校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计学校代码：10410 序 号：20050369本 科 毕 业 设 计题目：校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计 学 院： 工 学 院 姓 名： 徐平 学 号： 20050369 专 业：机械设计制造及其自动化 年 级： 机制051 指导教师： 饶洪辉 二OO九年 五 月校园垃圾拾捡机器人抓取及驱动机构设计摘 要随着经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，垃圾排放量与日俱增，对环境的压力越来越大，特别是校园这种人口密集的地方，每天都在制造大量的垃圾，如废纸、塑料、废电池、果皮等。为了让校园保持清洁就必须要费大的人力物力和财力等。如果设计一种校园拾捡垃圾机器人就可以解决很大的麻烦，校园捡垃圾机器人机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。捡垃圾机械手是由全液压控制，垃圾拾捡机器人是由机械手固定在移动平台上构成的一类特殊的移动机器人。其中机械手用来实现如抓取、操作等动作，平台的移动用来扩展械手的工作空间，使机械手能以更合适的姿态执行任务，机械手的加入也极大的提高了动机器人的性能；移动平台是一种采用前轮转向后轮驱动的四轮式小车结构。关键词: 校园；垃圾机器人；控制机构；驱动机构AbstracWith the rapid economic development and increasing peoples living standards, waste emissions by increasing the pressure on the environment increasing, especially in densely populated areas on campus this place every day in the manufacture of a large number of spam, such as waste paper , plastics, used batteries, such as skin. In order for the campus must be kept clean on the charges of human material and financial resources and so on. If you design a campus spam robots can be solved a lot of trouble, campus garbage robot is a robot environment-aware, dynamic decision-making and planning, such as acts of control and the implementation of multiple functions in one integrated system. Manipulator garbage from the entire hydraulic control, garbage拾捡robot manipulator is fixed on the mobile platform consisting of a special kind of mobile robot. Manipulator which is used to achieve, such as crawling, operation moves the mobile platform to extend the work of the hands of armed space robot can be a more appropriate gesture tasks, the robot is also greatly improved by adding the dynamic performance of robot ; mobile platform is a front wheel steering using the four-wheel rear-wheel drive car-type structure. Key words: school; spam robot; control; drive mechanism目 录一 绪论- 4 -1.1移动机器人概述- 4 -1.2课题研究意义- 4 -二 校园垃圾拾捡机器人总原理- 5 -三 机械手夹紧机构手爪设计- 6 -3.1 手爪的工件原理- 6 -3.2 手爪技术参数- 6 -3.3 夹紧力的计算- 6 -3.3.1 当量夹紧力的计算（滑槽式的两指夹紧机构）- 7 -3.3.2 手指夹紧力的计算- 7 -四 垃圾拾捡机器人移动平台设计与计算- 8 -4.1移动平台的工作原理- 8 -4.2 方案设计- 8 -4.3电动机选型- 9 -4.4设计链传动- 10 -4.5链轮的设计及计算- 12 -4.6轴的设计及计算- 12 -4.7联轴器的选择- 14 -4.8减速器的选择- 15 -4.9键的选用与校核- 16 -4.10轴承选择- 17 -4.11螺纹紧固件选型- 18 -4.12防松装置- 19 -4.13密封件选择- 20 -五 一些标准零件一览表- 20 -六 总结- 21 -参考文献- 22 -致 谢- 23 -一 绪论1.1 移动机器人概述移动机器人的研究目的是研究应用人工智能技术，在复杂环境下机器人系统的自主推理、规划和控制。移动机器人系统一般由硬件系统和软件系统两部分构成 移动机器人是一个集环境感知、动态决策和规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。移动机械手是由机械手固定在移动平台上构成的一类移动机器人系统。其中机械手用来实现如抓取、操作等动作，平台的移动用来扩展机械手的工作空间，使机械手能以更合适的姿态执行任务，同时机械手的加入也极大提高了移动机器人的性能。1.2 课题研究意义把机械手安装在移动平台上，这种结构使机械手拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性，并同时具有移动和操作功能，这使它优于一般的移动机器人和传统机械手;另一方面，移动平台和机械手不但具有不同的动力学特性，而且存在强藕合，有的移动平台还受非完整约束。因此，研究这类系统的控制问题有十分重要的理论价值和实践意义。 这种特殊结构的机器人在工业装配、无人恶劣环境中工作(如灭火、外星球探测和各类危险的科学研究)以及室内服务工作(如运送、导游和巡逻)等方面具有一定研究价值。二 校园垃圾拾捡机器人总原理2.1 机器人总原理图图2.1 机器人总原理2.2 机器人的操控过程机器人工作时，启动遥控控制按钮，点动电源控制按钮，接通电源，操控遥控将机器人行至工作区域，启动机器人操作全自动化按钮，机器人进入自主运动状态。机器人通过视觉传感器传达垃圾位置：当在机械手所能达到的范围内没有发现有垃圾时，机器人继续向前行进，寻找目标，直至发现在其范围内发现垃圾时，移动平台停止移动，启动机械手控制系统，机械手通过传感器调整机械手位置使爪子对准垃圾，爪子闭合抓紧垃圾，机械手随转台向垃圾箱方向转动，转到垃圾箱上方碰到一行程开关爪子张开，爪子完全张开碰到第二个行程开关，机械手随转台转回到自由初始状态。机器人继续移动寻找垃圾目标。机器人在工作过程中，通过周围装有传感器发现有障碍物时，控制转向电机启动，控制机器人转向，避开障碍物。 当机器人垃圾箱中垃圾占有一定空间时，机器人停止工作，遥控器报警。此时人为通过遥控器操控机器人，通过无线导航系统，将机器人指引到附近的垃圾收集地，卸下垃圾。完成一次拾捡全过程。三 机械手夹紧机构手爪设计机械手夹紧机构-手爪是用来抓取工件的部件，手爪抓取工件时要满足迅速，灵活，准确和可靠性的要求。设计制造夹紧机构-手爪时，其夹紧力的大小则系根据夹持物体的重量，惯性力的大小来计算，同时还要考虑有足够的开口尺寸，以适应被抓物体的尺寸变化夹紧机构夹紧机构形式有：机械式，吸式，电磁式等，有的还带有传感器装置3.1 手爪的工件原理图3.1 手爪状态杆在驱动力P的作用下上拉下推,手爪端部手指端部完成抓紧或松开动作，即工作夹紧状态与自由张开状态：当杆在作用力P作用下杆向下推时,手爪手指松开，处于自由张开状态(如图3.1 A)；当杆在作用力P作用下杆向上位时,手爪手指抓紧，处于处于夹紧状态(如图3.1 B)3.2 手爪技术参数抓重（kg）=1kg尺寸范围（mm）:t/d84mm3.3 夹紧力的计算夹紧机构在抓取物体时必须有一定的夹紧力即握力，其握力大小与夹紧机构的形式，夹紧方位和工件的形状有关，因而需要研究夹紧机构在什么方向时，夹紧工件所需的驱动力为最小，这个最小的夹紧力称为当量夹紧力，当量夹紧力就是使工作处于水平位置时的最小驱动力图3.2滑槽式的两指夹紧机构3.3.1 当量夹紧力的计算（滑槽式的两指夹紧机构）（1）当夹紧机构上指平衡时 由夹紧力概念可知（2）考虑工件重量由式（1）+式（2）得当手爪尚未夹紧工件时所需的最小驱动力将（3）代入（1）式*说明杠杆滑杆式两指间其当量夹紧力为工件重量的1/23.3.2 手指夹紧力的计算四 垃圾拾捡机器人移动平台设计与计算4.1 移动平台的工作原理移动平台是采用传感器技术自动控制移动平台的向前行进（后退）和转向的一种全自动化的移动平台。机械人通过视觉传感器，传达垃圾位置信息，进而控制移动平台的前进与否及转向。控制原理过程如下（1）移动平台直线移动机器人通过视觉传感器传达垃圾位置：当在机械手所能达到的范围内没有发现有垃圾时，机器人继续向前行进，寻找目标，直至发现在其范围内发现垃圾时，移动平台停止移动，启动机械手控制系统，将垃圾拾捡入垃圾箱，之后机器人继续移动。（2）移动平台转向机器人在工作过程中，通过车体周围装有传感器发现有障碍物时，且需避开，控制转向电机启动，进而控制移动平台转向。采用梯形连杆机构转向，如下图4.1图4.14.2 方案设计（1）四轮驱动，四轮转向（2）前轮驱动，后轮转向（3）后轮驱动，前轮转向（）)4.2.1 驱动原理（如图4.2）驱动路线4.2.2 前轮转向原理（如图4.3）转向路线图4.2 驱动原理图图4.3 转向原理图4.3 电动机选型选取电动机为Z2系列的自通风直流电动机，额定功率P=1.5kw,额定转速1500r/min,额定电压220v。即Z2-22主要技术数据见（表1）表1 电动机尺寸参数机座号安装尺寸AC1EKGRSn222001.05731.0540