轮式移动机器人结构设计(3)

a.轴类工件材料的选用与标定（1）轴材料的选用传动轴的常见材料有碳素钢和合金钢。碳素钢对载荷集中的脆弱性较低，还可借助热处理改变其综合功耗，价格也比合金钢低廉，因此应用较为广泛，常用45号钢。合金刚则带有更高的机械性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求降低宽度与品质，提高轴颈的耐热性，以及进入低温或低温条件下工常运用合金刚。在一般工作湿度下碳素钢与合金刚的韧性刚度基本相等。因此，用合金刚代替碳素钢并不能增加周的挠曲。鉴于此，全方位移动结构中的轮子，转轴；螺纹轴选用45号钢，就完全无法满足设计要求的还要。（2）转向机构的转向轴强度校核由于此轴最小轴径是长度为10mm的那段,所以只对这一段进行校核就可以了。轴的运动主要受到扭转力,所以只对其扭转强度进行标定mm轴的材料为45号钢,其允许扭转切应力为由第二章可知，转向机构选取的电机规格为56BYG250B-0241，其静力矩为0.72由于此段轴中有键，其弯矩如图3.1所示：抗扭截面系数：（3-2）图中t=1mm,b=2mm,d=10mm图3.1轴截面将数值带入公式推导得：14007.4435188.25MPMP由此断定，设计的壳体强度满足要求，可以使用。

（3）轮子的校核车轮是整个机械部份的支撑，也是整个构架受力最大的个别。这里从材料经济性和硬度等方面选用45号钢来生产。加工时为了减小车轮与接触面的磨擦力，车轮表面要滚花处理，这样更有便于机器人的移动。整个轮子部分承载的长度为12Kg。由于整个移动机构有四个轮子，这样每个轱辘受到的长度只有3Kg。受到的浮力仅为29.4N。轮子的宽度为110mm，整个移动部分的硬度是比较大的，完全满足设计的要求。B.壳体件材料的选用外壳类工件它们的功耗要求很低,所以尽量选用品质轻,价格昂贵且合乎设计要求的材料。本文采用的是ZAlSi9Mg，这是一种硬铝材料，强度大、质量轻，完全符合本文的设计要求。并且这种铝合金有便于材料的选购，同样这种材料是满足设计要求的。其中材料ZAlSi9Mg的弯曲载荷240MP，C.车体支撑件材料的选用和校核（1）材料的选取车体支撑件由于与轮胎轴之间为滚动磨擦,需要选择一种耐摩擦,同时要求硬度大,质量轻,价格实惠的材料来生产。工程橡胶拥有良好的综合功耗,其强度、刚度、冲击弹性、抗疲劳等不较高,特别是拥有很好的耐热性。它可以在无润滑油的状况下有效的进行工作。

由于它相对硬度小,因此其硬度高。聚甲醛(POM)是一种比较常见的工程橡胶。它是以线性结晶高聚甲醛树脂为基础的。它有着高硬度、高韧性挠度等优良的综合化学性能。其强度和塑料近似,摩擦因数小并有自润滑性,因而耐磨性好。聚甲醛材料是一种比较实惠的材料。由于本设计中的负荷低,移动机构的速率不快,从而此处选用有聚甲醛这种工程橡胶来生产车体支撑件。（2）支撑件的校核支撑件是拿来支撑机器人主要机械机构的，本文中共用四个支撑件，都和车轮配套使用，受力几乎一样为29.4N。聚甲醛的抗拉强度为125MP，抗弯强度为980MP，整个部件的硬度和载荷是比较大的。从每个件的受力来看，材料聚甲醛的各个物理性能完全满足本文的设计要求。支撑件和轮子轴是滚动磨擦配合，属于间隙配合。由于聚甲醛的耐摩擦性好，而机器人移动速率慢，从摩擦的视角来说，聚甲醛也是理想的支撑件材料。3.3本章总结全方位移动机器人各零配件所要求的硬度、刚度等都不同，应该选择不同的材料来生产加工。所以本章就依照机器人在工作过程中各零配件不同受力状况，以及机械设计的要求选择了不同的材料来生产部件，并对工件进行了硬度校核，使其超过工作要求。

本文在认识和探讨已有的机器人移动平台的工作机理和构架，对比它们的优劣点。在很多基础上提出了全方位移动结构的可行性细则，并选取最佳方案来设纵观本文，全方位移动机器人可分为两个大部份即翻转机构设计、转向机构设计。总结如下：1．本文运用车轮机构来谋求全方位移动。从而设计了可防止对轴承轴产生应力的轮子转动结构，通过优化车轮的宽度与轴承的匹配，使其轮胎能够在0-0.5m/s调速；2．设计了轮子转向机构，可使轮子实现零长度转向；全方位移动机器人机械本体的设计是机器人设计的基本环节，能够为后续关于机器人的探究提供有价值的系统参考和有用的模式。行文结束之际，我真诚地谢谢指导教授同学在我做毕业设计之后予以的关心和指导，在医院良好的软件和工具环境下，我无法充分地发挥自身的能力，顺利地完成了课题的探究设计工作。而李教授在工作中优秀的学术风范和极高的敬业精神时刻督促作者在未来的学习工作中拼命奋斗、精益求精。在此谨向恩师致以最真挚的致谢！作者深切谢谢刘型志等前辈同窗在作者的设计探究过程中予以的无私帮助与支持。感谢所有关心和帮助过我的父母、老师、同学和同事们！参考文献吕伟文.全方位轮移动机构的机理和应用[A].无锡职业技术学校学报,2005，615-17.李瑞峰,孙笛生,闫国荣等.移动式作业型智能服务机器人的研制[J].机器人技术与应用,2003,1:27-29.杨树风.带有机械臂的全方位移动机器人的研发.哈尔滨工业学校本科结业论文，2006.田宇,吴镇炜,柳长春.开放式三自由度全方位移动机器人试验系统[J].机器人,2002,24（2）:102-106.闫国荣，张海兵.一种新型轮式全方位移动机构[J].哈尔滨工业学校学报，2001,33（6）:854-857.高光敏,张广新,王宇等.一种新型全方位轮式移动机器人的模型研究[A].长春工程学校学报,2006,12.胡跃明.轮式移动机械臂的建模与仿真研究[B].计算机仿真，2006,1（05）[10]付宜利,徐贺,王树国.具有新型履带走行部的联通机器人及其特点研究.高技术通信,2004,12.[11]付宜利,李寒,徐贺等.轮式全方位移动机器人几种转向模式的探究.制造业自动化,2005,10:5-33.[12]滕鹏,马履中,董学哲.具有冗余自由度的新型护理机械臂研究.机械设计与研究,2004,1:3-32.[13]孔繁群，朱方国，周骥平.一种机械手关节连接结构的改进设计[B].机械生产与研究，2005,5:2-16.[14]蔡自兴编著.机器人原理及其应用.中南工业学校出版社，1988.[15]吴广玉，姜复兴编.机器人工程导论.哈尔滨：哈尔滨工业学校出版社，1988.[16]胡跃明.轮式移动机械臂的建模与仿真研究[B].计算机仿真，2006,1（05）[17]濮良贵,纪名刚主编.机械设计（第七版）.北京：高等教育出版社，2001.[18]Feng-binQiao,Ting-KaiXia,Ru-QingYang,Zheng-FeiXu.Designterrainsensingmachine/sensormobilerobot[D].InternationalJournalAdvancedManufacturingTechnology,2006,27:5-6.[19]ChungJaeHeon,YiByung,KimwheeKuk,LeeHogil.Thedynamicmodelingomnidirectionalmobilerobotthreecasterwheels[J].MobileRobot,IEEE,1994,3:3091-3096.[20]SANOS,FURUKAWAY,SHLRALSHIS.Fourwheelstrringsystemrearwheelsteeranglecontrolledsteeringwheelangel[D].SAEPaper860625,1986附录PUMA560机器人的软件改进和推算载荷的控制升级用于教育事业的工业控制器美国Reading大学的手动控制系有一台Puma560教学机器人，由于以前的软件控制部分和人机界面有所缺少，因此此文就控制个别的改进作了探讨。

本论文表述了两个自动化系的探究生的探究结果，这个课题涉及了基于个人计算机的机器人操作臂的人机界面和推导转矩的控制设计。Puma560机器人是一个六自由度的机器人操作臂，由六个直流调速马达驱动，关节位置由编码器和电位计测量。三个大容量的舵机用于驱动手腕脊椎，肩颈椎和肘关节，而三个较小容量的舵机用于驱动腕肌腱位置和方位。Puma560机器人有一个广阔的可达空间和较大的提速度，加速度大的超过人的想像。Puma560机器人设计的本意是适于工业装配和操作控制，目前大多适于科研院所成为研究的目的来应用。现在机器人操作臂本身显然有高的硬度和动力，然而以前的UnimationMark控制器将要落伍并且急需替代。随着现代科技

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