重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)【三維SW參考】

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This paper mainly to the four bar mechanism as the main execution elements to design of micro walking the whole scheme of the four bar mechanism. Its principle is diagonal synchronization, leg activity by the structure of the crank rocker, front leg movements around the same, it detailed performance curve characteristics of the connecting rod,when the curve trajectory diagonal straight line segment, the robot is stationary, the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking motion, robot. The miniature walking robot is mainly driven by DC servo motor, so as to drive the leg action driven synchronous belt wheel by a crank and rocker mechanism. Key word: Micro walking robot；construction；four-bar linkage；crank-rocker ii 目 錄 摘 要 i ABSTRACT ii 目 錄 iii 1緒論 1 1.1課題來(lái)歷與研究的目的以及意義 1 1.2 機(jī)器人發(fā)展概況 4 1.3本課題研究的內(nèi)容 6 1.4 Solidworks設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 8 1.4.1 草圖繪制 9 1.4.2 基準(zhǔn)特征，參考幾何體的創(chuàng)建 10 1.4.3 拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建 10 1.4.4 工程圖的設(shè)計(jì) 10 1.4.5 裝配設(shè)計(jì) 11 2 重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 12 2.1 重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的總體方案圖 12 3 機(jī)械傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 17 3.1 直流伺服電機(jī)的選型計(jì)算 18 3.2 傳軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 19 3.3 軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 20 結(jié)論 20 致 謝 21 參考文獻(xiàn) 22 附錄 一 23 附錄 二 28 XXXX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越個(gè)人掌握所有，一些專業(yè)知識(shí)是必不可少的。但是過(guò)度的專業(yè)知識(shí)分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項(xiàng)目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進(jìn)步和整個(gè)塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應(yīng)能力。封閉的專業(yè)知識(shí)的太狹隘，考慮的問題太特殊，在工作中協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢(shì)。人們?cè)絹?lái)越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對(duì)專業(yè)合并的分化。機(jī)械工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，并研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品。在未來(lái)，新產(chǎn)品的開發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個(gè)超級(jí)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和任務(wù)。機(jī)器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務(wù)?，F(xiàn)代機(jī)械工程機(jī)械和機(jī)械設(shè)備創(chuàng)造出更多、更精美的越來(lái)越復(fù)雜，很多幻想成為過(guò)去的現(xiàn)實(shí)。人類現(xiàn)在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數(shù)十億光年的密切觀察，細(xì)胞和分子。電子計(jì)算機(jī)硬件和軟件，人類的新興科學(xué)已經(jīng)開始加強(qiáng)，并部分代替人腦科學(xué)，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的作用，但在未來(lái)幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長(zhǎng)并沒有減少手的效果，而是要求越來(lái)越精致，手工制作，更復(fù)雜的工作，從而促進(jìn)手功能。又一方面實(shí)踐促進(jìn)人腦智力。在人類的進(jìn)化過(guò)程中，以及在每個(gè)人的成長(zhǎng)過(guò)程中，大腦和手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化。大腦和手之間的人工智能和機(jī)械工程的近似關(guān)系，唯一不同的是，智能硬件還需要使用機(jī)械制造。在過(guò)去，各種機(jī)械離不開人類的操作和控制，反應(yīng)速度和運(yùn)算精度的進(jìn)化是非常緩慢的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，人工智能將消除這種限制。相互促進(jìn)，計(jì)算機(jī)科學(xué)和機(jī)械工程進(jìn)展之間的平行，將在更高層次的新一輪發(fā)展的開始使機(jī)械工程。在第十九世紀(jì)，機(jī)械工程的知識(shí)總量仍然是有限的，大學(xué)在歐洲，它與一般的土木工程是一門綜合性的學(xué)科，稱為土木工程，下半場(chǎng)的第十九個(gè)世紀(jì)成為一門獨(dú)立的學(xué)科。在第二十世紀(jì)，隨著機(jī)械工程和知識(shí)增長(zhǎng)的發(fā)展開始分解，機(jī)械工程專業(yè)，有分支機(jī)構(gòu)。在第二十世紀(jì)中期趨勢(shì)分解，在時(shí)間之前和之后的第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)達(dá)到的峰值。由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)從個(gè)人掌握所有，一些專業(yè)是必不可少的。但是過(guò)度的專業(yè)知識(shí)使分割，視野狹隘，可以查看和統(tǒng)籌大局和全球工程和技術(shù)交流，縮小范圍，新技術(shù)的進(jìn)步和整個(gè)塊的技術(shù)，外部條件變化的適應(yīng)能力差。封閉的專業(yè)知識(shí)的專家太狹，考慮的問題太特殊，在工作協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢(shì)。人們?cè)絹?lái)越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對(duì)專業(yè)合并的分化。綜合職業(yè)分化和發(fā)展知識(shí)循環(huán)過(guò)程的合成，是合理和必要的。從不同的專業(yè)和專業(yè)知識(shí)的專家，也有綜合的知識(shí)了解不夠，看看其他學(xué)科和項(xiàng)目作為一個(gè)整體，從而形成一種相互強(qiáng)烈的集體工作。綜合和專業(yè)水平。有機(jī)械工程全面而專業(yè)的沖突；在綜合性工程技術(shù)也有綜合和專業(yè)問題。在人類所有的知識(shí)，包括社會(huì)科學(xué)，自然科學(xué)和工程技術(shù)，有一個(gè)更高的水平，更廣泛的綜合性和專業(yè)性的問題。 1） 實(shí)現(xiàn)的潛力 2010年，國(guó)家各部委進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和論證后認(rèn)為：智能機(jī)器人這個(gè)大產(chǎn)業(yè)在接下來(lái)的幾十年內(nèi)產(chǎn)值和市場(chǎng)占有率都會(huì)是井噴式的。在2013七月，在測(cè)量市場(chǎng)大小的根本上行使2010之“機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)趨勢(shì)考查”后續(xù)。情況即中國(guó)市場(chǎng)正在急劇膨脹，然后韓國(guó)，日本和德國(guó)都在拼命瓜分市場(chǎng)。 2）工業(yè)機(jī)器人的定義和需求 在日本，工業(yè)機(jī)器人從開始普及到現(xiàn)在已然30年。工業(yè)機(jī)器人對(duì)全球制造業(yè)發(fā)展提供了很多的幫助，像戰(zhàn)勝了困難的，污濁的，無(wú)法掌握的應(yīng)用情況，供應(yīng)了優(yōu)秀的產(chǎn)品品質(zhì)，補(bǔ)充了貧乏的現(xiàn)場(chǎng)人力。 能理解，在將來(lái)數(shù)年，由于老齡化加劇，現(xiàn)場(chǎng)人力數(shù)目縮小，會(huì)發(fā)生很多的用人貧乏。因此，產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的希冀變得更多。產(chǎn)業(yè)機(jī)器人在全新范疇的施行（像食物，藥劑以及消費(fèi)物的研發(fā)，建設(shè)以及制造范圍）亦然有很好的遠(yuǎn)景。特別是在醫(yī)學(xué)范疇，試劑以及樣品分析前處理，可能獲得類似于高度精準(zhǔn)的技術(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。人力也能夠防止于在危急境況下作業(yè)，如病毒和細(xì)菌。 另一面來(lái)說(shuō)，怎么去教依舊是產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的很大問題。利用口令進(jìn)行示范，必須鍛煉的非常好，方能嫻熟的操縱各式各樣產(chǎn)業(yè)機(jī)器人。在當(dāng)下的機(jī)器人體系里，多臂互相配合鏈接操縱的境況下，操縱要用去巨額的工夫。早前的機(jī)器人體系愈來(lái)愈艱巨，是讓教授更易學(xué)的一個(gè)大難點(diǎn)。在將來(lái)的時(shí)間里邊，達(dá)成不必講授成了終極的目的。更由于這樣，智能的機(jī)器人會(huì)成為不可或缺的。我們需求各式各類的研發(fā)成效，聯(lián)合科研院所的協(xié)助。 3）機(jī)器人在社會(huì)中的定義和需要 由于全球都邁進(jìn)了衰老型社會(huì)，想讓老弱病殘幼在存活和環(huán)境容納中獲得援手。估計(jì)機(jī)器人會(huì)給以充分的反饋，好比訊號(hào)的供應(yīng)以及撐持，幫助那些居家討生活的人，向組建社團(tuán)給以幫助，縮小休養(yǎng)之包袱，給身體功能施以幫助，以及增加商業(yè)設(shè)施。這會(huì)能使得老人以及殘疾人覺得就是貌似孩子們、孫子們和他們呆在一塊兒似的。歷經(jīng)實(shí)踐，這是愈來(lái)愈明朗，在以后，服務(wù)型機(jī)器人的成長(zhǎng)會(huì)加快環(huán)境容納度，我們會(huì)使得延續(xù)康健的時(shí)期愈來(lái)愈長(zhǎng)，用自幫自助的存在方法，有目的地工作和參與社會(huì)。所以有，它可以變成構(gòu)建更好環(huán)境以及衰老境況乃至世界上生長(zhǎng)的能量。 B）機(jī)器人服務(wù)平臺(tái) 如果我們必須領(lǐng)會(huì)服務(wù)機(jī)器人體系的運(yùn)作方法，就得懂得實(shí)際情況、顧客還有產(chǎn)品中的懸殊，包括領(lǐng)導(dǎo)大批機(jī)器人還給以幫助。不只是增添了很多額外花費(fèi)，以及能否賺錢的疑惑。誠(chéng)然我們可以建造出來(lái)服務(wù)機(jī)器人體系，若是服務(wù)的回報(bào)無(wú)法回本更無(wú)盈利，就更不能擴(kuò)大利用了。假如一個(gè)多服務(wù)系統(tǒng)機(jī)器人可以建造出來(lái)，可給他人用的嶄新的幫助方式已初露鋒芒，制造者才敢去想走到了這一步，得到的回報(bào)能否順利地抵消甚至超出用去的本金。所以，現(xiàn)在極大的障礙是創(chuàng)造出一個(gè)體系，這體系會(huì)滲透進(jìn)幫助型機(jī)器人的發(fā)展范疇，也更容易滲透進(jìn)IT行業(yè)。 　　4）機(jī)器人在教育中的定義和需求 C）機(jī)器人在教育中的需求 在日本，那樣的向來(lái)肩負(fù)著本國(guó)對(duì)外競(jìng)爭(zhēng)力的研發(fā)科技、生產(chǎn)制造人員卻是在急劇銳減，現(xiàn)在，他們加快應(yīng)對(duì)著居民衰老化，真正境況是，依托相應(yīng)調(diào)研報(bào)告，眼下的事實(shí)卻是，日本群眾用在高端科技的精力以及會(huì)意程度非常明顯的愈來(lái)愈少了。即使如此，機(jī)器人和機(jī)器人應(yīng)用工程課堂展示教學(xué)也收獲了重視，是一種很好的鍛煉制造員工以及淡化對(duì)科學(xué)害怕的技術(shù)措施。機(jī)器人活動(dòng)比賽被承辦在各式各樣的地區(qū)，傳統(tǒng)刊物也錄用了興趣者們的作品，還有機(jī)器人知識(shí)亦然在人民里邊傳播開來(lái)。電機(jī)把持，傳感器科學(xué)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用，機(jī)構(gòu)零部件和別的技術(shù)歸納在一塊，是為機(jī)器人技術(shù)。于是，途徑PBL——源自困難的進(jìn)修以及同等的要領(lǐng)，激發(fā)了察覺麻煩的本領(lǐng)以及處理的技巧，相當(dāng)順應(yīng)思維培養(yǎng)的組合，其也可增強(qiáng)優(yōu)化多組件科技以及提升歸納體系的優(yōu)點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)此方針，不妨面向基礎(chǔ)教育的同學(xué)達(dá)成科學(xué)培養(yǎng)，使培養(yǎng)方式和手段得以普遍使用，還有方針即是開始于小學(xué)和初中止于科技培養(yǎng)部門工程師。 D)機(jī)器人在教育中的挑戰(zhàn) 說(shuō)起機(jī)器人培養(yǎng)的要求，如此3種方向在未來(lái)數(shù)年會(huì)當(dāng)作機(jī)器人培養(yǎng)的中心。首先是對(duì)各行各業(yè)的外部人力的教導(dǎo)。比方說(shuō)，各個(gè)社區(qū)來(lái)負(fù)責(zé)踐諾開放向青少年的機(jī)器人培養(yǎng)行徑。全體地區(qū)的互動(dòng)方式中都有他們的身影，比如地方廣電局以及私人單位的加入。然后就是達(dá)成社會(huì)機(jī)器人培養(yǎng)觀念的引導(dǎo)。第五科技根本設(shè)計(jì)的種種資料已然贊同社會(huì)達(dá)成了技能的看法。末了一點(diǎn)，是關(guān)于重用高素質(zhì)的人力。2005年，日本的幾個(gè)部委在定期工作資料中早就說(shuō)明，他的高管以及技能人力的減少源自于本國(guó)的群眾衰老在加劇。他呼吁必須善加利用那種高級(jí)人才，不要過(guò)于限制他們的歲數(shù)以及保持工作場(chǎng)所。這成為一個(gè)極度首要的困難，對(duì)校企培養(yǎng)來(lái)講。真正尊重知識(shí)人材是處理此困難的一個(gè)絕佳思維，針對(duì)日本眼下難處來(lái)講。我們應(yīng)該建造渠道，傳播知識(shí)人材得到的技巧、技能和經(jīng)歷的給接下來(lái)的工程師。機(jī)器人的培養(yǎng)愈加發(fā)展，熟練掌握每種能力的工程師已然能夠有所擔(dān)當(dāng)，接下來(lái)具備雄厚履歷的知識(shí)人材操作起來(lái)也是十分順手了。 1.1課題的來(lái)源與研究的目的和意義 現(xiàn)在有兩種類型的機(jī)器人可以到達(dá)我們難以接近或者不能接觸的復(fù)雜環(huán)境開展自主勘察。一個(gè)機(jī)器人是模仿多足昆蟲的行進(jìn)軌跡，另外一個(gè)機(jī)器人則是腳底裝上車輪依靠滾動(dòng)行走。依靠車輪滾動(dòng)機(jī)器人的缺點(diǎn)是無(wú)法吻合崎嶇不平整的路面，但模仿多足昆蟲行進(jìn)機(jī)器人則能在上述環(huán)境里輕巧的行使職責(zé)。所以將車輪與腿部結(jié)合為一體的機(jī)器人的未來(lái)極為明朗，像用于施工現(xiàn)場(chǎng)、煤炭挖掘、摸清敵情、事故救援、太空考察以及電力行業(yè)等環(huán)境。結(jié)合了車輪與腿部的機(jī)器人是各類機(jī)器人中極簡(jiǎn)單完成順利爬行的。在眾多機(jī)器人中，通過(guò)仿照類似蜘蛛、蜥蜴等爬行動(dòng)物的腿部組織以及爬行方式研發(fā)的重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人是極具代表性之一種。某些相對(duì)條件高、工作起來(lái)必須可靠的行為比如自然探測(cè)、天外考察和海洋營(yíng)救的情況必須讓車輪和腿部相結(jié)合的復(fù)合機(jī)器人來(lái)操作，因?yàn)樗c兩條腿及其他產(chǎn)品相比，構(gòu)成部分十分簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全，行動(dòng)迅速。世界上將小型步行四桿機(jī)構(gòu)開展了普遍的考查，目前有超過(guò)70種微走四桿機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，因?yàn)槲⒆吡怂臈U機(jī)構(gòu)作用在布局復(fù)雜，難以預(yù)料的情況，大家想要他的動(dòng)力部分愈發(fā)先進(jìn)，還要達(dá)到極好的自給自足。還有，小型行走四桿體的腿數(shù)量大，完成每條腿的順利行進(jìn)必須處理好彼此的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，小型四桿行走體研究與設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于怎樣才能完美的達(dá)成那樣的協(xié)作關(guān)系。小型四桿走型體，作為一個(gè)可以通過(guò)經(jīng)歷內(nèi)、外感知工具傳遞訊號(hào)何時(shí)到達(dá)和具體情況, 達(dá)到能順利行進(jìn)在復(fù)雜地形下的目的，然后實(shí)現(xiàn)自己的使命及效用的機(jī)器人體系。已經(jīng)被普遍使用在多個(gè)領(lǐng)域，自然侵害，實(shí)地調(diào)查，污染查證和文體活動(dòng)，在國(guó)防，存在，人身平安和科技開發(fā)里起了愈來(lái)愈關(guān)鍵的作用。然而依靠車輪的機(jī)器人的長(zhǎng)處是運(yùn)行速率高，容易拐彎，運(yùn)動(dòng)性能好，制造方便，用料低廉，然而難以適應(yīng)地形，避障能力不好。車輪和腿相結(jié)合的機(jī)器可完美地適應(yīng)地形，能一步一步越過(guò)障礙和不明物體，可是間歇的行進(jìn)，效率和速度都較小。 隨著重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人的不斷開發(fā)和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，未來(lái)會(huì)在更多復(fù)雜且未知的環(huán)境中工作。紛繁龐雜、種類繁多的實(shí)際應(yīng)用只是依賴于車輪或腿機(jī)構(gòu)般機(jī)器人的話并不能滿足需求。種類齊全的結(jié)合型運(yùn)行結(jié)構(gòu)紛紛出臺(tái)，可以共同慢慢增長(zhǎng)車輪和多腿機(jī)器人的技術(shù)規(guī)范，這些特色已被車輪多腿結(jié)合型機(jī)器人吸收并加以應(yīng)用，它不但能提高在光滑陸地的運(yùn)行功用，逾越困難環(huán)境的本領(lǐng)也得到加強(qiáng)?？墒乾F(xiàn)在重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人在原理層面尚有大量障礙，倘若選取腳式運(yùn)動(dòng)的話。但是，多條腿的爬蟲在多足向自然提供能體布局是龐大和纖巧的，經(jīng)歷其持久的演變和活動(dòng)的輕巧性，很簡(jiǎn)單就可逾越各式各樣的惡劣境況，甚至可在光滑的表面上倒立行走。所以有，把多腳爬蟲步履運(yùn)動(dòng)結(jié)論摻和進(jìn)行進(jìn)機(jī)器人的布局研發(fā)和掌管里邊，制造兼?zhèn)渫昝雷龉ず托羞M(jìn)本領(lǐng)的車輪與腿部結(jié)合型機(jī)器人，這將提供給多機(jī)構(gòu)結(jié)合型機(jī)器人的開發(fā)和制造完備且杰出的知識(shí)以及實(shí)際的道理。 1.2 機(jī)器人發(fā)展概況 第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問世已整整40年了。在機(jī)器人發(fā)展的歷史上,存在著兩條不同的技術(shù)路線:一條是日本和瑞典所走的"需求牽引,技術(shù)驅(qū)動(dòng)",把美國(guó)開拓的機(jī)器人,結(jié)合工業(yè)發(fā)展的需求,開發(fā)出一系列特定應(yīng)用的機(jī)器人,如弧焊、點(diǎn)焊、噴漆裝配、刷膠、建筑等等,從而形成了龐大的機(jī)器人產(chǎn)業(yè);另一條是把機(jī)器人作為研究人工智能的載體,看成計(jì)算機(jī)科學(xué)的一部分,即從單純技術(shù)上模仿人的某些功能出發(fā),研究智能機(jī)器人,如美國(guó)、英國(guó)相當(dāng)一部分大學(xué)及研究所所做的,由于人工智能和其他智能技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)落后于人們對(duì)它的冀望,致使絕大部分研究成果始終走不出實(shí)驗(yàn)室。我們必須對(duì)需要與可能二者作認(rèn)真的研究,按"需求牽引,技術(shù)導(dǎo)向"的原則,才能得出正確的研究方向,制訂出一條可行的技術(shù)路線。?2.21世紀(jì)工業(yè)機(jī)器人面臨的形勢(shì)?21世紀(jì)即將來(lái)臨,毫無(wú)疑問,技術(shù)的發(fā)展及世界市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng),將沿著20世紀(jì)90年代展開的道路前進(jìn),危機(jī)與機(jī)遇并存。能否把現(xiàn)在的大規(guī)模生產(chǎn)線作為一塊跳板,跳到具有和它具有同樣效率,能生產(chǎn)中小批量的"敏捷"生產(chǎn)線,以期達(dá)到生產(chǎn)同一類產(chǎn)品的價(jià)格和批量無(wú)關(guān)。這將決定一個(gè)企業(yè)、一個(gè)地區(qū)以至一個(gè)國(guó)家在未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)中的地位。這一發(fā)展態(tài)勢(shì)將為機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)一步研究與開發(fā)提供極大的機(jī)遇。在用通過(guò)編程可重組的生產(chǎn)單元實(shí)現(xiàn)敏捷制造裝備中,傳統(tǒng)機(jī)械的機(jī)器人化及新一代機(jī)器人化的機(jī)器將是兩個(gè)重要的發(fā)展方向。這里所謂的機(jī)器人化,是賦予機(jī)器以一定的"感知、思維(問題解題、決策和規(guī)劃)和動(dòng)作"的能力,或者說(shuō)采用機(jī)械電子工程(Mechantronics)的辦法來(lái)改造傳統(tǒng)機(jī)械,發(fā)展新機(jī)械。另外材料、傳感器、控制等技術(shù)的發(fā)展又為機(jī)器及機(jī)器人本體的發(fā)展提供了很好的基礎(chǔ)。?3.非制造業(yè)用機(jī)器人面臨的形勢(shì)?21世紀(jì)將是人類開發(fā)海洋的世紀(jì)。由于海洋和空間都不適宜于人類的生存。適應(yīng)這種需求,發(fā)展各種機(jī)器人將是一個(gè)可選擇的途徑,這將大大促進(jìn)機(jī)器人的發(fā)展。?從自動(dòng)化的發(fā)展來(lái)看,21世紀(jì)前20年內(nèi),將是非制造業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展的時(shí)期。開發(fā)適應(yīng)于非結(jié)構(gòu)環(huán)境工作的機(jī)器人仍將是機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)方向。作為長(zhǎng)期可行的技術(shù)途徑,發(fā)展一種人機(jī)系統(tǒng),把工況分析、判斷及決策等高層活動(dòng)由人來(lái)完成,低層由機(jī)器人完成,使人脫離危險(xiǎn)的工作面,或輔助人進(jìn)行更精細(xì)的動(dòng)作(如醫(yī)療機(jī)器人)等。?二、工業(yè)機(jī)器人?1.系統(tǒng)發(fā)展方式?工業(yè)機(jī)器人必須改變過(guò)去的"部件發(fā)展方式",而優(yōu)先考慮"系統(tǒng)發(fā)展方式"。隨著工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,在今天機(jī)器人早已從當(dāng)初的柔性上下料裝置,發(fā)展成為可編程的高度柔性加工單元。隨著高剛性及微驅(qū)動(dòng)問題的解決,機(jī)器人作為高精度、高柔性的敏捷性加工設(shè)備的時(shí)代,遲早將會(huì)到來(lái)。不論機(jī)器人在生產(chǎn)線中起什么樣的作用,它總是作為系統(tǒng)中的一員而存在?？紤]到我們即將進(jìn)入敏捷制造的時(shí)代,我們更應(yīng)該從組成敏捷生產(chǎn)系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),考慮工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。?從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā),首先要考慮如何能和其他設(shè)備方便地實(shí)現(xiàn)連接及通信。機(jī)器人和本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)之間的通信從發(fā)展方向看是場(chǎng)地總線,而分布式數(shù)據(jù)庫(kù)之間則采用以太網(wǎng),我國(guó)應(yīng)該根據(jù)國(guó)際的情況盡快地制訂相應(yīng)的通信規(guī)范及協(xié)議,以便我們?cè)陂_發(fā)機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)可以遵循。總之,從系統(tǒng)觀點(diǎn)來(lái)看,設(shè)計(jì)和開發(fā)機(jī)器人必須考慮和其他設(shè)備互聯(lián)和協(xié)調(diào)工作的能力。?2.編程語(yǔ)言及編程方式?通用的工業(yè)機(jī)器人程序語(yǔ)言仍是動(dòng)作級(jí)語(yǔ)言,雖然開發(fā)了很多種任務(wù)級(jí)語(yǔ)言,但多不實(shí)用。隨著OO技術(shù)的發(fā)展及離線編程技術(shù)的成熟,任務(wù)級(jí)語(yǔ)言可能會(huì)日趨成熟。但在可以預(yù)見的將來(lái),由于"任務(wù)"的復(fù)雜性,實(shí)用的語(yǔ)言仍將是動(dòng)作級(jí)語(yǔ)言。機(jī)器人群作為整個(gè)集成化的生產(chǎn)裝備的一部分,編程及監(jiān)控技術(shù)必須進(jìn)一步改進(jìn),使得它能和整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備在統(tǒng)一的框架下進(jìn)行編程、仿真及監(jiān)控。目前的編程語(yǔ)言仍然是供應(yīng)商獨(dú)立開發(fā),五花八門,各式各樣。在今后的發(fā)展中,隨著機(jī)器人控制器采用通用計(jì)算機(jī)已成為一個(gè)主流,機(jī)器人語(yǔ)言完全可以像計(jì)算機(jī)語(yǔ)言一樣規(guī)范化,這將大大有利于系統(tǒng)集成,便于系統(tǒng)的編程、仿真及監(jiān)控。當(dāng)前在形成我們自己的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)中,完全有條件制訂機(jī)器人語(yǔ)言規(guī)范,特別是動(dòng)作級(jí)的編程語(yǔ)言規(guī)范。這樣系統(tǒng)可以在統(tǒng)一的語(yǔ)言下進(jìn)行編程,經(jīng)仿真驗(yàn)證后,通過(guò)輸出接口直接下裝到每一臺(tái)機(jī)器人,通過(guò)輸入接口對(duì)整個(gè)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控,并可保留原有的編程資料。相對(duì)而言底層設(shè)備的"集成框架"的開發(fā)工作,應(yīng)及早安排。?機(jī)器人編程方式是一個(gè)大問題。 1.3本課題研究的內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)的題目是重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，了解重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特征和三維軟件的使用要領(lǐng)。 本文的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人。該機(jī)器人能夠在失重狀態(tài)下滾動(dòng)。其研究?jī)?nèi)容包括： （1）功能分析與方案設(shè)計(jì)； （2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維造型； （3）運(yùn)動(dòng)仿真； （4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 1.4 Solidworks設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 熟悉SolidWorks的工作環(huán)境；了解SolidWorks的命令，掌握在SolidWorks工作環(huán)境中文件的打開、保存、導(dǎo)入等基本操作，掌握三維建模流程。 1.4.1草圖繪制 掌握點(diǎn)、直線、矩形、弧度圓等基本圖形的繪制方法；掌握樣條、文字等高級(jí)幾何圖形的繪制方法；理解集合約束的概念并在草圖繪制中熟練應(yīng)用幾何約束；熟練應(yīng)用陣列、實(shí)體轉(zhuǎn)換等草圖繪制工具；能綜合應(yīng)用各種草圖繪制實(shí)體和利用草圖繪制工具完成草圖繪。 1.4.2 基準(zhǔn)特征-參考幾何體的創(chuàng)建 清楚明白基于特征的建模方式、參數(shù)化思想等概念；靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)點(diǎn)的方法；靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)軸方法；靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)面的方法；靈活運(yùn)用坐標(biāo)系的建立方法；能根據(jù)建模需要綜合應(yīng)用各種參考幾何體。 1.4.3拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建模 靈活運(yùn)用拉伸特征的概念與建立方法；靈活運(yùn)用旋轉(zhuǎn)特征的概念與建立方法；掌握掃描特征的概念與建立方法；靈活運(yùn)用放樣特征的概念與建立方法；通過(guò)實(shí)踐能夠準(zhǔn)確分析零件的特征，靈活運(yùn)用拉伸和旋轉(zhuǎn)也正建立三維模型。綜合應(yīng)用掃描、放樣、彎曲、鏡向、陣列等特征建立各種實(shí)體。 1.4.4工程圖設(shè)計(jì) 靈活運(yùn)用用戶自定義工程圖格式文件的方法；靈活運(yùn)用建立標(biāo)準(zhǔn)三視圖，剖視圖，斷面圖，局部圖，輔助視圖等方法；靈活運(yùn)用各種注釋的方法。 1.4.5裝配設(shè)計(jì) 靈活運(yùn)用自底向上的裝配方法；靈活運(yùn)用生成裝配體爆炸圖的方法；靈活運(yùn)用SolidWorks智能裝配技術(shù)；靈活運(yùn)用裝配體零部件的狀態(tài)和屬性控制，并能夠在裝配體中設(shè)計(jì)子裝配體；靈活運(yùn)用干涉檢查；靈活運(yùn)用自上向下的裝配方法；靈活運(yùn)用在裝配模型工程圖中添加零件序號(hào)；靈活運(yùn)用生成裝配體材料明細(xì)表的方法。 2 重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1 重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人的總體方案圖 本次設(shè)計(jì)的重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人采取的方案是：采用外觀為圓形的殼體作為機(jī)器人的主體，內(nèi)部裝有直流電機(jī)，通過(guò)底部的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)上部分的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)從而致使失重板的傾斜從而使得我的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)功效得以實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人如下圖2.1、2.2所示，我的大致計(jì)劃構(gòu)造是如圖2.3所示： 圖2.1 圖2.2 3 機(jī)械傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 直流伺服電機(jī)的選型計(jì)算 已知整個(gè)重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人的總重量160KG,其他重量40KG，我們?nèi)】傊亓繛?00Kg，移動(dòng)速度為1~2r/min。即： 具體的電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算如下: 1、確定運(yùn)行時(shí)間 本次設(shè)計(jì)加速時(shí)間 負(fù)載速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 電機(jī)轉(zhuǎn)速 3.負(fù)載轉(zhuǎn)矩 式中： 4.電機(jī)轉(zhuǎn)矩 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 必須轉(zhuǎn)矩 S為安全系數(shù)，這里取1.0。 根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用電機(jī)型號(hào)為160BL-A，此電機(jī)廠家為機(jī)電產(chǎn)品。依據(jù)電動(dòng)機(jī)參數(shù)和特性曲線可得： 根據(jù)計(jì)算和特性曲線以及電機(jī)基本參數(shù)表，我們選用電機(jī)型號(hào)為160BL-4030H1-LK-B，電機(jī)額定功率為0.1KW，額定轉(zhuǎn)矩為7.62N.m，最高的轉(zhuǎn)矩是9N.m，額定的轉(zhuǎn)速是3000r/min，以下是電動(dòng)機(jī)的效果圖： 外形尺寸130x160，電機(jī)輸出軸徑為25mm。 3.2 轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 軸作為機(jī)器的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，其為各類傳動(dòng)部件的安裝，傳動(dòng)的扭矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圍繞軸進(jìn)行，而且經(jīng)過(guò)軸承和機(jī)架連接。為了滿足定位軸上的緊固件和容易加工和裝配的軸類零件和拆卸，通常軸設(shè)計(jì)成階梯軸。軸系的零件是由軸和它上邊的零部件構(gòu)成一個(gè)裝配體系，研究軸的過(guò)程中不僅要研究軸體自己的數(shù)據(jù)，還要將系統(tǒng)里的全部零碎部件融合在一起。 因?yàn)橛糜谡駝?dòng)的傳遞的軸體不僅要傳送扭矩，還得經(jīng)受住彎矩，是以本人研究的階梯性軸是轉(zhuǎn)動(dòng)軸。因?yàn)榇_定了小帶輪的參數(shù)，相應(yīng)的大帶輪隨之確定。接下來(lái)的工作就是計(jì)算軸體的直徑了。軸體的研究需要憑借扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來(lái)調(diào)整彎曲的強(qiáng)度，因?yàn)榭捎米鬏S的原料比較多，所以必須得明確軸的應(yīng)用環(huán)境，還有規(guī)定諸如剛度，強(qiáng)度以及別的機(jī)構(gòu)機(jī)能。可以使用熱處理這種方法，當(dāng)然也要琢磨怎樣使加工簡(jiǎn)單并且花費(fèi)較少，用研究計(jì)算所得的數(shù)據(jù)以確定軸體的用料，故采取45號(hào)鋼當(dāng)成軸體的原料，它需要40MPa的切應(yīng)力。然后需要做正火或者調(diào)質(zhì)處理來(lái)確保它的力學(xué)性能。 1、初步計(jì)算軸的直徑 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估計(jì)軸的最小直徑d，軸的最小直徑mm，查表16.2，c=112, p=20.35, n=851,代入設(shè)計(jì)公式得=17.26mm?？紤]鍵槽等要素對(duì)軸的影響，軸的直徑應(yīng)增加以彌補(bǔ)軸的鍵槽強(qiáng)度減弱。取軸直徑d=20mm，就是最右邊裝帶輪處直徑等于20mm。裝有密封元件和滾動(dòng)軸承處的直徑，應(yīng)與密封元件和軸承的內(nèi)孔徑尺寸保持一致。軸體上面存在兩支點(diǎn)的軸承要選用一樣的標(biāo)準(zhǔn)，方便加工軸承的座孔。挨著的軸段，應(yīng)使直徑不一樣構(gòu)成軸肩，軸肩在軸體上部件定位以及承受軸向力時(shí)要提供相應(yīng)的高度，軸肩的直徑差通常選5到10mm，本文軸肩處采取5毫米的直徑差，接著把每段軸體的長(zhǎng)度尺寸匹配到一塊，還要注意軸承座的安裝以及結(jié)構(gòu)是否合理，同樣，螺釘?shù)炔考拈L(zhǎng)度和別的的因素，這樣即可確定出軸的各段長(zhǎng)度了。 3.3 軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）深溝球軸承的選擇 軸承為深溝球軸承350324B，由文獻(xiàn)[2]表得KN，KN，，。 （2）壽命驗(yàn)算 軸承所受支反力合力 N （4.1） 對(duì)于深溝球軸承，派生軸向力互相抵消。 ，N 由文獻(xiàn)[2]表得， ， N （4.2） 按軸承B的受力大小驗(yàn)算 h （4.3） h=年 由于該機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，必須選擇較大壽命的軸承，軸承能達(dá)到所計(jì)算的壽命。 經(jīng)審核后，此軸承合格。 19 XXXX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論 在最近的一段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識(shí)，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會(huì)遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí)的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度，本文所設(shè)計(jì)的是重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)和研究，通過(guò)初期的定題，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識(shí)的重要性，從而讓我更加深刻地體會(huì)到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可能做的好，總之，本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過(guò)我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過(guò)。 致 謝 至此在論文完成之際，向我的導(dǎo)師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導(dǎo)師這幾年來(lái)對(duì)我的諄諄教導(dǎo)，感謝我敬愛的老師，您不僅在學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上給我以精心的指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無(wú)微不至的關(guān)懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)同時(shí)，也學(xué)到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標(biāo)。知道自己想要什么了，不再是從前那個(gè)愛貪玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，銳意創(chuàng)新的學(xué)術(shù)作風(fēng)，認(rèn)真加負(fù)責(zé)，公而忘私的敬業(yè)精神，豁達(dá)開朗的寬廣胸懷，平易近人。經(jīng)過(guò)近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，查找了各類的重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人的資料，論文終于可以完成了，我的心里無(wú)比的激動(dòng)和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因?yàn)槲易约阂呀?jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來(lái)對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多有用的知識(shí)，在此對(duì)所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_(dá)我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)老師。在具體的研究設(shè)計(jì)過(guò)程中，關(guān)永翰老師，代偉業(yè)老師，段振坤同學(xué)，韓宇同學(xué)，劉欣星同學(xué)，尹韓松同學(xué)也在平日的學(xué)習(xí)與生活中提供了無(wú)私與周到的幫助，充分用他們的工作熱情感染著我，鼓勵(lì)著我，讓我少走了很多彎路，再次一并致謝！ 另外也感謝我的父母，朋友和同學(xué)們的幫助。在做設(shè)計(jì)感覺受挫，枯燥與迷茫時(shí)，是他們?cè)谙ば牡臑槲裔尫艍毫Γ膭?lì)我不要?dú)怵H，勇敢面對(duì)。每周一次和父母的通話，與朋友和同學(xué)的長(zhǎng)談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 最后，感謝學(xué)校各位領(lǐng)導(dǎo)與老師給了我學(xué)習(xí)生活四年以及參加這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的寶貴的鍛煉機(jī)會(huì)，它使我深刻認(rèn)識(shí)到在知識(shí)的汪洋大海面前我是多么無(wú)知和微不足道。這是一個(gè)最好的時(shí)代，也是尊重知識(shí)，充分學(xué)習(xí)知識(shí)，掌握知識(shí)的時(shí)代。只有持續(xù)的不間斷地學(xué)習(xí)，才不會(huì)在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中落后于別人，也才能用自己的真才實(shí)學(xué)為社會(huì)做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。知識(shí)是無(wú)止境的，無(wú)價(jià)的，我愿在求真的道路上下而求索！ 參考文獻(xiàn) [1] 張華 機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì) 北京：科學(xué)出版社，2004.5 [2] 李念 重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人概述 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1 [3] 張棟 重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人的創(chuàng)新設(shè)計(jì).高等教育出版社，2004.3 [4] 姜繼海，宋錦春，高常識(shí). 重心驅(qū)動(dòng)式球形滾動(dòng)機(jī)器人工作原理.高等教育出版社，2002.8 [5] 張春林，曲繼方，張美麟.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，2001.4 [6] 錢平. 加工專機(jī)應(yīng)用技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1 [7] 張遼遠(yuǎn). 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