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XX學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)
樓宇火災(zāi)生命探測機(jī)器人的設(shè)計(jì)
作 者:
學(xué) 號：
學(xué)院(系):
專 業(yè):
題 目:
2015 年 5 月
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要
樓宇火災(zāi)生命探測機(jī)器人采用履帶式的行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，履帶式以其靈活性等優(yōu)勢成為一種有效的工具用于各種復(fù)雜場合,引起了世界各國的普遍關(guān)注。文中分析了設(shè)計(jì)履帶機(jī)器人的必要性和可行性，介紹了國內(nèi)外履帶機(jī)器人的研究歷史和發(fā)展概況.
本文介紹了在國內(nèi)外機(jī)器人應(yīng)用，以及機(jī)器人在發(fā)展過程中，其產(chǎn)生的巨大優(yōu)越性，進(jìn)行了機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)以及具體設(shè)計(jì)要求各自由度的設(shè)計(jì)，本文設(shè)計(jì)的行走機(jī)構(gòu)采用履帶式的，部分采用關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)通過底座固定在履帶機(jī)器人的機(jī)殼上面.
關(guān)鍵字：履帶機(jī)器人、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)
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畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要
The complexity of the work of disaster rescue, danger and emergency rescue work has brought great difficulties. Rescue robot with its small size, flexible virtues such as disaster rescue tool assisted and caused widespread concern in the world. This paper analyzes the use of emergency rescue rescue robot's necessity and feasibility, introduced the research history and development situation of domestic and foreign rescue robot.
This paper discusses the development history of the rescue robot, application status at home and abroad, and its great superiority, the robot specific design requirements, the design, overall design and detailed design of each degree of freedom structure calculation; the final design of the walking mechanism and the fuselage design. Manipulator with four joints manipulator.
Keywords: disaster rescue robot, structure design, mechanical structure, four joint manipulator
Keywords ：Structure design, Robot arm, Structure analysis
目 錄
第1章 緒論 6
1.1履帶機(jī)器人研究意義 6
1.2 國內(nèi)外履帶機(jī)器人研究現(xiàn)狀 6
1.3 履帶機(jī)器人的分類 6
1.4履帶機(jī)器人發(fā)展方向 7
1.4.1群體機(jī)器人研究 7
1.4.2全自主機(jī)器人研究 7
1.4.3全自主機(jī)器人研究 7
1.4.4任務(wù)多樣化及傳感檢測技術(shù) 7
1.5 主要內(nèi)容 7
第2章 總體方案設(shè)計(jì) 8
2.1 工程概述 8
2.2 工業(yè)總體設(shè)計(jì)方案論述 8
第3章 履帶機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3.1總體設(shè)計(jì)的思路 10
3.2 設(shè)計(jì)方案過程及特點(diǎn) 10
3.3 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和比較 10
3.3.1 行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 10
3.3.2 履帶行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3.3大小錐齒輪的設(shè)計(jì)和校核 16
3.4 軸Ⅰ的設(shè)計(jì)和校核 18
3.5 鍵的校核 26
3.6 雙擺臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算 26
3.7 雙擺臂減速電機(jī)的選取 27
3.8 雙擺臂減速器的選取 28
總結(jié)與展望 29
致 謝 30
參 考 文 獻(xiàn) 31
第1章 緒論
1.1履帶機(jī)器人研究意義
履帶機(jī)器人多用于災(zāi)難現(xiàn)場通常是復(fù)雜和危險(xiǎn)因素，主要由以下應(yīng)用場合:
（1）幸存者的救援被困在這些通常在空間折疊形成完全的搜索空間，這是非常重要的。遺憾的是，這些空間和通道很窄，一般都是救援人員無法進(jìn)入
（2）災(zāi)難機(jī)械結(jié)構(gòu)的建筑物的破壞，救援廢墟必須提防碎片落在任何時(shí)間。同時(shí)，當(dāng)救援行動(dòng)也可以導(dǎo)致廢墟下的二次倒塌，幸存者本身和被困的碎片造成困難是救援人員的心理負(fù)擔(dān)，影響巨大的危險(xiǎn)，救援工作快速部署。
（3發(fā)生大風(fēng)等容易引起火災(zāi)的危險(xiǎn)。在某些領(lǐng)域，如核電站、化工廠等，沒有相應(yīng)的保護(hù)和支持，即使好的專業(yè)救援人員是不容易的工作，和穿戴防護(hù)裝備和能力有限的救援人員在感知環(huán)境，延緩救援程序。
這些風(fēng)險(xiǎn)因素的災(zāi)難帶來了巨大的障礙，往往使救援付出沉重的代價(jià)。統(tǒng)計(jì)表明，美國應(yīng)急救援辦公室，關(guān)在狹小空間”救援幸存者平均需要花時(shí)間,可以提高履帶機(jī)器人救援，避免或減少受害者的救援人員。
1.2 國內(nèi)外履帶機(jī)器人研究現(xiàn)狀
1995年，在技術(shù)發(fā)展歷史的履帶式機(jī)器人的的重要里程碑，地震在日本神戶和大阪后發(fā)生在俄克拉荷馬聯(lián)邦大樓爆炸的前奏阿爾弗德機(jī)器人技術(shù)的研究。
2001年9月11日美國履帶機(jī)器人提供了一個(gè)寶貴的機(jī)會，履帶機(jī)器人救援中心的機(jī)器人的援助，美國和其他單位參與救援行動(dòng)（如圖1.1）是荷魯斯.ils福斯特-米勒，系統(tǒng)vgtv系統(tǒng)和系統(tǒng)機(jī)器人救援行動(dòng)中，這已經(jīng)很救命也暴露出許多問題
圖1.1 履帶機(jī)器人圖片
履帶機(jī)器人在9月11日的事件，引起了人們的熱潮的履帶式機(jī)器人的成功應(yīng)用，近年來，發(fā)表了大量的研究成果，理論和實(shí)際應(yīng)用都取得了很大的進(jìn)步，開發(fā)各種手履帶式機(jī)器人的機(jī)械部，并在實(shí)踐中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。
的機(jī)械主要有四個(gè)方面：1運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)；2通信和控制技術(shù)的自主導(dǎo)航技術(shù)；3，感知檢測技術(shù)。
1.3 履帶機(jī)器人的分類
運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的雙履帶式履帶，在不同場合履帶式可調(diào)整上升角度和方向，因此具有很好的越野能力（圖1）。不能也可以完成轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作很狹窄范圍內(nèi)，這種形式的運(yùn)動(dòng)的履帶式機(jī)器人的廣泛應(yīng)用其他形式的運(yùn)動(dòng)等缺點(diǎn)。
圖1.2 IROBOT履帶機(jī)器人
1.4履帶機(jī)器人發(fā)展方向
1.4.1群體機(jī)器人研究
目前，履帶機(jī)器的救援行動(dòng)，以擴(kuò)大搜索范圍，提高了效率，和多機(jī)器人的合作，可以提高機(jī)器人之間的通信的可靠性和準(zhǔn)確性，可以解決每一個(gè)全球定位系統(tǒng)，覆蓋，如障礙難處理在一個(gè)單一的機(jī)器人。機(jī)器人技術(shù)研究組是常見的機(jī)器人技術(shù)，許多研究人類和其他動(dòng)物，以研究群體聯(lián)合運(yùn)動(dòng).
1.4.2全自主機(jī)器人研究
控制電纜和控制方式，在一個(gè)有限的無線環(huán)境復(fù)雜的救濟(jì)。理想的解決方案是實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航的路徑規(guī)劃，機(jī)器人的機(jī)器人機(jī)械自治的半自主機(jī)器人來完成機(jī)器人性能的研究綜合人工智能，重點(diǎn)定位導(dǎo)航、路徑規(guī)劃、自動(dòng)識別技術(shù)的映射問題。雖然尚未完全實(shí)現(xiàn)的活動(dòng)完全獨(dú)立，但是在以后將會產(chǎn)生突破使履帶式機(jī)器人獲得發(fā)展。
1.4.3全自主機(jī)器人研究
成型機(jī)，為研究履帶履帶式機(jī)器人，積累了大量的數(shù)據(jù)和詳細(xì)的定義，給出了人機(jī)交互和人機(jī)交互來描述一組2收集生物和社會環(huán)境。一套生物，由8救援任務(wù)，組成；重要的問題要多研究研究人機(jī)交互。專業(yè)的救援機(jī)器人做，專家的幫助下，如何使用履帶，采用履帶式行走機(jī)器人專家提供的信息機(jī)的實(shí)現(xiàn)，如何確定，可以有效地利用履帶機(jī)器人的，機(jī)器人的手如何執(zhí)行各種機(jī)械履帶救援任務(wù)。
1.4.4任務(wù)多樣化及傳感檢測技術(shù)
在第一階段：一、代理機(jī)器人開發(fā)的氣味和味道的探索，尋找幸存者在廢墟中。然后，該機(jī)構(gòu)采用時(shí)間探索機(jī)器人的發(fā)展，三年的發(fā)展，機(jī)器人處理的幸存者的安全和醫(yī)院，共15年到2010年將創(chuàng)造一個(gè)機(jī)器人救援隊(duì)單一傳感器信息可以是非常有限的，局部特征信息環(huán)境作為整體研究，可以提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，全面描述環(huán)境，提高了測量精度和處理速度信息，降低成本機(jī)器人技術(shù)和信息融合技術(shù)相結(jié)合的機(jī)器人履帶能顯著提高機(jī)器人智能化水平，以完成更復(fù)雜的任務(wù)。
1.5 主要內(nèi)容
在本文中，主要研究內(nèi)容如下：
第1章 緒論 主要介紹履帶機(jī)器人的相關(guān)知識和本課題研究的任務(wù)和要求.
第2章 總體方案設(shè)計(jì),介紹該履帶機(jī)器人各部分的相關(guān)知識和總體設(shè)計(jì).
第3章 各部分設(shè)計(jì)的介紹
第4章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
第2章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 工程概述
是一項(xiàng)跨學(xué)科的綜合技術(shù)，它涉及機(jī)械、機(jī)制、機(jī)械設(shè)計(jì)、氣動(dòng)、液壓技術(shù)、檢測技術(shù)等領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)。人們會在分支得到了有效的解決組合問題綜合工程稱為“系統(tǒng)工程”。的設(shè)計(jì)為例，系統(tǒng)工程，應(yīng)作為一個(gè)系統(tǒng)的研究、開發(fā)和應(yīng)用的綜合方法，設(shè)計(jì)和環(huán)境關(guān)系的外部系統(tǒng)從整體的有機(jī)聯(lián)系上的根據(jù)系統(tǒng)的不同部分之間的內(nèi)部。
從系統(tǒng)的功能，為復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)，包括多個(gè)子系統(tǒng)按一定規(guī)則的有機(jī)結(jié)合，是一個(gè)不可分割的整體。如果失去了開放系統(tǒng)，根據(jù)一組特定的。因此，在設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜的機(jī)器，機(jī)器系統(tǒng)的概念出發(fā)，本系統(tǒng)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：
（1）機(jī)械系統(tǒng)完整的完整性由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成不同性能應(yīng)具有特定功能的整體。
（2）作用的子系統(tǒng)之間的有機(jī)聯(lián)系，有機(jī)具有相關(guān)特性的系統(tǒng)，相互關(guān)聯(lián)。
（3）每個(gè)目標(biāo)系統(tǒng)必須有明確的目標(biāo)和系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)、功能目標(biāo)和手段相結(jié)合的系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)中的決策系統(tǒng)。
（4）系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)是在一定的環(huán)境下，必須能夠適應(yīng)不斷變化的外部環(huán)境。
因此，當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器人，不僅要注意所有的組件構(gòu)成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，根據(jù)的功能要求，所有組件的子系統(tǒng)，，以合理，產(chǎn)品性能優(yōu)良，用于的工作需要。系統(tǒng)中復(fù)雜工業(yè)通常包括如下：操作機(jī)，它是主體，完成工作任務(wù)的，包括機(jī)座，手臂，手腕，效應(yīng)端和機(jī)構(gòu)。傳動(dòng)系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)電源、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各種傳輸零點(diǎn)和傳動(dòng)系統(tǒng)組成。該控制系統(tǒng)包括一個(gè)電子控制裝置的操作，存儲功能（計(jì)算機(jī)或其他控制裝置可編程版）、人機(jī)接口設(shè)備（鍵盤，學(xué)習(xí)盒等），信息處理裝置和各種傳感器，放大傳輸脫機(jī)，傳感器編程，輸入/輸出設(shè)備的通信接口14 ]的內(nèi)部和外部的傳感器和其他外圍設(shè)備（一般或特別。
工業(yè)的特點(diǎn)是普遍的和靈活的調(diào)整，使工業(yè)可以有效地應(yīng)用于柔性制造系統(tǒng)的傳輸實(shí)現(xiàn)裝配零件或材料或其他opérations.dans柔性制造系統(tǒng)的基本處理裝置（例如，數(shù)控機(jī)床、鍛壓、焊接、裝配等生產(chǎn)設(shè)備），輔助生產(chǎn)設(shè)備、控制裝置和工業(yè)等，形成了各種不同形式的技術(shù)手工業(yè)機(jī)械工業(yè)系統(tǒng)的其他生產(chǎn)部門。制造業(yè)，如建筑工程，礦山開采，生產(chǎn)和運(yùn)輸也參考系統(tǒng)。
2.2 工業(yè)總體設(shè)計(jì)方案論述
（一）負(fù)荷的確定
目前，工業(yè)負(fù)載能力，最小五牛以下，直到九千牛。負(fù)荷大小的確定主要是考慮力和力矩沿運(yùn)動(dòng)方向的每個(gè)在接口包括末端重量、速度和重量的條款和條件，加速關(guān)節(jié)部分或勞動(dòng)對象等慣性設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)可以估計(jì)該設(shè)計(jì)在低負(fù)荷。
（二）驅(qū)動(dòng)裝置
由于伺服電機(jī)具有良好的控制性能，控制速度，靈活性，可以實(shí)現(xiàn)精確的位置控制，沒有對環(huán)境的影響小，效率高，適用于要求嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)控制中小型及其他的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)
（3）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)緊湊，重量輕，低慣量傳動(dòng)鏈中考慮措施消除游戲來提高控制精度和的運(yùn)動(dòng)位置的機(jī)制。常用驅(qū)動(dòng)有齒輪和滾珠蝸桿傳動(dòng)齒同步帶、鏈條和齒輪傳動(dòng)、諧波齒輪和皮帶等，特別緊湊，效率比準(zhǔn)確可靠，壽命長等強(qiáng)大學(xué)學(xué)習(xí)
（四）工作范圍
工作范圍是工業(yè)機(jī)器人的工作過程中，操作軌跡和運(yùn)動(dòng)范圍的確定，使用工作空間的形狀和工作空間的大小選擇的范圍大小，長度變化的機(jī)器和自由度的數(shù)目和操作每個(gè)關(guān)節(jié)臂和旋轉(zhuǎn)軸的每個(gè)關(guān)節(jié)
（5）移動(dòng)速度
每個(gè)操作的運(yùn)動(dòng)，以確定循環(huán)時(shí)間的機(jī)械臂，按照確定的時(shí)間安排的每一個(gè)動(dòng)作，也可以移動(dòng)速度的確定每一個(gè)動(dòng)作，以米/秒或（°）/秒，每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間分配應(yīng)考慮的幾個(gè)因素，例如總長度的循環(huán)時(shí)間，順序依次在每個(gè)動(dòng)作之間進(jìn)行同樣的檢查程序運(yùn)動(dòng)時(shí)間分布的每個(gè)表的比較，運(yùn)動(dòng)時(shí)間分布的過程中需要考慮的運(yùn)動(dòng)，還應(yīng)考慮慣性和比賽的大小、驅(qū)動(dòng)和控制方法等，并要求定位精度。
第3章 履帶機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1總體設(shè)計(jì)的思路
總體設(shè)計(jì)可以分為二個(gè)階段：
系統(tǒng)分析階段
1，根據(jù)系統(tǒng)目標(biāo)明確，所能達(dá)到的程度。
2、根據(jù)工作環(huán)境，分析機(jī)器人的應(yīng)用場合。
3、根據(jù)所需功能確定編寫程序代碼。如機(jī)器人的自由度，根據(jù)存儲量，計(jì)算機(jī)信息和運(yùn)動(dòng)精度要求，重量可以把握的，允許的運(yùn)動(dòng)范圍，與溫度和振動(dòng)的適應(yīng)性和環(huán)境。
其次，設(shè)計(jì)階段的技術(shù)
根據(jù)系統(tǒng)要求和自由度空間使形狀的選擇范圍，機(jī)器人的坐標(biāo)
三、確定類型的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)控制計(jì)劃的制定。
集體選擇足夠的組件，裝配設(shè)計(jì)圖紙的機(jī)器人。
機(jī)器人零件圖和尺寸的確定。
下面的基本原理的基本要求，介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)和確定系統(tǒng)的程序。
3.2 設(shè)計(jì)方案過程及特點(diǎn)
a. 機(jī)器人必須小巧、靈活、拆卸方便；
b．機(jī)器人在工作過程中，其結(jié)構(gòu)可適應(yīng)應(yīng)不同管徑的變化情況；
c．機(jī)器人自動(dòng)化程度高，控制方便靈活；
3.3 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和比較
3.3.1 行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
履帶式的優(yōu)點(diǎn)是占地面積大，容易產(chǎn)生更大的附著力，在地上，適應(yīng)性強(qiáng)的牽引性能，爬坡能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是體積大不易小型化，轉(zhuǎn)彎半徑大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且跟蹤的張力。
根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)要求，對機(jī)器人的發(fā)展必須具有可靠性高，效率高。因此，行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)行走的結(jié)合，所以它可以利用其綜合優(yōu)勢，避免單一移動(dòng)的缺點(diǎn)。由于不同的管彎頭的存在，這就要求機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)具有一定的轉(zhuǎn)向能力和爬坡能力。
其特點(diǎn)是：移動(dòng)速度快，轉(zhuǎn)向相對容易，有更大的牽引力，以適應(yīng)崎嶇的道路
3.3.2 履帶行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
初步選取電機(jī)的功率為5.5KW;同時(shí)電機(jī)要能變速；選擇SM?150-270-20?LFB伺服電機(jī)。
確定行走機(jī)構(gòu)，外部尺寸
首先，確定履帶寬度。由于履帶寬度越小，所以工作驅(qū)動(dòng)力降低，其寬度過大，強(qiáng)度也會很大。
通過繪制方法，寬履帶L= 150毫米。
其次，確定跑道長度。柔性履帶長度越長將履帶，太長時(shí)間不能長。其長度L=?580mm。
結(jié)構(gòu)測定的運(yùn)行機(jī)制
由于大小限制和電機(jī)集成在履帶組中，利用錐齒輪逆轉(zhuǎn)，最后履帶驅(qū)動(dòng)輪。結(jié)構(gòu)圖如下所示：
=150mm
L=580mm
H=175mm
結(jié)構(gòu)總圖
1—軸01 2—電機(jī) 3—小錐齒輪 4—驅(qū)動(dòng)帶輪
5—軸02 6—直齒輪01 7—直齒輪02 8—軸03
9—大錐齒輪 10—從動(dòng)帶輪
③確定履帶輪
履帶的傳動(dòng)采用同步帶傳動(dòng)方式。以下是同步帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：
1. 適用于承載能力較大，中心距較大傳動(dòng)，。
2. 可以緩沖、吸振，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。
3. 制造和維護(hù)方便結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)錢少。
首先，確定同步帶的主要參數(shù)：（查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊13-42）
齒 形：梯 形
齒距制式：模數(shù)制
型 號：m7
節(jié) 距：=21.991mm
其次，設(shè)計(jì)帶輪：（查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊13-50）
(1)初選帶輪的次數(shù)：；
⑵選擇切削帶輪齒形特別刀具；
⑶齒槽角：2φ=2β=40°；
⑷節(jié) 距: =πm=mm；
⑸節(jié)圓直徑:；
⑹模 數(shù)：；
⑺齒側(cè)間隙：；
=21.991mm
2φ=40°
⑻名義徑向間隙：；
⑼徑向間隙：；
⑽外圓直徑：mm（其中δ=1.750）；
⑾外圓齒距：；
⑿外圓齒槽寬：；
⒀齒槽深：；
⒁齒槽底寬：；
⒂齒根圓角半徑： ；
⒃ ；
最后，設(shè)計(jì)履帶：（查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊13-43）
根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)履帶。由于有時(shí)特殊的工作環(huán)境，不能完全采用同步帶參數(shù)，
⑴節(jié) 距：=21.991；
⑵齒形角：2β=40°；
⑶齒根厚：σ=10.06 ；
⑷齒 高：=4.2 ；
⑸帶 高： ；
⑹齒頂厚： ；
⑺節(jié)頂距：δ=1.750 ；
⑻帶 寬： ；
=116.5mm
=21.529mm
=11.06mm
=8.036
=21.991
2β=40°
σ=10.06
=4.2
δ=1.750
④確定大小錐齒輪參數(shù)
整個(gè)行走裝置里，錐齒輪的主要作用----換向，傳遞動(dòng)力。同時(shí)考慮到其完全在行走裝置內(nèi)部，尺寸受到限制。根據(jù)以上的因素，設(shè)計(jì)大小錐齒輪的具體參數(shù)。
根據(jù)要求，采用軸交角。齒輪類型為：
直齒錐齒輪、,齒形角為20°、齒頂高系數(shù)=1、頂隙系數(shù)。（查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊14-200）（齒形制為GB/T 12369—1990）
大錐齒輪的次數(shù);小錐齒輪的次數(shù)。大小錐齒輪的具體參數(shù)分別如下：（查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊14-201）
大錐齒輪：
⑴法向模數(shù)： ；
⑵齒 數(shù)： ；
⑶法向齒形角：
⑷分度圓直徑：
⑸分度圓錐角：
⑹齒頂圓直徑：
=75+2×1×2.5×
=78.044mm
⑺齒根圓直徑：
大錐齒輪：
78.044mm
71.347mm
⑻錐 距：
=
=47.253mm
⑼齒頂角：
=
=3°1′43″
⑽齒根角：
=
=3°47′1″
⑾頂圓錐角：
=+3°1′43″
=55°33′9″
⑿根圓錐角：
=-3°47′1″
=48°44′25″
⒀齒 寬 ： b=25mm
47.253mm
b=25mm
小錐齒輪：
⑴法向模數(shù)：；
⑵齒 數(shù)：；
⑶法向齒形角：
⑷分度圓直徑：
⑸分度圓錐角：
⑹齒頂圓直徑：
=57.5+2×1×2.5×
=61.467mm
⑺齒根圓直徑：
=57.5-2×（1+0.2）×2.5×
=52.54mm
⑻錐 距：
=
=47.253mm
⑼齒頂角：
=
=3°1′43″
小錐齒輪：
57.5mm
=61.467mm
=52.54mm
47.253mm
⑽齒根角：
=
=3°47′1″
⑾頂圓錐角：
=+3°1′43″
=
⑿根圓錐角：
=-3°47′1″
=
⒀齒 寬 ： b=25mm
⑤確定直齒輪的參數(shù)
在整個(gè)行走裝置中，直齒輪傳遞動(dòng)力的作用。
齒頂高系數(shù)=1、頂隙系數(shù)。齒數(shù)z=40，模數(shù)。其具體參數(shù)如下：
⑴分度圓直徑：
⑵齒 頂 高：
⑶齒 根 高：
=3.125
b=25mm
=100mm
=2.5
=3.125
⑷全 齒 高：=2.5+3.125=5.625
⑸齒頂圓直徑：
=100+2×2.5
=105mm
⑹齒根圓直徑：
=100-2×3.125
=93.75mm
⑺齒 厚：
⑻齒 根 寬：
⑼中 心 距：
⑽頂 隙：
3.3大小錐齒輪的設(shè)計(jì)和校核
⑴選擇齒數(shù)齒輪的類型, 材料精度等級
選擇直齒圓錐齒輪
① 8級精度軟齒面齒輪,
② 小齒輪的材料為40Cr，調(diào)制處理，硬度為280HBS；
③ 大齒輪的材料為45鋼，調(diào)制處理HBS。
④ 初選小齒輪的齒數(shù)；大齒輪的齒數(shù)為。
⑵按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
① 根據(jù)載荷沖擊情況、軸承布置方式，取K=1.8。
② 查附錄2（機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)）得小齒輪的接觸疲勞極限為：
大齒輪的接觸疲勞極限為：
計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：
③計(jì)算分度圓直徑（小齒輪）
=195.153.856mm
其中
=36.1 N.m
⑶設(shè)計(jì)計(jì)算：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
① 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)并查取齒形系數(shù)，
兩齒輪的分度圓錐角分別為：
當(dāng)量齒數(shù)為：
查附錄2得：
② 查書本，小齒輪的彎曲疲勞極限為：
大齒輪的彎曲疲勞極限為：
53.856mm
=36.1 N.m
=
③ 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：
大齒輪數(shù)值大，代入計(jì)算
④ 計(jì)算：
=
=2.1635
取m=2.5則： 取
，??；
⑤ 錐距為：
=47.253mm
⑥ 分度圓直徑為：
⑦ 分度圓錐角為：
，
2.1635
⑧ 齒 寬 ： b=25mm
3.4 軸Ⅰ的設(shè)計(jì)和校核
1. 初步估計(jì)軸徑（扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度）：
其中=110，查機(jī)械設(shè)計(jì)（P362）表15-3可得。
代入上面得值，計(jì)算可得：
由于軸上有一鍵槽，所以：，取軸的最小直徑為：d=20mm。
2. 軸的結(jié)構(gòu)簡圖如下：
3. 按彎扭合成強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度校核
①做出軸的計(jì)算簡圖
根據(jù)尺寸，受力簡圖如下：
b=25mm
d=20mm。
② 校核所需要的基本參數(shù)
③ 計(jì)算齒輪的嚙合力：
A: 直齒輪的齒輪嚙合力
1. 齒輪圓周力：
=685.9 N
直齒輪：
685.9 N
2.齒輪徑向力：
B: 錐齒輪的齒輪嚙合力
1. 齒輪圓周力：
=914.533 N
2. 齒輪徑向力：
=202.634 N
3. 齒輪軸向力：
=
=264.078 N
④ 求支反力和彎矩圖（水平面）:
1. 其受力如下圖:
錐齒輪：
=914.533N
=202.634 N
=264.078 N
2. 對A點(diǎn)求矩：
則有：
=372.848 N
3. 對B點(diǎn)求矩：
則有：
=
= -144.216 N
4. 根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果，畫出彎矩圖。
=372.848 N
⑤ 求垂直面內(nèi)的支反力，并作出彎矩圖
1. 受力分析如圖所示：
2. 對A點(diǎn)求矩：
則有：（其中）
= -8.590 N
2. 對D點(diǎn)求矩：
則有：
= -8.590 N
= -38.423 N
3. 做出對應(yīng)彎矩圖
⑥ 求支反力
=149.246 N
=312.965 N
⑦ 合成彎矩圖
=2889.432 N
=25774.198 N
=23238.956 N
⑧ 根據(jù)已知條件，做出扭矩
⑨ 校核危險(xiǎn)截面
綜上所知，C面為危險(xiǎn)截面：
(其中，由于扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，所以取，T=36100)
=31767.982
(其中
=1251.74)
C截面圖
= ，軸滿足要求。
(其中=55查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程P261-表11-13得)
下頁附：彎矩圖
1251.74
3.5 鍵的校核
由于在軸1上的鍵 825結(jié)構(gòu)尺寸最小，受力較大。在這里就只校核該鍵，其余可以不予與校核。
普通平鍵的強(qiáng)度條件：
其中 T ---傳遞扭矩： ；
---鍵與輪轂鍵槽高度：
---鍵圓頭平鍵為：
---軸的直徑
=42.47
由于鍵的材料為45，機(jī)械設(shè)計(jì)（P-106）表6-2可得：
所以 ，鍵滿足要求。
3.6 雙擺臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算
驅(qū)動(dòng)輪所需轉(zhuǎn)矩根據(jù)滾動(dòng)摩擦定律，可得：
（5.1）
其中， 為滾動(dòng)摩擦因數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測得：
（5.2）
為支撐面的正壓力，即：
（5.3）
則：
（5.4）
驅(qū)動(dòng)輪所需驅(qū)動(dòng)力為：
（5.5）
驅(qū)動(dòng)輪所需功率為：
（5.6）
爬坡時(shí)的機(jī)器人所受的滾動(dòng)阻力,坡道分力。此時(shí)機(jī)器人所受的總阻力為: 。
為斜坡上支撐面的正壓力，即：
（5.7）
則：
（5.8）
驅(qū)動(dòng)輪在斜坡上克服滑動(dòng)摩擦力所需驅(qū)動(dòng)力為：
（5.9）
在斜坡上克服滑動(dòng)摩擦力所需功率為：
（5.10）
爬坡時(shí)坡道分力為：
機(jī)器人在以0.5m/s的速度爬30°的斜坡時(shí)，克服坡道分力所需的功率：
（5.11）
機(jī)器人在爬30°坡時(shí)所需總功率為：
（5.12）
3.7 雙擺臂減速電機(jī)的選取
為了減少傳動(dòng)部分增加的額外質(zhì)量，直接選用了24V/36W直流減速電機(jī)。下表5.1為直流減速電機(jī)參數(shù)：
表5.1 24V/36W直流減速電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
項(xiàng)目
指標(biāo)值
型號
64ZY2435
額定電壓
24V
空載電流
0.35A
空載轉(zhuǎn)速
3500rpm
額定電流
1.8A
額定轉(zhuǎn)速
3000rpm
額定轉(zhuǎn)矩
118mN·m
減速比
30:1
減速器額定轉(zhuǎn)速
100rpm
減速器額定扭力
5.0N·m
下圖5.1 減速電機(jī)尺寸，為電機(jī)的安裝提供了參數(shù)。
3.8 雙擺臂減速器的選取
根據(jù)需要，選擇WPX80型蝸輪蝸桿減速器，具體參數(shù)見上表
總結(jié)與展望
總結(jié)本文對履帶式機(jī)器人結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，由于作者的水平有限，對相關(guān)議題，如技術(shù)和控制技術(shù)的傳感器是不好的，仍有許多問題需要解決，還有許多問題值得進(jìn)一步討論和更深入的研究和展望：
（1）優(yōu)化問題的機(jī)械結(jié)構(gòu)
在機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法，包括機(jī)械臂，采用模塊化設(shè)計(jì)，不同的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和各功能模塊之間的連接，分別優(yōu)化模式。但在每個(gè)模塊的零件設(shè)計(jì)，計(jì)算參數(shù)選取主要結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度的基本要求，許多零件配合的實(shí)際需求，大很多。設(shè)計(jì)包括非核心部分，是根據(jù)前人的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇大小。這種設(shè)計(jì)不僅可以提高整體素質(zhì)系統(tǒng)，增加發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，造成資源的浪費(fèi)。
（2）有限元分析的計(jì)算機(jī)沒有更深入。通過有限元法對計(jì)算機(jī)軟件的一部分，力學(xué)分析的強(qiáng)度、剛度和最佳的臂部結(jié)構(gòu)。這可以作為后續(xù)研究的方向。
（3）機(jī)械臂控制系統(tǒng)必須研究和自主技術(shù)，運(yùn)動(dòng)控制，路徑規(guī)劃技術(shù)，視覺技術(shù)實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位技術(shù)和數(shù)據(jù)融合技術(shù)的多傳感器組合，計(jì)算技術(shù)，高性能問題，因?yàn)闊o線通信技術(shù)，特別是網(wǎng)絡(luò)也有待研究。
在未來生活中的應(yīng)用越來越廣泛。包括在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用是必然的發(fā)展方向之一，我們的工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的關(guān)鍵是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的機(jī)械臂，部分地區(qū)是累了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)比較豐富，我相信，通過不斷的發(fā)展和完善的和成熟的做法。
致 謝
最后學(xué)習(xí)階段的畢業(yè)設(shè)計(jì)，首先我要特別感謝我的導(dǎo)師關(guān)愛無限和指導(dǎo)。過了許久，終于比較成功地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)?；仡櫲杖找挂?，我脾氣后的感覺，通過方法的書籍，網(wǎng)絡(luò)，教師，學(xué)生和其他可用，鞏固了自己的專業(yè)知識。理解和運(yùn)用所學(xué)知識有更深刻的認(rèn)識。
在這一刻，我要感謝我的導(dǎo)師的精心指導(dǎo)下，不僅指導(dǎo)我們解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，更重要的是為我們引導(dǎo)設(shè)計(jì)思路，并解釋我們在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于設(shè)計(jì)因此，不僅如此，教師的敬業(yè)精神深深地感染了我，我愛和未來奉獻(xiàn)骨刺的工作，導(dǎo)師是真的做的傳道，授業(yè)，解惑。
精心準(zhǔn)備的長途跋涉大學(xué)幾個(gè)月了，終于到了時(shí)間的論文計(jì)劃期間，像往常一樣，救援的心臟，但寫作過程中的感覺經(jīng)常出現(xiàn)無力折騰和徘徊。先花那么多時(shí)間和這么多精力去完成的論文具有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值，這是很難說的艱辛和困難，但曲終要離開的味道幕后，這是值得我一生留連忘返。
敲完最后一個(gè)字符，再次從仔細(xì)閱讀文本已經(jīng)并不陌生，我感覺好多。雖然不是特別值得一提的成就來炫耀，但對我來說，是寶貴的。這是無數(shù)的教誨，關(guān)心他人，樂于助人的結(jié)果。
我要感謝我的導(dǎo)師XX老師。雖然教師負(fù)責(zé)教學(xué)，科研任務(wù)，還需要一段時(shí)間，不時(shí)有門，叫我勸功課，從第一稿到最終版本，耐心，再審，大章偏頗布局，小一審缺陷報(bào)表格式，都可以指出。他教我各方面的知識，拓寬我的知識，培養(yǎng)我的技能，完成論文是不無裨益。我還要感謝所有的大學(xué)老師教給我的，是你讓我成熟和壯大;感謝學(xué)院的工作人員，他的細(xì)致工作，讓我的同學(xué)，有序的學(xué)習(xí)和生活。
我的父母和家人想表達(dá)我誠摯的謝意。他們是我的生命永遠(yuǎn)依靠和支持他們的關(guān)懷和愛護(hù)，是我前進(jìn)的動(dòng)力;他們的殷切希望，激勵(lì)著我繼續(xù)說下去。沒有他們就沒有我，我的成績已經(jīng)從他們來的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。
我也舍不得你的好友，與門和室友。我需要幫助時(shí)，他們伸出溫暖的手，在最大的幫助。他們可以見面，相交，相知是人生一大幸事。
本論文的完成遠(yuǎn)未結(jié)束，不足和膚淺的地方的文字是我的新征程的新起點(diǎn)。
我會繼續(xù)前進(jìn)！
我們也感謝其他同學(xué)，老師和同事們的熱心幫助，感謝我們的教師的重視和關(guān)注課程設(shè)計(jì)的領(lǐng)導(dǎo)，為我們提供了繪圖工具和選項(xiàng)。
參 考 文 獻(xiàn)
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