掃地機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書

目錄摘要 IAbstract II目錄 III1緒論 11.1掃地機(jī)器人出現(xiàn)背景 11.2清掃機(jī)器人發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 11.2.1國(guó)外清掃機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀 11.2.2國(guó)內(nèi)清掃機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀 22掃地機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)分析 42.1機(jī)械結(jié)構(gòu)組成 42.2工作原理 52.3機(jī)器人外形設(shè)計(jì) 52.4機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 62.5清掃機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 62.6吸塵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 72.7機(jī)械臂設(shè)計(jì)73行走機(jī)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì) 103.1電機(jī)選擇 103.2減速器參數(shù)設(shè)計(jì) 103.2.1高速級(jí)齒輪傳動(dòng) 113.2.2低速級(jí)齒輪傳動(dòng) 133.3軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 164清掃裝置傳動(dòng)設(shè)計(jì) 184.1帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 184.2錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 194.3齒輪上作用的力 224.4傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 225結(jié)論與展望 265.1總結(jié) 265.2論文創(chuàng)新之處 265.3存在不足與展望 26參考文獻(xiàn) 27致謝 28第一次會(huì)議記錄29第二次會(huì)議記錄30第三次會(huì)議記錄31機(jī)械創(chuàng)新綜合實(shí)訓(xùn)評(píng)分表32PAGE31緒論1.1掃地機(jī)器人出現(xiàn)背景近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，智能機(jī)器人技術(shù)已逐漸成為現(xiàn)代機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。其中，服務(wù)機(jī)器人開辟了一個(gè)全新的機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域。服務(wù)型機(jī)器人，主要有三個(gè)原因：一是勞動(dòng)力成本上升；二是人要擺脫繁瑣的體力勞動(dòng)，如清洗、家務(wù)、照顧；第三是人口老齡化和社會(huì)福利制度的完善，為市場(chǎng)前景提供了一定的服務(wù)機(jī)器人。以服務(wù)機(jī)器人為主要特征的工業(yè)機(jī)器人是一種適合于特定的方式、環(huán)境和過程的機(jī)器人系統(tǒng)，活動(dòng)空間，在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中流動(dòng)，所以大多數(shù)機(jī)器人是一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人。1.2清掃機(jī)器人發(fā)展歷史與現(xiàn)狀清洗機(jī)器人的發(fā)展是建立在移動(dòng)機(jī)器人的基礎(chǔ)上，一個(gè)良好的清洗機(jī)器人必須有一個(gè)良好的移動(dòng)基礎(chǔ)。因此，每一次移動(dòng)機(jī)器人的跳躍，都遵循著清潔機(jī)器人更新。1.2.1國(guó)外清掃機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀rc3000，德國(guó)凱馳，是世界上第一個(gè)孩子在地上完成所有的清潔機(jī)器人，如圖1-1所示。它只有50cm長(zhǎng)，能自動(dòng)清潔地面，自動(dòng)返回充電站可以在掌握了獨(dú)立的家庭清潔工作，該單位的設(shè)計(jì)使得它的床干凈，沙發(fā)下部，咖啡桌子和其他家具，如圖1-2所示。它的運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)的，當(dāng)遇到障礙，隨機(jī)變化的觀點(diǎn)，并繼續(xù)在一條直線，直到遇到新的障礙，它包含四個(gè)清洗程序，根據(jù)面積的大小可以選擇適當(dāng)?shù)某绦?；建立在感光傳感器，在樓梯和步驟，自動(dòng)避撞和不能脫落。圖1.1RC3000圖1.2RC30002001年11月，著名的家電制造商伊萊克斯推出了清潔“三葉蟲”在英國(guó)，如圖1-3所示。13毫米的高度，直徑為35mm，免費(fèi)接送清洗、最優(yōu)移動(dòng)路徑的自動(dòng)設(shè)計(jì)；采用超聲波檢測(cè)儀，可以快速檢測(cè)障礙物和循環(huán)；“三葉蟲”可分為三檔：正常工作，快速清理干凈；清潔充滿垃圾也發(fā)出了警示燈；為了限制“三葉蟲”，用戶需要在樓梯或其他地方?jīng)]有天然屏障，選擇性粘貼可以粘膠帶。三葉蟲是由充電電池供電，每次充電后可運(yùn)行約60分鐘，電量不足會(huì)自動(dòng)返回充電板充電。圖1.3伊萊克斯“三葉蟲”2003十一月，三星公司推出了三星代號(hào)為vc-rp30w機(jī)器人吸塵器，如圖1-4所示，主要面向國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。vc-rp30w主要依靠3D地圖定位技術(shù)，靈巧地避開障礙物，快速，高降低到房間清潔每一個(gè)角落；當(dāng)遇到障礙或死亡。vc-rp30w可以很容易地分析垃圾和其他生活必需品，并允許用戶定義的時(shí)間和清潔區(qū)；用戶還可以通過計(jì)算機(jī)在機(jī)器人攝像機(jī)信息前看到安裝，遠(yuǎn)程控制；機(jī)器人的電池可以維持50分鐘的連續(xù)工作，當(dāng)電池是用完自動(dòng)返回充電座補(bǔ)充能量，非常聰明。圖1.4三星VC-RP30W1.2.2國(guó)內(nèi)清掃機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀1999年初，開始學(xué)會(huì)智能吸塵機(jī)器人的機(jī)械電子研究的浙江大學(xué)，經(jīng)過兩年的初步智能吸塵機(jī)器人的成功設(shè)計(jì)，與蘇州科技公司合作，獨(dú)立能力和工作效率2003系統(tǒng)都有顯著的提高，它的工作之前，首先學(xué)習(xí)的環(huán)境，超聲波測(cè)距的使用，使步行距離和墻的尺寸信息在同一時(shí)間里的潔凈室，確定清洗時(shí)間；然后，產(chǎn)生清潔高效利用隨機(jī)和局部路徑遍歷算法相結(jié)合的規(guī)劃；在對(duì)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)自動(dòng)返回后在清洗實(shí)際功率補(bǔ)充；家庭環(huán)境，10min可達(dá)到超過90%的覆蓋率。如圖1-5圖1.5蘇州TEK深圳市銀星智能電器有限公司設(shè)計(jì)研發(fā)的KV8保潔機(jī)器人（如圖1-6）的一些布置如下1、KV8清潔機(jī)器人路徑規(guī)劃原則KV8清洗機(jī)器人通過電腦芯片控制機(jī)器人左右輪的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)圓弧清洗線。當(dāng)圓弧半徑擴(kuò)展為7.5m，芯片程序控制的機(jī)器人離開當(dāng)前行，在7.5m距離進(jìn)行圓弧再清洗。在地面上有大量的圓弧實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋，從而達(dá)到全面清理地面的目的。2、KV8清潔機(jī)器人自動(dòng)充電的原理KV8清潔機(jī)器人在機(jī)器人的力量很快消耗后，在紅外發(fā)射頭注射無信號(hào)上的機(jī)器人，當(dāng)電荷在兩紅外接收頭接收到這個(gè)信號(hào)的機(jī)器人和充電底座接觸的基礎(chǔ)。通過2個(gè)紅外接收頭的機(jī)器人的引導(dǎo)，使其慢慢靠近，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)接。3、KV8清潔機(jī)器人跌倒預(yù)防原則KV8清潔機(jī)器人在機(jī)器人在前面的底部，4對(duì)紅外傳感器的安裝，每個(gè)傳感器頭包含一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器。在地面發(fā)射的紅外線發(fā)射器，紅外線發(fā)射頭接收由接收頭。如果機(jī)器人在距離地面大于5mm的距離下，電腦芯片會(huì)控制機(jī)器人，使其重新調(diào)整的方向行走，以免從天空墜落。4、KV8保潔機(jī)器人虛擬墻的工作原理KV8清潔機(jī)器人，之后將在0.5m在打開一個(gè)虛擬墻，前方3.5米紅外發(fā)射，在接觸的21個(gè)紅外感應(yīng)頭的機(jī)器人本體的虛擬墻發(fā)射的紅外線KV8，他們不會(huì)繼續(xù)前進(jìn)，進(jìn)入潔凈區(qū)。圖1.6KV8經(jīng)過20多年的發(fā)展，中國(guó)的清潔機(jī)器人研究已經(jīng)取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，單體平臺(tái)和技術(shù)的整體水平，已接近或超過國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。但與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，無論是研究規(guī)模、投資力度、技術(shù)水平和成果應(yīng)用和效益，都存在明顯的差距，因此有更多的工作需要做。2掃地機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)分析本論文的任務(wù)是開發(fā)一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊、靈活性好、控制簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、自主移動(dòng)、自動(dòng)避障和路徑規(guī)劃任務(wù)的清潔機(jī)器人。清洗機(jī)器人由機(jī)械部件和控制系統(tǒng)兩部分組成。機(jī)械零件包括高強(qiáng)度塑料外殼、底盤、2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和一個(gè)從動(dòng)輪。它們是吸塵電機(jī)、清潔刷、電池和控制系統(tǒng)的載體。2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)組成清掃機(jī)器人的結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)部分：（1）2驅(qū)動(dòng)輪及驅(qū)動(dòng)電機(jī)。這部分主要是確保機(jī)器人可以在飛機(jī)上移動(dòng)。外殼的前端和外殼的側(cè)面上設(shè)置有紅外線開關(guān)作為碰撞檢測(cè)傳感器。底部的3個(gè)紅外開關(guān)作為檢測(cè)傳感器的一步，以防墜落。驅(qū)動(dòng)輪具有光電編碼盤，可檢測(cè)和控制輪速，實(shí)現(xiàn)定位和路徑規(guī)劃。同時(shí)還包括超聲波傳感器的研制，用于精確定位所需的；（2）清洗機(jī)構(gòu)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的2個(gè)清洗刷，使清洗刷順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這樣你就可以在清理灰塵污垢濃度在天花板上的出口，以備吸機(jī)制；（3）清灰機(jī)理。設(shè)計(jì)成一個(gè)強(qiáng)大的吸力，灰塵進(jìn)入灰塵儲(chǔ)存罐；（4）擦拭機(jī)制。清洗干凈后，用干凈的布布下面的房屋，擦拭干凈的地面上的灰塵，以確保清潔工作的質(zhì)量。移動(dòng)機(jī)構(gòu)是其他部分的載體，機(jī)器人根據(jù)輪式、履帶和行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)來移動(dòng)結(jié)構(gòu)。輪式和履帶式機(jī)器人是適合地面條件的，而步行機(jī)器人是適合路面條件較差的。本文研制的自主式清洗機(jī)器人在室內(nèi)環(huán)境中工作良好，適合于輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。輪式移動(dòng)機(jī)器人一般有三輪車、四輪和六輪移動(dòng)機(jī)器人如果輪結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，可以滿足一般的需求，它被廣泛應(yīng)用；四輪穩(wěn)定性好，承載能力大，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；六輪和四輪相似。除了較大的承載能力和穩(wěn)定性。本文對(duì)清掃機(jī)器人的重量不是很大，工作條件是室內(nèi)，也不壞，三點(diǎn)確定一個(gè)平面，三個(gè)理論是穩(wěn)定的，但負(fù)載有一定的限制，三輪移動(dòng)機(jī)器人，相對(duì)低重心，負(fù)載穩(wěn)定和中心位置基本沒有變化。所以圓形結(jié)構(gòu)可以滿足要求一三輪轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)通常有2種方式：（1）鉸鏈軸轉(zhuǎn)向類型：轉(zhuǎn)向盤安裝在轉(zhuǎn)向鉸鏈軸上，電機(jī)由減速器控制，機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)控制方向盤轉(zhuǎn)向盤。（2）差速轉(zhuǎn)向：將2個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在機(jī)器人的左右輪上，并通過控制左右車輪的速度來實(shí)現(xiàn)汽車車身的轉(zhuǎn)向。移動(dòng)機(jī)器人與電鍍軸線容易控制，但精度不高；差速轉(zhuǎn)向控制復(fù)雜，精度較高。考慮到作為一種服務(wù)機(jī)器人的使用，在控制模式下的清洗機(jī)的主題應(yīng)達(dá)到一個(gè)更高的水平，所以對(duì)差動(dòng)輪轉(zhuǎn)向更好，轉(zhuǎn)向精度的運(yùn)動(dòng)是更高的避障和路徑規(guī)劃奠定了良好的基礎(chǔ)。因此，該系統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用一三輪差速轉(zhuǎn)向式，如圖2-1所示。圖2.1移動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖根據(jù)移動(dòng)結(jié)構(gòu)，采用雙直流電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的清洗機(jī)器人兩輪差分模式，控制簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、易于實(shí)現(xiàn)，可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)清洗機(jī)器人的推進(jìn)，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退、周轉(zhuǎn)、清洗機(jī)可以在任意半徑、輪速轉(zhuǎn)彎處，可以實(shí)現(xiàn)一零個(gè)轉(zhuǎn)彎半徑。2.2工作原理清潔機(jī)器人是由幾個(gè)功能模塊組成的，它能夠協(xié)同工作，互相配合，保證機(jī)器人能順利進(jìn)行。具體工作原理如下：清洗機(jī)器人的中心是清洗機(jī)器人的中央處理器，它控制著其他的功能模塊。信息采集模塊負(fù)責(zé)采集環(huán)境和機(jī)器人本身的各種信息，對(duì)鍵盤模塊和紅外遙控接收模塊可以接收控制信息的機(jī)器人，然后向處理器發(fā)送消息進(jìn)行處理。當(dāng)接收到機(jī)器人需要清洗的信號(hào)時(shí)，可以使用處理器來控制運(yùn)行機(jī)制和清洗機(jī)制，使機(jī)器人工作。在機(jī)器人的工作過程中，還可以通過液晶顯示模塊和狀態(tài)指示模塊對(duì)機(jī)器人的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示，對(duì)機(jī)器人的工作過程作如下：（1）通過鍵盤或遙控器來開始清掃機(jī)器人，這樣就可以開始清理工作了。（2）機(jī)器人一旦開始工作，然后控制清洗機(jī)構(gòu)的清洗，除塵機(jī)構(gòu)開始清理清理機(jī)構(gòu)開始擦拭地面。（3）機(jī)器人開始工作，檢測(cè)和檢測(cè)模塊開始收集外部信息，發(fā)送到處理器進(jìn)行分析和決策，以產(chǎn)生機(jī)器人行走的路徑。（4）當(dāng)路徑規(guī)劃需要機(jī)器人實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)。中央處理器要改變左右輪的速度，通過差速來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。（5）在工作期間，該機(jī)器人可顯示有關(guān)資料（如工作模式、工作時(shí)間或溫度等）。（6）遠(yuǎn)程控制除控制的開始和停止的清洗機(jī)器人也可以定時(shí)，讓機(jī)器人開始工作后，一定時(shí)間內(nèi)或工作了一定時(shí)間內(nèi)停止工作。該機(jī)器人采用安裝各種傳感器，以獲得室內(nèi)環(huán)境和基本信息，如障礙物的位置，其步行距離；然后根據(jù)接收到的信息，選擇相應(yīng)的公共政策，通過單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心障礙物判斷，避障策略的選擇和運(yùn)動(dòng)的行走是。該機(jī)器人的面板控制的開始/停止工作的情況下。同時(shí)還可以通過遙控器控制也可用于機(jī)器人的定時(shí)、液晶顯示實(shí)時(shí)顯示的倒計(jì)時(shí)和電流的溫度。2.3機(jī)器人外形設(shè)計(jì)根據(jù)家用清掃機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求，機(jī)器人應(yīng)包括清洗機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、吸塵機(jī)構(gòu)、垃圾收集和處理機(jī)構(gòu)，其中清洗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)尤為重要。在圖書館查找一些相關(guān)的信息和互聯(lián)網(wǎng)上的信息，機(jī)器人的初步設(shè)計(jì)是一個(gè)長(zhǎng)寬400mm高100mm。但后來發(fā)現(xiàn)，多設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不合理，周圍的邊緣和角落的機(jī)器人，以避免障礙是非常不方便，很容易遇到障礙，和圓形物體相對(duì)容易，以避免障礙。因此，機(jī)器人的形狀被設(shè)計(jì)為一個(gè)圓形的形狀。2.4機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎半徑為0，在兩輪驅(qū)動(dòng)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)中，2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪均對(duì)稱分布在清洗機(jī)構(gòu)的后部，兩輪和刷支撐工作和身體運(yùn)動(dòng)，采樣設(shè)計(jì)不僅節(jié)省了材料，而且充分接觸表面和刷，這有利于更徹底的清洗。機(jī)器人轉(zhuǎn)彎時(shí)，通過控制兩個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向的行走機(jī)構(gòu)，進(jìn)而控制兩車輪，通過車輪和兒茶素運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎半徑集體0。2.5清掃機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在清掃機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中想到了三個(gè)方案：(1)電機(jī)帶動(dòng)斜齒輪1，斜齒輪1帶動(dòng)斜齒輪2，斜齒輪2帶動(dòng)斜齒輪3，斜齒輪上的軸連接滾刷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)清掃；圖2.2清掃機(jī)構(gòu)(2)電機(jī)帶動(dòng)錐齒輪1，錐齒輪1帶動(dòng)錐齒輪2，有錐齒輪2上的軸連接滾刷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)清掃；圖2.3清掃機(jī)構(gòu)(3)電機(jī)帶動(dòng)帶輪，將動(dòng)力傳動(dòng)到一根主軸上，主軸兩端分別裝有錐齒輪，清掃刷上部也安裝有一個(gè)大錐齒輪與其嚙合，實(shí)現(xiàn)清掃動(dòng)作；圖2.4清掃機(jī)構(gòu)以上三種方案通過對(duì)比以及由設(shè)計(jì)的要求所限制，最終選擇方案三為清掃機(jī)構(gòu)。因?yàn)樗O(shè)計(jì)的機(jī)器人它的體積有限制，在直徑為四百，高為一百的圓內(nèi)要放置有清掃機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、吸塵機(jī)構(gòu)、垃圾收集處理機(jī)構(gòu)，同時(shí)還得留下放電池、控制中心、觀察中心的地方，而方案一雖然易于安裝，傳動(dòng)平穩(wěn)，但是斜齒輪所占的面積非常大、如果選用它，則會(huì)占用大量的空間，是其他幾個(gè)單元有部分將放置不下，從而超出所要設(shè)計(jì)的尺寸，因而否定了這種方案；方案二中，錐齒輪傳動(dòng)不如斜齒輪平穩(wěn)，同時(shí)錐齒輪一所占的體積也比較大，而清掃機(jī)構(gòu)又是本次設(shè)計(jì)中最重要的部分，因而選用錐齒輪的弊端也很大，所以經(jīng)過計(jì)算及各個(gè)機(jī)構(gòu)總體布局的綜合考慮，舍棄了方案二；方案三中通過電機(jī)帶動(dòng)小帶輪，再由帶輪帶動(dòng)主軸兩端的小錐齒輪，由大錐齒輪上的軸帶動(dòng)固定在其上的刷子旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了清掃的目的。2.6吸塵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在吸塵機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中將風(fēng)扇固定在垃圾儲(chǔ)藏室上壁，在風(fēng)扇上罩一個(gè)薄壁腔。在薄壁腔上方開一個(gè)圓孔，以便于空氣的排出。在垃圾儲(chǔ)藏室上壁開兩個(gè)小長(zhǎng)方孔，在方孔下加一個(gè)隔塵罩。通過風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)垃圾儲(chǔ)藏室內(nèi)的空氣流動(dòng)，又通過儲(chǔ)藏室內(nèi)的管腔將刷子清掃引起的塵土吸附進(jìn)來，待塵土的空氣通過防塵罩將塵土擋到垃圾儲(chǔ)物室，較干凈的空氣則通過吸塵室上壁腔的圓孔排到大氣中去，從而實(shí)現(xiàn)吸塵的目的。2.7機(jī)械臂設(shè)計(jì)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程任務(wù)，它涉及到多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，包括機(jī)械工程、電子工程、控制理論和材料科學(xué)等。機(jī)械臂的設(shè)計(jì)目標(biāo)通常是在保證穩(wěn)定性和精度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高效的運(yùn)動(dòng)能力和靈活的操作范圍。以下是對(duì)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)的概述：1.機(jī)械臂的類型與構(gòu)型類型：掃地機(jī)器人上安裝的機(jī)械臂通常采用多關(guān)節(jié)、多自由度的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)靈活的操作和廣泛的工作范圍。常見的類型包括串聯(lián)機(jī)械臂和并聯(lián)機(jī)械臂，其中串聯(lián)機(jī)械臂因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)靈活而更受歡迎。構(gòu)型：機(jī)械臂的構(gòu)型主要基于其應(yīng)用場(chǎng)景和任務(wù)需求來設(shè)計(jì)。例如，如果掃地機(jī)器人需要處理地面上的細(xì)小垃圾或進(jìn)行精確的清潔任務(wù)，那么機(jī)械臂可能需要具備多個(gè)自由度，以便在狹小空間內(nèi)進(jìn)行精細(xì)操作。此外，機(jī)械臂的構(gòu)型還應(yīng)考慮其整體尺寸和重量，以確保掃地機(jī)器人能夠輕松移動(dòng)和操作。2.關(guān)節(jié)與軸的設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)：機(jī)械臂的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)其靈活運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。關(guān)節(jié)應(yīng)具備足夠的剛度和精度，以確保機(jī)械臂在操作過程中能夠保持穩(wěn)定的姿態(tài)和準(zhǔn)確的位置。此外，關(guān)節(jié)還應(yīng)具備足夠的耐用性，以應(yīng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間、高頻率的使用。軸的設(shè)計(jì)：軸的設(shè)計(jì)直接影響到機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)范圍和精度。在掃地機(jī)器人上，機(jī)械臂的軸通常采用旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的方式，以實(shí)現(xiàn)全方位的運(yùn)動(dòng)能力。同時(shí)，軸的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮其安裝位置和角度，以確保機(jī)械臂能夠順利到達(dá)需要清潔的區(qū)域。3.材料的選擇掃地機(jī)器人上的機(jī)械臂材料應(yīng)具備輕質(zhì)、高強(qiáng)度、耐腐蝕和耐磨損等特點(diǎn)。常見的材料包括鋁合金、碳纖維和不銹鋼等。其中，鋁合金因其良好的強(qiáng)度和耐腐蝕性而廣受歡迎；碳纖維則因其輕質(zhì)化和高強(qiáng)度特性而適用于高負(fù)荷、高速度的工作場(chǎng)景；不銹鋼則適用于需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行和在危險(xiǎn)性環(huán)境工作的場(chǎng)所。4.驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，通過伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)等實(shí)現(xiàn)精確的位置和速度控制。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具備足夠的扭矩和速度范圍，以滿足機(jī)械臂在各種工作場(chǎng)景下的需求?？刂葡到y(tǒng)：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是確保機(jī)械臂穩(wěn)定、精確運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)能夠接收來自傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)調(diào)整機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度。同時(shí)，控制系統(tǒng)還應(yīng)具備用戶友好的操作界面和編程接口，以便用戶能夠方便地設(shè)置和調(diào)整機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。5.安全性與可靠性安全性：在掃地機(jī)器人上安裝機(jī)械臂時(shí)，應(yīng)充分考慮其安全性問題。例如，機(jī)械臂應(yīng)配備碰撞檢測(cè)和安全停止功能，以防止在操作過程中與障礙物發(fā)生碰撞并造成損壞。此外，機(jī)械臂還應(yīng)具備過載保護(hù)和過熱保護(hù)功能，以確保其在異常情況下能夠安全地停止運(yùn)行?？煽啃裕簷C(jī)械臂的可靠性直接影響到掃地機(jī)器人的整體性能和使用壽命。因此，在設(shè)計(jì)機(jī)械臂時(shí)，應(yīng)充分考慮其結(jié)構(gòu)、材料和制造工藝等方面的因素，以提高其可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，還應(yīng)通過嚴(yán)格的測(cè)試和驗(yàn)證來確保機(jī)械臂在各種工作場(chǎng)景下的可靠性和穩(wěn)定性。6.人機(jī)交互界面人機(jī)交互界面是用戶與掃地機(jī)器人進(jìn)行交互的橋梁。在設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面時(shí)，應(yīng)充分考慮用戶的操作習(xí)慣和需求。例如，可以通過語音控制、觸摸屏或遙控器等方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂的遠(yuǎn)程控制。此外，還可以設(shè)計(jì)一些智能功能，如自動(dòng)規(guī)劃清潔路徑、自動(dòng)避障等，以提高用戶的使用體驗(yàn)和便利性。綜上所述掃地機(jī)器人上安裝的機(jī)械臂設(shè)計(jì)需要從多個(gè)方面進(jìn)行考慮，包括機(jī)械臂的類型與構(gòu)型、關(guān)節(jié)與軸的設(shè)計(jì)、材料的選擇、驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)、安全性與可靠性以及人機(jī)交互界面等。通過綜合考慮這些因素，可以設(shè)計(jì)出具有高性能、高可靠性和良好用戶體驗(yàn)的機(jī)械臂，為掃地機(jī)器人提供更加高效、智能的清潔服務(wù)。圖2.5機(jī)械臂結(jié)構(gòu)3行走機(jī)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)3.1電機(jī)選擇車輪直徑68mm，速度v>0.3m/s，取v=1.5m/s由于摩擦系數(shù)，機(jī)械效率等隨條件的變化不同，所以對(duì)電機(jī)的相關(guān)參數(shù)的計(jì)算只能是估算。設(shè)減速電機(jī)輸出輪應(yīng)具有的最高轉(zhuǎn)速為n(r/min)設(shè)路面的平均摩擦系數(shù)f=0.1，機(jī)器人的最大加速度，由于路面的摩擦系數(shù)會(huì)產(chǎn)生變化及各種原因的影響，設(shè)可靠性系數(shù)k=1.2。則有阻力轉(zhuǎn)矩功率3.2減速器參數(shù)設(shè)計(jì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速車輪的轉(zhuǎn)速減速系統(tǒng)的總傳動(dòng)比選用展開式二級(jí)減減速設(shè)置，各級(jí)傳動(dòng)比分別為高速級(jí)：低速級(jí)：電動(dòng)機(jī)輸出的功率，轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速經(jīng)過減速器之后各級(jí)數(shù)據(jù)如下表3-2所示表3-2功率p（W）轉(zhuǎn)矩（N·mm）轉(zhuǎn)速r/min傳動(dòng)比效率入出入出電動(dòng)機(jī)軸69219.6538033.10.950.95輸入軸6965.55219.691407.46127輸出軸64.24601407.465791.73423.2.1高速級(jí)齒輪傳動(dòng)選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1）選擇直齒圓柱齒輪傳動(dòng)2）機(jī)器人為一般工作及其，速度不高，故選用7級(jí)精度3）材料選擇，大、小齒輪材料選擇尼龍4）選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)，由確定供室內(nèi)的隔計(jì)算數(shù)值試選動(dòng)載荷系數(shù)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩選取齒寬系數(shù)彈性影響系數(shù)根據(jù)齒面硬度查得小齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（工作5年，每年300天，每天2小時(shí)）取接觸疲勞壽命系數(shù)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效率為1%，安全系數(shù)S=1計(jì)算計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的計(jì)算圓周速度計(jì)算齒寬b計(jì)算齒寬與齒高之比，b/h模數(shù)齒高計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)v=2m/s，7級(jí)精度，動(dòng)載荷系數(shù)，直齒輪使用系數(shù)；小齒輪相對(duì)支撐對(duì)稱布置時(shí)，由b/h=10.67，，查得故載荷系數(shù)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑計(jì)算模數(shù)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)1）差的小齒輪的玩去疲勞強(qiáng)度極限2）彎曲疲勞壽命系數(shù)3）計(jì)算疲勞許用應(yīng)力取疲勞安全系數(shù)S=1.44）計(jì)算載荷系數(shù)k5）查取齒形校正系數(shù)6）查取應(yīng)力校正系數(shù)7）計(jì)算大小齒輪，并加以比較大齒輪的值大設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根玩去疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m大小主要取決于玩去強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算的的模數(shù)0.446并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=0.5mm，按接觸強(qiáng)度算的的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù)取這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑計(jì)算中心距計(jì)算齒輪寬度取3.2.2低速級(jí)齒輪傳動(dòng)選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1）選擇直齒圓柱齒輪傳動(dòng)2）機(jī)器人為一般工作及其，速度不高，故選用7級(jí)精度3）材料選擇，大、小齒輪材料選用尼龍。4）選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由確定供室內(nèi)的隔計(jì)算數(shù)值試選動(dòng)載荷系數(shù)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩選取齒寬系數(shù)彈性影響系數(shù)根據(jù)齒面硬度查得小齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（工作5年，每年300天，每天2小時(shí)）取接觸疲勞壽命系數(shù)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效率為1%，安全系數(shù)S=1計(jì)算計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的計(jì)算圓周速度計(jì)算齒寬b計(jì)算齒寬與齒高之比，b/h模數(shù)齒高計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)v=2.94m/s，7級(jí)精度，動(dòng)載荷系數(shù)，直齒輪使用系數(shù)；小齒輪相對(duì)支撐對(duì)稱布置時(shí)，由b/h=10.67，，查得故載荷系數(shù)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑計(jì)算模數(shù)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)1）差的小齒輪的玩去疲勞強(qiáng)度極限2）彎曲疲勞壽命系數(shù)3）計(jì)算疲勞許用應(yīng)力取疲勞安全系數(shù)S=1.44）計(jì)算載荷系數(shù)k5）查取齒形校正系數(shù)6）查取應(yīng)力校正系數(shù)7）計(jì)算大小齒輪，并加以比較大齒輪的值大設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根玩去疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m大小主要取決于玩去強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算的的模數(shù)0.446并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=1mm，按接觸強(qiáng)度算的的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù)這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑計(jì)算中心距計(jì)算齒輪寬度取3.3軸的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)求輸出軸上的功率由表3-2可知(2)求作用在齒輪上的力因已知低速級(jí)大齒輪分度圓直徑而（3）初步確定軸的最小直徑軸的材料45剛（調(diào)質(zhì)），取顯然最小直徑是在輸出軸位置上的，而輸出軸上安裝的是輪胎，故可以假定輪胎設(shè)計(jì)直徑68mm，軸長(zhǎng)20mm，輪面20，孔徑10mm，重1kg，用螺母固定，有10mm的螺紋，所以軸承選用深溝球軸承，6200，故由滾動(dòng)軸承的安裝尺寸，齒輪寬度20mm，在IV-V段長(zhǎng)度應(yīng)略短于輪長(zhǎng)度，齒輪左邊端采用軸肩定位，軸肩高度h>=0.07d=2mm，取h=2mm軸環(huán)寬度，4清掃裝置傳動(dòng)設(shè)計(jì)4.1帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算1.確定計(jì)算功率據(jù)[2]表8-7查得工作情況系數(shù)=1.1。故有：=2.選擇V帶帶型據(jù)和n有[2]圖8-11選用A帶。3.確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速（1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑有[2]表8-6和8-8，取小帶輪直徑=26mm。（2）驗(yàn)算帶速v，有：v=因?yàn)?.1在3~30之間，故帶速合適。（3）計(jì)算大帶輪基準(zhǔn)直徑4.確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度(1)據(jù)[2]式8-20初定中心距=70mm(2)計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度由[2]表8-2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度=270mm（3）計(jì)算實(shí)際中心距5.驗(yàn)算小帶輪上的包角6.計(jì)算帶的根數(shù)z（1）計(jì)算單根V帶的額定功率由和查[2]表8-4a得P=0.046KW據(jù)，i=2和A型帶，查[2]8-4b得P=0.027KW查[2]表8-5得K=0.97，K=0.93，于是：P=(P+P)KK=（1.064+0.17）0.970.93=1.11KW（2）計(jì)算V帶根數(shù)zz===0.9故取1根。7.帶輪設(shè)計(jì)（1）小帶輪設(shè)計(jì)由直流無刷電機(jī)57BL01可知其軸伸直徑為d=8mm，故因小帶輪與其裝配，故小帶輪的軸孔直徑d=8mm。有[4]P表14-18可知小帶輪結(jié)構(gòu)為實(shí)心輪。（2）大帶輪設(shè)計(jì)考慮到安裝位置的緊湊性及方便性，大帶輪軸孔取8mm。4.2錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算1、選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)圓錐齒輪減速為通用減速，其速度不高，故選用8級(jí)精度（GB10095-88）材料選擇由《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表10-1大、小齒輪材料可選為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為250HBS，大齒輪材料取45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為220HBS，二者材料硬度相差30HBS。2、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)1.因?yàn)槭擒淉X面閉式傳動(dòng)，故按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)公式為： 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩因v值未知，K值不能確定，可初步選載荷系數(shù)由表8-19，查得彈性系數(shù)直齒輪，由圖9-2查得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)齒數(shù)比取齒寬系數(shù)許用接觸應(yīng)力可用下式計(jì)算查圖10-21齒面硬度得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限580Mpa大齒輪的接觸疲勞極限390Mpa小齒輪與大齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為由圖8-5查得壽命系數(shù)，；由表8-20取安全系數(shù)，則有取初算小齒輪的分度圓直徑，有設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算載荷系數(shù)：由表8-21查得使用系數(shù)齒寬中點(diǎn)分度圓直徑為故由圖8-6降低1級(jí)精度，按9級(jí)精度查得動(dòng)載荷系數(shù)，由圖8-7查得齒向載荷分配系數(shù)，則載荷系數(shù)。對(duì)進(jìn)行修正：因與有較大的差異，故需對(duì)計(jì)算出的進(jìn)行修正，即：確定齒數(shù)：選齒數(shù)，，取，則，，在允許范圍內(nèi)。大端模數(shù)：，查表，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。大端分度圓直徑為：＞9.9錐頂距為：齒寬為：。取3、按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件為：同前圓周力為齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)則當(dāng)量齒數(shù)為由圖8-8查得，；由圖8-9查得，。許用彎曲應(yīng)力：由圖8-4查得彎曲疲勞極限應(yīng)力，。由圖8-11查得壽命系數(shù)，由表8-20查得安全系數(shù)，故：4、計(jì)算錐齒輪傳動(dòng)其他幾何尺寸4.3齒輪上作用的力1、齒輪傳動(dòng)的作用力已知條件：軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速，小齒輪大端分度圓直徑，，，。錐齒輪1的作用力，圓周力為其方向與力作用點(diǎn)圓周速度方向相反。徑向力為：其方向?yàn)橛闪Φ淖饔命c(diǎn)指向輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)中心。軸向力為：其方向沿軸向從小錐齒輪的小端指向大端。法向力為：錐齒輪2的作用力，錐齒輪2上的圓周力、徑向力和軸向力與錐齒輪1上的元周麗、軸向力和徑向力大小相等，作用方向相反。4.4傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件：低速軸傳遞的功率，轉(zhuǎn)速，錐齒輪大端分度圓直徑，齒寬中點(diǎn)處分度圓直徑。選擇軸的材料因傳遞的功率不大，并對(duì)和重量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求。故選用常用的材料45鋼，調(diào)制處理。初算最細(xì)處軸徑查表9-8得，考慮軸端不承受轉(zhuǎn)矩，只承受少量的彎矩，故取較小值，則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸承部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：該軸不長(zhǎng)，故軸承采用兩端固定方式。按軸上零件的安裝順序。從處開始計(jì)算。軸段I及軸端IV的設(shè)計(jì)：該段軸段上安裝軸承，其設(shè)計(jì)應(yīng)與軸承的選擇同步進(jìn)行。考慮齒輪上作用較大的軸向力和圓周力，選用圓錐滾子軸承。軸段I和IV上安裝軸承，其直徑應(yīng)既便于軸承安裝，又符合軸承內(nèi)徑系列。根據(jù)，取軸承619/6，由表9-9得軸承內(nèi)徑，外徑，寬度，外徑定位直徑，軸承對(duì)軸上力作用點(diǎn)與外圈大端面的距離，故，通常一根軸上的兩個(gè)軸承取相同的型號(hào)，則。軸段II的設(shè)計(jì)：軸段II上安裝齒輪2，為便于齒輪的安裝，應(yīng)略大于，此時(shí)安裝齒輪2處的軸徑可選38mm，經(jīng)過驗(yàn)算，其強(qiáng)度不滿足要求，可暫定進(jìn)行計(jì)算。齒輪2輪轂的寬度范圍約為，取其輪轂寬度，其左端采用軸肩定位，右端采用套筒固定，為使套筒端面能夠頂?shù)烬X輪端面，軸段II的長(zhǎng)度應(yīng)比相應(yīng)齒輪的輪轂略短，，故取。軸段III的設(shè)計(jì)：該段為低速軸上的齒輪提供定位，其軸肩高度范圍為，取其高度為，故。齒輪2的輪轂右端面與箱體內(nèi)壁的距離取為，且使箱體兩內(nèi)側(cè)壁關(guān)于高速軸軸線對(duì)稱，量得其寬度為，取，則軸段III的長(zhǎng)度為此時(shí)錐齒輪沒有處在正確的安裝位置，在裝配時(shí)可以調(diào)節(jié)兩端蓋下的調(diào)整墊片使其處于正確的安裝位置。軸端I與軸端IV的長(zhǎng)度：由于軸承采用油潤(rùn)滑，故軸承內(nèi)端面距箱體內(nèi)壁的距離取為，則軸段I的長(zhǎng)度為軸段IV的長(zhǎng)度為軸上作用點(diǎn)的間距軸承反力的作用點(diǎn)距軸承外圈大端面的距離，則有圖12-7可得軸的支點(diǎn)及受力點(diǎn)間的距離為鍵連接齒輪與軸段間采用A型普通平鍵連接，查表8-31取其型號(hào)分別為鍵12×100，和鍵12×45。軸的受力分析畫軸的受力簡(jiǎn)圖，軸的受力簡(jiǎn)圖如圖所示計(jì)算支撐反力，在水平面上為式中負(fù)號(hào)表示與圖中所畫方向相反在垂直平面上為軸承1的總支撐反力為軸承2的總支撐反力為畫彎矩圖彎矩圖如圖所示在水平面上，a-a剖面左側(cè)為a-a剖面右側(cè)為在垂直平面上為合成彎矩a-a剖面左側(cè)為a-a剖面右側(cè)為b-b剖面左側(cè)為b-b剖面右側(cè)為畫轉(zhuǎn)矩圖轉(zhuǎn)矩圖如圖所示，校核軸的強(qiáng)度雖然a-a剖面左側(cè)彎矩大，但a-a剖面右側(cè)除作用有彎矩外還作用有轉(zhuǎn)矩，其軸徑較小，故a-a剖面兩側(cè)均有可能為危險(xiǎn)面，故分別計(jì)算a-a剖面的抗彎截面系數(shù)抗扭截面系數(shù)為a-a剖面左側(cè)彎曲應(yīng)力為a-a剖面右側(cè)彎曲應(yīng)力為扭剪應(yīng)力為按彎扭合成強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算，對(duì)于單向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)處理，故取折合系數(shù)，則當(dāng)量應(yīng)力為，故a-a剖面右側(cè)為危險(xiǎn)截面由表8-26查得45鋼調(diào)質(zhì)處理抗拉強(qiáng)度極限，則由表8-32查得軸的許用彎曲應(yīng)力，，強(qiáng)度滿足要求。校核鍵連接的強(qiáng)度齒輪2處鍵連接的擠壓應(yīng)力為取鍵、軸及齒輪的材料都為鋼，由表8-33查得，強(qiáng)度足夠。齒輪3處的鍵長(zhǎng)與齒輪2處的鍵，故其強(qiáng)度也足夠。校核軸承壽命計(jì)算軸承的軸向力，由表9-9查30207軸承得，，，。由表9-10查得30207軸承內(nèi)部軸向力計(jì)算公式，則軸承1、2的內(nèi)部軸向力分別為外部軸向力，各軸向力方向如圖所示，則則兩軸承的軸向力分別為計(jì)算軸承1當(dāng)量動(dòng)載荷，因，，故只需校核軸承1的壽命。因?yàn)?，軸承1的當(dāng)量動(dòng)載荷軸承在100℃以下工作，查表8-34得。對(duì)于減速器，查得載荷系數(shù)校核軸承壽命軸承1的壽命為減速器預(yù)期壽命為，，故軸承壽命足夠。5結(jié)論與展望5.1總結(jié)清掃機(jī)器人融合了計(jì)算機(jī)、控制學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能等多學(xué)科領(lǐng)域的研究結(jié)果，目前在服務(wù)業(yè)、物流業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，逐步替代人類去完成一些無法或者不能去從事的工作。機(jī)械系統(tǒng)是清掃機(jī)器人研究的基礎(chǔ)，其涉及到運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)，是對(duì)清掃機(jī)器人進(jìn)一步精確控制的基礎(chǔ)；一定設(shè)計(jì)用途的機(jī)器人總是建立在具體機(jī)械結(jié)構(gòu)之上，因此清掃機(jī)器人的移動(dòng)性能直接影響到機(jī)器人功能表現(xiàn)。5.2論文創(chuàng)新之處1）對(duì)機(jī)器人的移動(dòng)做出了改進(jìn)，取消了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向輪的設(shè)計(jì)，取而代之的是利用單片機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速來進(jìn)行控制，以達(dá)到利用差速來達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的。這樣做的好處是減輕了機(jī)器人轉(zhuǎn)向時(shí)對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)的依賴性。使得整體機(jī)械零件數(shù)量明顯的減少，達(dá)到優(yōu)化的目的。2）在清掃裝置上采用的是清掃裝置與機(jī)器人分離的配置，這樣做使得機(jī)器人在面對(duì)不同的工作環(huán)境中搭配不同的清掃系統(tǒng)，達(dá)到一機(jī)多用的目的。甚至可以選擇懸掛其他的設(shè)施，如除草、援救、排險(xiǎn)等工作。5.3存在不足與展望清掃機(jī)器人研究牽涉的學(xué)科門類很多，作為工程應(yīng)用研究，清掃機(jī)器人應(yīng)該能夠很好地結(jié)合工程實(shí)際作業(yè)環(huán)境，本論文將研究重點(diǎn)集中在移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)性能方面，以期望所開發(fā)的清掃機(jī)器人在運(yùn)行中有良好表現(xiàn)，因此在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中盡量去體現(xiàn)作者在這一方面所認(rèn)知的想法和思路，但關(guān)于清掃機(jī)器人移動(dòng)性能需要研究的方面很多，比如驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力學(xué)約束就是其中一種，這種約