助行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含proe三維及10張CAD圖帶開題,機(jī)器人,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),proe,三維,10,cad,開題 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 助行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 姓 名 專 業(yè) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 XXX 二0XX年三月 摘要 助行機(jī)器人是幫著走路有障礙的人進(jìn)行康復(fù)的，或者是幫著老年人行走的，可以讓他們不管是在家里還是在外面都能夠進(jìn)行康復(fù)鍛煉，甚至還能實(shí)行代步的功能。這個(gè)機(jī)器人能夠拿來當(dāng)做工具用，不管是安全性，實(shí)用性，還是舒適度方面，要求都非常高，這種助行機(jī)器人在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，結(jié)構(gòu)一定要緊湊，質(zhì)量輕一點(diǎn)靈活性好一點(diǎn)，安全性要好，可靠性要高，確保用的人在用的時(shí)候更加舒服。 這篇論文研究的是助行機(jī)器人，能夠要幫著年紀(jì)大的人或者是殘疾人進(jìn)行行走，不管是房間里面還有房間外面都可以進(jìn)行鍛煉，設(shè)計(jì)的時(shí)候，要清楚的知道助行機(jī)器人工作原理是什么，并且現(xiàn)在國內(nèi)研究什么狀況等。設(shè)計(jì)出這個(gè)助行機(jī)器人的總方案，將機(jī)器人的底盤裝置，升降裝置都設(shè)計(jì)出來。設(shè)計(jì)軸還有立柱等零部件，并且將相關(guān)數(shù)據(jù)算出來。將電動(dòng)機(jī)，減速器還有軸承這些標(biāo)準(zhǔn)部件都選定，看用哪種型號(hào)的。 用CAD把圖紙都畫出來，這個(gè)助行機(jī)器人的裝配圖紙，零部件圖紙都畫出來，將說明書都寫出來，這個(gè)設(shè)計(jì)也就完成了。 關(guān)鍵詞：助行機(jī)器人，總體方案，底盤機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì) I ABSTRACT A walking robot is a machine that serves the elderly or the disabled. Its main function is to help users to walk or sit up, stand up and other life skills in indoor or outdoor ground rehabilitation training, and even have the role of mobility. As a tool for use, the assisted robot has strict requirements on its safety, practicability, comfort and convenience. The designed robot is compact, light and flexible, safe and reliable, and ensures the user's comfort in the process of use. The topic of this paper is the design of the assisted robot structure. The main functions are: suitable for the elderly or disabled people, can be indoors and outdoors, and help the user to sit down and stand up and walk two functions. Its main design content is to understand and master the working principle and research status of robots and assisted robots. The overall design of the mobility robot was designed to complete the design of the chassis mechanism and lifting mechanism involved in the overall solution. Design and calculate parts such as shafts and columns. Select and determine standard parts such as motors, reducers and bearings. Using the CAD drawing software, complete the assembly drawing of the assisting robot and the drawing of the main parts drawing, write the design specification, and summarize the design. Keywords: walking robot, overall scheme, chassis mechanism, lifting mechanism, design 目 錄 摘要 II ABSTRACT II 第一章 緒論 1 1.1 機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及分類 1 1.1.1 機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.1.2 機(jī)器人的分類 1 1.2 國內(nèi)助行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 2 1.3 國外助行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 3 1.4 助行機(jī)器人的發(fā)展趨勢 6 1.5 本課題研究的目的及意義 6 第二章 總體方案的設(shè)計(jì)與確定 8 2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)及要求的確定 8 2.2 設(shè)計(jì)方案的預(yù)期成果及構(gòu)思 8 2.3 總體方案的確定與實(shí)現(xiàn) 9 第三章 底盤機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 11 3.1 底盤機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)與確定 11 3.1.1 設(shè)計(jì)底盤結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮的問題 11 3.1.2 傳動(dòng)方式的選擇與確定 11 3.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇與確定 14 3.3 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 15 3.4 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 16 第四章 升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 19 4.1 升降結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)與確定 19 4.1.1 設(shè)計(jì)升降結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮的問題 19 4.1.2 傳動(dòng)方式的選擇與確定 19 4.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇與確定 19 4.3 蝸輪蝸桿減速器的選擇與確定 20 4.4 滾珠絲杠的選擇與確定 21 4.5 立柱和光杠的設(shè)計(jì) 23 4.6 聯(lián)軸器的選擇與確定 24 4.7 鍵的選擇與確定 25 4.8 軸承的選擇與確定 26 結(jié)論 29 致謝 30 參考文獻(xiàn) 31 II 第一章 緒論 1.1 機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及分類 1.1.1 機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 從上世紀(jì)六十年代開始機(jī)器人在我們國家開始研發(fā)，過了十年，當(dāng)時(shí)國家的生產(chǎn)單位一直進(jìn)行的研究都是沒有進(jìn)步的，水準(zhǔn)不高。快到八十年代的時(shí)候，有些研究所開始跟高等大學(xué)進(jìn)行合作，一起進(jìn)行研究，主要研究的是能夠遙控控制的工業(yè)機(jī)器人，但是那個(gè)時(shí)候在國外，這種機(jī)器人已經(jīng)被當(dāng)做商品進(jìn)行銷售了，在汽車生產(chǎn)行業(yè)已經(jīng)大規(guī)模進(jìn)行使用了。對(duì)于那種智能機(jī)器人，實(shí)行自主或者是半自主的控制，我們國家關(guān)于這方面的研究還很少，不過在發(fā)達(dá)地區(qū)，很多高等院校還有研究院，現(xiàn)在已經(jīng)開始對(duì)系統(tǒng)的集成進(jìn)行研究了。 實(shí)行863計(jì)劃之前，在中國當(dāng)時(shí)根本就沒有一臺(tái)關(guān)節(jié)型的機(jī)器人，所以說生產(chǎn)，使用就更加說不上了。那個(gè)時(shí)候的中國，對(duì)于機(jī)器人的研究水準(zhǔn)跟發(fā)達(dá)地區(qū)比，落后了25年。到了上世紀(jì)八十年代中期，全世界都在進(jìn)行技術(shù)革命，在這波的技術(shù)流里面，最前沿的就是機(jī)器人。一邊是全世界生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人每年都越來越多，車輛行業(yè)發(fā)展的很快，現(xiàn)在車輛行業(yè)是世界上規(guī)模最大的。還有一點(diǎn)，研發(fā)智能機(jī)器人，美國人專用將這種機(jī)器人用到軍事上，開始研發(fā)無人車。歐洲人開始對(duì)自主機(jī)器人進(jìn)行研究，日本也開始研究能夠在極端關(guān)金霞工作的機(jī)器人。 1.1.2 機(jī)器人的分類 機(jī)器人的類別很多，怎么進(jìn)行劃分現(xiàn)在還沒有一個(gè)規(guī)定，看的角度不一樣，那么分類的辦法就不一樣。接下來舉出幾種劃分的辦法： 1、根據(jù)機(jī)器人的發(fā)展程度進(jìn)行劃分，低級(jí)到高級(jí)，機(jī)器人有三代。機(jī)器人第一代，只能對(duì)人教給它的內(nèi)容進(jìn)行重復(fù)，在規(guī)定的空間范圍里面，進(jìn)行規(guī)定的工作等；機(jī)器人第二代，安裝了感覺裝置，他可以自己獲取工作地點(diǎn)周邊的狀況，可以對(duì)需要工作的對(duì)象進(jìn)行感知，在電腦的幫助下，對(duì)獲取的信息進(jìn)行分析，之后自己做出決斷，完成相應(yīng)的動(dòng)作。機(jī)器人第三代，它的適應(yīng)性是非常高的，能夠進(jìn)行自治。 2、從機(jī)器人的功能來進(jìn)行劃分，有四種：現(xiàn)在工業(yè)上用的最多的機(jī)器人就是操作機(jī)器人，很多工業(yè)機(jī)器人都是在這一種里面，他可以對(duì)人的手還有胳膊的動(dòng)作來進(jìn)行仿照，可以進(jìn)行焊接，運(yùn)輸?shù)裙ぷ?。移?dòng)機(jī)器人，工業(yè)行業(yè)里頭的輪式，履帶，步行機(jī)器人，他們都可以對(duì)貨物進(jìn)行運(yùn)輸，都能夠進(jìn)行上料，下料的任務(wù)，比方說在管道里面用的機(jī)器人，水下面用的機(jī)器人等。這些機(jī)器人上面都有進(jìn)行工作的手還有攝像部分，這樣就算工作的地方再遠(yuǎn)，也能夠?qū)λM(jìn)行及時(shí)的監(jiān)看。信息機(jī)器人，他們的控制系統(tǒng)是電腦來操作的，并且能夠?qū)π形贿M(jìn)行模擬，差不多就是智能機(jī)器人。這種機(jī)器人可以進(jìn)行翻譯，進(jìn)行作曲，還有專家系統(tǒng)在里面。 3、劃分的時(shí)候根據(jù)機(jī)器人開發(fā)的東西還有目的進(jìn)行，有工業(yè)型的，還有操作型的，智能型的，還有特種的這幾種。一般后面提到的這三種機(jī)器人都是非常先進(jìn)的。 機(jī)器人是工業(yè)的，本體其實(shí)就是一個(gè)機(jī)械手，對(duì)操作的對(duì)象直接來進(jìn)行控制，按照需要操控的東西什么樣子，什么材質(zhì)可以生產(chǎn)成各種樣子。機(jī)器人是操作型的，通過人來進(jìn)行操控，工作人員將命令發(fā)送給機(jī)器人，它按照命令完成動(dòng)作，之后機(jī)器人將工作的狀況還有周邊是什么樣的狀態(tài)回饋給操作的人，工作的人再按照這個(gè)來對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制。只能機(jī)器人這種，它自己可以對(duì)周邊工作的環(huán)境，操作的對(duì)象還有它什么樣子來判斷，按照工人給出的命令，再加上機(jī)器自己對(duì)周邊環(huán)境的認(rèn)識(shí)，自己給出解決問題的辦法，對(duì)于不一樣的環(huán)境，也完全能夠適應(yīng)。這種智能機(jī)器人實(shí)際上就是第三代，在進(jìn)行控制的時(shí)候首先認(rèn)知，之后進(jìn)行適應(yīng)。為了對(duì)某一件任務(wù)或者是某幾件任務(wù)來進(jìn)行完成生產(chǎn)的特種機(jī)器人，基本上都不是通用的，研發(fā)出這種機(jī)器人，主要在于研究的出發(fā)點(diǎn)在哪，實(shí)用性要強(qiáng)。 1.2 國內(nèi)助行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 1、多功能助行機(jī)器人 這一種功能多的助行機(jī)器人非常實(shí)用，可以幫著行走有問題的人來進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，并且對(duì)于那些暫時(shí)行走有障礙的，它還能作為代步工具（如圖1.1）。 圖1.1 多功能助行機(jī)器人 這個(gè)機(jī)器在繩，有輪，還有腿這邊都有驅(qū)動(dòng)，他們聯(lián)合起來就成為綜合訓(xùn)練的機(jī)器了，并且在曲柄搖桿的原理下，將搖桿最后面一頭圓弧圓弧動(dòng)起來，就跟人走路時(shí)候的大腿根的動(dòng)作是一樣的，單片機(jī)來對(duì)機(jī)器進(jìn)行控制，這樣腿部在動(dòng)作的時(shí)候，行走部分跟驅(qū)動(dòng)輪結(jié)合起來進(jìn)行控制，不管是在家里面，還是在外面，都可以進(jìn)行走路的相關(guān)鍛煉。 2、上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所設(shè)計(jì)的Walkmate Walkmate就跟手推車上后邊輪子的差速驅(qū)動(dòng)移動(dòng)裝置差不多，這個(gè)機(jī)器的外表能夠走，也能夠坐。對(duì)于人進(jìn)行的操作機(jī)器使用電阻式測力傳感器之后就知道了，機(jī)器前面要是有東西，在激光距離傳感器的作用下都能夠繞開，攝像機(jī)用的是全景的這樣就可以跟蹤任務(wù)了，gprs這里把網(wǎng)接進(jìn)去，對(duì)于用的人身體什么狀況要用脈搏檢測器來進(jìn)行，控制的時(shí)候有兩種方式忽悠力-速度和力-加速度。 1.3 國外助行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 1、美國SmartCane助行機(jī)器人 他就是為了幫助盲人來走路的，對(duì)于那些視力不怎么好，或者是體力比較差的使用者是用不了的。盲人要想用一般的助行器的話，肯定會(huì)有不少難度，要想智能性更好，幫著他們進(jìn)行走路，對(duì)使用者的健康狀況進(jìn)行檢測，1999年的時(shí)候美國人研發(fā)出了系統(tǒng)PAMM，這種機(jī)器人智能在水平面上行走，或者是坡度不超過五度的路面上行走，跟一般的四個(gè)點(diǎn)的支承拐杖來對(duì)比，平衡性是更好的，這個(gè)機(jī)器人里面還有地圖，可以對(duì)障礙進(jìn)行感知，輸入命令，告訴使用者怎么能夠走到目的地。這種機(jī)器人可以檢測使用者的健康狀況還有跟管理員的控制裝置還能夠連接 [1]。 圖1.2 SmartCane助行機(jī)器人 2、韓國 WAR助行機(jī)器人 在2004年的時(shí)候，韓國人研發(fā)的這種機(jī)器人，對(duì)老年人要是想在外面行走它是能夠給予幫助的。這種機(jī)器人不光能夠進(jìn)行輔助的支承，還能夠進(jìn)行行走，機(jī)器自身有能夠升降的部分。升降部分是傾斜向上的，在戶外行走的時(shí)候，使用者要是站著，膝關(guān)節(jié)的負(fù)擔(dān)沒有那么大，尤其是那些年紀(jì)大的體力不夠可以拿來使用。在這個(gè)機(jī)器上面，還有個(gè)支撐墊讓人靠，讓用的人身體進(jìn)行保護(hù)，用的人非常安全。 圖1.3 韓國 WAR助行機(jī)器人 WAR寬是0.78m，一般家里的門都是可以過的，這個(gè)機(jī)器人高1m，這個(gè)高是可以調(diào)的。在傳感器的作用下，可以感知到用的人想走哪去，并且他還有定位，導(dǎo)航的功能。這個(gè)機(jī)器人還可以對(duì)障礙物進(jìn)行檢測，注意規(guī)避，只需要摸在手柄上，它就能感覺到用戶想干什么。 3、愛爾蘭 PAM-AID助行機(jī)器人 PAM-AID助行機(jī)器人對(duì)那些視力差，體力差的人行走進(jìn)行幫助的。 這個(gè)機(jī)器人有四個(gè)輪子在下面，前輪要想向前走要裝兩個(gè)電機(jī)在上面，這個(gè)電機(jī)只會(huì)把輪子轉(zhuǎn)到那個(gè)方向給改變掉，沒有什么動(dòng)力的。輪子跟輪子沒有連接，方向改變的時(shí)候半徑不大。 這個(gè)機(jī)器還可以自己進(jìn)行導(dǎo)航，只要在傳感范圍里面障礙物都可以繞開，不管是動(dòng)著的，還是不動(dòng)的東西，對(duì)于使用者的安全可以很好的確保。 4、可穿戴的外骨骼式助行機(jī)器人 這種機(jī)器人是韓國人研究的，可以穿在骨骼外邊的，患病的人在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候能夠很好地支撐，這種機(jī)器人的材質(zhì)是硬鋁的，結(jié)構(gòu)是雙邊的，剛性是能夠確保的，這樣機(jī)器人自身就不會(huì)有多重，將電極放上去對(duì)肌肉的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以進(jìn)行檢測，設(shè)計(jì)的這個(gè)機(jī)器人是從解剖學(xué)的角度來進(jìn)行的，對(duì)于人肢體的動(dòng)作來進(jìn)行模仿，幫著肢體來進(jìn)行康復(fù)鍛煉。 有四個(gè)電極在機(jī)器人上面，可以將人的踝關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)帶著進(jìn)行動(dòng)作，給人一些動(dòng)力，對(duì)人腿的站姿進(jìn)行調(diào)整。對(duì)處在什么地點(diǎn)通過光電編碼器來進(jìn)行，在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，關(guān)節(jié)力矩有哪些改變通過力矩傳感器來進(jìn)行。 這個(gè)機(jī)器人要想進(jìn)行升降那么用氣動(dòng)執(zhí)行器來進(jìn)行。用的是四驅(qū)動(dòng)，這樣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)平臺(tái)才能充足，有需要的時(shí)候可以帶著用的人向前走。 5、全身式外骨骼助行機(jī)器人HAL 日本專家在2005年研究出來的，幫著老年人，幫著殘疾人來進(jìn)行行走，甚至可以爬樓梯，可以對(duì)東西進(jìn)行搬運(yùn)。 這種機(jī)器人是穿在人身上的，類似于外骨骼的這種機(jī)器人，用鉸鏈把髖關(guān)節(jié)還有膝關(guān)節(jié)都連接起來，自由度只有一個(gè)，用的電機(jī)是諧波直流的，裸關(guān)節(jié)想動(dòng)的話需要被動(dòng)進(jìn)行的。 圖1.4 全身式外骨骼助行機(jī)器人HAL 1.4 助行機(jī)器人的發(fā)展趨勢 現(xiàn)在各個(gè)國家都在研究助行機(jī)器人，在國外對(duì)它的研究系統(tǒng)性比較強(qiáng)，有的現(xiàn)在都開始進(jìn)行試驗(yàn)了，很多使用者都認(rèn)為不錯(cuò)。但是在支承行走的技術(shù)上，現(xiàn)在有很多的難題擺在面前，怎么樣更靈活，能耗更加效率高，攜帶更加方便還有可以在更多的路面上行走等。對(duì)于輔助導(dǎo)航這各事項(xiàng)，導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)該研發(fā)的準(zhǔn)確性更好，可靠性更高，定位，怎么規(guī)劃路線，怎么實(shí)行系統(tǒng)控制，讓這個(gè)機(jī)器人自己也能學(xué)習(xí)，可以對(duì)使用者的一些習(xí)慣來進(jìn)行保存，對(duì)于它的活動(dòng)自己來進(jìn)行適應(yīng)，那么使用者用起來就很舒服。將健康監(jiān)測系統(tǒng)還有通訊系統(tǒng)都在助行機(jī)器人上使用，這相信也是一個(gè)發(fā)展的方向。 1.5 本課題研究的目的及意義 聯(lián)合國文教組織對(duì)于社會(huì)年齡的劃分是有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的，現(xiàn)在的中國已經(jīng)進(jìn)到老年化社會(huì)了，現(xiàn)在每年增加的老年人有596萬，預(yù)計(jì)到明年的話，老年人這個(gè)群體會(huì)超過兩個(gè)億。年級(jí)大了之后，身體機(jī)能自然就沒有那么好了，有的行走能力就不行了，這個(gè)時(shí)候老年人的生活質(zhì)量就差了。 現(xiàn)在年紀(jì)大的人很多都會(huì)用助行儀器，比方說拐杖，助步架等等，不過呢他們很簡單，沒有智能性，安全性也不好，也沒有那么舒服，對(duì)于老年人，想要自己進(jìn)行生活有難度。 從機(jī)器人的功能來說，用的人都是些不能自己走路的人，幫著他們進(jìn)行行走。設(shè)計(jì)的這個(gè)機(jī)器人不光要能夠滿足要求，并且還能夠幫著用的人粘起來，坐下來，還要能夠走；并且對(duì)它的安全性進(jìn)行設(shè)計(jì)，還有計(jì)算，設(shè)置控制系統(tǒng)，這樣才可以確保使用者的安全，要是機(jī)器人的行走不在安全范圍里面，那么就會(huì)立馬停下來，將緊急停止按鈕按下去，將限位開關(guān)按下去等，這樣危險(xiǎn)的狀況就不會(huì)出現(xiàn)了。雖然現(xiàn)在有很多用在助行機(jī)器人上的系統(tǒng)被研發(fā)出來了，但是都不怎么實(shí)用，行走技術(shù)這個(gè)行業(yè)，現(xiàn)在急需要解決的問題是怎么變得更加靈活，怎么樣效率更高，怎么樣能夠在更多路面上行走。 查看相關(guān)的材料之后，對(duì)于現(xiàn)在國內(nèi)還有國外對(duì)這種機(jī)器人研究的狀況。將它的總方案先設(shè)計(jì)出來，按照任務(wù)書的需要，它其實(shí)是兩大部分組成的，一個(gè)是底盤部分，還有就是升降部分。將他們的動(dòng)力，工作原理都定下來，設(shè)計(jì)機(jī)器人的時(shí)候，用到的哪些零部件都定下來，對(duì)于設(shè)計(jì)怎么樣確定類型，算數(shù)據(jù)，進(jìn)行校核等。 32 第二章 總體方案的設(shè)計(jì)與確定 2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)及要求的確定 1、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 這個(gè)機(jī)器人速度最快是每秒0.5m，不間斷的能夠工作四個(gè)小時(shí)，重在三十公斤，能夠承受的重量在80Kg。 2、定下來設(shè)計(jì)的要求 分析研究的這個(gè)機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)什么，將它的設(shè)計(jì)方案定下來。整體上來說，設(shè)計(jì)這個(gè)機(jī)器人的時(shí)候，不光要對(duì)整體零件進(jìn)行選擇，還要對(duì)某個(gè)部分的零件進(jìn)行選擇。按照工作的地點(diǎn)有哪些需求，可以承受多重，設(shè)計(jì)的時(shí)候使用現(xiàn)代機(jī)械的方式來進(jìn)行，對(duì)于那么多種傳動(dòng)的方式進(jìn)行對(duì)比，弄清楚他們好的一面，不好的一面，設(shè)計(jì)從機(jī)器人底盤結(jié)構(gòu)開始，從上到下接著來對(duì)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)，之后分析，將真正的樣機(jī)設(shè)計(jì)出來。 2.2 設(shè)計(jì)方案的預(yù)期成果及構(gòu)思 設(shè)計(jì)之前有數(shù)據(jù)，也有要求，根據(jù)這個(gè)定下來助行機(jī)器人應(yīng)該是站著的，各個(gè)地方的高度都應(yīng)該跟真人的構(gòu)造能夠匹配。機(jī)器人能夠幫著用的人粘起來，做下去，還有行走，還能將機(jī)器人的輪子方向給變掉，升降部分能夠向上，向下運(yùn)動(dòng)；從安全性能來看，選用的材質(zhì)一定要安全，論文設(shè)計(jì)的這個(gè)助行機(jī)器人，可以幫著使用者實(shí)現(xiàn)站起來，坐下去還有行走。功能有兩種，接下來說下： 1、助力行走 要讓這個(gè)機(jī)器人移動(dòng)起來的時(shí)候很平穩(wěn)，要想讓使用者向前行走就要有一個(gè)向前的動(dòng)力。因?yàn)橛眠@個(gè)機(jī)器人基本上都是肢體運(yùn)動(dòng)有障礙的，或者是年級(jí)大的人，使用者自己不能主動(dòng)的去運(yùn)動(dòng)，所以需要有一個(gè)動(dòng)力給她，這樣她才能自己向前動(dòng)。想讓使用者能夠走起來，主要還是機(jī)器人的行走部分，論文用的是車輪來實(shí)現(xiàn)的，穩(wěn)定性很好，并且耗費(fèi)的能源不大，對(duì)于速度還有方向的控制都比較容易。因?yàn)橛羞@些好處，不管是在家里面，還是在校區(qū)里面，路面平整或者是稍微有點(diǎn)坡道的都沒有問題。驅(qū)動(dòng)車輪的時(shí)候，可以是兩輪的，還有是四輪的。驅(qū)動(dòng)是四輪的，構(gòu)造一點(diǎn)都不簡單，并且機(jī)器人的重量會(huì)加大，這樣帶走就不便利，并且還會(huì)產(chǎn)生不必要能源的浪費(fèi)。所以，論文里面的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)是后輪的，這樣機(jī)器人就能動(dòng)作了。因?yàn)榍拜喪潜缓筝喭浦蚯暗?，這樣機(jī)器人就能向前動(dòng)了。驅(qū)動(dòng)要是后輪的，有很大的好處，牽引方面來看，跟前輪驅(qū)動(dòng)對(duì)比好了不少，并且操縱起來也更加穩(wěn)定，那么行駛起來穩(wěn)定性也很好。 2、坐下與站起 因?yàn)槭褂玫娜藳]有力氣，所以想要坐下來，站起來都需要一定的支承才可以，并且用的人在走路的時(shí)候，身體一定要確保平衡，對(duì)于起立這個(gè)動(dòng)作，它是豎直方向上的，要控制通過螺旋裝置還有導(dǎo)軌滑塊來進(jìn)行，這樣作為就能夠按照設(shè)定好的方向進(jìn)行個(gè)動(dòng)作。 這個(gè)助行機(jī)器人設(shè)計(jì)出來，幫著使用者站起來，做下去，行走，有東西擋在前面還可以幫著使用的人繞過去?，F(xiàn)在市面上研究的助行機(jī)器人組成有底盤部分，升降部分。對(duì)于助行機(jī)器人來說，基本結(jié)構(gòu)就是底盤部分，機(jī)器人的電機(jī)還有別的零部件都裝在這個(gè)部分，這樣機(jī)器人在不一樣的路面上都可以行走。對(duì)于助行機(jī)器人來說，升降部分可以幫著使用的人實(shí)現(xiàn)坐下，站起來，對(duì)于助行機(jī)器人來說，這個(gè)部分相當(dāng)?shù)闹匾? 2.3 總體方案的確定與實(shí)現(xiàn) 第一，助行機(jī)器人的性能一定要合符要求，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)也要滿足需要，設(shè)計(jì)助行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)的時(shí)候，按照人體的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行，選用的材質(zhì)一定要輕，安全性好，在選定的時(shí)候還是要考慮它的強(qiáng)度，剛度還有質(zhì)量等。 設(shè)計(jì)的這個(gè)機(jī)器人要能夠讓使用者站起來，坐下去，并且能夠行走，對(duì)于這種機(jī)器人，它的組成機(jī)構(gòu)有底盤部分，還有升降部分。機(jī)器人要想進(jìn)行移動(dòng)，那么就需要?jiǎng)恿Γ@個(gè)時(shí)候才能向前，向后，向左，向右，這些都要通過底盤部分來實(shí)現(xiàn)。機(jī)器人的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的時(shí)候： 1、一定不能重，體積也不能太大，太小也不行，基本上都能從門穿過去； 2、重心盡量低一些，構(gòu)造也要緊湊，遇到坡也可以爬上去，可以防止翻過去； 3、用起來，后期養(yǎng)護(hù)起來都要便利，對(duì)絕大部分用的人，符合他們的使用習(xí)慣。 設(shè)計(jì)的時(shí)候，這個(gè)機(jī)器人最好輕一點(diǎn)，慣量也小一些，讓機(jī)器人的結(jié)構(gòu)剛度高一些，讓它的系統(tǒng)有自己的頻率，將阻尼變得大一些。這機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)候是有一定要求的，它的結(jié)構(gòu)有兩大部分，一個(gè)是行走部分，一個(gè)是升降部分。 機(jī)器人上的動(dòng)力來源，比較多的就三種，電機(jī)，液壓，啟動(dòng)。電動(dòng)機(jī)要是直流伺服的，那它的結(jié)構(gòu)基本上都是轉(zhuǎn)動(dòng)式的，輸出力矩基本上都一樣，功率不一樣，有幾瓦也有幾千瓦，將直流電機(jī)還有負(fù)載都跟減速器連起來，那么負(fù)載的特性就相當(dāng)不錯(cuò)。論文里面的機(jī)器人電機(jī)用的是直流伺服電機(jī)。 第三章 底盤機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 底盤機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)與確定 3.1.1 設(shè)計(jì)底盤結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮的問題 對(duì)于機(jī)器人的設(shè)計(jì)來說，底盤部分是它最基礎(chǔ)的，這個(gè)部分可以把電機(jī)，還有一些別的零部件裝在這，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力就是從這里傳遞出去的，機(jī)器人這樣才能夠進(jìn)行行走。設(shè)計(jì)底盤的時(shí)候，有些還是要注意的： （1）機(jī)械強(qiáng)度要高，并且要很穩(wěn)定； （2）格局一定要符合設(shè)計(jì)需要，盡量體型小一點(diǎn)，并且不要太重； （3）可以跟升降部分連起來，確保這個(gè)部分的工作正常開展； （4）升降部分工作，它要能夠呆在這個(gè)地方不懂，不能有滑溜的狀況出現(xiàn)。 3.1.2 傳動(dòng)方式的選擇與確定 1、帶傳動(dòng) 帶輪上張緊是有一定的柔性的，這個(gè)時(shí)候可以把動(dòng)力傳送出去，因?yàn)檫h(yuǎn)離不一樣，傳動(dòng)有的是依靠帶跟帶輪的摩擦，有的通過帶跟帶輪的齒咬合來進(jìn)行的。 帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，穩(wěn)定性很好，可以把振動(dòng)緩沖下來并且吸收掉，軸間距非常大還有很多個(gè)軸的時(shí)候，都可以將動(dòng)力傳送出去，并且花的錢不多，潤滑不需要進(jìn)行，后期養(yǎng)護(hù)簡單等?，F(xiàn)在的機(jī)械傳動(dòng)里面用的很多。帶傳動(dòng)是摩擦型的，帶能夠過載打滑，工作起來沒有多大聲音，不過傳動(dòng)比不準(zhǔn)；帶傳動(dòng)要是同步的，那么確保傳動(dòng)同步進(jìn)行，不過吸收的載荷變動(dòng)效果不好，轉(zhuǎn)動(dòng)速度快聲音很大。帶傳動(dòng)不光可以傳動(dòng)動(dòng)力，還能把東西運(yùn)輸出去等。 （1）優(yōu)點(diǎn)：非常穩(wěn)定，振動(dòng)可以緩沖吸收，構(gòu)造不復(fù)雜，花的錢少，養(yǎng)護(hù)便利，不管是擾性還是彈性都很好，過載打滑。 （2）缺點(diǎn)：傳動(dòng)比一點(diǎn)都不準(zhǔn)，使用時(shí)間短，載荷作用在軸上不小，傳動(dòng)部分體型很大，效率也不高。 2、齒輪傳動(dòng) 在這么多的傳東立面，用的最多就是齒輪傳動(dòng)，那是從下面幾點(diǎn)來看的： （1）傳動(dòng)精度高。用的比較多的漸開線齒輪傳動(dòng)，理論上來說不會(huì)有變化，很準(zhǔn)，儀器鑰匙那種精密性的，這點(diǎn)非常關(guān)鍵，對(duì)于速度快，載荷大的，這也是想要傳動(dòng)穩(wěn)定的關(guān)鍵點(diǎn)所在。 （2）可以用的地方多，圓周速度不高，但是快的話可以達(dá)到150m/s，這些都是帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)比不了的。 （3）在空間里面，不管哪兩個(gè)軸都可以傳動(dòng)，這個(gè)帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)比不了。工作起來可靠性好，能用好久。 （4）傳動(dòng)時(shí)候效率非常高，正常在0.94～0.99。不管生產(chǎn)，還是安裝都有很高要求，所以說花的錢自然也很多。環(huán)境的話有很高的要求，除了一些精度低，速度慢的，正常要裝一個(gè)罩子在上面，另外潤滑也一定要及時(shí)進(jìn)行。 （5）傳動(dòng)的話兩個(gè)軸距離很遠(yuǎn)不行，減震性還有對(duì)沖擊的抵抗性都比不上柔性的傳動(dòng)方式。 可以用在承受比較重，傳動(dòng)精度要求高的，使用時(shí)間長，環(huán)境沒有什么要求，載荷很重，工作精度要求高，一會(huì)開啟一會(huì)剎車，頻繁進(jìn)行逆轉(zhuǎn)的地方。 3、鏈傳動(dòng) 這種傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比很準(zhǔn)，對(duì)動(dòng)力還有運(yùn)動(dòng)進(jìn)行傳送是在鏈輪輪齒的齒合來進(jìn)行的。 （1）它的好處 對(duì)比帶傳動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)打滑的情況，平均傳動(dòng)比很準(zhǔn)，工作起來很可靠，效率也非常高；功率傳動(dòng)的不小，過載效果很好，工況一樣的時(shí)候，傳動(dòng)的尺寸沒有多大，需要的張緊力不大，在軸上面的壓力不大，溫度高，潮濕度大，灰塵多的這種差環(huán)境里都可以進(jìn)行工作。 （2）鏈傳動(dòng)的缺點(diǎn) 這個(gè)傳動(dòng)只能在兩個(gè)平行軸中間進(jìn)行；花的錢不少，損耗不容易出現(xiàn)，可以伸長，傳動(dòng)時(shí)候穩(wěn)定性不好，工作起來附加的載荷，沖擊，聲音等都會(huì)加大，對(duì)于那種速度快方向反過來的傳動(dòng)不能用。 分析了這么多，傳動(dòng)用帶傳動(dòng)。3.1圖紙里面就是先設(shè)計(jì)出來的底盤，它的輪子是四個(gè)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)是兩個(gè)。這次設(shè)計(jì)的機(jī)器人底盤驅(qū)動(dòng)用的是兩輪差動(dòng)驅(qū)動(dòng)的，也就是前面兩個(gè)輪子都是驅(qū)動(dòng)輪，前面有戀歌論文是沒有驅(qū)動(dòng)的那種萬向輪。左邊右邊的驅(qū)動(dòng)輪板塊都一樣。設(shè)計(jì)是：首先電動(dòng)機(jī)工作，通過聯(lián)軸器，V帶就被帶動(dòng)起來，從半軸過去，這樣驅(qū)動(dòng)輪就轉(zhuǎn)起來了，底盤這個(gè)時(shí)候就可以動(dòng)了。 圖3.1 底盤結(jié)構(gòu)示意圖 按照格局，傳動(dòng)部分傳送動(dòng)力按照：電機(jī)把動(dòng)力傳給聯(lián)軸器，之后進(jìn)行帶傳動(dòng)，動(dòng)力傳動(dòng)到軸上，帶著車輪工作。3.2,3.3圖紙一個(gè)是動(dòng)力傳送，一個(gè)是底盤傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。 圖3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路圖 圖3.3 底盤傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖 3.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇與確定 對(duì)助行機(jī)器人來說，電機(jī)很重要，機(jī)器人整體多大，什么結(jié)構(gòu)都會(huì)受到影響，并且還會(huì)影響到它的控制效果。選電機(jī)的時(shí)候。最好電機(jī)的功率可以全部用起來，工作時(shí)候的度數(shù)不能超過它的允許范圍，電機(jī)啟動(dòng)，還有過載時(shí)候的能力對(duì)于載荷要求都能夠?qū)崿F(xiàn)。 把電機(jī)的功率算出： =0.7。 假設(shè)水平面上牽引力在6KG，輪子半徑是0.2m，那么從減速器經(jīng)過之后的力矩就是： 機(jī)器人后面的輪子驅(qū)動(dòng)是差速的，按照它運(yùn)行時(shí)候的速度最高，速度要慢一點(diǎn)，太快的話，那么電機(jī)的載荷就變大了，正常不需要。論文里頭，假設(shè)機(jī)器人移動(dòng)時(shí)候，輪子半徑，那這個(gè)輪子角速度算到： 那驅(qū)動(dòng)力需要的功率算出來： 那么一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪需要的電機(jī)的功率至少。 直流電機(jī)對(duì)速度調(diào)整性能比較好，工作起來穩(wěn)定性不錯(cuò)，加光電編碼器到這個(gè)電機(jī)里面，他可以對(duì)信息進(jìn)行個(gè)反饋，確保機(jī)器人工作時(shí)候速度，地點(diǎn)都滿足要求。按照實(shí)際工作，還有載荷的需要，驅(qū)動(dòng)電機(jī)用的是一種風(fēng)冷的直流伺服電機(jī)36SYK62_23V_58.5w，K=58.5w，用兩個(gè)，每個(gè)電動(dòng)機(jī)有300g，額定轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。 設(shè)計(jì)底盤的傳動(dòng)部分，鏈傳動(dòng)，軸傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)的話，會(huì)出現(xiàn)跳齒的狀況，這樣鏈條就用不了多久，并且張緊要是不好的話，那么鏈條就松了，不管是開啟，剎車等的時(shí)候，慣性沖擊都很大，那么動(dòng)載荷就很大，那么還是用帶傳動(dòng)好。 3.3 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 帶傳動(dòng)可以對(duì)沖擊還有振動(dòng)進(jìn)行緩沖，對(duì)于中心距沒有要求。它的格局也不復(fù)雜，不需要安裝換向裝置，對(duì)動(dòng)力傳送的效果很好，效率不錯(cuò)，安裝時(shí)候?qū)τ诰葲]有太高要求。 電動(dòng)機(jī)的功率是58.5w，翻資料知道工作系數(shù)： 如果傳動(dòng)比在16，那從這里過去之后電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度就是： 按照算的功率還有小帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，查看圖紙，用B型V帶 將小帶輪直徑的基準(zhǔn)值定下來 因?yàn)?，翻查資料定下來 對(duì)帶子的速度進(jìn)行核算： 將大帶輪的直徑算出來計(jì)： 將中心距定下來，V帶的長度基準(zhǔn)值也算出來 對(duì)中心距進(jìn)行初步的計(jì)算 那中心距要符合： 那么初步定下來中心距就是240mm 將對(duì)應(yīng)的帶長給算出來： 翻看表，定下來帶子的長是800mm。 將真正靠譜的中心距算出來： 需要多少根帶算出來： 已經(jīng)知道小帶輪的直徑還有轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，翻查資料： ， 翻查資料：, 那么說： 定下來皮帶要兩根。 將一根皮帶初步的拉力定下來： 翻查資料這個(gè)帶單位長度的質(zhì)量就是： 算出來： 3.4 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 固定的心軸就是主動(dòng)軸，動(dòng)作起來對(duì)彎矩進(jìn)行承受，這個(gè)軸不會(huì)動(dòng)。要是車輪軸，要是輪轂的匹配那一面有兩段，b圖紙里面就是，可以把軸的彎矩變小，這樣不管強(qiáng)度，剛度都更好；將運(yùn)動(dòng)的心軸換成固定的，這樣一來就不會(huì)有交變應(yīng)力作用在軸上面。 a b 圖3.4 不同結(jié)構(gòu)的車輪軸產(chǎn)生的軸彎矩 進(jìn)行給分析，這個(gè)車輪軸最好是固定的心軸。設(shè)計(jì)這個(gè)軸，按照工作需要，生產(chǎn)工藝的需要，選擇符合要求的材料，算出強(qiáng)度，剛度，將軸的構(gòu)造還有大小定下來，速度非?？斓臅r(shí)候，要注意振動(dòng)時(shí)候是不是穩(wěn)定。 圖3.5 軸 設(shè)計(jì)軸的時(shí)候，材質(zhì)用碳素鋼或者合金鋼。論文里頭用45號(hào)鋼，對(duì)它進(jìn)行調(diào)質(zhì)，最大強(qiáng)度在650MPa，屈服肌纖維360MPa，彎曲疲勞極限為300MPa，許用抗彎應(yīng)力275MPa。 對(duì)軸的大小，受力都進(jìn)行分析，下面圖里頭都有：軸受到鏈輪施加給它的彎曲力F1，驅(qū)動(dòng)輪里面的軸受到徑方向的力F2,F3,如果說F1=500N。 圖3.6 軸的受力分析簡圖 按照軸對(duì)剛度的要求： 分析它受到的力，彎矩的最大值就是： 軸直徑的最小部分： 對(duì)于安全要考慮，裝軸時(shí)候還有些別的要求，那么在跟孔徑進(jìn)行配合的時(shí)候，軸最小直徑是22mm。 下邊就是校核： 對(duì)于助行機(jī)器人，車輪非常重要，如果安全系數(shù)S=2.5，半徑r=8mm： 按照這些算的，這個(gè)軸對(duì)于設(shè)計(jì)要求基本都可以滿足了。 第四章 升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1 升降結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)與確定 4.1.1 設(shè)計(jì)升降結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮的問題 對(duì)于助行機(jī)器人，升降部分是很重要的一部分，在這個(gè)部分的作用下，可以幫著用的人站起來，坐下去，那么設(shè)計(jì)的時(shí)候有些還是要注意的： 1、機(jī)械強(qiáng)度一定要夠大，并且還要很穩(wěn)定； 2、升降的時(shí)候一定不能有停頓； 3、進(jìn)行升降的高對(duì)于人剛好是站起來的高； 4、格局一定要合理，還要能夠自鎖； 5、承受能力一定要大。 4.1.2 傳動(dòng)方式的選擇與確定 在機(jī)器人中間部分裝升降裝置，電機(jī)工作，從蝸輪蝸桿減速器經(jīng)過，將動(dòng)力傳給滾珠絲杠，這樣升降部分就可以進(jìn)行來回動(dòng)作了。 升還有降的時(shí)候，幅度一定要恰當(dāng)，不管在哪里都可以停下來，換句話來說，這個(gè)部分要能夠進(jìn)行自鎖，假設(shè)用絲杠螺母裝置來實(shí)現(xiàn)升降的動(dòng)作，但是呢它又不能進(jìn)行自鎖，那么要裝一個(gè)蝸輪蝸桿減速器在升降電機(jī)的后面。 有彎矩還有壓力作用在升降部分，因?yàn)闄C(jī)器人自身有重量，使用的人也有重量，這樣力矩就非常大，那么對(duì)于升降部分來說，不管強(qiáng)度，剛度都要很大。下面4.1里面就是升降部分的傳動(dòng)流程： 圖4.1 升降結(jié)構(gòu)傳動(dòng)路線圖 4.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇與確定 在各式河陽的電機(jī)作用下，會(huì)有力矩傳神，之后在機(jī)械傳動(dòng)部分來實(shí)行動(dòng)作，在這里能量不能轉(zhuǎn)換，那么說效率上來看遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于液壓，啟動(dòng)這些驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并且速度的改變很大，對(duì)于速度還有地點(diǎn)的精度要求很高，近期人里面用的不少。下面分析他們的驅(qū)動(dòng)方式： 步進(jìn)電機(jī)的控制是開環(huán)的，很簡單，功率也小，基本上用的系統(tǒng)都是精度不高，功率不大的，那么電機(jī)就用伺服的，直流的這種伺服電機(jī)，能夠把控，反應(yīng)很快，轉(zhuǎn)矩很大，跟交流伺服電機(jī)對(duì)比花的錢少等，那么用的電機(jī)是直流伺服的。 選用電機(jī)：如果滾珠絲桿在工作的時(shí)候速度是 這個(gè)速度對(duì)于人行走來說完全可以。 絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)起來快慢是： 用的這個(gè)電機(jī)同步轉(zhuǎn)動(dòng)速度是6000r/min。翻看電機(jī)的資料，用38SYK70-24V-90w這種型號(hào)，功率的額定值就是92.3W，電壓在23V，重量420g。 4.3 蝸輪蝸桿減速器的選擇與確定 對(duì)助行機(jī)器人，升降部分要能夠自鎖，那傳動(dòng)用蝸輪蝸桿。傳送的空間是交叉的，一般軸進(jìn)行的減速傳動(dòng)是九十度。傳動(dòng)用蝸桿，會(huì)非常穩(wěn)定，振動(dòng)，沖擊，聲音都不大，這樣傳動(dòng)比就很大，構(gòu)造也很緊湊。4.2里面就是它的實(shí)物 圖4.2 渦輪蝸桿實(shí)物圖 蝸輪蝸桿減速器可以進(jìn)行反向自鎖，并且減速比也很大，讓機(jī)器可以進(jìn)行傳動(dòng)還有制動(dòng)。 算出它的減速比： 余量要注意，那減速比要比50稍微小點(diǎn)，在這里用的是減速比是40的。蝸桿用45號(hào)桿來生產(chǎn)，對(duì)它的面淬火HBC=45~50。如果蝸輪蝸桿彼此之間滑動(dòng)時(shí)候相對(duì)的速度，鑄鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3加工蝸輪，用金屬模對(duì)它進(jìn)行鑄造，精度等級(jí)是八級(jí)。 ，那 通過蝸輪可以傳送的功率： 它的扭矩就是： 要對(duì)這個(gè)減速器的齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 。 翻查資料； 工作載荷很穩(wěn)定，那，就有了 許用接觸應(yīng)力為： 翻查資料定下來 那他使用時(shí)間系數(shù)： 定為，，蝸輪蝸桿可以傳動(dòng)的大小是： 渦輪分度圓直徑為： 中心距傳送的大?。? 對(duì)蝸輪的彎強(qiáng)度抵抗對(duì)它進(jìn)行校核： 那么這個(gè)抗彎強(qiáng)度夠了。 到市面上去看，選用減速器是WPA40-1：40，構(gòu)造緊在一起，自鎖效果不錯(cuò)，單級(jí)的減速比在1：40，轉(zhuǎn)動(dòng)速度就慢了，扭矩也變大了，這樣實(shí)現(xiàn)升降就完全可以了。 4.4 滾珠絲杠的選擇與確定 因?yàn)闄C(jī)器人上用的絲杠對(duì)于結(jié)構(gòu)需要很緊湊，空檔不能大，并且傳動(dòng)效率要高等，用的最多的就是滾珠絲桿，但是它沒法自鎖，要裝一個(gè)蝸輪蝸桿減速器，這樣就可以自鎖了。 滾珠絲杠傳動(dòng)好處就是：摩擦不大，效率很高，使用時(shí)間長，正常來說，效率都超過；摩擦都是滾動(dòng)的，動(dòng)，靜摩擦系數(shù)差不了多少，不管是速度快還是速度慢的時(shí)候，摩擦扭矩沒有變化，那么反應(yīng)很快，穩(wěn)定性也不錯(cuò)；空檔要想消除掉只要預(yù)緊就行了。4.3里面就是它的實(shí)物。 圖4.3 滾珠絲杠結(jié)構(gòu)圖 回轉(zhuǎn)動(dòng)作在滾珠絲杠的作用下成為直線動(dòng)作，因?yàn)槟Σ恋淖枇Σ淮?，從電機(jī)來的動(dòng)力經(jīng)過滾珠絲杠就能夠?qū)⑸挡糠謳?dòng)，進(jìn)行圓周動(dòng)作。 對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行選擇，要考慮的東西很多，校核要來回進(jìn)行。 升降部分垂直拉起的時(shí)候最大重力就是： 那么順著軸方向上絲杠推程力的最大值： 在這個(gè)里面，滾珠絲杠螺紋用的是一個(gè)頭的，那么螺距是導(dǎo)程。 用的是滾珠絲杠副，行程的最大距離800mm，滾柱絲杠副相對(duì)速率的最大值要比500mm/s還要小。將滾珠絲杠的直徑定下來：。 算絲杠導(dǎo)程的時(shí)候根據(jù)絲杠最快的速度來進(jìn)行： 螺紋升角為： 根據(jù)最高的驅(qū)動(dòng)力將螺旋傳動(dòng)需要的轉(zhuǎn)矩算出來： 其中取 定下來用的滾珠絲杠是：TB1 SFSO121O-2.8。按照驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造還有需要的行程將滾珠絲杠副的距離定下來。 4.5 立柱和光杠的設(shè)計(jì) 立柱還有光杠都是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行承受的零部件。升降部分的立柱還有光杠進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)是直線的，對(duì)于導(dǎo)向的精度要求很高，剛性一定要高，可靠性要好，構(gòu)造不復(fù)雜，工藝一定要好，不管是調(diào)整還是修理都要方便。升降部分立柱要四個(gè)，光杠要兩個(gè)，4.4里面就是它的結(jié)構(gòu)圖紙。 a 立柱零件圖 b 光杠零件圖 圖4.4 立柱和光杠零件圖 論文里面的立柱，光杠都用45號(hào)鋼來生產(chǎn)，下面來細(xì)說： 45號(hào)鋼是中碳鋼，不管是哪種生產(chǎn)，機(jī)械方面的性能都還可以，還有畫的鈔票也不多，到處都能找到。但是不好的地方是淬透性差，需要加工的東西要是截面要求很高的話，這種材質(zhì)用不了。 45號(hào)鋼這種原料在機(jī)械上用的很多，用來生產(chǎn)傳動(dòng)零部件，可以傳送扭矩還可以傳送載荷。軸這樣的零件能轉(zhuǎn)動(dòng)，長度要大于直徑。按照結(jié)構(gòu)，外面的樣子不同，軸有光軸，階梯軸等等。 根據(jù)用的要求，生產(chǎn)哪一種，機(jī)器有哪些需求，再加上什么結(jié)構(gòu)來對(duì)45號(hào)鋼進(jìn)行生產(chǎn)，軸的外圓直徑要是沒有太大的差距，那多是用棒料；如果外圓直徑非常大，鍛件就用的多，這樣浪費(fèi)自然就變少了，生產(chǎn)量自然也就變少，那機(jī)械性能自然就改變不少。 根據(jù)不一樣的規(guī)模，毛坯鍛造有自由鍛的，有模鍛的。生產(chǎn)量要是不打，那么就用自由鍛；生產(chǎn)數(shù)量多的，就使用模鍛。工作條件不同了，使用要求不一樣了，那么軸這種零件用的原料自然也就不同了，熱處理它的行位一定要規(guī)范，那么不管強(qiáng)度還是韌性都會(huì)變得很好了。 45號(hào)鋼在機(jī)械上用的很多，熱處理還沒有實(shí)施，硬度最大是229；產(chǎn)品要正火處理，產(chǎn)生的沖擊力最小39J；強(qiáng)度不小，塑形還有韌性都很好，淬火處理，回火沒有必要，這樣硬度肯定會(huì)超過HRC55，設(shè)計(jì)要求就實(shí)現(xiàn)了，熱處理結(jié)束了，接著就是淬火，硬度能夠到達(dá)HRC42-46，所以說機(jī)械性也好，硬度也好都可以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，加工的產(chǎn)品梯形很大，應(yīng)力不大，作用在上面的載荷很大，零件要進(jìn)行正火，淬火，心里面的強(qiáng)度要求不是很高。 裝好立柱，光杠之后，查看里面的工作是不是靈活，會(huì)不會(huì)有停頓的狀況出現(xiàn)，在整個(gè)行程里面摩擦阻力不會(huì)有太大的改變，查看光柱，光杠的直線度，平行度是不是滿足設(shè)計(jì)要求。 升降部分，要想確保滾珠絲杠，立柱等這些動(dòng)著的零部件工作正常，所以一定要進(jìn)行潤滑，再加上摩擦系數(shù)，散熱這些狀況，潤滑劑用的是固體的。 4.6 聯(lián)軸器的選擇與確定 電動(dòng)機(jī)因?yàn)槁?lián)軸器跟蝸輪蝸桿減速器連接起來，軸轉(zhuǎn)動(dòng)的很快，要想把氣動(dòng)載荷還有沖擊變小一些，用的聯(lián)軸器是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不大的，并且還有彈性套的那種。 圖4.5 彈性套柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖 因?yàn)闄C(jī)器人升降部分工作的時(shí)候受到比較小的沖擊，將聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩算出： 因?yàn)殡姍C(jī)一會(huì)正過來轉(zhuǎn)，一會(huì)反過來轉(zhuǎn)，在開啟，剎車，方向改變的時(shí)候，工作時(shí)候產(chǎn)生的力矩要比最大力矩還要小，算到這個(gè)聯(lián)軸器的扭矩： 翻查資料聯(lián)軸器用的是TL6型，相關(guān)數(shù)據(jù)是：轉(zhuǎn)矩的許用值是；轉(zhuǎn)動(dòng)速度的許用值?？椎闹睆皆?0~42mm。構(gòu)造是：長圓柱形孔的聯(lián)軸器兩半，鍵槽是C型的，電機(jī)輸出的那一頭孔的直徑是，減速器輸進(jìn)去那一頭空的直徑還有長就是： 。聯(lián)軸器： 4.7 鍵的選擇與確定 機(jī)械連接里面用的最多是鍵，對(duì)鍵進(jìn)行設(shè)計(jì)是非常重要的事情，用哪種類型，尺寸是多少。按照鍵連接的結(jié)構(gòu)來確定用哪種鍵，主要看用的時(shí)候有什么需求，并且工作時(shí)候的條件是什么；鍵的大小按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還有強(qiáng)度來進(jìn)行確定。一般截面多大，長多少就可以知道鍵的主要尺寸了。按照輪轂的長定下來鍵有多長，正常比輪轂要稍微長一點(diǎn)；根據(jù)輪轂還有滑動(dòng)多遠(yuǎn)定導(dǎo)向平鍵的大小。 翻查資料，鍵用的是5X15。底下校核鍵的強(qiáng)度。 連接時(shí)候用平鍵，會(huì)有一個(gè)力作用在鍵的側(cè)邊，鍵都比較矮，那這個(gè)力就用在軸外圓周切線上作用的力來進(jìn)行，那就有： 代表的是轉(zhuǎn)矩； 作用在鍵側(cè)邊的那個(gè)力； 那就有 如果鍵工作的側(cè)邊面上切向載荷布局很勻稱，那么一般的鍵進(jìn)行連接對(duì)于擠壓強(qiáng)度需要滿足： ； 翻查專業(yè)資料就有； 那么說，用的這個(gè)鍵滿足設(shè)計(jì)的需要。 4.8 軸承的選擇與確定 1、軸承型號(hào)的選擇與確定 對(duì)于軸關(guān)鍵是徑向的載荷作用在上面，軸方向的載荷不需要在意，當(dāng)量載荷是1785N，用的是球軸承；軸承設(shè)定它可以用五年的時(shí)間，工作每天八小時(shí)，那軸承額定動(dòng)載荷基本數(shù)值C； =小時(shí)=年 代表軸承能工作多久； n 就是轉(zhuǎn)動(dòng)的速度r/min； C是額定載荷的基本數(shù)值kN； P=1.785 kN； =3； 用上面的式子可以算出來C=8.8 kN；所那么軸承就用的是帶有軸承座的滾動(dòng)軸承，型號(hào)是6904CE； 2、軸承的潤滑 （1）讓摩擦還有損耗變少一些，把潤滑劑放到摩擦面的中間，進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)之后，摩擦就成為液體的，這樣這些運(yùn)動(dòng)體之間摩擦系數(shù)就變小了，自然摩擦力就小了。因?yàn)闀?huì)有油膜在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體中間，這樣互相摩擦面就碰不到，那么損耗自然就少了。 （2）將溫度的升高變得低一些 因?yàn)槟Σ料禂?shù)變小了，這樣兩個(gè)面進(jìn)行的摩擦自然就少了，軸承的溫度升高就沒有那么多，并且面上會(huì)有潤滑油淌過去，這樣有的熱量就散了。 防止生銹，并且進(jìn)行清理，潤滑油會(huì)產(chǎn)生油膜，防止產(chǎn)品的面上銹，并且這些潤滑油從面上淌過去的時(shí)候，肯定會(huì)一起將臟東西都清理掉。 潤滑劑是密封的，那么就可以形成密封的效果，跟密封裝置合作起來，外面的臟東西就不會(huì)進(jìn)到軸承里面去了。 選擇潤滑劑的時(shí)候：要想潤滑的效果好，那么它的摩擦系數(shù)就不能高，吸附能力也要搶，并且可以滲透，這樣摩擦副很小的空間里面也可以滲入進(jìn)去，緊緊的在摩擦面上粘附。設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，按照軸承是哪一種，多快，工作時(shí)候承受的載荷多大來對(duì)潤滑劑進(jìn)行選擇，要是潤滑劑選的好，潤滑方式用的對(duì)，那么軸承工作時(shí)候度數(shù)就沒有那么高，并且使用時(shí)間還可以延長。 （3）滾動(dòng)軸承的潤滑 對(duì)滾動(dòng)軸承的潤滑，用潤滑脂、潤滑油來實(shí)現(xiàn)。做實(shí)驗(yàn)，速度不快的話，潤滑脂用上去升高的溫度沒有潤滑油高；速度要是很快的話，還是潤滑油用上去效果好。關(guān)鍵數(shù)據(jù)還是看速度軸承的內(nèi)徑，以及轉(zhuǎn)動(dòng)速度。每一種滾動(dòng)軸承都可以用脂或者是油來進(jìn)行潤滑，潤滑要是用油的話，主要看內(nèi)徑是多少，轉(zhuǎn)動(dòng)速度是多少。 1）脂潤滑 這種潤滑都是用在軸承直徑還有轉(zhuǎn)動(dòng)速度都比較小的狀況，并且還不需要降溫。脂來進(jìn)行潤滑，構(gòu)造不復(fù)雜，也不會(huì)出現(xiàn)漏到外面去的情況，填充時(shí)候太多不行，軸承一定要留有空檔，不然的話，軸承在溫度升高之后，脂就被熔化掉了，成為液體流道外面去，反而一來潤滑效果就不好了。還有用油脂來進(jìn)行潤滑，一定要針筒將它打進(jìn)去。 2）油潤滑 任何的轉(zhuǎn)動(dòng)速度都可以用油進(jìn)行潤滑，還能夠把溫度降下去。油的溫度越是高，那么它的粘性就越是差。要想確保滾動(dòng)物體跟這個(gè)面上油膜要夠多，那么軸承工作的時(shí)候，潤滑油的粘性在12-23cst。轉(zhuǎn)動(dòng)的越是快，粘性越是不好；承受的重量越是大，那么粘性就越是大。要是軸承用的是一般的，它在費(fèi)百分之一的時(shí)候速度很慢，正常用油澆在上面進(jìn)行潤滑；機(jī)器對(duì)于精度要求很高的，軸承就用精密的，潤滑的時(shí)候最好用滴油的辦法來進(jìn)行，周而復(fù)始的潤滑也可以，不管是哪一種潤滑，這些油都過濾了，那么就不會(huì)有那么多臟東西進(jìn)到軸承里面去，用這個(gè)辦法進(jìn)行潤滑，熱量就可以散出去，這樣軸承溫度就沒有那么高。 3、對(duì)軸承進(jìn)行密封 機(jī)械部分的密封，潤滑用油的那種軸承，避免有臟東西進(jìn)到軸承里面去；要是軸承用脂來進(jìn)行潤滑，脂不會(huì)漏到外面去，還是避免上面說的那些臟東西進(jìn)到軸承里面去。機(jī)械結(jié)構(gòu)要是用的脂來進(jìn)行潤滑，那么對(duì)于整潔度的要求是很高的。所以說設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)，還是為了防止?jié)櫥吐┑酵饷嫒ィ硗獠荒苡型饷娴臇|西進(jìn)到這個(gè)結(jié)構(gòu)里面。 結(jié)論 完成了畢業(yè)論文之后，實(shí)際上我大學(xué)期間學(xué)到的東西就又溫習(xí)了一次，并且還將這些理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去?，F(xiàn)在我知道，遇到問題的時(shí)候，怎么到處去查找資料，想辦法解決問題，另外我現(xiàn)在也知道，問題的解決不是那么容易的，有時(shí)候中途肯定會(huì)出現(xiàn)卡殼，那么這個(gè)時(shí)候還是要堅(jiān)持下去，最終才能把問題解決。制定計(jì)劃很重要，按照這個(gè)進(jìn)度表來完成，這樣就可以知道有哪些事情完成了，哪些事情還沒有完成。 這篇論文對(duì)助行機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)，不光設(shè)計(jì)了它的底盤部分，也設(shè)計(jì)了升降部分，對(duì)現(xiàn)在國內(nèi)還有國外的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了總結(jié)分析，研發(fā)的這種助行機(jī)器人是專門用來幫助年紀(jì)大的，或者是走路有障礙的人，幫著這些人站起來，坐下去，進(jìn)行的事情有： 1、按照設(shè)計(jì)的需要，對(duì)這個(gè)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將它的設(shè)計(jì)時(shí)候總方案提出來，設(shè)計(jì)要從想要實(shí)現(xiàn)的功能這里，將它的功能都定下來。 2、對(duì)助行機(jī)器人的總方案來說，定下來它的基本數(shù)據(jù)，動(dòng)力來源等，這樣最后將最合理的方案給出來。 3、著重對(duì)助行機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)候的要求，還有這個(gè)機(jī)器人用哪一種動(dòng)力，最開始設(shè)計(jì)底盤，接著就是對(duì)重要零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，之后將有關(guān)數(shù)據(jù)算出來，用最合理的這個(gè)零件，設(shè)計(jì)升降部分，設(shè)計(jì)主要零部件，把它們的數(shù)據(jù)都算出來。 4、用畫圖軟件把圖紙畫出來，將裝配圖，主要的零件圖都畫出來，將論文的文字部分寫出來，這樣一來畢業(yè)論文就算是全部完成了。 致謝 寫畢業(yè)論文的時(shí)候，不管什么時(shí)候有困難額，去找指導(dǎo)我論文的老師，老師都會(huì)給我?guī)椭?，就算是老師很忙很忙，他都?huì)放下所有的事情，來幫著我將問題解決掉。最開始將論文的題目定下來，之后翻查跟論文有關(guān)聯(lián)的材料，進(jìn)行最開始的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)圖，并且進(jìn)行修改，之后將文字部分寫出來，對(duì)格式也要進(jìn)行修改等，這些每一個(gè)過程，老師都指導(dǎo)了我不少，在寫論文的時(shí)候，老師給我的幫助不光光是專業(yè)上的，另外對(duì)于我思想上出現(xiàn)畏難情緒的時(shí)候，老師看到了，也會(huì)及時(shí)的鼓勵(lì)我，叫我不要害怕，事情總是要慢慢做，難題總是要慢慢解決的，所以在這里深深的對(duì)老師表示感謝。 對(duì)于我的家里人，我也要表示感謝，因?yàn)橛心銈兊闹С?，我才能?jiān)持下去。 謝謝所有教過我的老師們，我能積累這么多知識(shí)，都是從你們那邊學(xué)來的，謝謝老師們。 對(duì)于我的同學(xué)們，謝謝你們給了我美好的大學(xué)時(shí)光，遇到難題了，同學(xué)們也是給了我鼓勵(lì)的，感謝你們。 最后對(duì)于學(xué)校我也要表示感謝，給我專門學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，對(duì)于我的人生，將來工作的本領(lǐng)就是從這里開始學(xué)習(xí)的。 參考文獻(xiàn) [1] 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