優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763摘要本文首先對(duì)機(jī)器人的國(guó)內(nèi)為發(fā)展現(xiàn)狀做了介紹，同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)機(jī)器人的整體方案進(jìn)行了分析，包括幾何尺寸、驅(qū)動(dòng)芯片的選擇和程序的編制。然后從機(jī)器人性能要求的角度出發(fā)，分別對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式、模型結(jié)構(gòu)和車體成型方式做了比較，最終確定了非完整約束輪驅(qū)四輪式移動(dòng)結(jié)構(gòu)模型后輪同軸驅(qū)動(dòng)，前輪轉(zhuǎn)向的消防機(jī)器人。文章對(duì)消防機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)的可行性分析及設(shè)計(jì)，并且做了相應(yīng)的計(jì)算、校核，主要包括驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)和轉(zhuǎn)向輪電機(jī)的選擇及其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)；齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核；前后減震系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和車體的一些機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。關(guān)鍵詞消防機(jī)器人、車體、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763ABSTRACTINTHISPAPERTHEDEVELOPMENTSTATUSOFDOMESTICROBOTISINTRODUCED,ATTHESAMETIMEACCORDINGTOTHEREQUIREMENTSOFTHEDESIGNSCHEMEOFROBOTISANALYZED,INCLUDINGTHESELECTIONANDCOMPILATIONOFPROGRAMSIZE,DRIVINGCHIPTHETHENFROMTHEREQUIREMENTSOFROBOTPERFORMANCEPOINTOFVIEW,THEMOVEMENTOFROBOTRESPECTIVELY,THEMODELSTRUCTUREANDTHEFORMINGMETHOD,FINALDRIVENONHOLONOMICWHEELDRIVINGFOURWHEELEDMOBILESTRUCTUREMODELREARCOAXIAL,FIREFIGHTINGROBOTFORFRONTWHEELSTEERINGTHISPAPERMAKESFEASIBILITYANALYSISANDDESIGNOFFIREFIGHTINGROBOTHARDWAREARCHITECTUREINDETAIL,ANDTHECORRESPONDINGCALCULATION,CHECKING,MAINLYINCLUDESWHEELDRIVINGMOTORANDSTEERINGWHEELMOTORSELECTIONANDDESIGNOFDRIVINGCIRCUITDESIGNANDCHECKTHEGEARBEFOREANDAFTERTHESHOCKABSORBERSYSTEMANDSTEERINGMECHANISMDESIGNANDTHEMECHANICALSTRUCTUREDESIGNETCKEYWORDSFIREFIGHTINGROBOT,VEHICLE,STEERINGMECHANISM優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載III目錄摘要IABSTRACTII目錄III第1章緒論111國(guó)內(nèi)外機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀112機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)213方案分析及設(shè)計(jì)要求414本課題主要研究?jī)?nèi)容4第2章消防機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及方案論證521機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式的選擇522消防機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方案的選擇5第3章機(jī)械手夾持結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析831夾持結(jié)構(gòu)形式的選擇832驅(qū)動(dòng)形式的選擇833結(jié)構(gòu)方案的確認(rèn)934夾緊力的計(jì)算及舵機(jī)的選擇9第4章機(jī)器人本體的設(shè)計(jì)分析1141消防機(jī)器人驅(qū)動(dòng)輪組成11411驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇11412減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與校核15413變速箱體及后減震22414驅(qū)動(dòng)車輪及輪轂2242消防機(jī)器人轉(zhuǎn)向輪組成24421驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇25422傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及前減震機(jī)構(gòu)27423前車體及電池箱28424轉(zhuǎn)向輪胎和輪轂2843機(jī)器人受力分析及如何保證加速度最優(yōu)2844系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)29結(jié)論31致謝32參考文獻(xiàn)33優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載1第1章緒論優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載211國(guó)內(nèi)外機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)重要分支。早在60年代，就己經(jīng)開始有關(guān)于機(jī)器人的研究。關(guān)于機(jī)器人的研究涉及許多方面，首先，要考慮移動(dòng)方式，可以是輪式的、履帶式、腿式的，對(duì)于水下機(jī)器人，則是推進(jìn)器。其次，必須考慮驅(qū)動(dòng)器的控制，以使機(jī)器人達(dá)到期望的行為。第三，必須考慮導(dǎo)航或路徑規(guī)劃，對(duì)于后者，有更多的方面要考慮，如傳感融合，特征提取，避碰及環(huán)境映射。因此，機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)。由于對(duì)機(jī)器人的研究，提出了許多新的或挑戰(zhàn)性的理論與工程技術(shù)課題，引起越來越多的專家學(xué)者和工程技術(shù)人員的興趣，更由于它在軍事偵察、掃雷排險(xiǎn)、核、化污染等危險(xiǎn)與惡劣壞境以及民用中的物料搬運(yùn)上具有廣闊的應(yīng)用前景，使得對(duì)它的研究在世界各國(guó)受到普遍關(guān)注。國(guó)外在機(jī)器人方面的研究起步較早，不管是在應(yīng)用還是在研究方面，日本和美國(guó)都處于遙遙領(lǐng)先的地位。美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)曾預(yù)言“20世紀(jì)的核心武器是坦克。21世紀(jì)的核心武器是無人作戰(zhàn)系統(tǒng)，其中2000年以后遙控地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)將連續(xù)裝備部隊(duì)，并走向戰(zhàn)場(chǎng)”。為此，從80年代開始，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局DARPA專門立項(xiàng)，制定了地面無人作戰(zhàn)平臺(tái)的戰(zhàn)略計(jì)劃。從此，在全世界掀開了全面研究室外機(jī)器人的序幕。初期的研究，主要從學(xué)術(shù)角度研究室外機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)和信息處理，并建立實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。雖然由于80年代對(duì)機(jī)器人的智能行為期望過高，導(dǎo)致室外機(jī)器人的研究未達(dá)到預(yù)期的效果，但是卻帶動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，為探討人類研制智能機(jī)器人的途徑積累了經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也推動(dòng)了其它國(guó)家對(duì)機(jī)器人的研究與開發(fā)。進(jìn)入90年代，隨著技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人開始在更現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上，開拓各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，向?qū)嵱没M(jìn)軍。如由美國(guó)NASA資助研制的“丹蒂II”八足行走機(jī)器人，是一個(gè)能提供對(duì)高移動(dòng)性機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的了解和遠(yuǎn)程機(jī)器人探險(xiǎn)的行走機(jī)器人，1994年在斯拍火山的火山口中進(jìn)行了成功的演示。美國(guó)NASA研制的火星探測(cè)機(jī)器人索杰那于1997年登上火星。為了在火星上進(jìn)行長(zhǎng)距離探險(xiǎn)，又開始了新一代樣機(jī)的研制，命名為ROCKY，并在LAVIC湖的巖溶流上和干枯的湖床上進(jìn)行了成功的實(shí)驗(yàn)。此外，在民用方面，可機(jī)器人在國(guó)外己被廣泛用于掃除、割草、室內(nèi)傳送、導(dǎo)盲、導(dǎo)游、導(dǎo)購(gòu)、室內(nèi)外清洗和保安巡邏等各個(gè)方面。另外，國(guó)外還在高完整性機(jī)器人，遙控機(jī)器人，環(huán)境與機(jī)器人系統(tǒng)，生態(tài)機(jī)器人學(xué)，多機(jī)器人系統(tǒng)等方面作了大量的研究。國(guó)內(nèi)在機(jī)器人方面的研究起步較晚，大多數(shù)研究尚處于某個(gè)單項(xiàng)研究階段，主要的研究工作有優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載3清華大學(xué)智能機(jī)器人于1994年通過鑒定。涉及到五個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)基于地圖的全局路徑規(guī)劃技術(shù)研究準(zhǔn)結(jié)構(gòu)道路網(wǎng)環(huán)境下的全局路徑規(guī)劃、具有障礙物越野環(huán)境下的全局路徑規(guī)劃、自然地形環(huán)境下的全局路徑規(guī)劃基于傳感器信息的局部路徑規(guī)劃技術(shù)研究基于多種傳感器信息的“感知一動(dòng)作”行為、基于環(huán)境勢(shì)場(chǎng)法的“感知一動(dòng)作”行為、基于模糊控制的局部路徑規(guī)劃與導(dǎo)航控制路徑規(guī)劃的仿真技術(shù)研究基于地圖的全局路徑規(guī)劃系統(tǒng)的仿真模擬、室外機(jī)器人規(guī)劃系統(tǒng)的仿真模擬、室內(nèi)機(jī)器人局部路徑規(guī)劃系統(tǒng)的仿真模擬傳感技術(shù)、信息融合技術(shù)研究差分全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、磁羅盤和光碼盤定位系統(tǒng)、超聲測(cè)距系統(tǒng)、視覺處理技術(shù)、信息融合技術(shù)智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人THMRIH的體系結(jié)構(gòu)、高效快速的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。此外，還有香港城市大學(xué)智能設(shè)計(jì)、自動(dòng)化及制造研究中心的自動(dòng)導(dǎo)航車和服務(wù)機(jī)器人、中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所的自動(dòng)導(dǎo)引車AGV和防爆機(jī)器人、中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所自行設(shè)計(jì)、制造的全方位移動(dòng)式機(jī)器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制成功的導(dǎo)游機(jī)器人等?？傊陙硪苿?dòng)式機(jī)器人的研究在國(guó)內(nèi)也得到很大的重視，并且在某些方面的研究取得豐碩的成果。12機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)機(jī)器人要想走向?qū)嵱?，必需擁有能勝任的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、可靠的導(dǎo)航系統(tǒng)、精確的感知能力，并具有既安全而又友好地與人一起工作的能力。機(jī)器人的智能指標(biāo)為自主性、適應(yīng)性和交互性。適應(yīng)性是指機(jī)器人具有適應(yīng)復(fù)雜工作環(huán)境的能力主要通過學(xué)習(xí)，不但能識(shí)別和測(cè)量周圍的物體，還有理解周圍環(huán)境和所要執(zhí)行任務(wù)的能力，并做出正確的判斷及操作和移動(dòng)等能力自主性是指機(jī)器人能根據(jù)工作任務(wù)和周圍環(huán)境情況，自己確定工作步驟和工作方式交互是智能產(chǎn)生的基礎(chǔ)，交互包括機(jī)器人與環(huán)境、機(jī)器人與人及機(jī)器人之間三種，主要涉及信息的獲取、處理和理解。因此，在機(jī)器人研究中，關(guān)鍵在于以下幾個(gè)方面1機(jī)器人結(jié)構(gòu)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)形式的選型和設(shè)計(jì)，是根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行的。在機(jī)器人機(jī)構(gòu)方面，結(jié)合機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域及各種場(chǎng)合的應(yīng)用，研究人員開展了豐富而富有創(chuàng)造性的工作。當(dāng)前，對(duì)足式步行機(jī)器人、履帶式和特種機(jī)器人研究較多。但大多數(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)階段，而輪式機(jī)器人由于其控制簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定和能源利用率高等特點(diǎn)，正在向?qū)嵱没杆侔l(fā)展從阿波羅登月計(jì)劃中的月球車到美國(guó)最近推出的碩士論文輪式機(jī)器人控制問題的研究NASA行星漫游計(jì)劃中的六輪采樣車，從西方各國(guó)正在加緊研制的戰(zhàn)場(chǎng)巡邏機(jī)器人、偵察車到新近優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載4研制的管道清洗檢測(cè)機(jī)器人，都有力地顯示出機(jī)器人正在以其具有使用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景而成為智能機(jī)器人發(fā)展的方向之一。2體系結(jié)構(gòu)機(jī)器人的智能系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)信息密集，多層次的信息與知識(shí)表示方式，與環(huán)境交互豐富多樣，信息與知識(shí)分布存儲(chǔ)等。所以，它是一個(gè)高智能、多系統(tǒng)的復(fù)雜系統(tǒng)工程，不是單元技術(shù)的簡(jiǎn)單連接，系統(tǒng)的總功能是各種分系統(tǒng)在多層次的協(xié)調(diào)和分工中集成，因此，機(jī)器人的總體集成技術(shù)是一個(gè)核心問題，其主要內(nèi)容是機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)研究。體系結(jié)構(gòu)的研究，主要針對(duì)有意識(shí)行為和反射行為而展開的，如何將兩者相統(tǒng)一，是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。早期的機(jī)器人研究都是在室內(nèi)進(jìn)行的，其體系結(jié)構(gòu)，一般只能在“積木世界”中運(yùn)行。德國(guó)為在自動(dòng)化工廠中運(yùn)行的自動(dòng)導(dǎo)引車AGV設(shè)計(jì)了一種分層體系結(jié)構(gòu)。德國(guó)還開發(fā)了一種具有很高水平的機(jī)器人系統(tǒng)KAMRO，其體系結(jié)構(gòu)基本上采用NASREM模型的思想。美國(guó)MIT的人工智能實(shí)驗(yàn)室提出了包容體系結(jié)構(gòu)思想，并建立了一系列新型的機(jī)器人。包容體系結(jié)構(gòu)采用所一謂“感知一動(dòng)作”結(jié)構(gòu)，也稱基于行為的結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)表明，包容體系結(jié)構(gòu)在處理動(dòng)態(tài)環(huán)境中不確定性和模仿動(dòng)物的低級(jí)反射行為方面具有很多優(yōu)點(diǎn)。目前，這種基于行為控制的體系結(jié)構(gòu)還處于理論探討階段，很多工作有待深入。3機(jī)器人路徑規(guī)劃技術(shù)機(jī)器人的路徑規(guī)劃就是給定機(jī)器人及其工作環(huán)境信息，按照某種優(yōu)化指標(biāo)，尋求有界輸入使系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)從起始點(diǎn)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)點(diǎn)。機(jī)器人路徑規(guī)劃的研究始于20世紀(jì)70年代，目前對(duì)這一問題的研究仍十分活躍，許多學(xué)者做了大量的工作。其主要研究?jī)?nèi)容按機(jī)器人工作環(huán)境不同可分為靜態(tài)結(jié)構(gòu)化環(huán)境、動(dòng)態(tài)己知環(huán)境和動(dòng)態(tài)不確定環(huán)境，按機(jī)器人獲取環(huán)境信息的方式不同可分為基于模型的路徑規(guī)劃和基于傳感器的路徑規(guī)劃。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃是機(jī)器人的一個(gè)重要問題，對(duì)于自由運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，即機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)不受約束，運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題可以通過在自由位形空間內(nèi)計(jì)算一條路徑加以解決，這樣的一條路徑與工作空間內(nèi)的一條可行的自由路徑相對(duì)應(yīng)。但是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)受到非完整性約束，并不是任意路徑都一定是可行的。在復(fù)雜動(dòng)態(tài)的環(huán)境中，還要考慮運(yùn)動(dòng)中的避障問題，因此，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。尚有許多的問題有待研究。4導(dǎo)航與定位。機(jī)器人根據(jù)運(yùn)動(dòng)行為方式分為自主和半自主式，根據(jù)應(yīng)用的環(huán)境有室內(nèi)和室外機(jī)器人之分。在機(jī)器人的應(yīng)用中，精確的位置知識(shí)是一個(gè)基本問題。有關(guān)位置的測(cè)量，可分為兩大類相對(duì)和絕對(duì)位置測(cè)量。使用的方法可分為7種里程計(jì)、慣性導(dǎo)航、磁羅盤、主動(dòng)燈塔，全球定位系統(tǒng)，路標(biāo)導(dǎo)航和地圖模型匹配。優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載513方案分析及設(shè)計(jì)要求本文所討論機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型近似于汽車，因此稱為輪式消防機(jī)器人，它的組態(tài)由機(jī)器人在工作環(huán)境中的位態(tài)確定。它作為一種小型輪式消防機(jī)器人，是一種非線性控制系統(tǒng)。為了能發(fā)揮將來加載到這種機(jī)器人上的功能，因而對(duì)小車性能作了要求。本文是設(shè)計(jì)的機(jī)器人為教學(xué)模型，主要在室內(nèi)工作。機(jī)器人長(zhǎng)度不宜超過1000MM，高度要控制在機(jī)器人平衡穩(wěn)定運(yùn)作的范圍內(nèi)。因此，車體在保證穩(wěn)定的情況下做的盡量小，各部件排列方式應(yīng)盡量減小縱向尺寸，使車體緊湊。內(nèi)置于其中的電路板和電池的尺寸也要受到限制。設(shè)計(jì)電路是要盡量選用功能大，集成度高的芯片，而電池要選用體積小并且耐用的型號(hào)。因此，本課題控制器設(shè)計(jì)選用SPCE061A系列單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制電路的架構(gòu)，并且減少外圍邏輯電路，使板面布局緊湊。車體系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)是影響系統(tǒng)性能，決定機(jī)器人性能達(dá)標(biāo)的重要因素。因此，在軟硬件選型時(shí)，滿足快速性、準(zhǔn)確性要求是考慮的第一要素之一。要求機(jī)構(gòu)能夠具有更大的靈活性與柔性，能夠具有更大的跨越障礙的能力。最好采用減震設(shè)計(jì)，它有利于保護(hù)機(jī)器人各組成部件，特別是電器元件。相對(duì)于工業(yè)環(huán)境來講，我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器人所處的環(huán)境所受的強(qiáng)磁干擾要小得多，但是要達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)作實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確，某些干擾就顯得較為明顯首先，機(jī)器人體積很小，電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，處理器系統(tǒng)，無線模塊同處于很小的空間，這幾部分之間的相互干擾，特別是電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)處理器的干擾，無線模塊對(duì)處理器的干擾以及無線通訊所特有的噪聲干擾都不容忽視。本課題中，分別采用了硬件抗干擾設(shè)計(jì)和軟件抗干擾設(shè)計(jì)。其次，機(jī)器人工作環(huán)境周圍的電器將對(duì)其產(chǎn)生影響。14本課題主要研究?jī)?nèi)容課題主要完成消防機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1機(jī)械結(jié)構(gòu)部分包括機(jī)器人構(gòu)成方案選擇、機(jī)器人本體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇。2針對(duì)設(shè)計(jì)要求結(jié)合所選用的電機(jī)，設(shè)計(jì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊，并討論系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性問題。優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載6第2章消防機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及方案論證21機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式的選擇機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式歸納起來基本有三種輪子方式、履帶方式和腿足方式。為了得到我們?cè)O(shè)計(jì)需要最合適的方式，我們對(duì)以上三種方式做了簡(jiǎn)單的比較如下表212文獻(xiàn)表21運(yùn)動(dòng)方式的比較考慮因素驅(qū)動(dòng)方式適應(yīng)的環(huán)境驅(qū)動(dòng)方面的考慮機(jī)構(gòu)方面的考慮輪子方式適于室內(nèi)、硬路面等平整地面，特別不適合松軟或崎嶇地面。驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)單多樣，力矩相對(duì)較小主要有兩輪驅(qū)動(dòng)兼轉(zhuǎn)向加隨動(dòng)輪；兩輪差動(dòng)加輔助輪；驅(qū)動(dòng)輪加轉(zhuǎn)向輪。機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，相互約束條件少，穩(wěn)定性較好，輪子安裝需要一定精度要求。履帶方式適應(yīng)環(huán)境最廣泛，特別是崎嶇不平地和濕洼地形。驅(qū)動(dòng)方式單一，力矩較大，使用兩側(cè)輪差動(dòng)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向，不需要輔助輪。機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)較輪子復(fù)雜，需要履帶的張緊設(shè)計(jì)，支撐面積大，穩(wěn)定性好。腿足方式適應(yīng)范圍較廣，適應(yīng)地形受其步態(tài)影響，不適合崎嶇山路。驅(qū)動(dòng)復(fù)雜，對(duì)平衡和穩(wěn)定要求極高，自由度越多，驅(qū)動(dòng)控制部分越多。有較多的運(yùn)動(dòng)部件和關(guān)節(jié)，要求較高的加工和裝配等級(jí)，對(duì)材料性能要求較高。通過對(duì)以上方式的比較，我們選用輪子方式做為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式，它符合我們的設(shè)計(jì)要求適應(yīng)室內(nèi)活動(dòng)環(huán)境；需要?jiǎng)恿^小；能量消耗少；結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠。22消防機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方案的選擇輪式機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖21，圖22，圖23。5文獻(xiàn)優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載7圖21驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖22前輪驅(qū)動(dòng)兼轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)圖23后輪驅(qū)動(dòng)，前輪轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)如圖21，采用兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)輪分別由兩套直流伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，提供需要的轉(zhuǎn)速或者力矩前輪為萬向輪，可任意移動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單輕便，控制性好，運(yùn)動(dòng)靈活轉(zhuǎn)彎半徑小。缺點(diǎn)承載能力低，對(duì)地面環(huán)境的要求高。圖22中的機(jī)器人，稱為前輪驅(qū)動(dòng)消防機(jī)器人，后輪為輔助輪，方向不變，前輪為驅(qū)動(dòng)輪兼轉(zhuǎn)向輪，兩輪驅(qū)動(dòng)速度相同，轉(zhuǎn)向速度一致。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度高。我們根據(jù)設(shè)計(jì)需要和實(shí)現(xiàn)的難易程度選擇了圖23中的機(jī)器人，我們稱之為后輪驅(qū)動(dòng)消防機(jī)器人，它是一種典型的非完整約束的輪式消防機(jī)器人模型。后輪為驅(qū)動(dòng)論方向不變，提供前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力，兩輪驅(qū)動(dòng)速度相同；前輪為轉(zhuǎn)向輪，稱為舵輪，通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)同步控制兩輪轉(zhuǎn)向，使機(jī)器人按照要求的方向移動(dòng)。輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)又主要分三個(gè)輪、四個(gè)輪，三輪支撐理論上是穩(wěn)定的。然而，優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載8這種裝置很容易在施加到單獨(dú)輪的左右兩側(cè)力F作用下翻倒，因此對(duì)負(fù)載有一定限制。我們?yōu)樘岣叻€(wěn)定性和承載能力，決定選用四輪機(jī)構(gòu)，后輪為兩驅(qū)動(dòng)輪，兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪為前輪，具體結(jié)構(gòu)模型見圖24。這種結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、穩(wěn)定以及跟蹤等控制任務(wù)，可適應(yīng)復(fù)雜的地形，承載能力強(qiáng)，但是軌跡規(guī)劃及控制相對(duì)復(fù)雜。圖24小車整體結(jié)構(gòu)模型圖優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載9第3章機(jī)械手夾持結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析31夾持結(jié)構(gòu)形式的選擇機(jī)械手夾持結(jié)構(gòu)是機(jī)器人直接用于抓取、握緊、吸附專用工具等進(jìn)行操作的部件，根據(jù)被操作工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面形態(tài)各有不同，其形式也多種多樣，大部分機(jī)械手夾持結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件專門加工的，常用的有四類1）夾鉗式取料手2）吸附式取料手3）專用操作器及轉(zhuǎn)換器4）仿生多指靈巧手。1夾鉗式取料手是工業(yè)機(jī)器人最常用的一種機(jī)械手夾持結(jié)構(gòu)形式，在流水線上應(yīng)用廣泛。它一般由手指、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連接與支承元件組成，工作機(jī)理類似于常用的手鉗。吸附式取料手靠吸附力取料，根據(jù)吸附力的不同分為氣吸附和磁吸附兩種。吸附式取料手應(yīng)用于大平面（單面接觸無法抓?。⒁姿椋úＡ?、磁盤）、微?。ú灰鬃ト。┑奈矬w。因?yàn)閷Ｓ貌僮髌骷稗D(zhuǎn)換器和仿生多指靈巧手的技術(shù)難度及成本要求都比較高，故在此不多做介紹。根據(jù)本文設(shè)計(jì)的使用場(chǎng)合，選用夾鉗式機(jī)構(gòu)。32驅(qū)動(dòng)形式的選擇目前機(jī)械設(shè)備的主要驅(qū)動(dòng)形式有三大類液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)具有輸出功率大、控制精度高、可無級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制等優(yōu)點(diǎn)。但是液壓傳動(dòng)有較多的能量損失泄漏損失、壓力損失等，傳動(dòng)效率相對(duì)低。液壓傳動(dòng)需要配套設(shè)備如液壓站、各種液壓控制閥等，它適用于重載、低速驅(qū)動(dòng)，成本較高。這種驅(qū)動(dòng)方式顯然不適合消防機(jī)器人工作位置不斷變化的作業(yè)方式。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小，成本低。但是由于氣體壓縮性大，精度低，低速時(shí)不易控制，需要專門的氣源輸送站。所以這種驅(qū)動(dòng)方式和液壓驅(qū)動(dòng)一樣，不適合消防機(jī)器人環(huán)境使用。電機(jī)驅(qū)動(dòng)與氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)相比，具有能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服性好等優(yōu)點(diǎn)；另外結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于控制、優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載10使用維修方便、不污染環(huán)境，比較適合建筑施工的作業(yè)環(huán)境，因此本設(shè)備采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。33結(jié)構(gòu)方案的確認(rèn)根據(jù)上兩張的結(jié)構(gòu)方案和驅(qū)動(dòng)方案的確認(rèn)，本設(shè)計(jì)選用的機(jī)械手夾持結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)圖件下圖31所示圖31機(jī)械手夾持結(jié)構(gòu)圖如圖31所示，本次采用雙邊機(jī)械手，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的連桿機(jī)構(gòu)作為機(jī)械手，其制造容易，工作可靠，傳遞載荷較大，可實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動(dòng)規(guī)律。機(jī)械手上采用齒輪嚙合傳動(dòng)，有效保證傳動(dòng)的精確性和足夠的力矩。34夾緊力的計(jì)算及舵機(jī)的選擇手指加在工件上的夾緊力，是設(shè)計(jì)手部結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)。夾緊力必須克服工件重力所產(chǎn)生的載荷以及工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化所產(chǎn)生的載荷（慣性力或慣性力優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載11矩），以使工件保持可靠的夾緊狀態(tài)。5手指對(duì)工件的夾緊力計(jì)算NF（31）GK321式中安全系數(shù)，通常取1220；1K工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響?？晒浪?（32）2GA其中重力加速度；G運(yùn)載工件時(shí)重力方向的最大上升加速度，可計(jì)算A（33）響TVMAX運(yùn)載工件時(shí)重力方向的最大上升速度，007。MAXVMAXVS/系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，一般取0305。響TS方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選3K定。0911。被抓取工件所受重力，假定為15KG（）。GN計(jì)算可得NFGK3211650893/071手指夾緊由單作用液壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，則手指夾緊缸的載荷為16夾緊F根據(jù)手冊(cè)選定舵機(jī)的參數(shù)如下表31所示表31舵機(jī)參數(shù)尺寸重量速度扭力使用電壓408199373MM563G024SEC/60度12公斤/厘米48V72V優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載12第4章機(jī)器人本體的設(shè)計(jì)分析41消防機(jī)器人驅(qū)動(dòng)輪組成后輪驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖41所示1變速箱底座；2變速箱蓋；3軸承；4齒輪；5齒輪；6齒輪；7電動(dòng)機(jī)；8中間軸；9輪轂；10輪胎圖41驅(qū)動(dòng)輪機(jī)械傳動(dòng)示意圖根據(jù)上面所確定的方案，消防機(jī)器人后輪驅(qū)動(dòng)裝置由驅(qū)動(dòng)電機(jī)，減速裝置，車輪及輪轂組成。411驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇目前在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制中較為常用的電機(jī)有直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，對(duì)它們的特性、工作原理與控制方式有分類介紹，下面總結(jié)如表41所示一般機(jī)器人用電機(jī)的基本性能要求；1啟動(dòng)、停止和反向均能連續(xù)有效的進(jìn)行，具有良好的響應(yīng)特性；2正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)時(shí)的特性相同，且運(yùn)行特性穩(wěn)定；3良好的抗干擾能力，對(duì)輸出來說，體積小、重量輕；4維修容易，不用保養(yǎng)。優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載13驅(qū)動(dòng)輪為兩后輪，要求控制性好且精度高，能耗要低，輸出轉(zhuǎn)矩大，有一定過載能力，而且穩(wěn)定性好。通過比較以上電機(jī)的特性、工作原理、控制方式以及消防機(jī)器人的移動(dòng)性能要求、自身重量、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)等因素，所以我們決定選用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)以其良好的線性調(diào)速特性、簡(jiǎn)單的控制性能、較高的效率、優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。雖然近年不斷受表41不同電機(jī)的特性、工作原理與控制方式電機(jī)類型主要特點(diǎn)構(gòu)造與工作原理控制方式步進(jìn)電機(jī)直接用數(shù)字信號(hào)控制，與計(jì)算機(jī)接口簡(jiǎn)單，沒有電刷，維修方便，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換效率低，易失步，過載能力弱。按產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的方式可分為永磁式，反應(yīng)式和混合式?；旌鲜侥墚a(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩，應(yīng)用廣泛。永磁式是單向勵(lì)磁，精度高，但易失步，反應(yīng)式是雙向勵(lì)磁，輸出轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)子過沖小，但效率低；混合式是單雙向勵(lì)磁，分辨率高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。直流伺服電機(jī)接通直流電即可工作，控制簡(jiǎn)單；啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩容易控制，效率高；需要定時(shí)維護(hù)和更換電刷，使用壽命短，噪聲大。由永磁體定子，線圈轉(zhuǎn)子，電刷和換向器構(gòu)成。通過電刷和換向器使電流方向隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度而變化，實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)控制采用電壓控制方式，兩者成正比。轉(zhuǎn)矩控制采用電流控制方式，兩者也成正比。交流伺服電機(jī)沒有電刷和換向器，無須維修；驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，價(jià)格高。按結(jié)構(gòu)分為同步和異步。無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與同步電機(jī)相同，特性與支流電機(jī)相同。分為電壓控制和頻率控制兩種方式。異步電機(jī)常采用電壓控制。優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載14到其他電動(dòng)機(jī)如交流變頻電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等的挑戰(zhàn)，但直流電動(dòng)機(jī)仍然是許多調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)選擇，在生產(chǎn)、生活中有著廣泛的應(yīng)用。所需電機(jī)的功率計(jì)算機(jī)器人小車的受力簡(jiǎn)圖如圖42所示機(jī)器人所需的牽引力WFAF式中機(jī)器人移動(dòng)需要的牽引力AFSINMG式中自身重力而產(chǎn)生的阻力WCOF式中機(jī)器人移動(dòng)所受摩擦力F圖42機(jī)器人小車的受力簡(jiǎn)圖則有COSSINMGFA式中摩擦系數(shù)式中最大爬坡角度（據(jù)課題要求可以按0計(jì)算）則機(jī)器人在水平面上運(yùn)動(dòng)的功率為WVPA615890315傳動(dòng)裝置的總效率2BG優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載15按照中表211確定的個(gè)部分效率有齒輪傳動(dòng)效率14文獻(xiàn)；滑動(dòng)軸承效率970G970B代入得到8902所需直流電機(jī)的最小功率WPW671通過以上的比較和計(jì)算，我們決定選用廣東德昌微電機(jī)公司生產(chǎn)的SRC5553250型直流電動(dòng)機(jī)其外觀如圖43所示，尺寸如圖44所示，技術(shù)參數(shù)如表42所示圖43電動(dòng)機(jī)其外觀如圖圖44直流電機(jī)尺寸圖表23直流電機(jī)技術(shù)參數(shù)表空載最大效率下制動(dòng)轉(zhuǎn)速電流轉(zhuǎn)速電流力矩功率力矩功率型號(hào)額定電壓R/MINAR/MINAGCMWGCMW優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載16SRC555325012VCONSTANT610002453001492291421650920412減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與校核直流電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速較高，一般不能直接接到車輪軸上，需要減速機(jī)構(gòu)來降速，同時(shí)也提高了轉(zhuǎn)距。減速裝置的形式多種多樣，選擇一種合適的減速裝置對(duì)機(jī)器人的性能有著相當(dāng)重要的作用。4121減速形式的選擇驅(qū)動(dòng)輪機(jī)械傳動(dòng)形式有多種，主要分為鏈條傳動(dòng)；皮帶傳動(dòng)；蝸桿傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)等。1鏈條傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)是工況相同時(shí)，傳動(dòng)尺寸緊湊；沒有滑動(dòng)；不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷小；效率高；能在惡劣的環(huán)境中使用。缺點(diǎn)瞬時(shí)速度不均勻，高速運(yùn)轉(zhuǎn)是傳動(dòng)不平穩(wěn)；不易在載荷變化大和急促反向的傳動(dòng)中使用；工作噪音大。2皮帶傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)是能緩和沖擊；運(yùn)行平穩(wěn)無噪音；制造和安裝精度要求低；過載時(shí)能打滑，防止其他零件的損壞。缺點(diǎn)有彈性滑動(dòng)和打滑，效率低不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比；軸上載荷大；壽命低。3蝸桿傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊；工作平穩(wěn)；無噪聲；沖擊震動(dòng)??；能得到很大的單級(jí)傳動(dòng)比。缺點(diǎn)是傳動(dòng)比相同下效率比齒輪低；需要用貴重的減磨材料制造。4齒輪傳動(dòng)工作可靠，使用壽命長(zhǎng)；易于維護(hù)；瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)；傳動(dòng)效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；功率和速度使用范圍很廣。缺點(diǎn)是制造復(fù)雜成本高；不宜用于軸間距的傳動(dòng)。比較以上傳動(dòng)形式，結(jié)合本設(shè)計(jì)中機(jī)器人的要求輸出轉(zhuǎn)矩大傳動(dòng)效率高噪音小等條件，我們采用兩級(jí)齒輪傳動(dòng)，減速比為15。電機(jī)軸直接作為輸入軸安裝主動(dòng)齒輪，不是用聯(lián)軸器，既提高了精度又減輕了重量。輪轂和齒輪3安裝在同一根軸上，他們轉(zhuǎn)速相同。齒輪類型為漸開線直齒齒輪，聯(lián)軸器相聯(lián)，優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載17齒輪與車輪裝在同一個(gè)軸上，它們的轉(zhuǎn)速相同。齒輪參數(shù)如下第一級(jí)減速,M3,MM,MM,31I10Z3D302Z92D第二級(jí)減速,M3,MM,MM,53514122齒輪傳動(dòng)的計(jì)算與校核設(shè)計(jì)中第一級(jí)齒輪傳動(dòng)的齒輪強(qiáng)度計(jì)算與校核，如下1齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算（1）初步計(jì)算轉(zhuǎn)矩T8651024590596161NPMN8齒數(shù)D接觸疲勞極限LIH由表1213，取2文獻(xiàn)60D由表173文獻(xiàn)60DMPAH51LIM2初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力H25901LI1H2M2PA5MH值DA由，取3文獻(xiàn)0D初步計(jì)算小齒輪直徑1MUTHD823519608323211取251M優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載18初步齒寬B25601DM5（2）校核計(jì)算圓周速度93610652106NDS93精度等級(jí)由表1442文獻(xiàn)選6級(jí)精度齒數(shù)Z和模數(shù)M初取齒數(shù)；103012IZ31ZD由表141，?。ㄟ@里往大或往小取均可，視驗(yàn)算結(jié)果而定。文獻(xiàn)）則031MDZ2I1Z302使用系數(shù)AK由表129文獻(xiàn)51A動(dòng)載系數(shù)V由表1292文獻(xiàn)VK齒間載荷分配系數(shù)HK由表1210，先求9文獻(xiàn)NDTFT2645821優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載19MNBFKTA/53012645MNBFKTA1037985412623COS821Z910354Z由此得22ZKH5130ZH齒向載荷分布系數(shù)H由表12112文獻(xiàn)1031507610922321BCDBKH3H載荷系數(shù)K85132HVAK彈性系數(shù)EZ由表12122文獻(xiàn)MPAE456節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)H由圖1216文獻(xiàn)2HZ接觸最小安全系數(shù)MINHS由表1214文獻(xiàn)051MINHS總工作時(shí)間HT6023HT6優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載20應(yīng)力循環(huán)次數(shù)LN由表1215，估計(jì)，則指數(shù)2文獻(xiàn)9710LN78M6787878178MAXAX11037302502060NIHIIHMINIHIVLTTTT原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。66121072INL03762L接觸壽命系數(shù)NZ由圖1218文獻(xiàn)51NZ2許用接觸應(yīng)力H0512MIN1L1NHSI2L2ZMPAH312231510342810546UBDKTZE優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載21計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度教為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整。否則，尺寸調(diào)整后還應(yīng)在進(jìn)行驗(yàn)算。MPAPAHH132322齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算重合度系數(shù)Y74052107504齒間載荷分配系數(shù)FK由表1210，2文獻(xiàn)351740Y351FK齒向載荷分布系數(shù)F4820HB由圖1214文獻(xiàn)61FK載荷系數(shù)89361521FVA齒形系數(shù)AY由圖12212文獻(xiàn)751FA432應(yīng)力修正系數(shù)SAY由圖1222文獻(xiàn)81SAY42彎曲疲勞極限LIMF由圖1223C文獻(xiàn)MPAF81LIM2彎曲最小安全系數(shù)MINFS由表1214文獻(xiàn)優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載22251MINFS應(yīng)力循環(huán)次數(shù)LN由表1215，估計(jì)，則指數(shù)文獻(xiàn)106103LN94M794949141914MAXAX110330250206606NIHIIHMINIHIVLTTTT原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確7712103INL0372L彎曲壽命系數(shù)NY由圖1224文獻(xiàn)51NY2尺寸系數(shù)X由圖1225文獻(xiàn)01XY許用彎曲應(yīng)力F16258MIN1L1XNFSYI2L2FMPAF612驗(yàn)算優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載2305274381523104892111YMBDKTSAFF902SAFFY傳動(dòng)無嚴(yán)重過載，故不做靜強(qiáng)度校核1105FMP22F第二級(jí)嚙合齒輪、的計(jì)算校核也采用以上步驟，通過計(jì)算知強(qiáng)度均3Z4符合要求。413變速箱體及后減震變速箱體要求在保證足夠剛度的條件下，應(yīng)盡量減輕車架的重量，以提高有效承載重量。其次，變速箱體應(yīng)保證其它元件安裝上以后，能達(dá)到平衡、對(duì)稱和同軸。材料為ABS，厚度為6MM，軸承盒集成在箱體上，降低了制造難度。為保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)免受震動(dòng)的損傷，和提高躍障能力，在變速箱與前車體間加一減震彈簧。它不但能緩沖震動(dòng)，而且當(dāng)機(jī)器人遇到低于100MM的幛礙物，或者高低不平的路面時(shí)不至于被架空。414驅(qū)動(dòng)車輪及輪轂本設(shè)計(jì)中可選用機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式為輪子方式，輪子方式可以提供多種排列方式，從而滿足不同情況需要，而且轉(zhuǎn)向容易，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的精確控制，機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。所以我們考慮到所設(shè)計(jì)機(jī)器人的工作環(huán)境和控制要求，我們選用了四輪方式。選擇車輪需要考慮多種因素有機(jī)器人的尺寸、重量、地形狀況、電機(jī)功率等。車重加負(fù)載重量為2KG45KG,所以用質(zhì)地堅(jiān)硬且易于加工的聚苯乙烯作輪轂，采用不充氣的中空橡膠輪胎，其優(yōu)點(diǎn)在于不僅重量小而且橡膠與地面的附著系數(shù)大，保證了足夠的驅(qū)動(dòng)能力，輪胎及輪轂參考圖圖如圖45優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載24圖45輪胎及輪轂?zāi)Ｐ蛨D其機(jī)構(gòu)如圖45，其中輪胎直徑D300MM,則車輪轉(zhuǎn)一圈移動(dòng)的為MDS942031車輪最大轉(zhuǎn)速為電機(jī)轉(zhuǎn)速/傳動(dòng)比INR530I1則機(jī)器人的最大線速度為SMS5I83294201機(jī)器人小車的受力簡(jiǎn)圖如圖46機(jī)器人所需的牽引力WFAF式中機(jī)器人移動(dòng)需要的牽引力AFSINMG式中自身重力而產(chǎn)生的阻力WCOF式中機(jī)器人移動(dòng)所受摩擦力F則有SSINGMA式中摩擦系數(shù)；式中最大爬坡角度。則機(jī)器人在水平面上的功率為優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載25WVFPA4725893150其最大加速度為21/SMM（其中的計(jì)算在411中作了介紹）AF圖46機(jī)器人小車的受力簡(jiǎn)圖42消防機(jī)器人轉(zhuǎn)向輪組成轉(zhuǎn)向輪起支撐和轉(zhuǎn)向作用，不產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩。在小車轉(zhuǎn)向時(shí)它可以以一定角度轉(zhuǎn)動(dòng)。主要機(jī)械組成結(jié)構(gòu)如圖47優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載261前減震彈簧；2轉(zhuǎn)向連桿；3拉桿；4拉緊彈簧；5撥叉；6步進(jìn)電機(jī)；7前車體蓋；8轉(zhuǎn)向節(jié)；9前輪軸；10前輪轂；11輪胎；12電池盒蓋；13后減震彈簧；14連接軸；15變速箱圖47轉(zhuǎn)向裝置結(jié)構(gòu)圖消防機(jī)器人前輪裝置由以下幾部分構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電機(jī)，蓄電池和充電部分，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和前減震機(jī)構(gòu)，前車體和電池箱及輪胎和輪轂五部分。421驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇轉(zhuǎn)向輪的電機(jī)通過對(duì)表41不同電機(jī)的特性、工作原理與控制方式的分析比較，為了滿足轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)精度高，控制性能強(qiáng)，并且控制簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，我們決定選用步進(jìn)電機(jī)作為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件。對(duì)這種電機(jī)施加一個(gè)電脈沖后，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，稱為一步脈沖數(shù)增加，角位移或線位移就隨之增加，脈沖頻率高，則步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度就高，反之就低分配脈沖的相序改變后，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向則隨之而變。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和通常勻速旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)有一定的差別，它是步進(jìn)形式的運(yùn)動(dòng)，故也稱其為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的主要指標(biāo)有相數(shù)產(chǎn)生不同對(duì)極N,S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)。常用M表示。拍數(shù)完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用N表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即ABBCCDDAAB,八拍運(yùn)行方式即AABBBCCCDDDAA。步距角對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用表示。360度轉(zhuǎn)子齒數(shù)J運(yùn)行拍數(shù)，以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為360/50418俗稱整步，八拍運(yùn)行時(shí)步距角為360/50809俗稱半步。定位轉(zhuǎn)矩電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的靜轉(zhuǎn)矩電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積幾何尺寸的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無關(guān)。雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過分采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載27步距角精度步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示（誤差/步距角）100。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15以內(nèi)。失步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。失調(diào)角轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。最大空載起動(dòng)頻率電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。最大空載的運(yùn)行頻率電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。運(yùn)行矩頻特性電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。步進(jìn)電機(jī)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，歸納起來主要有1步距值不受各種干擾因素的影響。簡(jiǎn)而言之，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的速度主要取決于脈沖信號(hào)的頻率，而轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的總位移量取決于總的脈沖個(gè)數(shù)。2位移與輸入脈沖信號(hào)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不長(zhǎng)期積累。因此可以組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單而又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以在要求更高精度時(shí)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。3可以用數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行開環(huán)控制，整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單廉價(jià)。4無刷，電動(dòng)機(jī)本體部件少，可靠性高。5控制性能好。起動(dòng)、停車、反轉(zhuǎn)及其他運(yùn)行方式的改變，都在脈沖內(nèi)完成，在一定的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，任何運(yùn)行方式都不會(huì)丟步。6停止時(shí)有自鎖能力。7步距角選擇范圍大，可在幾角分至大范圍內(nèi)選擇。在小范圍情況180下，通常可以在超低速下高轉(zhuǎn)距穩(wěn)定的運(yùn)行通過比較各種指標(biāo)和參數(shù)后，我們決定選用常州豐源公司生產(chǎn)的35BYHJ03減速步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)，自帶251的減速器。參數(shù)如表43所示表43步進(jìn)電機(jī)參數(shù)優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載28步距角（，相數(shù)電壓U,V電流I,MA電阻R,減速比空載運(yùn)行頻率F,PPS空載啟動(dòng)頻率F,PPS起動(dòng)轉(zhuǎn)距T,（GCM）鎖定轉(zhuǎn)距T,（GCM）75/25412255471/255506807501400422傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及前減震機(jī)構(gòu)在本課題中我們?yōu)榱说玫椒€(wěn)定和承載能力強(qiáng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，我們采用了兩前置轉(zhuǎn)向輪，轉(zhuǎn)向輪不作為驅(qū)動(dòng)輪，只提供支撐和轉(zhuǎn)向作用。結(jié)構(gòu)形式模仿普通機(jī)動(dòng)車的一些結(jié)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)變速箱輸出軸連接撥叉，撥叉撥動(dòng)左右轉(zhuǎn)向節(jié)連桿來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。為了消除傳動(dòng)間隙和電機(jī)反轉(zhuǎn)死區(qū)，我們?cè)跈C(jī)構(gòu)中加裝了兩個(gè)拉緊桿和一條拉緊彈簧，很大程度上消除了誤差。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受力簡(jiǎn)圖如圖48為保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)免受震動(dòng)的損傷，提高機(jī)器人在不平地面上的行走能力，在每個(gè)轉(zhuǎn)向節(jié)軸上加裝減震彈簧。它不但能緩沖震動(dòng)，而且防止在特殊情況下機(jī)器人被架空。它與后減震配合工作效果更加明顯，工作原理與后減震類似。圖48傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受力簡(jiǎn)圖423前車體及電池箱前車體是轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)零件的載體，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求精度也高實(shí)物模型圖如圖。特別是轉(zhuǎn)向節(jié)安放孔和電機(jī)支撐座等，要求同軸度和垂直度高，因此為了提高裝配精度，車體蓋和車體配合的螺栓孔采用了卯榫式設(shè)計(jì)（其結(jié)構(gòu)見圖紙裝配圖1），保證了裝配的精度。優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載29為簡(jiǎn)化制造工序，提高車體的緊湊程度和牢固程度，將電池盒設(shè)計(jì)到前車體后部，并且盡量降低電池盒與地面間距，以降低機(jī)器人的重心高度。為了保證運(yùn)行時(shí)電池在和內(nèi)的牢靠程度和降低噪聲，電池盒蓋內(nèi)側(cè)附貼一薄層海綿（結(jié)構(gòu)見圖紙裝配圖）控制電路容易受到電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路的影響，因此我們將控制電路板與驅(qū)動(dòng)板并列排列。424轉(zhuǎn)向輪胎和輪轂前輪輪胎采用和后輪相同的結(jié)構(gòu)和材料，輪轂的軸孔與軸相對(duì)滑動(dòng)，所以要求較后輪精度高機(jī)。43機(jī)器人受力分析及如何保證加速度最優(yōu)本設(shè)計(jì)中消防機(jī)器人采用四輪支撐，即兩后輪（驅(qū)動(dòng)輪）和兩前輪（轉(zhuǎn)向輪）。為了增加車輪和地面的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，每個(gè)車輪的輪胎材料均為橡膠?；瑒?dòng)軸承和輪轂采用了具有自潤(rùn)滑能力的塑料，摩擦力很小，可以忽略不計(jì)。采用這些結(jié)構(gòu)，使小車具有一很好的運(yùn)動(dòng)性能。機(jī)器人小車受力如圖49所示有如下關(guān)系滑動(dòng)摩擦力GRNF支撐反力GGAM水平方向受力R以上關(guān)系可推出加速度NGA從上式可以看出，由于小車質(zhì)量M一定，若想增加加速度只有增加摩擦系數(shù)和減少支撐力N。由于消防機(jī)器人活動(dòng)場(chǎng)所在室內(nèi)需要頻繁的更換速優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載30圖49小車受力圖度，只有加速度大一些時(shí)，才能滿足足球機(jī)器人快速性、實(shí)時(shí)性要求。在摩擦系數(shù)一定時(shí)，只有盡量減少支撐力N，加速度才能達(dá)到最大，這直接關(guān)系到小車重心的位置。小車的電池和后加負(fù)載是小車中比重較大者，在放置是應(yīng)該盡量靠近后輪，這樣支撐力N就會(huì)減小，加速度在啟動(dòng)時(shí)就能保持盡量大。通過計(jì)算機(jī)器人通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證最優(yōu)加速度為392M/S左右。44系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)質(zhì)量的高低主要表現(xiàn)在技術(shù)性能、可靠性、適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性四個(gè)方面，其中技術(shù)性和可靠性是最重要的方面。但在系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)工作中，往往特別強(qiáng)調(diào)其技術(shù)性能指標(biāo)而忽視了它的可靠性。而由于可靠性設(shè)計(jì)的不周密，在偶然囚素或意外事件的作用下，系統(tǒng)便不能正常工作，從而可能造成災(zāi)難性的后果，系統(tǒng)的可靠性保證有賴十完善的可靠性設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的部件制作、規(guī)范的設(shè)備安裝調(diào)試、正確的操作使用和經(jīng)常性的維護(hù)。本運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮了可靠性這一指標(biāo)，主要體現(xiàn)在以下兒個(gè)方面1屏蔽技術(shù)本系統(tǒng)中，直流電機(jī)、驅(qū)動(dòng)部件、甚至是微控制器使用的振蕩器，都是電磁干擾的噪聲源。當(dāng)距離較近時(shí)，電磁波會(huì)通過分布電容和電感藕合到信號(hào)回路而形成電磁干擾當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，電磁波則以輻射形式構(gòu)成干擾。針對(duì)上幾述情況，主要要通選用高導(dǎo)磁材料做成屏蔽體，使電磁波經(jīng)屏蔽體壁的低磁阻磁路快速衰減，以降低干擾。優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載312地線的處理理解產(chǎn)生地線噪聲的機(jī)制對(duì)于減小地線干擾至關(guān)重要，所有地線都有阻抗，和所有電路一樣，電流必須流回其源點(diǎn)，電流通過地線卜的有效陰_抗將產(chǎn)生一個(gè)電壓降，這些電壓降就是地線干擾的原因。正確接地是控制系統(tǒng)抑制干擾所必須注意的重要問題，在設(shè)計(jì)中若能把接地和屏蔽正確的結(jié)合，可很好地消除外界丁擾的影響