向固定為了保證良好的對中性。與軸承內(nèi)圈配合軸均選用H7/p6，l鏈輪與軸采用A型普通平鍵聯(lián)接，為鍵GB/T1096——2003鍵6*6*18軸上倒角與圓角為了確保對軸承內(nèi)環(huán)6406定位肩的端面的端面，根據(jù)推薦的軸承的使用說明書，取肩圓角半徑為1mm。其他肩圓角半徑是2毫米。根據(jù)標準GB6403.4-1986，繞軸兩端被倒角1*45。軸的校核軸的校核圖判斷危險截面顯然,B剖面是危險截面；〔2〕軸的彎扭合成強度校核初步估計校園撿拾垃圾機器人的總質(zhì)量為150Kg。Fy剪力=Mg/4=375N=236MPa那么可以得到此處軸的直徑為40mm，滿足要求。3.7機架支腳端蓋設(shè)計機架支腳端蓋都采用鑄鐵，鑄鐵機架能適應(yīng)結(jié)構(gòu)形狀比擬復(fù)雜的情況，有非常好的吸振性能和機加工性能。由于小車結(jié)構(gòu)小，重量輕，所以采用整體式車架。機架支腳端蓋都采用HT200后支腳〔2〕前支腳〔3〕端蓋3.8軸承選擇3.8.1軸承選型〔1〕后輪采用軸承受很小的軸向應(yīng)力作用，主要受徑向力作用，且徑向力作用不大時，選取深溝球軸承系列，6406。結(jié)構(gòu)參數(shù)見下表〔2〕前輪受兩方面的力的作用，所以選用圓錐滾子軸承，30307。結(jié)構(gòu)參數(shù)見下表軸承代號尺寸〔mm〕軸承代號尺寸〔mm〕dDB6406309023軸承代號根本尺寸mm軸承代號根本尺寸mmdDTBCa≈303073580211817軸承的軸向緊固方式采用端蓋緊固軸承外圈和軸肩緊固軸承內(nèi)圈。軸承的安裝形式除輪轂軸承外，軸承均是成對出現(xiàn)的，均采用背對背方式安裝定位。如下列圖：3.9聯(lián)軸器的選擇確定聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩=工作情況系數(shù)，取由和選擇聯(lián)軸器的型號與尺寸為所選用型號的許用轉(zhuǎn)矩被聯(lián)接軸轉(zhuǎn)速聯(lián)軸器的最高轉(zhuǎn)速由和再加上電動機和減速齒輪減速器輸出軸與前輪轉(zhuǎn)向傳動聯(lián)軸器的輸出軸用于聯(lián)接連接。選取GB5843-86凸緣聯(lián)軸器,選用YL型的YL2和YL6凸緣聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸器的參數(shù)如下所示：YL2凸緣聯(lián)軸器:額定轉(zhuǎn)矩=16許用轉(zhuǎn)速n=7200r/min軸孔直徑d=18mm軸孔長度L=30mmD1=80mmD=64mm螺栓M6L0=64mmYL6凸緣聯(lián)軸器:額定轉(zhuǎn)矩=100許用轉(zhuǎn)速n=5200r/min軸孔直徑d=30mm軸孔長度L=60mmD1=110mmD=90mm螺栓M6L0=124mm外形結(jié)構(gòu)，技術(shù)參數(shù)如下表選用型號為KWO63的錐面包絡(luò)圓柱蝸桿減速器，其外形如下：減速器減速器KWO63的錐面包絡(luò)圓柱蝸桿減速器結(jié)構(gòu)尺寸如下表：尺寸型號aB1B2C1C2hHH1d3l1d1KWO6363146140115120160160221M102818j6b1t1L1d2l2b2t2L2L3L4質(zhì)量〔不含油〕kg611830j6588331368665173.11轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計轉(zhuǎn)向連桿梯形用來保證在小車轉(zhuǎn)彎時，前輪輪子都盡可能繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心，在不同的圓周上做無滑動的純滾動。常用的轉(zhuǎn)向梯形有整體是和斷開式兩種，本設(shè)計采用的是整體式轉(zhuǎn)向梯形。要確定兩個參數(shù)：一是梯形底角；二是梯形臂長m。兩個梯形臂延長線的交點T，通常在距后軸2/3L附近，所以，可按照下式初選梯形底角梯形臂的長度m，可以參考現(xiàn)有汽車梯形臂長度與主銷中心距K的比值的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來進行初選，一般m的范圍如下：—0.15〕K初選了和m后，還需要校核這個梯形是否能滿足要求，可以用作圖法進行校核。如下列圖如下圖，A，B是的交點延伸的主銷的中心線與地面的點，BD和AC都平行于縱向軸線的兩條直線，相交于后軸，分別，C，D點，E是縱軸交點AB，連接乳油，線任取一點點樓這一個，B由兩個連接的，是符合，外眼角要求。證明如下：過F作AB的垂線，與AB交與G。設(shè)〔外輪轉(zhuǎn)角〕；〔內(nèi)輪轉(zhuǎn)角〕，那么因此，直線EC就是保證內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角正確關(guān)系的理想特性線。有了這條線，用圖解法來校核就比擬方便了。具體做法如下：〔1〕首先按初選轉(zhuǎn)向梯形臂長m；按初選底角γ，畫出中間位置時的轉(zhuǎn)向梯形圖，所得圖形如下再給出一系列內(nèi)輪轉(zhuǎn)角i，通過作圖求得相對應(yīng)的外輪轉(zhuǎn)角?！?〕分別以A、B為原點，把i和畫在圖上，如下列圖所示。每對射線有一個交點，把這些交點連接起來，就得到在選定的梯形底角γ下的實際特性曲線。轉(zhuǎn)向梯形連桿機構(gòu)如下列圖所示：3.12鍵的選用與校核鍵的選型選用平頭普通平鍵〔B型〕GB/T1096-2003鍵B6×6×16和GB/T1096-2003鍵B8×7×20鍵的校核擠壓強度條件公式B=6h=6l=16d=18T=14由軸與鏈輪聯(lián)軸器的材料選取〔輕度沖擊載荷〕故滿足擠壓強度條件同理滿足擠壓強度條件3.13紋緊固件選型選型見下表名稱個數(shù)用途螺釘GB/T65M10×3524后輪端蓋用的聯(lián)接螺釘螺栓GB5780-86M15×7016底板與電動機底座的緊固聯(lián)接螺母GB/T6172M1532底板與電動機底座的緊固聯(lián)接螺栓GB5780-86M20*8012支腳與底座的聯(lián)接螺母GB6172-86M2024支腳與底座的聯(lián)接螺栓GB5780-86M10×604減速器的聯(lián)接螺栓螺母GB6172-86M108減速器的聯(lián)接螺栓螺栓GB5780-86M6×354聯(lián)軸器的聯(lián)接螺栓螺栓GB5780-86M8×354聯(lián)軸器的聯(lián)接螺栓螺母GB6172-86M68聯(lián)軸器的聯(lián)接螺栓螺母GB6172-86M88聯(lián)軸器的聯(lián)接螺栓螺栓GB5780-86M20×802轉(zhuǎn)向連桿聯(lián)接螺栓螺釘GB75-85M8*123緊定鏈輪的緊定螺釘螺釘GB75-85M5*63緊定鏈輪的緊定螺釘螺母GB6172-86M162鏈輪預(yù)緊螺母螺母GB6172-86M202鏈輪預(yù)緊螺母防松裝置防松裝置采用雙螺母防松和采用開口銷防松選用銷5×60GB91〔大鏈輪防松〕雙螺母防松開口銷防松密封件選擇軸的外外表均采用氈圈密封，材料為半粗羊毛氈。見下表型號個數(shù)材料氈圈40ZB68-624半粗羊毛氈氈圈40ZB68-622半粗羊毛氈氈圈30ZB68-622半粗羊毛氈一些標準零件一覽表型號名稱個數(shù)型號名稱個數(shù)氈圈40ZB68-624螺釘GB75-85M5*63氈圈40ZB68-622螺釘GB75-85M8*123氈圈30ZB68-622螺栓GB5780-86M20×802銷5×40GB912螺母GB6172-86M88螺母GB6172-86M202螺母GB6172-86M68螺母GB6172-86M162螺栓GB5780-86M8×354螺栓GB5780-86M6×354螺母GB6172-86M108螺栓GB5780-86M10×604螺母GB6172-86M2024螺栓GB5780-86M20*8012螺母GB/T6172M1532螺栓GB5780-86M15×7016螺母GB/T6172M1616螺栓GB/T5782-86M16*4016螺釘GB/T65M10×352411軸承303074軸承64052軸承64066GB/T1096-2003鍵B6×6×164GB/T1096-2003鍵B8×7×204減速器KWO6314總結(jié)在大學(xué)的學(xué)習(xí)過程，畢業(yè)是我們社會的參與到實際的工程中一個很好的演示文稿的規(guī)劃和建設(shè)的一個重要方面。是畢業(yè)四年的學(xué)習(xí)和提高，并做同樣的研究和開發(fā)工作的總結(jié)，必須有嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度。畢業(yè)設(shè)計有一定的學(xué)術(shù)意義和實用價值，能夠看出解決問題的能力表達的專業(yè)知識和分析。畢業(yè)后的整整兩個月就要結(jié)束了，我的大學(xué)生活將結(jié)束。這是我們大學(xué)的最后也是最重要的一個設(shè)計階段之中。畢業(yè)，是我們大學(xué)的一個試驗已經(jīng)學(xué)會在過去的四年中，它要求我們的大學(xué)四年能夠消化所學(xué)知識，熟練應(yīng)用和要求我們能夠理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)我們的綜合能力解決實際問題和能力。在兩個月內(nèi)，我們繼續(xù)學(xué)習(xí)，不斷積累，并不斷提高。在饒老師的指導(dǎo)的指導(dǎo)下，我們從最初的開題，整體規(guī)劃設(shè)計方案開始;大小后制定，選擇和各局部的計算，繪制幾個階段裝配圖，零件圖。在本次畢業(yè)設(shè)計也讓我們進一步同學(xué)關(guān)系，給予了我很多的建議和意見，所以在這里我非常感謝幫助我同班同學(xué)。畢業(yè)設(shè)計，是我們已經(jīng)了解到在四年內(nèi)，如果實際測試