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掃地機(jī)器人三維設(shè)計(jì)好

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掃地機(jī)器人三維設(shè)計(jì)好.zip

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掃地機(jī)器人

LED燈.SLDPRT

萬向輪.SLDPRT

萬向輪支座.SLDPRT

萬向輪裝配.SLDASM

萬向輪軸.SLDPRT

刷.SLDPRT

動(dòng)力裝配.SLDASM

地面.SLDPRT

垃圾盒.SLDPRT

垃圾盒蓋.SLDPRT

底板.SLDPRT

底蓋.SLDPRT

掃地機(jī)器人工程圖.SLDDRW

步進(jìn)電機(jī).SLDPRT

步進(jìn)電機(jī)2.SLDPRT

毛刷.SLDPRT

毛刷擋灰板.SLDPRT

毛刷盒.SLDPRT

毛刷軸.SLDPRT

清潔箱.SLDPRT

電機(jī)底板.SLDPRT

電機(jī)底板2.SLDPRT

電機(jī)軸.SLDPRT

電機(jī)軸2.SLDPRT

電池.SLDPRT

碰撞傳感器.SLDPRT

裝配.SLDASM

車輪.SLDPRT

車輪蓋板.SLDPRT

軸套.SLDPRT

軸套2.SLDPRT

軸套3.SLDPRT

銷.SLDPRT

頂蓋.SLDPRT

齒輪1.SLDPRT

齒輪2.SLDPRT

齒輪3.SLDPRT

齒輪4.SLDPRT

齒輪板1.1.SLDPRT

齒輪板1.SLDPRT

齒輪板2.1.SLDPRT

齒輪板2.SLDPRT

齒輪毛刷.SLDPRT

齒輪毛刷2.SLDPRT

齒輪軸1.SLDPRT

齒輪軸2.SLDPRT

齒輪軸3.SLDPRT

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關(guān) 鍵詞：: 掃地機(jī)器人三維設(shè)計(jì)

資源描述：: 掃地機(jī)器人三維設(shè)計(jì)好,掃地,機(jī)器人,三維設(shè)計(jì)

內(nèi)容簡(jiǎn)介：: 1 機(jī)器人簡(jiǎn)史現(xiàn)代機(jī)器人起源于20世紀(jì)50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品。機(jī)器人首先是從美國(guó)開始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)器人。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。1962年，美國(guó)機(jī)械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)器人。商名為Unimate(即萬能自動(dòng))。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用氣驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)器人就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動(dòng)公司（Unimaton）,專門生產(chǎn)機(jī)器人。1962年，美國(guó)機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫Versatran機(jī)器人，原意是靈活搬運(yùn)。該機(jī)器人的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用氣驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)器人出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外機(jī)器人發(fā)展的基礎(chǔ)。1978年，美國(guó)Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vic-arm型機(jī)器人，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于1毫米。美國(guó)還十分注意提高機(jī)器人的可靠性，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低成本。如Unimate公司建立了8年機(jī)器人試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行各種性能的試驗(yàn)。準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間（注：故障前平均時(shí)間是指一臺(tái)設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運(yùn)行時(shí)間），由400小時(shí)提高到1500小時(shí)，精度可提高到0.1毫米。德國(guó)機(jī)器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)器人，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國(guó)KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)器人，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)器人，采用示教方法編制程序。瑞典安莎公司采用機(jī)器人清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。日本是機(jī)器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)二種典型機(jī)器人后，大力研究機(jī)器人的研究。據(jù)報(bào)道，1976年從事機(jī)器人的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個(gè)。1979年120多個(gè)大學(xué)和國(guó)家研究部門用在機(jī)器人的研究費(fèi)用42%。1979年日本機(jī)器人的產(chǎn)值達(dá)443億日元，產(chǎn)量為14535臺(tái)。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá)222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機(jī)器人產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長(zhǎng)50%。智能機(jī)器人約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機(jī)器人累計(jì)產(chǎn)量達(dá)56900臺(tái)。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%60%的速度增長(zhǎng)。使用機(jī)器人最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。預(yù)計(jì)到1990年將有55萬機(jī)器人在工作。第二代機(jī)器人正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機(jī)器人具有感覺機(jī)能。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機(jī)器人。第三代機(jī)器人（機(jī)器人）則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。隨著工業(yè)機(jī)器手（機(jī)器人）研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大，國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開展很多。2 應(yīng)用機(jī)器人的意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人也越來越多的地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)器人的意義可以概括如下：一、以提高生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度應(yīng)用機(jī)器人有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。二、以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)器人即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)器人代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)器人代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)器人可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒有機(jī)器人，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)器人，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。各類機(jī)器人的圖形分別如下所示：3 本課題研究的內(nèi)容本論文主要研究運(yùn)用SolidWorks對(duì)掃地機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，了解掃地機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特征和三維軟件的使用要領(lǐng)。本文的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種掃地機(jī)器人，該機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)隨機(jī)清掃，交叉清掃，床底清掃，防撞等等多種功能，其研究?jī)?nèi)容包括：（1）功能分析與方案設(shè)計(jì)；（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維造型；（3）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。4 掃地機(jī)器人總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.1 掃地機(jī)器人的總體方案圖本次設(shè)計(jì)的掃地機(jī)器人采取的方案是：在機(jī)器人的兩側(cè)各布置一組毛刷，成對(duì)稱分布，通過電動(dòng)機(jī)通過齒輪傳動(dòng)控制動(dòng)力輪轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng)動(dòng)作。根據(jù)控制方法的不同，機(jī)器人的轉(zhuǎn)速或者方向也有所不同。整機(jī)采用成本低廉且經(jīng)久耐用的塑料作為材料，經(jīng)過噴漆噴塑處理后在外觀上面得到了一定的保證。其具體方案布局圖如下：4.2 掃地機(jī)器人的工作原理本次設(shè)計(jì)的掃地機(jī)器人的工作原理為：通過電動(dòng)機(jī)通過傘齒輪傳動(dòng)控制動(dòng)力輪轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng)動(dòng)作，根據(jù)控制方法的不同，機(jī)器人的轉(zhuǎn)速或者方向也有所不同。1、清掃模式：隨機(jī)清掃、螺旋式清掃、交叉清掃、沿邊清掃、定點(diǎn)清掃、預(yù)約清掃等相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全方位立體清掃；2、智能導(dǎo)航系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)對(duì)房間地形的重構(gòu)，自動(dòng)規(guī)劃清掃路線；3、智能安全監(jiān)控：防撞，防跌落，防纏繞，電池電量監(jiān)測(cè)；4、創(chuàng)新功能：灰塵量識(shí)別，實(shí)現(xiàn)床底清掃，手機(jī)遙控模式，尖端氣流濾塵技術(shù)，室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)與提醒；5、其他基礎(chǔ)功能：自動(dòng)返回并充電，灰塵盒安裝檢查，灰塵盒容量探測(cè)5 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5.1電機(jī)的選型計(jì)算估算整個(gè)掃地機(jī)器人中零件的重量，我們?nèi)】傊亓繛?0Kg，范圍為50mm200mm，動(dòng)力輪轉(zhuǎn)速為12r/min。即：具體的電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算如下:N=0.18(KW)G電機(jī)的負(fù)載傳動(dòng)效率，取0.75所以根據(jù)N0.10kw，n1500r/min，查B1表10-4-1選用Y112M-4，再查B1表10-4-2得Y112M-4電機(jī)的結(jié)構(gòu)。 5.2齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算為節(jié)省機(jī)器人本體的空間，我們將電機(jī)直接與齒輪相連，其動(dòng)力通過兩對(duì)齒輪減速然后傳遞至動(dòng)力輪。經(jīng)減速器減速后，其輸出轉(zhuǎn)矩為，符合要求；其輸出額定轉(zhuǎn)速為208，需要一級(jí)加速齒輪傳動(dòng)，我們選用圓柱直齒輪傳動(dòng)，其傳動(dòng)比根據(jù)其速度與輸出轉(zhuǎn)矩而定；為滿足輸出轉(zhuǎn)速能達(dá)到5，我們選用稍大的傳動(dòng)比，初選，由轉(zhuǎn)矩進(jìn)行驗(yàn)證，故，滿足要求。1.傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)（1）驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)選取軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來確定軸的最小直徑。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：式中扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（MPa）軸所受的扭轉(zhuǎn)（）軸的抗扭截面系數(shù)（）軸的速度（）軸傳遞的功率（）計(jì)算截面處軸的直徑（）許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（MPa）見表3.3由上式可得軸的直徑式中表軸常用幾種材料的及值軸的材料Q235-A、20Q275、354540Cr、35SiMn152520352545354514912613511212610311297根據(jù)表5.1，取A0=100，于是得。因軸上將開三個(gè)鍵槽，軸徑應(yīng)增大15%24%。故。軸的最小直徑為驅(qū)動(dòng)輪的安裝處，為增強(qiáng)軸的承載能力，取。擬定軸上零件的裝配方案如圖3.3所示：圖3.3 軸的結(jié)構(gòu)方案軸的直徑和長(zhǎng)度的確定：a、-軸段左端需制出一軸肩，故取-段的直徑；右端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑。驅(qū)動(dòng)輪與軸配合的轂孔長(zhǎng)度為，為了保證軸端擋圈只壓在驅(qū)動(dòng)輪端面上而不壓在軸的端面上，故-軸段長(zhǎng)度應(yīng)比略短一些，現(xiàn)取。 b、選擇滾動(dòng)軸承：因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)，初步選取深溝球軸承6004，其尺寸為。-軸段的長(zhǎng)度為軸承寬度、軸套底厚、擺臂安裝厚及軸向固定的彈性擋圈安裝厚度之和，根據(jù)總裝配設(shè)計(jì)，軸套厚度約為，擺臂厚度約為，彈性擋圈的安裝尺寸為，彈性擋圈右端軸肩長(zhǎng)度取，故-軸段的長(zhǎng)度為。-軸段的直徑需小于軸承內(nèi)圈外徑，且大于軸承安裝內(nèi)徑，故初取-軸段直徑，箱體與肋板內(nèi)壁間的距離為，軸承安裝需內(nèi)伸，故現(xiàn)取。 c、取齒輪，齒輪安裝處的軸段-的直徑初步就取軸承安裝內(nèi)徑。齒輪與軸承之間采用軸套固定，軸套長(zhǎng)度??；齒輪與齒輪之間也采用軸套固定，軸套長(zhǎng)度??；齒輪寬度初取為，齒輪寬度取，故其總長(zhǎng)。軸段-左端采用擋圈固定，為了保證軸端擋圈只壓在齒輪端面上而不壓在軸的端面上，故-軸段長(zhǎng)度應(yīng)比略短一些，現(xiàn)取。至此，已初步確定了軸的各段直徑與長(zhǎng)度。軸的周向固定：齒輪，齒輪及驅(qū)動(dòng)輪與軸之間都采用平鍵聯(lián)接，各段軸的直徑，及各安裝零件寬度，由手冊(cè)查得齒輪處選用平鍵為，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為（標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見）；同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；同樣，齒輪與軸的聯(lián)接，選用平鍵為，齒輪與軸的配合為；驅(qū)動(dòng)輪與軸的聯(lián)接，選用平鍵為，驅(qū)動(dòng)輪與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。軸的載荷分析：軸的受力分析（如圖3.5）：取，則；a、b、c、d、e處由于各部件都在箱體上，故其在垂直方向上沒有徑向力約束，只作為內(nèi)力來考慮。故有，即。軸上最小直徑是處，其受力最大，故最危險(xiǎn)截面是在處。其彎矩為。其扭矩為應(yīng)略大于車體的摩檫扭矩，取。按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度：（a）驅(qū)動(dòng)軸受力圖（b）垂直方向受力圖（c）水平方向受力圖圖3.5 驅(qū)動(dòng)軸受力圖式中抗彎截面系數(shù) 則前已選定材料為，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，因此，安全。（2）從動(dòng)軸的設(shè)計(jì)從動(dòng)軸的設(shè)計(jì)直接采用驅(qū)動(dòng)軸大概尺寸，其他只是根據(jù)需要在適當(dāng)?shù)牡胤礁?，在?qiáng)度方面絕對(duì)安全；另一方面從設(shè)計(jì)制造的角度，有利于節(jié)省時(shí)間，使得工藝變得簡(jiǎn)單。2.傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)（1）選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)。1)選用圓柱直齒輪傳動(dòng)，因速度不高用7級(jí)精度（GB10095-88）2)材料選擇：由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-1選擇小齒輪材料為（調(diào)質(zhì)），硬度為，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為，二者材料硬差為。機(jī)械設(shè)計(jì)表10-1 常用齒輪材料及其力學(xué)特性 3)選取小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)：，取。（2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)即：1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值試選載荷系數(shù)Kt=1.3。計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7選取齒寬系數(shù)。由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-6差得材料的彈性影響系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的疲勞強(qiáng)度極限設(shè)每年工作時(shí)間按300天計(jì)算由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1。機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7 圓柱齒輪的齒寬系數(shù)d裝置狀況兩支承相對(duì)于小齒輪做對(duì)稱布置兩支承相對(duì)于小齒輪做不對(duì)稱布置小齒輪做懸臂布置d 0.9-1.4(1.2-1.9) 0.7-1.15(1.1-1.65) 0.4-0.6機(jī)械設(shè)計(jì)表10-6彈性影響系數(shù) 齒輪材料彈性模量MME/MP 配對(duì)齒輪材料灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼鍛鋼夾布塑膠11.817.320.220.60.785鍛鋼162.0181.4188.9189.856.4鑄鋼161.4180.5188球墨鑄鐵156.6173.9灰鑄鐵143.7 機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-19 接觸疲勞壽命系數(shù)2）計(jì)算試計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小值因裝配需要，需增加其外徑尺寸，取計(jì)算圓周速度v 計(jì)算齒寬b ，而電機(jī)軸安裝受限，需減小其尺寸，故初選。計(jì)算齒寬與齒高之比模數(shù) 齒高，分度圓直徑計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)v=1.48m/s,7級(jí)精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8查的動(dòng)載系數(shù)=1.07；直齒輪，; 由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-2查得使用系數(shù)=1；由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-4用插值法查得7級(jí)精度，小齒輪做懸臂布置時(shí)，=1.196 。由=5.33，=1.196查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-13得=1.17；故載荷系數(shù) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度園直徑由試得=74=73.09mm 計(jì)算模數(shù)m 。 M=73.09/37=1.975機(jī)械設(shè)計(jì)表10-2 使用系數(shù)載荷狀態(tài)工作機(jī)器原動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)、均勻運(yùn)轉(zhuǎn)的蒸汽機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)蒸汽機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)液壓裝置多缸內(nèi)燃機(jī)單缸內(nèi)燃機(jī)均勻平穩(wěn)發(fā)電機(jī)、均勻傳遞的帶式輸送機(jī)或板式輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)、輕型升降機(jī)、包裝機(jī)、機(jī)床進(jìn)給裝置、通風(fēng)機(jī)、均勻密度攪拌機(jī)等1.001.101.251.50輕微沖擊不均勻傳送的帶式輸送機(jī)或板式輸送機(jī)。機(jī)床的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、重型升降機(jī)、工業(yè)與礦用風(fēng)機(jī)、重型離心機(jī)、便密度材料攪拌機(jī)等1.251.351.51.75中等沖擊橡膠擠壓機(jī)、橡膠和塑膠做間斷工作的攪拌機(jī)、輕型球磨機(jī)、木工機(jī)械、鋼胚初扎機(jī)、提升裝置、單缸活塞泵等1.501.601.752.00嚴(yán)重沖擊挖掘機(jī)、重型球磨機(jī)、橡膠揉合機(jī)、破碎機(jī)、重型給水泵、旋轉(zhuǎn)式鉆探裝置、壓磚機(jī)、帶材冷軋機(jī)、壓柸機(jī)1.751.852.002.25或更大 (3)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)： 1）確定計(jì)算參數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN10.85，KFN20.88計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取彎曲疲勞安全系數(shù)S1.4 計(jì)算載荷系數(shù)查取齒形系數(shù)查應(yīng)力校正系數(shù)計(jì)算大，小齒輪的并加以比較大齒輪的數(shù)值大2）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)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，取足夠滿足彎曲強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。（4）幾何尺寸計(jì)算1）計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 2）計(jì)算中心距 3）齒輪寬 5.3掃地機(jī)器人的功能概述本次設(shè)計(jì)的掃地機(jī)器人，主要具有如下功能：1、清掃模式：隨機(jī)清掃、螺旋式清掃、交叉清掃、沿邊清掃、定點(diǎn)清掃、預(yù)約清掃等相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全方位立體清掃；2、智能導(dǎo)航系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)對(duì)房間地形的重構(gòu)，自動(dòng)規(guī)劃清掃路線；3、智能安全監(jiān)控：防撞，防跌落，防纏繞，電池電量監(jiān)測(cè)；4、創(chuàng)新功能：灰塵量識(shí)別，實(shí)現(xiàn)床底清掃，手機(jī)遙控模式，尖端氣流濾塵技術(shù)，室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)與提醒；5、其他基礎(chǔ)功能：自動(dòng)返回并充電，灰塵盒安裝檢查，灰塵盒容量探測(cè)。5.3.1 掃地機(jī)器人的清掃模式清掃模式包括隨機(jī)清掃、螺旋式清掃、交叉清掃、沿邊清掃、定點(diǎn)清掃、預(yù)約清掃等。隨機(jī)清掃是指根據(jù)地面狀況在其他幾種清掃模式之中進(jìn)行切換；螺旋式清掃是指繞圈清掃的模式；交叉清掃是指在不同的區(qū)域之間交叉穿梭來清掃，也可以稱為Z字形清掃；沿邊清掃是沿著房間的邊界進(jìn)行清掃；定點(diǎn)清掃是指在指定的位置小范圍內(nèi)清掃；預(yù)約清掃是指每天在指定的時(shí)間自動(dòng)清掃，可以預(yù)約一次和一周內(nèi)任意預(yù)約清掃時(shí)間，可以放心上班和出差，也可以自動(dòng)打掃。5.3.2 智能導(dǎo)航系統(tǒng)掃地機(jī)器人的智能導(dǎo)航實(shí)質(zhì)就是路徑自動(dòng)規(guī)劃。掃地機(jī)器人路徑自動(dòng)規(guī)劃有兩種方法：隨機(jī)式全區(qū)域覆蓋和規(guī)劃式全區(qū)域覆蓋。隨機(jī)式全區(qū)域覆蓋方法控制簡(jiǎn)單，不需要很多的硬件，軟件編程也簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。但其缺點(diǎn)是移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行軌跡重復(fù)性較大，且運(yùn)行軌跡不能較快地、充分地覆蓋整個(gè)區(qū)域，這種路徑規(guī)劃只考慮完成任務(wù)，沒有考慮到時(shí)間消耗和能量消耗情況，因此選擇規(guī)劃式全區(qū)域覆蓋方法。此設(shè)計(jì)中選擇往返式路徑規(guī)劃方法。往返式路徑規(guī)劃清掃路徑的規(guī)則為當(dāng)掃地機(jī)器人置于室內(nèi)時(shí)，可通過超聲波測(cè)距傳感器的信息來判斷它放置于墻邊還是房屋中間。在房屋中間，則先設(shè)為它沿某一方向運(yùn)動(dòng)到靠近墻邊的某一點(diǎn)。機(jī)器入就可從墻邊的某一點(diǎn)開始，按順時(shí)針方向繞墻運(yùn)動(dòng)一周，先對(duì)室內(nèi)墻邊地面進(jìn)行一次預(yù)清掃。掃地機(jī)器人在繞完一圈后再向左或向右行走到墻壁的最左端或者最右端，以此來作為它清擋路徑的起始點(diǎn)，也即絕對(duì)坐標(biāo)的原點(diǎn)。先假設(shè)室內(nèi)只有一個(gè)孤立的障礙物，以房屋左下角O點(diǎn)為起始點(diǎn)。開始清掃時(shí)，從O點(diǎn)勢(shì)始沿Y軸正方向清掃，遇到墻壁時(shí)向右原地旋轉(zhuǎn)90o，向X軸正方向移動(dòng)一個(gè)車身后再向右旋轉(zhuǎn)90o，沿Y軸負(fù)方向清掃，以此往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)遇到障礙物時(shí)，則按下面的方法進(jìn)行規(guī)劃和避障：當(dāng)清潔機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到障礙物的最左邊點(diǎn)時(shí)，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)和驅(qū)動(dòng)輪光柵的脈沖數(shù)計(jì)算出最左邊點(diǎn)的坐標(biāo)。然后根據(jù)超聲波測(cè)距傳感器收到的信息沿著障礙物邊緣行進(jìn)相當(dāng)于X軸方向一個(gè)車身的距離，再原地旋轉(zhuǎn)到Y(jié)軸負(fù)方向，沿Y軸負(fù)方向繼續(xù)清掃，這樣一直往返清掃，當(dāng)掃地機(jī)器人在沿障礙物邊緣清掃時(shí)超聲波傳感器突然收不到信號(hào)即到達(dá)了障礙物的最右端點(diǎn)，掃地機(jī)器人將原地一直向左旋轉(zhuǎn)直到超聲波傳感器再次收到信號(hào)為止，然后沿障礙物的上邊沿行進(jìn)到障礙物的最左端點(diǎn)，再沿Y軸方向進(jìn)行往返清掃，行進(jìn)路徑和障礙物下邊沿的行進(jìn)路徑類似。這樣就可以在清掃過程中自動(dòng)避開障礙物。5.4 齒輪的強(qiáng)度校核（）校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度（1）接觸應(yīng)力的計(jì)算由文獻(xiàn)4表可知，齒面接觸應(yīng)力計(jì)算公式，即（3.28）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值計(jì)算載荷系數(shù) 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，載荷平穩(wěn)，由文獻(xiàn)4表可知，取平均分度圓直徑 mm 平均分度圓圓周速度 m/s由文獻(xiàn)4 圖（a）可知，按，得；由文獻(xiàn)4 圖（b）可知，按，齒輪懸臂布置，；由文獻(xiàn)4表可知，；由文獻(xiàn)1表可知，彈性系數(shù)；節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 計(jì)算得， MPa（1）接觸疲勞強(qiáng)度的許用應(yīng)力由文獻(xiàn)4 表可知，許用接觸應(yīng)力計(jì)算公式，即（3.29）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限MPa 最小安全系數(shù) 由文獻(xiàn)1，10-13可知，計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù) 由文獻(xiàn)1 圖10-19可知，查得接觸疲勞壽命系數(shù) ，尺寸系數(shù) 工作硬化系數(shù)，按潤(rùn)滑油膜影響系數(shù)，計(jì)算得， MPa（3）由于MPaMPa，故安全。（）校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度（1）齒根應(yīng)力的計(jì)算由文獻(xiàn)4表可知，彎曲應(yīng)力計(jì)算公式，即（3.30）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值由文獻(xiàn)1表可知，，由文獻(xiàn)1表可知，，計(jì)算得， MPa（2）彎曲強(qiáng)度的齒根許用應(yīng)力由文獻(xiàn)4表可知，齒根許用應(yīng)力計(jì)算公式，即（3.31）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值彎曲疲勞極限MPa 齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) 彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù) 彎曲疲勞壽命系數(shù) ，彎曲疲勞的尺寸系數(shù)計(jì)算得，（3）由于MPaMpa，故安全。6掃地機(jī)器人的智能控制系統(tǒng)6.1MC9S12XS128芯片介紹S12XS系列單片機(jī)是在S12XE系列基礎(chǔ)上去掉XGate協(xié)處理器的單片機(jī)。該系列單片機(jī)采用S12X V2 CPU內(nèi)核；擁有112、80和64引腳3種封裝形式，80-pinLQFP貼片封裝已經(jīng)可以滿足系統(tǒng)的需要，因此選用80-pin引腳封裝器件，芯片如圖6.1所示。圖6.1 芯片封裝圖最小系統(tǒng) 以MC9S12XS128B芯片為核心的最小系統(tǒng)，如圖1-3所示。該系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分：時(shí)鐘電路、串口電路、BDM接口、供電電路、復(fù)位電路和調(diào)試用LED燈。圖6.2 最小系統(tǒng)圖1、晶振及鎖相環(huán)芯片外部使用16MHZ無源晶振，通過鎖相環(huán)將總線時(shí)鐘倍頻到64MHZ。晶振電路如圖3.2所示。圖6.3晶振電路圖2 復(fù)位電路本系統(tǒng)采用了一般的復(fù)位電路對(duì)CPU進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位電路如圖3.4所示。圖6.4 復(fù)位電路圖6.2 攝像頭傳感器 6.2.1 攝像頭傳感器的選擇 1、CMOS攝像頭CMOS的缺點(diǎn)是圖像質(zhì)量較CCD差，動(dòng)態(tài)性能不是很好。但CMOS的優(yōu)點(diǎn)是體積小，像素陣列可以和信號(hào)處理器集成在一起，由于集成了內(nèi)部信號(hào)處理器，所以可以設(shè)置參數(shù)，故CMOS芯片一般可以直接同步輸出數(shù)字信號(hào)和時(shí)序信號(hào)。 CMOS圖像傳感器的圖像質(zhì)量雖然較CCD的差，像素較低，但是對(duì)于智能車控制已經(jīng)完全足夠了。 2、CCD攝像頭 CCD攝像頭運(yùn)動(dòng)方案的優(yōu)點(diǎn)是圖像質(zhì)量高，動(dòng)態(tài)性能好，可以更遠(yuǎn)更早地感知賽道的變化，分辨率高，識(shí)別路徑參數(shù)多；缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大，需要較大的存儲(chǔ)空間，數(shù)據(jù)處理時(shí)間比較長(zhǎng)，信號(hào)處理比較復(fù)雜，另外CCD工作電壓為12V，需用斬波升壓電路或DC-DC升壓得到12V電源。且體積大，能耗高無法和外圍信號(hào)處理電路集成。根據(jù)兩者的比較決定使用CCD攝像頭。雖然CCD會(huì)數(shù)據(jù)量大而且耗電大，但是排除影響不會(huì)太大的因素選擇CCD，其在高速運(yùn)動(dòng)中成像質(zhì)量較好的，黑白壓差比較大，攝像頭豐富的信息量為小車的最佳控制提供了保證。而我們這次的系統(tǒng)是使用索尼牌彩色CCD攝像頭。6.2.2 傳感器的工作方式攝像頭有一定的分辨率，攝像頭是以每秒掃描25幀圖像，沒幀又分奇、偶兩場(chǎng)，每場(chǎng)掃描周期20ms。以隔行掃描的方式采集環(huán)境上的點(diǎn)，每幅圖像都可以通過傳感器對(duì)該點(diǎn)的圖像灰度值與灰度值一一對(duì)應(yīng)的電壓值，都是通過視頻信號(hào)輸出此電壓值，其中所看到的電壓值白板的會(huì)比黑板的高。攝像頭的視頻同步信號(hào)是通過LM1881后，分離出場(chǎng)同步信號(hào)、行同步信號(hào)和視頻信號(hào)。行同步脈沖是掃描換行的標(biāo)志，場(chǎng)同步脈沖式掃描換場(chǎng)的標(biāo)志，標(biāo)志著先得一場(chǎng)的到來，一場(chǎng)信號(hào)的開始包含一場(chǎng)消隱區(qū)，有25個(gè)無效的同步信號(hào)，之后是285個(gè)有效行。視頻信號(hào)可以通過單片機(jī)的A/D口來讀值。圖 6.5 視頻信號(hào)的分離圖 6.6 攝像頭示波器上視頻信號(hào)6.3 電源模塊7.2V2000mAh Ni-cd穩(wěn)壓電路單片機(jī)LCD編碼器電機(jī)舵機(jī)5V6V7.2VDA模塊攝像頭12VV電源管理單元是本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成單元。圖6.7 電源的管理其主要用于以下三個(gè)方面： (1)、常用的電源有串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源（LM2940 、7805 、S7350等）。電路圖如圖3.8所示圖6.8 LM2940 、 TPS7350電路圖(2)、使用穩(wěn)壓管LM7806將電池7.2伏穩(wěn)壓到6伏后給轉(zhuǎn)向舵機(jī)供電，電路圖如圖3.6所示。圖6.9 LM7806電路圖(3)攝像頭傳感器12v。圖6.10 12V電源6.4其余的電路 6.4.1 直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制圖 6.11 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖在電機(jī)驅(qū)動(dòng)上，我們的要求是盡量使電機(jī)可以通過最大的電流，而且內(nèi)阻小。經(jīng)過我們反復(fù)試用，最后使用英飛凌的BTS7970B的半橋驅(qū)動(dòng)芯片。芯片的負(fù)載電流可以達(dá)到43A，而內(nèi)阻只有16m。BTS7960是應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的大電流半橋高集成芯片，它是 NovalithICTM 系列的成員之一，它的一個(gè)封裝中集成了一個(gè) P 通道場(chǎng)效應(yīng)管在上橋臂和一個(gè) N 通道場(chǎng)效應(yīng)管在下橋臂以及一個(gè)控制集成電路。由于上橋臂采用的是 P 通道開關(guān)。它帶有一個(gè)P溝道的高邊MOSFET、一個(gè)N溝道的低邊MOSFET和一個(gè)驅(qū)動(dòng)IC。P溝道高邊開關(guān)省去了電荷泵的需求, 因而減小了EMI。集成的驅(qū)動(dòng)IC具有邏輯電平輸入、電流診斷、斜率調(diào)節(jié)、死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生和過溫、過壓、欠壓、過流及短路保護(hù)的功能。 6.4.2 舵機(jī)控制單元本系統(tǒng)舵機(jī)控制單元采用組委會(huì)提供的Futaba公司S3010型舵機(jī)作為智能車轉(zhuǎn)向控制部件。舵機(jī)采用PWM信號(hào)開環(huán)控制，實(shí)驗(yàn)證明：舵機(jī)的開環(huán)轉(zhuǎn)向力矩足夠，可以滿足給定PWM信號(hào)與角度的一一對(duì)應(yīng)，控制電路簡(jiǎn)單且能滿足控制要求。其硬件電路如圖3.12所示。舵機(jī)的工作電壓為6伏左右，輸出一定占空比的PWM信號(hào)，舵機(jī)相應(yīng)輸出一定轉(zhuǎn)角。圖3.12轉(zhuǎn)向伺服舵機(jī)控制電路舵機(jī)的控制信號(hào)線與MC9S12XS128的PWM2和PWM3合并口即將2個(gè)8位PWM信號(hào)寄存器合并作為一個(gè)16位的寄存器進(jìn)行輸出相連，加大PWM信號(hào)控制范圍，精度加大。本系統(tǒng)采用當(dāng)作PWM23給舵機(jī)作控制信號(hào)輸入口。6.4.3 撥碼開關(guān)電路圖 3.12 撥碼開關(guān)電路在單片機(jī)中使用撥碼開關(guān)，可以方便我們不需要在線改變數(shù)據(jù)就可以改

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