捡垃圾的机器人上下抓取及行走机构设计

1本 科 毕 业 论 文（设计）课题名称 垃圾拾捡机器人抓取及行走机构设计学 院 机械学院专 业 机械班级名称学生姓名学 号 内容存在大量删减指导教师 完成日期 有兴趣可以直接拉最下看教 务 处 制2垃圾拾捡机器人抓取及行走机构设计摘要 经济在迅速发展增长，人们的物质生活追求也在不断地提高，产生的垃圾排放量正因此有增无减，造成越来越大的环境压力，像是校园、商店、街道这类集中人流的地方，每日都会造成大量的垃圾出现，而为了让这些地方保持清洁又需要投入大量环卫工人的劳动。假若能设计出垃圾拾捡机器人将会很大程度上缓解上述的状况。垃圾拾捡机器人系统作为多功能于一体的综合系统，其作用有感知周边环境、进行动态的操作规划、机构的配合控制等等。其中主要部件的机械手作用有抓取、移动到指定位置等；行走机构作为机械手的脚，能开阔机械手的工作空间，令到机械手能以多方位角度执行任务，相反，机械手自身也在提升移动机器人的操作性能。关键词 垃圾抓取机构；小车行走机构；机器人3ABSTRACT The rapid development of economy makes our materialistic pursuit gradually better, thus waste emissions be on the increase day by day, making more and more pressure on the environment, the densely populated place like campus, shops, street, manufacture large quantities of garbage, it need a large amount of manpower of cleaner and material resources in order to let these places keep clean.To design a garbage robot can ease the current situation.This robot is a set of environment perception, behavior control and execution, dynamic decision-making and planning functions in one integrated system. The role of the main components of mechanical hand is manipulator grasping, move to the specified location; As the base of mechanical hand, moving platform is used to expand the working space of the manipulator, making it perform the task in a more appropriate gesture, the addition of manipulator also greatly enhanced the performance of the mobile robot.KEY WORDS Garbage grabbing mechanism；Walking mechanism；Robot4目录1. 绪 论 .71.1 移动机器人概述 .71.2 全球机器人行业发展现状分析 .72. 垃圾拾捡机器人总体方案设计 .102.1 垃圾拾捡机器人原理 .103. 垃圾拾捡机器人行走机构设计 .123.1 工作原理 .123.2 方案设计 .143.5 设计链传动 .173.5.1 选择链轮齿数 .173.5.2 确定计算功率 .173.5.3 选择链条型号和节距 .173.6 链轮的设计 .183.7 后轮轴的设计及计算 .183.7.1 轴材料的选取 .183.7.2 轴径的初选 .183.8 联轴器的选择 .214.垃圾拾捡机器人抓取机构设计 .254.1 机械手整体方案设计 .254.1.1 机械前后臂的设计 .254.1.2 机械臂设计原理 .264.1.3 液压控制优点 .274.2 液压系统整体设计 .274.2.1 液压系统控制原理 .274.2.2 液压缸的选型 .284.2.3 液压泵的选择 .3054.2.4 校核 .314.3 其它元件的选择 .334.4 标准零件一览表 .345.有限元分析 .355.1 前轮转向轴有限元分析。 .355.2 后轮轴有限元分析 .365.3 机械臂有限元分析 .386. 结论 .39致谢 .41参考文献 .4261. 绪 论1.1 移动机器人概述移动机器人的研究始于 60 年代末期。最初的目的是研究并且应用人工智能技术，使得机器人系统能在复杂环境下进行自主推理、规划和处理。最早的操作式步行机器人的研制告成，开始推动起机器人步行结构方面的研究成长。随着 70 年代接近尾声，计算机应用与传感器技术开始崛起，移动机器人的研究又出现了新一步的进展。80 年代中期最为辉煌，由于席卷全球的机器人设计浪潮，多个世界著名公司开始与各个学校合作研究，促进了移动机器人学科向多方向发展壮大。90 年后开始研制带信息处理技术、复杂环境信息传感器并且更具适应性的移动机器人控制技术。真实环境下的规划使得技术发展潮流达到了更高层次。1.2 全球机器人行业发展现状分析根据了解，机器人的行业发展虽然在金融风暴期间导致工业机器人的销量急剧下滑，但在近年来不断呈增长的态势延续。还有统计预测，经过十年之后整个机器人市场将达到数百亿以上。在全球的机器人种类中，由于工业机器人应用较早，发展最为成熟，所以工业机器人占的比重任然较大。而目前研制中的智能机器人其智能水平并不高，只能说是智能机器人的初始阶段。智能机器人研究中当前的核心问题有两方面：一方面是智能机器人的自主性，这是就智能机器人与人的关系而言，希望智能机器人进一步独立于人，具有更为友善的人机界面。从长远来说，希望操作人员只要给出要完成的任务，而机器能自动形成完成该任务的步骤，并实现自动完成它。另一方面是，提高智能机器人的适应性，提高智能机器人适应环境变化的能力，这是就智能机器人与环境的关系而言，希望加强它们之间的交互关系。72. 垃圾拾捡机器人总体方案设计2.1 垃圾拾捡机器人原理本设计是以作为机械手的抓取机构，与行走机构两者结合而进行的设计。图 2.1 总机构完成图82.2 机器人的工作过程图 2.2 工作流程图通过传感器捕捉垃圾精确方位调整机械手并用机械爪将垃圾抓住机械手伸进垃圾箱然后机械爪松开并放下垃圾接通电源，开启垃圾拾捡机器人自动化控制93. 垃圾拾捡机器人行走机构设计3.1 工作原理行走机构靠视觉传感器技术辨别目标，负责前进后退以及转向功能的自动化移动平台。垃圾拾捡机器人通过视觉传感器，从而获知垃圾的位置信息，进一步控制行走机构进行相应的移动操作。3.1.1 行走机构图解图 3.1 行走机构完成图图 3.2 前轮转向装置图 3.3 后轮差速驱动装配3.1.2 行走机构移动判断通过视觉传感器令到垃圾拾捡机器人获知垃圾的位置：当在传感器设定的范围内没有发现垃圾时，机器人将自动进行前进，直至在可视范围内发现垃圾，之后行10走机构将移动到垃圾前，机械手控制系统启动分析并将垃圾处理到垃圾箱，接着机构重新进行移动。3.2 方案设计（1）四轮进行转向同时加上四轮驱动；（2）前轮进