捡垃圾的机器人上下抓取及行走机构设计.docx

1、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

2、 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 3 ABSTRACT The rapid development of economy makes our materialistic pursuit

3、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 le

4、t 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 manipulat

5、or 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 WO

6、RDS Garbage grabbing mechanism； Walking mechanism； Robot 4 目录 1. 绪 论 . 6 1.1 移动机器人概述 . 6 1.2 全球机器人行业发展现状分析 . 6 2. 垃圾拾捡机器人总体 方案设计 . 7 2.1 垃圾拾捡机器人原理 . 7 3. 垃圾拾捡机器人行走机构设计 . 9 3.1 工作原理 . 9 3.2 方案设计 . 10 3.5 设计链传动 . 11 3.5.1 选择链轮齿数 . 11 3.5.2 确定计算功率 . 11 3.5.3 选择链条型号和节距 . 11 3.6 链轮的设计 . 错误 !未定义书签。 3.7 后轮

7、轴的设计及计算 . 12 3.7.1 轴材料的选取 . 12 3.7.2 轴径的初选 . 错误 !未定义书签。 3.8 联轴器的选择 . 14 4.垃圾拾捡机器人抓取机构设计 . 19 4.1 机械手整体方案设计 . 19 4.1.1 机械前后臂的设计 . 19 4.1.2 机械臂设计原理 . 20 4.1.3 液压控制优点 . 20 4.2 液压系统整体设计 . 21 4.2.1 液压系统控制原理 . 21 4.2.2 液压缸的选型 . 21 4.2.3 液压泵的选择 . 22 5 4.2.4 校核 . 24 4.3 其它元件的选择 . 26 4.4 标准零件一览表 . 27 5.有限元分析

8、 . 28 5.1 前轮转向轴有限元分析。 . 28 5.2 后轮轴有限元分析 . 29 5.3 机械臂有限元分析 . 30 6. 结论 . 31 致谢 . 32 参考文献 . 33 6 1. 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

9、。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

10、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。 7 2. 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

11、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 8 2.2 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 9 3. 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

12、 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 进行 转向 同时加上 前轮驱动 ； （ 3）前轮 进行 转向，后轮 实行 驱动 。 （） 最终 决定采用 常用合理的方案（ 3）进行设计 图 3.5 转向机构作图法 如图 示， A、 B 是交点延伸的主销的中心线的点， BD 和 AC 平行于纵向轴线的两条直线， C， D 两 点分别 相交于后轴， E 为 纵轴交点 AB，连接，线任取一点点楼这一个， B 由两个连接的，符合外眼角要求。