小型移动机器人的转台结构毕业设计

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1、本科毕业设计说明书（论文）第31页共31页1绪论移动机器人的研究是目前智能自动化领域最复杂、最具挑战性的课题，它是典型的机电一体化技术系统，也是一门高度交叉的前沿学科。它涉及的范围也相当广泛，包括机械学、人工智能、生物学等等。随着社会科技的发展，移动机器人的相关信息也越来越受到人们的重视。同时机器人在我们社会生活中，渗透到各行各业，比如在一些比较危险或恶劣的环境中，代替人工作业[1]。1.1课题研究的内容及意义本课题研究设计的是小型移动机器人的转台结构，要求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、

2、结构设计。本次设计主要完成两个运动，转台的旋转与俯仰系统。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，考虑采用螺旋机构，其优点是能获得很大的减速比，还可有自锁性，它的主要缺点是机械效率一般较低。转台的回转运动可考虑使用蜗轮蜗杆机构，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。通过本课题的研究，对设计要求、工作原理和机构动作的分析和理解，构思机构运动方式和传动布局，并进行机构、零部件设计计算等环节的实践，来培养设计、计算、制图及计算机应用能力，以提高分析与解决实际问题的能力。1.2

3、课题研究背景由于移动机器人的应用前景广阔，所以世界各国对这一领域的研究也是备受关注。新的机型，新的功能也是不断的涌现[2]。1.2.1美国移动机器人的发展美国在机器人的研究领域目前是处于领先地位的。尤其是美国明尼苏达大学计算机科学与工程系协作系统实验室研制的用于搜救及行星探测等任务的肢体机器人TerminatorBot，性能比较突出，该机器人手臂有2到3个自由度，同时有移动和操作的功能[3]。而且尺寸小、重量轻、可在崎岖的地形中采用了游泳步态、穿越步态及轮式步态移动等功能，提高了其通过狭窄空间的能力，且制造成本低廉[4]。1.2.2日本移动

4、机器人的发展本科毕业设计说明书（论文）第31页共31页日本的肢体移动机器人，也是处于世界领先水平的。比较有突出研究成果的是：日本KIMURA实验室研制的六腿爬行机器人T-Hexs，具有移动和夹持物体的功能。大阪大学工程科技研究所研制的ASTERISK机器人，可使用每个腿移动及搬运物品或进行操作作业[5]。日本东京工业大学的ShigeoHirose教授，也研制出一种了可以用来探雷、排雷的四腿肢体机器人[6]。1.2.3中国移动机器人的发展华中科技大学机械学院的陈学东研制出的模块化多足爬行机器人，实现了腿臂功能的融合。其结构主要是：运用行星轮机

5、构，加快了腿臂机构转换速度；把驱动电机、减速器等传动部件设置在机身上，有效的减轻了腿部重量，使结构简单紧凑，并且整个机器人重量比较集中；肢体在机体躯干的上、下部有了较大运动空间。但由于把行星轮环节引入到了传动路线，使得啮合齿存在一定的齿侧间隙，这个无法克服的缺陷限制了机器人的传动精度[7]。通过国内外的研究比较可以看出，我国研究水平还较低，和美国日本的移动机器人相比，无论是在机器人的运动性能还是制造工艺上都有很大差距。所以这就需要我们努力解决移动机器人的研究问题。1.3本课题主要研究内容本课题需要完成两个运动，转台的回转运动与俯仰运动。转台

6、系统有两个自由度，为使俯仰运动满足自锁的要求，故采用螺旋副机构，其优点是能够获得较大的减速比，而且还具有良好的自锁性。它的主要缺点是机械传动效率较低，特别是具有自锁性能时效率低，转台的回转运动采用的是蜗轮蜗杆机构，其优点是传送平稳，啮合冲击小，由于蜗杆的头数少，所以单级传动可获得较大传动比，且结构紧凑。本科毕业设计说明书（论文）第31页共31页2转台系统的总体结构设计转台系统的主要任务是完成360度的回转运动和上下俯仰运动。移动机器人的转台系统的两个自由度，假设转台的回转为第一自由度，第一自由度的结构及尺寸取决于搭载对象的质量，第二自由度即

7、为转台的俯仰运动，采取了矩形螺纹副的结构，实现了俯仰台俯仰自由度。2.1转台系统的组成本课题的转台设计主要包括以下几个部分：（1）核心部分：这部分是控制移动机器人的两个自由度运动，是实现回转和俯仰的控制部分，这部分采用的是蜗轮蜗杆减速器和螺旋传动，对转台的位置和转速进行调整控制[8]。因为俯仰运动是由滑动螺旋副完成的，采用的是采用3o/30o牙形的锯齿形螺纹，有良好的自锁性，所以俯仰精度可以保证。回转运动由蜗轮蜗杆减速器完成。（2）电机驱动部分：俯仰运动的电机选用直流电机，直流电机具有体积小，原理简单的优点，但它不能直接与转台相连接，中间需

8、要设置减速装置。（3）机械系统部分：这部分主要指转台的台体，如俯仰台外形尺寸结构，回转台外形尺寸结构。（4）搭载架部分：已经完成的转台体，需安装在机架上，为此设计了搭载架，为了方