掃地機器人結構設計說明書

目錄摘要 IAbstract II目錄 III1緒論 11.1掃地機器人出現背景 11.2清掃機器人發(fā)展歷史與現狀 11.2.1國外清掃機器人發(fā)展現狀 11.2.2國內清掃機器人發(fā)展現狀 22掃地機器人總體結構分析 42.1機械結構組成 42.2工作原理 52.3機器人外形設計 52.4機器人行走機構設計 62.5清掃機構設計 62.6吸塵機構設計 72.7機械臂設計73行走機構機械傳動設計 103.1電機選擇 103.2減速器參數設計 103.2.1高速級齒輪傳動 113.2.2低速級齒輪傳動 133.3軸的設計計算 164清掃裝置傳動設計 184.1帶傳動設計計算 184.2錐齒輪設計計算 194.3齒輪上作用的力 224.4傳動軸的設計計算 225結論與展望 265.1總結 265.2論文創(chuàng)新之處 265.3存在不足與展望 26參考文獻 27致謝 28第一次會議記錄29第二次會議記錄30第三次會議記錄31機械創(chuàng)新綜合實訓評分表32PAGE31緒論1.1掃地機器人出現背景近年來，隨著計算機技術和人工智能技術的飛速發(fā)展，智能機器人技術已逐漸成為現代機器人研究領域的一個熱點。其中，服務機器人開辟了一個全新的機器人應用領域。服務型機器人，主要有三個原因：一是勞動力成本上升；二是人要擺脫繁瑣的體力勞動，如清洗、家務、照顧；第三是人口老齡化和社會福利制度的完善，為市場前景提供了一定的服務機器人。以服務機器人為主要特征的工業(yè)機器人是一種適合于特定的方式、環(huán)境和過程的機器人系統(tǒng)，活動空間，在非結構化環(huán)境中流動，所以大多數機器人是一個移動機器人。1.2清掃機器人發(fā)展歷史與現狀清洗機器人的發(fā)展是建立在移動機器人的基礎上，一個良好的清洗機器人必須有一個良好的移動基礎。因此，每一次移動機器人的跳躍，都遵循著清潔機器人更新。1.2.1國外清掃機器人發(fā)展現狀rc3000，德國凱馳，是世界上第一個孩子在地上完成所有的清潔機器人，如圖1-1所示。它只有50cm長，能自動清潔地面，自動返回充電站可以在掌握了獨立的家庭清潔工作，該單位的設計使得它的床干凈，沙發(fā)下部，咖啡桌子和其他家具，如圖1-2所示。它的運動是隨機的，當遇到障礙，隨機變化的觀點，并繼續(xù)在一條直線，直到遇到新的障礙，它包含四個清洗程序，根據面積的大小可以選擇適當的程序；建立在感光傳感器，在樓梯和步驟，自動避撞和不能脫落。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，如圖1-3所示。13毫米的高度，直徑為35mm，免費接送清洗、最優(yōu)移動路徑的自動設計；采用超聲波檢測儀，可以快速檢測障礙物和循環(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沒有天然屏障，選擇性粘貼可以粘膠帶。三葉蟲是由充電電池供電，每次充電后可運行約60分鐘，電量不足會自動返回充電板充電。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為vc-rp30w機器人吸塵器，如圖1-4所示，主要面向國內市場。vc-rp30w主要依靠3D地圖定位技術，靈巧地避開障礙物，快速，高降低到房間清潔每一個角落；當遇到障礙或死亡。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間和清潔區(qū)；用戶還可以通過計算機在機器人攝像機信息前看到安裝，遠程控制；機器人的電池可以維持50分鐘的連續(xù)工作，當電池是用完自動返回充電座補充能量，非常聰明。圖1.4三星VC-RP30W1.2.2國內清掃機器人發(fā)展現狀1999年初，開始學會智能吸塵機器人的機械電子研究的浙江大學，經過兩年的初步智能吸塵機器人的成功設計，與蘇州科技公司合作，獨立能力和工作效率2003系統(tǒng)都有顯著的提高，它的工作之前，首先學習的環(huán)境，超聲波測距的使用，使步行距離和墻的尺寸信息在同一時間里的潔凈室，確定清洗時間；然后，產生清潔高效利用隨機和局部路徑遍歷算法相結合的規(guī)劃；在對計費系統(tǒng)自動返回后在清洗實際功率補充；家庭環(huán)境，10min可達到超過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計研發(fā)的KV8保潔機器人（如圖1-6）的一些布置如下1、KV8清潔機器人路徑規(guī)劃原則KV8清洗機器人通過電腦芯片控制機器人左右輪的轉速，實現圓弧清洗線。當圓弧半徑擴展為7.5m，芯片程序控制的機器人離開當前行，在7.5m距離進行圓弧再清洗。在地面上有大量的圓弧實現無縫覆蓋，從而達到全面清理地面的目的。2、KV8清潔機器人自動充電的原理KV8清潔機器人在機器人的力量很快消耗后，在紅外發(fā)射頭注射無信號上的機器人，當電荷在兩紅外接收頭接收到這個信號的機器人和充電底座接觸的基礎。通過2個紅外接收頭的機器人的引導，使其慢慢靠近，最終實現對接。3、KV8清潔機器人跌倒預防原則KV8清潔機器人在機器人在前面的底部，4對紅外傳感器的安裝，每個傳感器頭包含一個發(fā)射器和一個接收器。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。如果機器人在距離地面大于5mm的距離下，電腦芯片會控制機器人，使其重新調整的方向行走，以免從天空墜落。4、KV8保潔機器人虛擬墻的工作原理KV8清潔機器人，之后將在0.5m在打開一個虛擬墻，前方3.5米紅外發(fā)射，在接觸的21個紅外感應頭的機器人本體的虛擬墻發(fā)射的紅外線KV8，他們不會繼續(xù)前進，進入潔凈區(qū)。圖1.6KV8經過20多年的發(fā)展，中國的清潔機器人研究已經取得了相當大的進展，單體平臺和技術的整體水平，已接近或超過國際標準。但與西方發(fā)達國家相比，無論是研究規(guī)模、投資力度、技術水平和成果應用和效益，都存在明顯的差距，因此有更多的工作需要做。2掃地機器人總體結構分析本論文的任務是開發(fā)一個結構緊湊、靈活性好、控制簡單、易于實現、自主移動、自動避障和路徑規(guī)劃任務的清潔機器人。清洗機器人由機械部件和控制系統(tǒng)兩部分組成。機械零件包括高強度塑料外殼、底盤、2個驅動輪和一個從動輪。它們是吸塵電機、清潔刷、電池和控制系統(tǒng)的載體。2.1機械結構組成清掃機器人的結構主要包括以下幾個部分：（1）2驅動輪及驅動電機。這部分主要是確保機器人可以在飛機上移動。外殼的前端和外殼的側面上設置有紅外線開關作為碰撞檢測傳感器。底部的3個紅外開關作為檢測傳感器的一步，以防墜落。驅動輪具有光電編碼盤，可檢測和控制輪速，實現定位和路徑規(guī)劃。同時還包括超聲波傳感器的研制，用于精確定位所需的；（2）清洗機構。電機驅動的2個清洗刷，使清洗刷順時針旋轉，逆時針旋轉，這樣你就可以在清理灰塵污垢濃度在天花板上的出口，以備吸機制；（3）清灰機理。設計成一個強大的吸力，灰塵進入灰塵儲存罐；（4）擦拭機制。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量。移動機構是其他部分的載體，機器人根據輪式、履帶和行走機構的結構來移動結構。輪式和履帶式機器人是適合地面條件的，而步行機器人是適合路面條件較差的。本文研制的自主式清洗機器人在室內環(huán)境中工作良好，適合于輪式移動機構。輪式移動機器人一般有三輪車、四輪和六輪移動機器人如果輪結構相對簡單，可以滿足一般的需求，它被廣泛應用；四輪穩(wěn)定性好，承載能力大，但結構較復雜；六輪和四輪相似。除了較大的承載能力和穩(wěn)定性。本文對清掃機器人的重量不是很大，工作條件是室內，也不壞，三點確定一個平面，三個理論是穩(wěn)定的，但負載有一定的限制，三輪移動機器人，相對低重心，負載穩(wěn)定和中心位置基本沒有變化。所以圓形結構可以滿足要求一三輪轉向裝置的結構通常有2種方式：（1）鉸鏈軸轉向類型：轉向盤安裝在轉向鉸鏈軸上，電機由減速器控制，機械連桿機構控制方向盤轉向盤。（2）差速轉向：將2個獨立的驅動電機安裝在機器人的左右輪上，并通過控制左右車輪的速度來實現汽車車身的轉向。移動機器人與電鍍軸線容易控制，但精度不高；差速轉向控制復雜，精度較高?？紤]到作為一種服務機器人的使用，在控制模式下的清洗機的主題應達到一個更高的水平，所以對差動輪轉向更好，轉向精度的運動是更高的避障和路徑規(guī)劃奠定了良好的基礎。因此，該系統(tǒng)的移動機構采用一三輪差速轉向式，如圖2-1所示。圖2.1移動機構示意圖根據移動結構，采用雙直流電機獨立驅動的清洗機器人兩輪差分模式，控制簡單、準確、易于實現，可方便地實現對清洗機器人的推進，左轉、右轉、后退、周轉、清洗機可以在任意半徑、輪速轉彎處，可以實現一零個轉彎半徑。2.2工作原理清潔機器人是由幾個功能模塊組成的，它能夠協同工作，互相配合，保證機器人能順利進行。具體工作原理如下：清洗機器人的中心是清洗機器人的中央處理器，它控制著其他的功能模塊。信息采集模塊負責采集環(huán)境和機器人本身的各種信息，對鍵盤模塊和紅外遙控接收模塊可以接收控制信息的機器人，然后向處理器發(fā)送消息進行處理。當接收到機器人需要清洗的信號時，可以使用處理器來控制運行機制和清洗機制，使機器人工作。在機器人的工作過程中，還可以通過液晶顯示模塊和狀態(tài)指示模塊對機器人的狀態(tài)進行實時的顯示，對機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器人，這樣就可以開始清理工作了。（2）機器人一旦開始工作，然后控制清洗機構的清洗，除塵機構開始清理清理機構開始擦拭地面。（3）機器人開始工作，檢測和檢測模塊開始收集外部信息，發(fā)送到處理器進行分析和決策，以產生機器人行走的路徑。（4）當路徑規(guī)劃需要機器人實現其轉。中央處理器要改變左右輪的速度，通過差速來實現轉向。（5）在工作期間，該機器人可顯示有關資料（如工作模式、工作時間或溫度等）。（6）遠程控制除控制的開始和停止的清洗機器人也可以定時，讓機器人開始工作后，一定時間內或工作了一定時間內停止工作。該機器人采用安裝各種傳感器，以獲得室內環(huán)境和基本信息，如障礙物的位置，其步行距離；然后根據接收到的信息，選擇相應的公共政策，通過單片機作為控制系統(tǒng)的核心障礙物判斷，避障策略的選擇和運動的行走是。該機器人的面板控制的開始/停止工作的情況下。同時還可以通過遙控器控制也可用于機器人的定時、液晶顯示實時顯示的倒計時和電流的溫度。2.3機器人外形設計根據家用清掃機器人的設計要求，機器人應包括清洗機構、行走機構、吸塵機構、垃圾收集和處理機構，其中清洗機構的設計尤為重要。在圖書館查找一些相關的信息和互聯網上的信息，機器人的初步設計是一個長寬400mm高100mm。但后來發(fā)現，多設計的結構不合理，周圍的邊緣和角落的機器人，以避免障礙是非常不方便，很容易遇到障礙，和圓形物體相對容易，以避免障礙。因此，機器人的形狀被設計為一個圓形的形狀。2.4機器人行走機構設計為了實現機器人的轉彎半徑為0，在兩輪驅動機器人行走機構中，2個驅動輪均對稱分布在清洗機構的后部，兩輪和刷支撐工作和身體運動，采樣設計不僅節(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。機器人轉彎時，通過控制兩個電機的旋轉速度和旋轉方向的行走機構，進而控制兩車輪，通過車輪和兒茶素運動實現轉彎半徑集體0。2.5清掃機構設計在清掃機構的設計中想到了三個方案：(1)電機帶動斜齒輪1，斜齒輪1帶動斜齒輪2，斜齒輪2帶動斜齒輪3，斜齒輪上的軸連接滾刷，進而實現清掃；圖2.2清掃機構(2)電機帶動錐齒輪1，錐齒輪1帶動錐齒輪2，有錐齒輪2上的軸連接滾刷，進而實現清掃；圖2.3清掃機構(3)電機帶動帶輪，將動力傳動到一根主軸上，主軸兩端分別裝有錐齒輪，清掃刷上部也安裝有一個大錐齒輪與其嚙合，實現清掃動作；圖2.4清掃機構以上三種方案通過對比以及由設計的要求所限制，最終選擇方案三為清掃機構。因為所設計的機器人它的體積有限制，在直徑為四百，高為一百的圓內要放置有清掃機構、行走機構、吸塵機構、垃圾收集處理機構，同時還得留下放電池、控制中心、觀察中心的地方，而方案一雖然易于安裝，傳動平穩(wěn)，但是斜齒輪所占的面積非常大、如果選用它，則會占用大量的空間，是其他幾個單元有部分將放置不下，從而超出所要設計的尺寸，因而否定了這種方案；方案二中，錐齒輪傳動不如斜齒輪平穩(wěn)，同時錐齒輪一所占的體積也比較大，而清掃機構又是本次設計中最重要的部分，因而選用錐齒輪的弊端也很大，所以經過計算及各個機構總體布局的綜合考慮，舍棄了方案二；方案三中通過電機帶動小帶輪，再由帶輪帶動主軸兩端的小錐齒輪，由大錐齒輪上的軸帶動固定在其上的刷子旋轉，從而實現了清掃的目的。2.6吸塵機構設計在吸塵機構的設計中將風扇固定在垃圾儲藏室上壁，在風扇上罩一個薄壁腔。在薄壁腔上方開一個圓孔，以便于空氣的排出。在垃圾儲藏室上壁開兩個小長方孔，在方孔下加一個隔塵罩。通過風扇的旋轉帶動垃圾儲藏室內的空氣流動，又通過儲藏室內的管腔將刷子清掃引起的塵土吸附進來，待塵土的空氣通過防塵罩將塵土擋到垃圾儲物室，較干凈的空氣則通過吸塵室上壁腔的圓孔排到大氣中去，從而實現吸塵的目的。2.7機械臂設計機械臂結構設計是一項復雜的工程任務，它涉及到多個學科的知識，包括機械工程、電子工程、控制理論和材料科學等。機械臂的設計目標通常是在保證穩(wěn)定性和精度的同時，實現高效的運動能力和靈活的操作范圍。以下是對機械臂結構設計的幾個關鍵要點的概述：1.機械臂的類型與構型類型：掃地機器人上安裝的機械臂通常采用多關節(jié)、多自由度的設計，以實現靈活的操作和廣泛的工作范圍。常見的類型包括串聯機械臂和并聯機械臂，其中串聯機械臂因其結構簡單、運動靈活而更受歡迎。構型：機械臂的構型主要基于其應用場景和任務需求來設計。例如，如果掃地機器人需要處理地面上的細小垃圾或進行精確的清潔任務，那么機械臂可能需要具備多個自由度，以便在狹小空間內進行精細操作。此外，機械臂的構型還應考慮其整體尺寸和重量，以確保掃地機器人能夠輕松移動和操作。2.關節(jié)與軸的設計關節(jié)設計：機械臂的關節(jié)設計是實現其靈活運動的關鍵。關節(jié)應具備足夠的剛度和精度，以確保機械臂在操作過程中能夠保持穩(wěn)定的姿態(tài)和準確的位置。此外，關節(jié)還應具備足夠的耐用性，以應對長時間、高頻率的使用。軸的設計：軸的設計直接影響到機械臂的運動范圍和精度。在掃地機器人上，機械臂的軸通常采用旋轉和直線運動相結合的方式，以實現全方位的運動能力。同時，軸的設計還應考慮其安裝位置和角度，以確保機械臂能夠順利到達需要清潔的區(qū)域。3.材料的選擇掃地機器人上的機械臂材料應具備輕質、高強度、耐腐蝕和耐磨損等特點。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度和耐腐蝕性而廣受歡迎；碳纖維則因其輕質化和高強度特性而適用于高負荷、高速度的工作場景；不銹鋼則適用于需要長時間運行和在危險性環(huán)境工作的場所。4.驅動與控制系統(tǒng)驅動系統(tǒng)：機械臂的驅動系統(tǒng)通常采用電機驅動的方式，通過伺服電機或步進電機等實現精確的位置和速度控制。驅動系統(tǒng)應具備足夠的扭矩和速度范圍，以滿足機械臂在各種工作場景下的需求?？刂葡到y(tǒng)：控制系統(tǒng)的設計是確保機械臂穩(wěn)定、精確運動的關鍵。控制系統(tǒng)應能夠接收來自傳感器的實時數據，并根據這些數據調整機械臂的運動軌跡和速度。同時，控制系統(tǒng)還應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置和調整機械臂的運動參數。5.安全性與可靠性安全性：在掃地機器人上安裝機械臂時，應充分考慮其安全性問題。例如，機械臂應配備碰撞檢測和安全停止功能，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，機械臂還應具備過載保護和過熱保護功能，以確保其在異常情況下能夠安全地停止運行。可靠性：機械臂的可靠性直接影響到掃地機器人的整體性能和使用壽命。因此，在設計機械臂時，應充分考慮其結構、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，還應通過嚴格的測試和驗證來確保機械臂在各種工作場景下的可靠性和穩(wěn)定性。6.人機交互界面人機交互界面是用戶與掃地機器人進行交互的橋梁。在設計人機交互界面時，應充分考慮用戶的操作習慣和需求。例如，可以通過語音控制、觸摸屏或遙控器等方式來實現對機械臂的遠程控制。此外，還可以設計一些智能功能，如自動規(guī)劃清潔路徑、自動避障等，以提高用戶的使用體驗和便利性。綜上所述掃地機器人上安裝的機械臂設計需要從多個方面進行考慮，包括機械臂的類型與構型、關節(jié)與軸的設計、材料的選擇、驅動與控制系統(tǒng)、安全性與可靠性以及人機交互界面等。通過綜合考慮這些因素，可以設計出具有高性能、高可靠性和良好用戶體驗的機械臂，為掃地機器人提供更加高效、智能的清潔服務。圖2.5機械臂結構3行走機構機械傳動設計3.1電機選擇車輪直徑68mm，速度v>0.3m/s，取v=1.5m/s由于摩擦系數，機械效率等隨條件的變化不同，所以對電機的相關參數的計算只能是估算。設減速電機輸出輪應具有的最高轉速為n(r/min)設路面的平均摩擦系數f=0.1，機器人的最大加速度，由于路面的摩擦系數會產生變化及各種原因的影響，設可靠性系數k=1.2。則有阻力轉矩功率3.2減速器參數設計電機的轉速車輪的轉速減速系統(tǒng)的總傳動比選用展開式二級減減速設置，各級傳動比分別為高速級：低速級：電動機輸出的功率，轉矩及轉速經過減速器之后各級數據如下表3-2所示表3-2功率p（W）轉矩（N·mm）轉速r/min傳動比效率入出入出電動機軸69219.6538033.10.950.95輸入軸6965.55219.691407.46127輸出軸64.24601407.465791.73423.2.1高速級齒輪傳動選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數1）選擇直齒圓柱齒輪傳動2）機器人為一般工作及其，速度不高，故選用7級精度3）材料選擇，大、小齒輪材料選擇尼龍4）選小齒輪齒數，大齒輪齒數按齒面接觸強度設計，由確定供室內的隔計算數值試選動載荷系數計算小齒輪傳遞的轉矩選取齒寬系數彈性影響系數根據齒面硬度查得小齒輪的解除疲勞強度極限，大齒輪計算應力循環(huán)次數（工作5年，每年300天，每天2小時）取接觸疲勞壽命系數計算接觸疲勞許用應力取失效率為1%，安全系數S=1計算計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的計算圓周速度計算齒寬b計算齒寬與齒高之比，b/h模數齒高計算載荷系數根據v=2m/s，7級精度，動載荷系數，直齒輪使用系數；小齒輪相對支撐對稱布置時，由b/h=10.67，，查得故載荷系數按實際的載荷系數校正所得的分度圓直徑計算模數按齒根彎曲強度設計1）差的小齒輪的玩去疲勞強度極限2）彎曲疲勞壽命系數3）計算疲勞許用應力取疲勞安全系數S=1.44）計算載荷系數k5）查取齒形校正系數6）查取應力校正系數7）計算大小齒輪，并加以比較大齒輪的值大設計計算對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數m大于由齒根玩去疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數m大小主要取決于玩去強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取由彎曲強度算的的模數0.446并就近圓整為標準值m=0.5mm，按接觸強度算的的分度圓直徑，算出小齒輪齒數大齒輪齒數取這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑計算中心距計算齒輪寬度取3.2.2低速級齒輪傳動選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數1）選擇直齒圓柱齒輪傳動2）機器人為一般工作及其，速度不高，故選用7級精度3）材料選擇，大、小齒輪材料選用尼龍。4）選小齒輪齒數，大齒輪齒數按齒面接觸強度設計由確定供室內的隔計算數值試選動載荷系數計算小齒輪傳遞的轉矩選取齒寬系數彈性影響系數根據齒面硬度查得小齒輪的解除疲勞強度極限，大齒輪計算應力循環(huán)次數（工作5年，每年300天，每天2小時）取接觸疲勞壽命系數計算接觸疲勞許用應力取失效率為1%，安全系數S=1計算計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的計算圓周速度計算齒寬b計算齒寬與齒高之比，b/h模數齒高計算載荷系數根據v=2.94m/s，7級精度，動載荷系數，直齒輪使用系數；小齒輪相對支撐對稱布置時，由b/h=10.67，，查得故載荷系數按實際的載荷系數校正所得的分度圓直徑計算模數按齒根彎曲強度設計1）差的小齒輪的玩去疲勞強度極限2）彎曲疲勞壽命系數3）計算疲勞許用應力取疲勞安全系數S=1.44）計算載荷系數k5）查取齒形校正系數6）查取應力校正系數7）計算大小齒輪，并加以比較大齒輪的值大設計計算對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數m大于由齒根玩去疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數m大小主要取決于玩去強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取由彎曲強度算的的模數0.446并就近圓整為標準值m=1mm，按接觸強度算的的分度圓直徑，算出小齒輪齒數大齒輪齒數這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑計算中心距計算齒輪寬度取3.3軸的設計計算(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（調質），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，故可以假定輪胎設計直徑68mm，軸長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，故由滾動軸承的安裝尺寸，齒輪寬度20mm，在IV-V段長度應略短于輪長度，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清掃裝置傳動設計4.1帶傳動設計計算1.確定計算功率據[2]表8-7查得工作情況系數=1.1。故有：=2.選擇V帶帶型據和n有[2]圖8-11選用A帶。3.確定帶輪的基準直徑并驗算帶速（1）初選小帶輪的基準直徑有[2]表8-6和8-8，取小帶輪直徑=26mm。（2）驗算帶速v，有：v=因為4.1在3~30之間，故帶速合適。（3）計算大帶輪基準直徑4.確定V帶的中心距a和基準長度(1)據[2]式8-20初定中心距=70mm(2)計算帶所需的基準長度由[2]表8-2選帶的基準長度=270mm（3）計算實際中心距5.驗算小帶輪上的包角6.計算帶的根數z（1）計算單根V帶的額定功率由和查[2]表8-4a得P=0.046KW據，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）計算V帶根數zz===0.9故取1根。7.帶輪設計（1）小帶輪設計由直流無刷電機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可知小帶輪結構為實心輪。（2）大帶輪設計考慮到安裝位置的緊湊性及方便性，大帶輪軸孔取8mm。4.2錐齒輪設計計算1、選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數圓錐齒輪減速為通用減速，其速度不高，故選用8級精度（GB10095-88）材料選擇由《機械設計（第八版）》表10-1大、小齒輪材料可選為45鋼（調質），硬度為250HBS，大齒輪材料取45鋼（調質），硬度為220HBS，二者材料硬度相差30HBS。2、按齒面接觸疲勞強度設計1.因為是軟齒面閉式傳動，故按齒面接觸疲勞強度進行設計，其設計公式為： 小齒輪傳遞的轉矩因v值未知，K值不能確定，可初步選載荷系數由表8-19，查得彈性系數直齒輪，由圖9-2查得節(jié)點區(qū)域系數齒數比取齒寬系數許用接觸應力可用下式計算查圖10-21齒面硬度得小齒輪的接觸疲勞強度極限580Mpa大齒輪的接觸疲勞極限390Mpa小齒輪與大齒輪的應力循環(huán)次數分別為由圖8-5查得壽命系數，；由表8-20取安全系數，則有取初算小齒輪的分度圓直徑，有設計計算計算載荷系數：由表8-21查得使用系數齒寬中點分度圓直徑為故由圖8-6降低1級精度，按9級精度查得動載荷系數，由圖8-7查得齒向載荷分配系數，則載荷系數。對進行修正：因與有較大的差異，故需對計算出的進行修正，即：確定齒數：選齒數，，取，則，，在允許范圍內。大端模數：，查表，取標準模數。大端分度圓直徑為：＞9.9錐頂距為：齒寬為：。取3、按齒根彎曲疲勞強度設計 齒根彎曲疲勞強度條件為：同前圓周力為齒形系數和應力修正系數則當量齒數為由圖8-8查得，；由圖8-9查得，。許用彎曲應力：由圖8-4查得彎曲疲勞極限應力，。由圖8-11查得壽命系數，由表8-20查得安全系數，故：4、計算錐齒輪傳動其他幾何尺寸4.3齒輪上作用的力1、齒輪傳動的作用力已知條件：軸傳遞的轉矩，轉速，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圓周速度方向相反。徑向力為：其方向為由力的作用點指向輪1的轉動中心。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傳動軸的設計計算已知條件：低速軸傳遞的功率，轉速，錐齒輪大端分度圓直徑，齒寬中點處分度圓直徑。選擇軸的材料因傳遞的功率不大，并對和重量及結構尺寸無特殊要求。故選用常用的材料45鋼，調制處理。初算最細處軸徑查表9-8得，考慮軸端不承受轉矩，只承受少量的彎矩，故取較小值，則結構設計軸承部件的結構設計：該軸不長，故軸承采用兩端固定方式。按軸上零件的安裝順序。從處開始計算。軸段I及軸端IV的設計：該段軸段上安裝軸承，其設計應與軸承的選擇同步進行?？紤]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，其直徑應既便于軸承安裝，又符合軸承內徑系列。根據，取軸承619/6，由表9-9得軸承內徑，外徑，寬度，外徑定位直徑，軸承對軸上力作用點與外圈大端面的距離，故，通常一根軸上的兩個軸承取相同的型號，則。軸段II的設計：軸段II上安裝齒輪2，為便于齒輪的安裝，應略大于，此時安裝齒輪2處的軸徑可選38mm，經過驗算，其強度不滿足要求，可暫定進行計算。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到齒輪端面，軸段II的長度應比相應齒輪的輪轂略短，，故取。軸段III的設計：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壁的距離取為，且使箱體兩內側壁關于高速軸軸線對稱，量得其寬度為，取，則軸段III的長度為此時錐齒輪沒有處在正確的安裝位置，在裝配時可以調節(jié)兩端蓋下的調整墊片使其處于正確的安裝位置。軸端I與軸端IV的長度：由于軸承采用油潤滑，故軸承內端面距箱體內壁的距離取為，則軸段I的長度為軸段IV的長度為軸上作用點的間距軸承反力的作用點距軸承外圈大端面的距離，則有圖12-7可得軸的支點及受力點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取其型號分別為鍵12×100，和鍵12×45。軸的受力分析畫軸的受力簡圖，軸的受力簡圖如圖所示計算支撐反力，在水平面上為式中負號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剖面左側為a-a剖面右側為在垂直平面上為合成彎矩a-a剖面左側為a-a剖面右側為b-b剖面左側為b-b剖面右側為畫轉矩圖轉矩圖如圖所示，校核軸的強度雖然a-a剖面左側彎矩大，但a-a剖面右側除作用有彎矩外還作用有轉矩，其軸徑較小，故a-a剖面兩側均有可能為危險面，故分別計算a-a剖面的抗彎截面系數抗扭截面系數為a-a剖面左側彎曲應力為a-a剖面右側彎曲應力為扭剪應力為按彎扭合成強度進行校核計算，對于單向轉動的轉軸，轉矩按脈動循環(huán)處理，故取折合系數，則當量應力為，故a-a剖面右側為危險截面由表8-26查得45鋼調質處理抗拉強度極限，則由表8-32查得軸的許用彎曲應力，，強度滿足要求。校核鍵連接的強度齒輪2處鍵連接的擠壓應力為取鍵、軸及齒輪的材料都為鋼，由表8-33查得，強度足夠。齒輪3處的鍵長與齒輪2處的鍵，故其強度也足夠。校核軸承壽命計算軸承的軸向力，由表9-9查30207軸承得，，，。由表9-10查得30207軸承內部軸向力計算公式，則軸承1、2的內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算軸承1當量動載荷，因，，故只需校核軸承1的壽命。因為，軸承1的當量動載荷軸承在100℃以下工作，查表8-34得。對于減速器，查得載荷系數校核軸承壽命軸承1的壽命為減速器預期壽命為，，故軸承壽命足夠。5結論與展望5.1總結清掃機器人融合了計算機、控制學、機構學、信息和傳感技術、人工智能等多學科領域的研究結果，目前在服務業(yè)、物流業(yè)得到了廣泛的應用，逐步替代人類去完成一些無法或者不能去從事的工作。機械系統(tǒng)是清掃機器人研究的基礎，其涉及到運動學、動力學，是對清掃機器人進一步精確控制的基礎；一定設計用途的機器人總是建立在具體機械結構之上，因此清掃機器人的移動性能直接影響到機器人功能表現。5.2論文創(chuàng)新之處1）對機器人的移動做出了改進，取消了傳統(tǒng)的轉向輪的設計，取而代之的是利用單片機對驅動輪的轉向及轉速來進行控制，以達到利用差速來達到轉向的目的。這樣做的好處是減輕了機器人轉向時對于機械結構的依賴性。使得整體機械零件數量明顯的減少，達到優(yōu)化的目的。2）在清掃裝置上采用的是清掃裝置與機器人分離的配置，這樣做使得機器人在面對不同的工作環(huán)境中搭配不同的清掃系統(tǒng)，達到一機多用的目的。甚至可以選擇懸掛其他的設施，如除草、援救、排險等工作。5.3存在不足與展望清掃機器人研究牽涉的學科門類很多，作為工程應用研究，清掃機器人應該能夠很好地結合工程實際作業(yè)環(huán)境，本論文將研究重點集中在移動機器人的移動性能方面，以期望所開發(fā)的清掃機器人在運行中有良好表現，因此在設計開發(fā)過程中盡量去體現作者在這一方面所認知的想法和思路，但關于清掃機器人移動性能需要研究的方面很多，比如驅動電機和動力學約束就是其中一種，這種約