移动机器人转台的设计

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1、本科毕业设计说明书（论文）第33页共33页1引言小型机器人主要用于代替人工作业，批量生产成本一般较低。由于上述特点，它大都用于简单、重复、繁重的工作，如上、下料，搬运等，以及工作环境恶劣的场所，如喷漆、焊接、清砂和清理核废料等。它使传统的工业生产面貌发生了根本性的变化,使人类的生产方式从手工作业、自动化跨入了智能化的时代。1.1本课题研究内容及意义本课题以小型地面移动机器人的转台为研究对象，综合运用所学基础理论知识,根据给定的总体结构尺寸、重量及运动特性指标，进行结构选型、机构设计。通过本课题的研究，通过对设计要求、工作原理和机构动作的分析和理解，构思机构运动方

2、式和传动布局，并进行机构、零部件设计计算等环节的实践，培养设计、计算、制图及计算机应用能力，以提高分析与解决工程实际问题的能力。1.2国内外发展现状随着生活水平的提高，科技的发展，人们将大量简单繁重的工作交给机器人，机器人仆人将大量出现。如汽车司机长时间驾驶容易疲劳，汽车将有安全的自动驾驶模式。现在自动驾驶车能对前方车辆实行避让超车，但对小动物或人不知避让，这要待更聪明的传感器出现或图像处理更精细些。在医疗领域，能进入人体的微型机器人将大显身手。它们进入血管、肠道等地方进行清理、探查、保健预警等。工业机器人在国外发达国家用的很普遍，随着新兴产业的出现，相应的工业

3、机器人必将会研制出来。国际形势虽无世界大战之虑，但局部冲突时有发生，反恐形势依然严峻。美国和许多欧洲国家以及日本都投入大量人力物力研发军用机器人。大型的无人坦克冲锋陷阵，小型的昆虫机器人“间谍”到处爬行，少量的作战人员在安全的信息中心运筹帷幄。2004年我国中国科学院沈阳自动化研究所也自行研制出“灵蜥”系列反恐防暴机器人。1.3本文所做的工作本次设计主要完成两个运动，转台的旋转与升降系统。转台系统有回转和俯仰两个自由度。为使俯仰运动满足自锁的要求，拟采用棘轮机构，因其工作时有较大的冲击和噪声，而且运动精度较差，故放弃。考虑使用螺旋机构，其优点是能获得很大的减速比

4、，还可有自锁性。它的主要缺点是机械效率一般较低，特别是具有自锁性时效率将低于50%。转台的回转运动可考虑使用蜗轮蜗杆本科毕业设计说明书（论文）第33页共33页机构，其优点是传动平稳，啮合冲击小，由于蜗杆的头数少，故单级传动可获得较大的传动比，且结构紧凑。本科毕业设计说明书（论文）第33页共33页2转台系统的总体设计转台系统有两个自由度，若视转台的回转为第一自由度。第一自由度结构及尺寸取决于搭载对象的质量，以及搭载对象对机器人的作用力，而第一自由度受第二自由度影响，故应先计算第二自由度传动的零件。第二自由度即为转台的俯仰运动，采用了螺纹副结构，并结合摆动导杆机构，

5、实现了俯仰台旋转自由度图2.1所示为上层搭载平台第二自由度三维图。图2.1搭载系统第二自由度三维图俯仰系统的结构尺寸取决于搭载物的尺寸及质量，以及搭载对象对机器人的作用力。俯仰运动的传动结构为螺旋传动，并利用了摆动导杆机构，具体图纸设计如图2.2所示。图2.2俯仰系统二维结构图1－俯仰台2－螺母B203－丝杠B204－销5－联轴器6－连接座7－减速箱8－电机9－空心轴10－搭载台本科毕业设计说明书（论文）第33页共33页如图2.2所示，电机旋转运动经减速箱减速后，由联轴器传递给丝杠，使丝杠旋转。丝杠旋转使与之配合的螺母作相对直线运动。因为螺母是固定在俯仰台底部的

6、，所以实质上是俯仰台在绕水平轴转动，实现了俯仰的自由度。转台的回转自由度主要是由蜗轮蜗杆减速器传递的。电机旋转运动经减速箱减速后，由同步带传递给蜗杆轴，蜗杆轴带动蜗轮转动，使之完成回转运动。蜗轮蜗杆传动的一种空间的齿轮传动，它能实现交错角为90度的两轴间的动力和运动传递。在这个移动机器人的设计中，它与同步带轮合作，将电机的高速转动一级一级减速，达到所要的结果，在此传动中，由于摩擦等因素，能量受到损耗，转为热能，所以不仅需对材料的受力校核，而且对材料的受热特性也要验证。本科毕业设计说明书（论文）第33页共33页3俯仰系统的设计3.1俯仰机构的设计转台的俯仰运动直接

7、由滑动螺旋副完成，滑动螺旋副常采用梯形螺纹、锯齿形螺纹或矩形螺纹等。梯形螺纹一般是指牙形角，螺纹副的大径和小径处有径向间隙。牙根强度高，螺纹的工艺性好。主要用于传力螺旋和传动螺旋如金属切削机床的丝杠等。锯齿形螺纹有两种牙形，一种是工作面牙形斜角，非工作面牙形斜角；另一种是，的锯齿形角，其外螺纹的牙根处有相当大的圆角，减小了应力集中，提高了动载强度；大径处无间隙，便于对中；和梯形螺纹一样都具有螺纹的强度高、工艺性好的特点，但有更高的效率。用于单向受力的传力螺旋，如大型起重机的螺旋千斤顶等。文中采用3°/30°牙形的锯齿形螺纹，此处采用锯齿形螺纹，主要是因为锯齿形螺

8、纹具有较好的自锁性能，螺