《矿用重型采煤设备移载机器人设计》12000字（论文）

PAGEIII矿用重型采煤设备移载机器人设计摘要：随着中国提出“工业4.0”的战略方向，国内对于重型货物的运载需求越发增加，而现有重型移载机器人如AGV等，其对运行环境有较大要求，在矿地等路面粗糙的环境无法正常运行，往工作面运送裁采煤设备还要靠绞盘、抬运等笨重的方式，效率低、灵活性差。本设计书通过借鉴现有不同移载机器人的结构，设计出了一种具有叉、抬、驮运等功能的模块化矿用重型采煤设备移载机器人。其主要特点是能够适应一般的砂石路面，具有较现有运载机器人更好的爬坡能力，并且在搬运较重物体时，复数个运载单元能够通过工地wifi等通讯设备统一控制，配合实现运载任务。关键词：重构；重载；移载机器人；本体设计；行为控制目录33311绪论 -1-14341.1课题简介 -1-228041.2课题研究背景和意义 -1-199901.3国内外研究现状 -2-274411.4研究内容与章节安排 -6-472初步方案设计 -8-67132.1课题设计任务 -8-100472.2课题主要涉及工程复杂问题及解决方案 -8-317892.3总体方案确定 -9-84622.4非技术要素分析 -10-164793详细方案设计 -12-35223.2主要零部件设计与校核 -16-256083.3主要外购件选型与校核 -20-93653.4控制系统简介 -22-237424设计成果展示 -27-151094.1立体布局图 -27-285074.2工程图 -28-313725结论与展望 -29-244005.1结论 -29-248765.2展望 -29-16776参考文献 -30-10-1绪论重型移载机器人作为机器人的分支之一，是近几年行业的新型发展方向，具有广阔的发展前景。而现有重型移载机器人受限于其结构，无法适应户外运输的需要，因此本课题设计了一种适合矿下运载活动的移载机器人，以填补这方面研究的空白。1.1课题简介我国煤矿开采已经基本实现机械化作业，在地底下作业时能够使用采煤机，液压机等设备提高工作效率。但是煤炭从矿井通过吊篮、轨道车等运送到轨道终点之后，往工作面运送还要靠绞盘、抬运等笨重的方式，效率低、灵活性差，本课题旨在设计一种具有可重构为叉、抬、驮运等构型的模块化矿用重型采煤设备移载机器人机械本体，在抬运大型物件时复数个机器人能通过机械结构实现简单连接，统一控制，还能适应重载、路面不平整条件的运动以及在不同坡度下移载平台自适应调平。1.2课题研究背景和意义1.2.1研究背景虽然国家一直在提倡清洁、可回收能源的使用，但是化石能源依旧是我国主要的能源供给，其中煤炭是化石能源中的重要组成部分，我们不得不承认，在过去的70年里，正是煤炭工业的发展支撑了国民经济的快速发展。迄今为止，煤炭在我国能源生产和消费中的比重仍居前列，因此煤炭开采技术的更新与升级依旧有着广阔的前景。近年来，随着采煤设备制造技术的飞速发展，采煤设备走向重型化、强力化和自动化，使设备的可靠性与效率得到保证，带来了新一轮采煤技术的革命，有力的推动了采煤技术的发展。目前在神东、晋城等矿区已率先在厚煤层中使用大型采煤设备，实现了国内工效最高，吨煤成本最低的成果，极大地提高了国内外煤炭市场的竞争能力[1]。当前中国正在实施“中国制造2025”战略，制造业整体发展趋向工业化与智能化。在工业生产制造领域，对于移载机器人，特别是重型装备行业在转型生产方面对重型移载机器人有迫切的需求。目前市场上常见的移载式机器人主要有AGV（即自动导航搬运车）小车，指装备有电磁或光学等自动导航装置，能够沿规定的导航路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。工业应用中不需要驾驶员的搬运车，以可充电的蓄电池为其动力来源。一般可通过电脑来控制其行进路径以及行为，或利用电磁轨道来设立其行进路径，电磁轨道黏贴于地板上，无人搬运车则依靠电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作。但是在重载货物环境下存在一些问题，比如启动时由于负载大并且舵轮摩擦地面导致启动扭矩很大、在重载情况下舵轮磨损大以及使用双舵轮驱动存在地面不平整时会有驱动打滑等情况[2]。模块化可重构机器人单单元具有机械结构简单、运动灵活、机动性强等特点，同时多单元的组合具有灵活多变的配置方式，结合分布式控制和群智能算法，获得整个可重构机器人系统的环境适应性和功能通用性[3，4]。1.2.2研究意义我国的煤矿采集已经基本实现自动化，采煤机，液压机等机械设备普遍应用于各大矿井。目前，煤矿辅助运输机器人技术实现了远程监控、远程操作，减少人力投入，生产安全与效率得到充分保障，但井下作业环境复杂恶劣，无法实现全自动智能辅助运输，后续还需根据生产实情开展优化[5]。煤炭从矿井通过吊篮、轨道车等运送到轨道终点之后，往工作面运送还要靠绞盘、抬运等笨重的方式，效率低、灵活性差，耗费了大量的人力并且极大影响了整体作业的速度。因此本课题旨在设计一种具有可重构为叉、抬、驮运等构型的模块化矿用重型采煤设备移载机器人机械本体，帮助抬运矿车等重载荷。在抬运大型物件时复数个机器人能通过机械结构实现简单连接，统一控制，更好地适应地形以及物件本身的形状。如果设计出一款能够适用于矿下的自动移载机器人，无疑会大大提高采煤设备的整体效率，使我国采煤竞争力更上一层楼。1.3国内外研究现状目前世界上没有可重构运输机器人相关的研究，故下文将分别介绍可重构机器人与运载机器人的研究现状。1.3.1可重构机器人国内外研究现状对于模块化机器人的研究最早开始于在1988年,由美国CMU大学机器人研究所的Paredis和Khosla提出了第一种可重构模块化机器人系统。20世纪90年代初，自重构机器人的研究在世界各国引起热潮,其中，日本和美国在这方面的发展最为迅速。美国、日本的一些大学和科研机构对重构机器人的重构技术、变形策略、运动规划、控制算法、体系结构和协同控制等方面进行了广泛而深入的研究，将机器人的重构方式从最初的静态可重构升级为动态的自重构,建立了多种模型实验系统,在模块化机器人的技术与性能上取得了长足的进步[6]。相较于国外对于模块化机器人的研究，我国对模块化机器人研究开展得比较晚,最早只有少数高校和科研院所对重构机器人进行了研究，但是随着科技的发展，可重构机器人展现出非凡的发展前景，于是越来越多国内高校开始投入到可重构机器人的研发当中。国内对于可重构机器人的研发最早可以追溯到哈尔滨工业大学，其完成了第1代模块化机器人的设计,搭建了一个具有20个模块的实验系统,提出了一种基于子单元的分层规划方法,并进行了部分模块自重构运动及非重构运动实验[7]。近年来，国内许多高校都有对于可重构机器人的研发项目，并取得了一定的成绩。沈阳建筑大学仿照六足爬行昆虫结构,设计了一种仿生可重构式机器人移动平台。行走机构采用轮腿式,底盘可伸缩,以适应探测机器人复杂的地面工作环境[8]。中国科学院沈阳自动化研究所的刘明尧，李斌等研究了基于多Agent可重构机器人的控制方法，将关节机器人的复杂控制转换为多个简单子系统。燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室基于用移动机器人代替农民在农田复杂环境下进行劳作、减轻农民作业负担的理念，提出一种轮/履形态可重构移动机器人。该移动机器人由4个相同结构的轮/履形态可重构行走单元以及车体组成，具有轮式和履带式2种行走姿态，以便适应野外复杂地形。轮/履运动形态的可重构可以通过轮/履形态转换装置实现[9]。如下REF_Ref25405\h图1.1所示图1.SEQ图\*ARABIC1轮/履形态可重构移动机器人整体结构Fig1.1Overallstructureofwheel/trackshapeformreconfigurablemobilerobot南开大学人工智能学院研制了新一代可重构模块化蛇形机器人并研究了相应的多模态运动方法[10]。具体而言，新型蛇形机器人可以由任意多个模块通过连接机构重构而成，每个模块都是集成了驱动、控制、通信、电源于一体的可独立运动的单元，模块之间的连接机构采用新型的便于切换的勾爪－插销机构。另外，针对可重构模块化蛇形机器人进行了多模态运动方法研究，具体包括轮式机器人运动模态、平面蜿蜒模态、侧向蜿蜒模态、行波模态、攀爬模态、自主拆分模态等，并具体分析了攀爬运动及单模块转弯运动的性能，如下REF_Ref25623\h图1.2所示图1.SEQ图\*ARABIC2RMR的CAD模型Fig1.2CADmodelofRMR1.3.2移载机器人国内外研究现状移载机器人目前的发展方向是无人化、智能化，追求在缩小整体大小的情况下尽量搬运更重物体。目前一共有四类移载机器人投入使用。1、类kiva式AGV:在电商仓储行业，类KIVA式AGV搬运机器人应用最为广泛，利用机器人顶部升降圆盘将货物举起，根据无线指令的订单将货物所在的货架从仓库搬运至员工处理区，从而实现其独特的“货到人”拣选优势。如下REF_Ref25731\h图1.3所示图1.3类KIVA式AGV搬运机器人Fig1.3KivalikeAGVhandlingrobot2、同轴叉车:技田信息的SOOKOO机器人模式是这样的：分拣员面前有一个缓冲货架，技田机器人取出目标货箱后会把它运送到缓冲货架上，人拿不拿SOOKOO不管，它放完就走，下一个SOOKOO再将拿来的货箱放到暂存货架上另外一个空库位上，这样机器人就避免了等待的时间，会更有效率。如下REF_Ref25787\h图1.4所示图1.4同轴叉车Fig1.4Coaxialforklift3、轮腿式机器人Handle:2017年，波士顿动力推出轮腿式机器人Handle，后经改装，将原来的双臂被换成了机器人头顶的大型吸盘式抓器。它将原版机器人变成了真正可用的机器——可以自动装载和卸载仓库中的货物箱。波士顿动力表示，从技术层面来看，Handle可以搬动30磅重的箱子（视频中搬了约12磅重的箱子），并且可以把托盘堆叠到大约1.2米深和1.68米高。如下REF_Ref25852\h图1.5所示图1.5轮腿式机器人HandleFig1.5wheelleggedrobothandle4、PickingAGV:与类KIVA式移动机器人相比，国自机器人推出的PickingAGV可直接锁定目标SKU，并且一次可收集至少5个目标SKU箱，且从货架区到工作站只需走一次，PickingAGV还具有一个自由旋转的装载平台，在叉卸货时无需转弯，极大降低了存储货架区巷道宽度的要求。如下REF_Ref25979\h图1.6所示图1.6提货AGVFig1.6PickingAGV1.4研究内容与章节安排此次研究主要是设计可重构重载移载机器人的机构本体章节安排：第1章绪论：介绍任务相关内容第2章初步方案设计：结合毕设任务书，对主要设计和研究任务进行说明第3章详细方案设计：对详细设计方案进行说明第4章成果展示：主要对设计成果（三维图、二维图和实物演示）第5张结论与展望：对毕设工作进行总结2初步方案设计2.1课题设计任务采用机械结构与液压驱动相结合的方式，选择适当行进、传动以及液压控制实现矿下重型移载机器人机械本体的行进、顶升、叉台、拖运、背负以及多机联合协调作业。设计具备本体上独立移动、作业、驱动，控制上可多机协调的移载和升降机械机器人本体模组，实现可重构为叉、抬、驮运等构型的模块化矿用重型设备移载机器人的机械系统设计。课题主要涉及工程复杂问题及解决方案2.2.1叉、驮、抬、拖功能的模块化组合机械实现要求实现矿下重型移载机器人机械本体的行进、顶升、叉台、拖运、背负以及多机联合协调作业方案一：叉车式。设计灵感来源于叉车，其抬运方式类似于叉车，优点是在实现叉和抬的功能时较为方便，还可以抬起底盘较低的物体。缺点是左侧负重过于占空间，承重能力较弱，多为轻载机器人且多个机械本体连接方式单一，在实际使用时无法满足多种情况。方案二：背负式。背负式灵感来源于已有移载机器人，优点是可以更好利用空间，且不同机器单元连接方式较多，缺点是使用AGV传统麦克纳姆轮无法适应矿区地形以及爬坡要求。方案三：履带运输式。履带的设计既能承受高负载，同时在有石子及凹凸不平的路段行进时也能保持机身整体稳定性，缺点是车体自身过重，行动速度缓慢，且在转场十分不方便。方案四：月球车式。设计时驱动系统模仿月球车的结构，底盘较高，可以适应较大的坡度，同时在转向时更加方便。经考虑，最终整体方案选择方案四，并在部分设计上进行了一些调整。2.2.2不同坡度下移载平台的自适应调平要求在运输过程中机器人在不同坡度时保存移载平台的水平。方案一：通过液压装置调整，修改两侧液压装置的高低实现液压平台的水平，或者在设计液压结构时使用液压弹簧，液压系统自身也具备一定的自调平能力。此方案较易实现，且在底盘运行时不会影响机器人整体稳定性。方案二：通过抬高后轮轴承高度实现液压平台的水平。这种方法较难实现，后轮在运行时升高可能影响机器人整体稳定性。经考虑方案一更容易实现。2.2.3自动寻路方案要求在运输过程中机器人实现自动避障以及初始点与目标点之间的自动寻路。传统的避障机器人移动平台感知环境中的障碍物所用传感器主要采用红外开关、激光测距传感器、超声波传感器、摄像头等。方案一：铺设轨道。提前铺设轨道能够直接选择合适的路径，但是运动过程过于死板且在轨道上出现障碍时机器人无法自行解决。同时考虑本设计要求的可重构性时，轨道无法满足多种组合方式，故排除。方案二：超声波探测。超声波具有频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点，然考虑到本设计运用于煤矿等噪音较大区域，会对机器人探测产生较大误差，故排除[11,12]。方案三：激光雷达测距。激光雷达的优点有分辨率高，隐蔽性好、抗有源干扰能力强，体积小、质量轻低空探测性能好等，缺点是工作时受天气和大气影响大。激光一般在晴朗的天气里衰减较小,传播距离较远。而在大雨、浓烟、浓雾等坏天气里,衰减急剧加大,传播距离大受影响且目前技术落地成本高昂。考虑到煤矿的灰尘较多，激光雷达会产生较大误差，故排除。方案四：红外线传感。红外线传感器件功耗很小，隐蔽性较好，价格较低廉。缺点是容易受各种热源、阳光源干扰且被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被报警器接收[13]。考虑到煤矿环境对红外线传感不会产生较大的影响，故本设计采用红外线传感。2.3总体方案确定图2.1矿下重载移载机器人单个单元三维图Fig.2.13Ddiagramofsingleunitofheavy-loadshiftingrobotundermine上图为本次设计的矿下重载移载机器人单元的三维预览图，其中驱动部分由四个两组电机驱动，驱动力更强，且前进后退都更加方便控制。轮胎使用气胎轮，相较于铸铁轮胎滚动摩擦系数更小，驱动功率大大减小，有更长的续航能力。顶升平台的调平控制采用液压驱动，从可靠性、控制精度和经济性考量，选择采用电液比例阀平衡阀等控制单个液压缸的升降，同时在顶升平台上安装加位移传感器，通过位移传感器的闭环控制系统来实现顶升液压缸的调平。最后，为了实现叉车的功能，在顶升平台内部加入可折叠的钢材结构，在需要用到叉车的功能时通过手动将其展开，同样通过液压缸实现叉抬的功能。2.4非技术要素分析2.4.1工程与社会矿下重载移载机器人是一个典型的机电一体化的产物，设计初衷就是摒弃过去落后的搬运方式，帮助人抬运，托举一些重物。从工艺性角度，在设计时尽量使用螺钉螺栓连接，减少安装时的焊接。在设计车轮时采用轻量化设计，在车轮内设计镂空结构，减少了材料的使用，同时减轻了车体自身的重量。2.4.2环境与可持续发展矿下重载移载机器人在零配件的选择上尽可能的使用标准件，减少不必要的在加工，节约人力财力。在能源使用上选择电动机与电池驱动，与汽油相比更加清洁无污染，且充电电池也更具有可持续性。在设计时也考虑了较长的使用寿命，减少报废率。2.4.3职业规范在矿下重载移载机器人结构设计时，严格遵守国家标准和行业标准，不违反社会道德，遵守机电工程师职业道德和行为规范。2.4.4项目管理矿下重载移载机器人在设计时，尽可能标准化设计，更易于与其他学科结合，减少不必要的经济支出。2.4.5个人和团队矿下重载移载机器人是传感技术、信息处理技术、机械技术的综合运用，而我负责的矿下重载移载机器人本体设计是其中的一部分，在设计时我与其他成员交流意见，结合其他技术的设计，修改和改进机械结构。3详细方案设计3.1设计方案说明本次设计题目是可重构矿下重型移载机器人本体的设计。现如今移载运输机器人主要的发展方向就是AGV，即装备有电磁或光学等自动导航装置，能够沿规定的导航路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车[14]。本次在设计时也主要参考了AGV的一些结构，而普通AGV对运行环境有着较大的要求，需要地面平滑且没有较大的坡度。因此在设计时参考了月球车与坦克车等适合在野外行走的车轮结构，并根据实际进行了一些修改，表3.1为设计时的参数。表3.1矿下可重构移载机器人设计参数 Table2.1Designparametersofthereconfigurableload-shiftingrobotunderthemine项目指标项目指标负载4吨续航能力8小时移载方式背负式车体尺寸1600*1000*700驱动方式两组差速轮行走方向双向行走运行环境室外通讯方式无限局域网行走速度20m/min爬坡能力20°3.1.1驱动部分的设计现代车体在转弯时，通常有两种模式，简图分别为图3.2和图3.3图3.2旋转车轮轴的方式Fig3.21Rotatingtheaxleofavehicle图3.3旋转车轮的方式Fig3.3Thewaythewheelisrotated旋转车轮在设计车体时非常方便，只需要对车轮单元进行设计，现在常用的车轮有麦克纳姆轮[15]（如图3.4所示）以及万向轮。图3.4麦克纳姆轮结构的小车Fig3.4McNumwheelstructureofthetrolley考虑到工作环境有较多零碎的石子，路面也不够平滑，如果有石子等异物卡进轮胎里，会导致无法转向等问题，因此麦克纳姆轮在结构无法适应这样粗糙的环境，故舍去。而万向轮本身只能进行全方位的旋转，无法自己控制旋转的角度，只能作为承重时的辅助轮，不能作为调整方向的舵轮[16]，故也舍去。旋转车轮轴的方式大致有两种方案：方案一：小型驱动单元小型驱动单元如图3.5所示，这种方案是绝大多数AGV采用的方案，优点是选择方便，维修简单，且驱动单元自身可安装减震装置。但是轮底盘低，爬坡能力弱，几乎没有越障能力，故不适应矿下的环境要求。

图3,5北京30T重载AGV驱动单元Fig.3.5Beijing30Theavy-loadAGVdriveunit方案二：大型的驱动单元这种方案优点是可以使用直径较大的车轮，但是因为车轮较大，旋转时转矩也会增大，因此需要较大的电机与减速器，这样单组驱动结构就会很大，在旋转时可能带来不变，需要在设计时考虑驱动部分与整体的连接，与旋转角度的限制。最后驱动方案选择方案二，车体自身为两组组差速轮的结构。如图3.6图3.6驱动部分结构Fig.3.6Drivepartstructure车身与驱动部分通过转轴相连接，在转弯时，左右侧车轮因为转速不同造成行驶速度不同，整个驱动部分绕转轴随之扭转，实现整个车体的转弯。同时因为车身结构的设计，车轮轴扭转角度有限，避免了因为车轮轴过度扭转而发生侧翻的情况。摩擦分析：行走机构承担移载机器人重量与货物重量，m=5000kg，最大移动速度vmax=0.35m/s，最大加速度a静摩擦力：Fs=μs动摩擦力：Fd=μd惯性力：Fa=mamax空气阻力：Fw=cρsv车轮阻力：F=Fd+F则F<3.1.2顶升部分的设计顶升部分的设计主要借鉴了已有AGV的顶升机构，主体由四个液压油缸与承重平台组成，再根据实际情况与设计要求，进行了一些结构上的改变，整体设计如图3.7图3.7顶升平台Fig.3.7Liftingplatform相较于已有AGV，本次设计的机器人有一定的爬坡要求，因此便需要考虑在坡面的自适应调平，然而传统的液压油缸是直接与顶升平台连接，在面对角度较大的调平时连接部分不能保持与承重平面水平，因此在设计时在液压油缸与承重平台中加入球型连接，类关节的设计能保证在遇到各种坡面时，承重平台在自适应调平后能够通过重力改变与液压油缸的连接情况，避免了连接部分因为弯扭而损坏，如图3.8所示图3.8连接关节Figure3.8Jointhejoint目前为止已有移载运输车主要分为叉抬式与背负式，分别实现叉抬与托举的功能，而在设计本移载机器人时，为了同时实现二者的功能，在设计顶升平台时进行了一些改变，加入了可折叠的叉杆，需要用到叉抬功能时可通过手动将其展开，同样通过液压油缸实现叉抬的功能。如图3.9所示图3.9叉杆设计图Fig.3.9Designdrawingofforkbar3.2主要零部件设计与校核图3.10车轮轴Fig.3.10Vehicleaxle轴所承受转矩T=1.298×10转速n=15轴传递功率P=Tn9550=初步确定轴的最小直径计算公式dmin=A选取轴的材料为40Cr钢，正火、回火处理，查表可以得A0取值范围是112-97，取A0=1dmin轴的最小直径d=55>54.037满足要求。图3.11车轮轴承Fig.3.11Wheelbearings车轮轴承选择:已知车身本体重1000kg，额定载荷4000kg，则平均到每个轴所受载荷Fr为Fr=（1000+额定转速n=15.92P=Fd=1.2-1.8,取1.6只受径向力，X=1P=12250∗1.6=19600(3-14)选取深沟球轴承，L’b取15000C=Pε60×取内径60mm，选取6312型轴承，额定载荷81.8kN图3.12车轴齿轮Fig3.12axlegear车轴齿轮及相关校核因为电动机与减速器过长，通过一组相同的传动齿轮使得两个车轮在同一直线上。选择齿轮模数8，齿数20，材料20CrMnMo，压力角20°，齿宽50mm，分度圆直径160mm，标准圆直径60mm。校核齿根弯曲疲劳强度校核20CrMnMo齿面硬度700HBS[18]，取齿根弯曲疲劳极限σFlim[σFσF又kF取kA得kF又Ft得σF齿面接触疲劳强度校核应力循环,设一年工作300天，一天工作8小时，两班制，工作寿命15年N=查取接触疲劳寿命系数K20CrMnMo齿面硬度700HBS，取齿面接触极限σHlim=则[σ齿面接触疲劳强度公式如下σH其中kH取kA则kHZH得σH使用solidwork的有限元分析，下图3.13与图3.14分别为静应力与位移的仿真图图3.13静应力仿真图3.14位移仿真Fig.3.13StaticstresssimulationFig.3.14Displacementsimulation3.3主要外购件选型与校核3.3.1驱动部分设计：已知在小车运动时车轮和地面为滚动摩擦，初选小车车轮材料为气胎轮，查表3.15与表3.16表3.15不同地面的滚动摩擦系数Table.3.15Rollingfrictioncoefficientsofdifferentsurfaces地面刚或铸铁轮气胎轮干沙土0.30.2湿沙土0.160.16泥泞粘土0.20.2草地0.140.08沥青路面0.0150.02表3.16道路极限坡度角Table3.16RoadlimitslopeAngle角度θ坡度i说明0.116°20′无注明何种路面极限坡度0.063°30′碎石路面0.052°50′沥青混凝土路面由图知，在矿下滚动摩擦系数为δ，取0.02-0.2已知爬坡能力为tan（α）*100%，由查阅得知，载货汽车30%左右；越野汽车

60%左右现初设能爬20°的坡，爬坡能力36.4%，额定载重4000kg，自重1000kg，预定额定速度20m/min初取车轮直径400mm转速n=20000/（3.14∗400）=15.92r/min（3-31）由于对称布置，小车每个轮子负载相同，为12250N在平地行驶时的驱动力矩M=fr=Gδr=12250×在20°爬坡的驱动力矩M=又M=9550∗P/n（3-34）则p=2.17以2.17kw查找电机因为所设计运载机器人使用锂电池，因此选择直流电机选择广州市德马克电机有限公司130M08030C5-E型号电机，额定转速3000r/min，额定功率2500w，输入电压AC220V，额定转矩8N/m配套选择东洋电机公司BLA15型直流电机驱动器,输出转速15.92，减速比取1：200又输出扭矩1298N/m，查找选择东洋电机公司PLF240减速器电机最大转速3000r/min，减速比1:200，车轮转速15r/min，此时车轮速度为V选型后根据零件大小车轴简图如图3.17图3.17驱动部分简图Fig.3.17Diagramofthedrivingpart电池选择由于机器人大部分在平地行驶，现按平地功率计算电池容量已知在平地运行时一个电机运行转矩为490N/M，由M=9550∗P/n（3-36）则P=0.82kw（3-37）4个电机运行8小时，一共需要0.82×选择深圳市卓毅科技有限公司生产的48V80AhAGV锂电池，一个48v，80Ah，使用8个，可以提供30.7kwh的电量，足够爬坡与控制部分的用电量。3.4控制系统简介3.4.1移动部分的控制本次设计的可重构重载移载机器人主要通过无线信号控制，首先通过gps确定机器人自身所在位置，然后选择机器人行动的目的地，由于工作环境设置在矿下，地图是固定的。可以预先设定一些路线，机器人在行动时优先选择这些路线。同时机器人前后搭载红外线传感器[19]，实时监测前方路况，然后根据障碍物大小控制车轮转弯。当多个移载机器人同时工作时，可以通过矩阵计算多单元运动的轨迹，通过工地wifi统一控制移动与顶升物料。3.4.2顶升平台的自适应调平由于本次设计的重型移载机器人根据实际情况需要的爬坡能力，因此在设计时需要考虑到在爬坡时液压油缸的自适应调平。对于微小的角度，可以通过在液压回路里安装平衡阀，当运行在坡道上时，由于角度的产生，四个液压油缸承受压力会发生变化，平衡阀自动调整液压油缸内部压力，达到自适应调平的目的。当遇到一些较大的坡度时，可以通过在顶升平台上安装倾角传感器，得出顶升品台与水平面夹角，便可通过矩阵的方法计算出，在爬坡时不同角度下四个液压缸在竖直方向的位移，最后根据负反馈调整液压缸伸缩的高度[20]。图3.18倾角传感器Fig.3.18Inclinationsensor图为抬升平台的简化图，为了便于分析，这里将整个平台试做刚体，不考虑负载带来的形变。一个平面可通过三个点或者两个相交直线确定，由此，顶升平台的位姿便可通过在平台安装倾角传感器确定。当车身在斜坡上运行时，倾角传感器产生信号，经过运算可得到相邻液压缸在竖直方向的高度差，再通过反馈调节液压缸高度，便可达到自适应调平的功能。图3.19顶升平台简化图Fig.3.19Simplifieddiagramofliftingplatform设平台接触面为XOY平面，则平台的倾斜可视为沿Y轴方向的倾斜与沿X轴方向的倾斜，在这里分别设两个方向的倾斜角为α与β。图3.20倾斜示意图Fig.3.20.Diagramofinclination取平台上一点，设其初始坐标为（X0,Y0,Z0），顶升平台绕Y轴倾斜后所得到的坐标点为（X1,Y1,Z1）用矩阵表示为（X1,Y1,Z1）T=Ry（α）（X0,Y0,Z0）=cosα平台绕X轴倾斜角度β，用矩阵表示为（X2,Y2,Z2）T=Rx（β）（X0,Y0,Z0）=10将两个矩阵相乘，（X3,Y3,Z3）=cosα由于在顶升过程中，平台倾斜非常小，即倾角α，β无限趋近于0°，当倾角α，β无限趋近于0°时，sinαsinβ=0，cosα=cosβ=1，sin此时上式为（X3,Y3,Z3）T==现取顶升平台四个支点A（0，0，0），B（La，0，0），C（La，Lb，0），D（0，Lb，0）以矩阵形式表示为A0B则A1B=10=由上式可知，各支点相对水平的竖直位移量为Z1=0，Z2=−最后给出补偿命令，控制液压系统驱动每个支点处的液压缸做顶升或者下降动作，以使顶升平台达到水平状态。

4设计成果展示4.1立体布局图矿下移载机器人一组驱动如图4.1图4.1矿下移载机器人一组驱动Fig.4.1Agroupofdrivingforcesforminedown-loadingrobot矿下移载机器人顶升部分如图4.2图4.3矿下移载机器人顶升部分Fig.4.3Mineliftingrobotliftingpart矿下移载机器人整体布局如图4.4图4.4矿下移载机器人整体图Fig.4.4Overallpictureofminedownshiftingrobot4.2工程图图4.5矿下移载机器人a0装配图Fig.4.5AssemblydrawingofminedownshiftingrobotA05结论与展望5.1结论此次完成了对可重构矿下重型移载机器人的机械系统设计，对驱动方案与控制方案进行设计。在毕设中，使用soildworks对设计的可重构重载移载机器人进行了三维建模，并用cad绘制了装配图与零件图。对于一些控制方面的问题，提出了一些解决办法，并将控制系统与机械结构有效衔接，将电子化设计与机械装置结合一起，本专业能力，尤其是机械制图，传感技术、液压控制技术的掌握得到了锻炼和提升。在此次毕设中，查阅了一些与课题相关的国内外与重型移载机器人相关文献资料，了解国内外重型移载机器人领域的发展；在面对复杂问题时，能与他人进行沟通；对设计文稿如何规范地撰写有了进一步的了解。在收到团队要求增加其他的任务时，去查阅相关资料，学习相关内容，努力完成自己分到的任务，与团队其他人分享以了解的知识、技术，锻炼了沟通能力与个人和团队意识。5.2展望在此次毕设中，自身的设计经验不足，在设计过程中，将整体结构修改了许多次，浪费了大量时间。对设计所用到的程序编写，三维和二维制图软件不够熟练，效率较低。今后在设计时，要向有设计经验的前辈请教和学习跟过设计理念与方法，将强对机电专业设计过程中所使用的软件的练习。本次设计的可重构矿下重载移载机器人成品仍有许多不足，车轮部分未考虑减震设计，在改进时可以调整车轮部分的结构，安装车轮减震器。在实现叉车的功能时，由于车身结构限制，在设计时主要考虑背负功能的实现，而叉抬功能较弱，未来仍可进一步改进，使其具有更强大的功能。最后，作为当代大学生，我们要不断吸取知识养分，自我成长，不断的适应社会技术发展，去熟悉机电系统相关领域的技术和发展。我们需要培养自我学习和终身学习的能力，为社会，为国家贴砖加瓦，贡献出自己的一份力量。胸怀报效国家的理想和责任，具有自主学习和终身学习的意识、不断学习和适应发展的能力，能够熟悉机电系统设计、制造、运行以及相关领域的技术和发展。参考文献[1]杨智慧.论煤矿采煤技术的发展与采煤自动化技术[J].石化技术,2019,26(12):146-147.[2]朱建红.复合型智能移载机器人AGV系统[J].装备制造技术,2020(11):194-196.[3]LiuJinguo,LiuYuwang,HaoG