机械设计制造及其自动化毕业设计-投篮机器人拣球及弹射机构设计.doc

1、本科毕业论文（20 届）投篮机器人拣球及弹射机构设计所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日投篮机器人拣球及弹射机构的设计摘要本文包括投篮机器人从拣球到弹射整个过程的设计。当电机驱动涵道转动后，由于气流的的反向作用，使得下部气压减小上部气压增大。从而使弹力球进入桶内当捡球装置内装入弹力球后底座上的电机驱动机械臂发生转向，机械臂上的电机则转动，使得捡球

2、桶口与装球口相对应，此时，涵道反转弹力球即进入装球装置内。当装球装置内装入球后，驱动凸轮的电机转动。从而使装球装置与凸轮相脱离。在弹簧拉力的作用下，使小球弹出去。关键词：捡球装置，驱动电机，机器人机构设计，弹射机构Robot shooting the ball and pick the design of the ejection mechanism AbstractsThis article includes shooting robots from picking the ball to catapult the entire process of design. Picking devi

3、ce consists of a bucket fitted with ducted fan configuration, when the motor-driven ducted rotation, due to the reverse flow of the action, so that the lower the air pressure decreases, the upper pressure increases. So that the elastic ball into the barrel. Picking the completion of the action. When

4、 the motor-driven robotic device into the stretch and then picking the ball inside the base of the shift occurred when turned pre-designed angle, then turn the motor on the arm, making picking bung opening corresponds with the ball, At this point, ducted reverse, elastic ball into the ball that mean

5、s. When the ball device built to score, driven cam motor rotation. So that the ball device with cam phase out. Under the action of a spring, so that the pop-up to the ball. Keywords: picking device, drive motor, the robot mechanical designI目 录1 绪 论 .11.1 机器人概述 .11.2 目前研究的概况和发展趋势 .21.3 选题背景 .21.4 研究内

6、容 .42 投篮机器人总体设计方案 .52.1 整体设计说明 .62.2 机器人的相关理论及设计 .73 电机的选择 .83.1 大电机的选择 .83.2 小电机的选择 .94 齿轮的设计 .114.1 齿轮加工工艺及注意事项 .114.2 齿轮的传动设计 .124.3 验算齿轮弯曲强度 .144.4 传动轴的设计 .155 凸轮的设计 .166 导轨和弹簧的设计 .186.1 导轨的选择 .186.2 弹簧的选择 .187 捡球装置 .217.1 涵道风扇 .218 支架设计 .228.1 整体支架设计 .228.2 电机轴承座的加工工艺 .239 其他零件的选取 .259.1 键的选择 .

7、2510 总计与展望 .26致谢 . 27参考文献 .2811 绪论 1.1 机器人概述 机器人科学是一门综合了机械、电子、材料、计算机、传感器、仿生、人工智能等多种前沿科学的综合性学科，是最能体现一个国家基础科学技术和制造业水平的学科之一。1920 年捷克作家卡雷尔卡佩克发表了科幻剧本罗萨姆的万能机器人 。在剧本中，卡佩克把捷克语“Robota”写成了“Robot” ， “Robota”是奴隶的意思。该剧预告了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。在该剧中，机器人按照其主人的命令默默地工作，没有感觉和感情，以呆板的方式从事繁重的劳动。后来，罗萨姆

8、公司取得了成功，使机器人具有了感情，导致机器人的应用部门迅速增加。在工厂和家务劳动中，机器人成了必不可少的成员。机器人发觉人类十分自私和不公正，终于造反了，机器人的体能和智能都非常优异，因此消灭了人类。卡佩克提出的是机器人的安全、感知和自我繁殖问题。科学技术的进步很可能引发人类不希望出现的问题。虽然科幻世界只是一种想象，但人类社会将可能面临这种现实。 为了防止机器人伤害人类，科幻作家阿西莫夫于 1940 年提出了“机器人三原则”：(1)机器人不应伤害人类； (2)机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外； (3)机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。 这是给机器人赋予的伦理性纲领。机

9、器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则。机器人真正出现在人类社会中的历史并不算长，1959 年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才算真正开始。机器人发展到现在，可以分为三代：第一代是示教再现型机器人：它由人操纵机械手做一遍应当完成的动作或通过控制器发出指令让机械手臂动作，在动作过程中机器人会自动将这一过程存入记忆装置。当机器人工作时，能再现人教给它的动作，并能自动重复的执行。这类机器人不具有外界信息的反馈能力，很难适应变化的环境。 第二代是有感觉的机器人：它们对外界环境有一定感知能力，并具有听觉、视觉、触觉等功能。机器人工作时，根据感觉器官（传感器）获得的信息

10、，灵活调整自己的工作状2态，保证在适应环境的情况下完成工作。第三代是具有智能的机器人：智能机器人是靠人工智能技术决策行动的机器人，它们根据感觉到的信息，进行独立思维、识别、推理，并作出判断和决策，不用人的参与就可以完成一些复杂的工作。目前，智能机器人已在许多方面具有人类的特点，随着机器人技术不断发展与完善，机器人的智能水平将越来越接近人类。 1.2 目前研究的概况和发展趋势 当今世界，机器人特别是工业机器人已经发展成为一个规模巨大的产业。据粗略估算，全球现在至少有 76 万台机器人正投入使用。中国于 1972 年开始研制自己的工业机器人。我国于 1985 年研制成功第一台弧焊机器人，距世界最早

11、的机器人实用机型推出晚了 23 年。目前，我国从事机器人研发、制造的单位已达 200 多家。2000 年，我国工业机器人的拥有量约为 3500 台，其中国产的占五分之一。但是由于我国机器人产业化起步较晚，步伐较慢，基础工业力量比较薄弱，致使工业机器人长期大量依赖进口。研究与市场脱节是我国机器人产业化过程中一个急需解决的问题。同时，我国的企业也缺少大规模集成的经验，难以形成很强的竞争力。1.3 选题背景DJI-RoboWar 发射系统设计 征集公告 DJI-RoboWar 项目组就高尔夫球发射系统设计进行国内大学生征集，欢迎符合条件的大学生们积极参与投稿。 一、应征内容： 设计制作标准高尔夫球发

12、射系统。 二、征集时间： 本次征集活动于 2013 年 10 月 09 日（北京时间）正式启动，征集截止日期为 2013 年 10 月 15 日 17 时（北京时间） 。 三、应征作品要求： 1.长350mm； 2.宽250mm； 3.高250mm； 4.立体空间，以弹力球作为炮弹，自由创作一款发射系统，发射距离8m； 5.可连续发射高尔夫球，要求具备自动装弹功能，总弹数不小于 20 发； 36.不可使用压缩空气； 7.此设计系统必须细化完成实际可加工； 8.设计方案方便批量生产，物料成本控制在 8000 元范围内（包含电机） ； 9.电机型号由 S661DT1 电磁式直流伺服电动机,项目组统

13、一推荐，10. 允许电源应不超过直流 24V。 四、设计软件与发稿格式： 软件：Pro E 格式：3D 装配工程图、2D 零件工程图、三维模型装配图 1.4 研究内容本人作为该研发组的组长，主要负责主题研发与全队的管理，承担着对自动机器人（Automatic Robot） 、采集机器人（Collector Robot）的机械系统设计制作任务以及其配合工作。本论文主要针对手动机器与采集机器人的设计和优化进行研究。参加亚太大学生机器人比赛的我，在大三时加入我校机器人队。对这种创新型活动有着浓厚的兴趣，并在的比赛中积累了一些机械设计和加工的经验，也深切的知道了机电结合的重要性。掌握高等的理论知识固然

14、重要，实践同等重要，只有在实践中才能显示出理论知识的作用，尤其是这种创新型实践，不但需要理论来指导，更需要突破已有知识的局限，展开丰富的想象，大胆去尝试，以实现机电产品新的任务。在机器人设计方面，若有“一块短板”的话则就会影响整个任务的完成情况，以致决定着最后的胜负。因此所有的结构都是要先经过组内的统一探讨和实际实验后才能拿出最终的方案。并且在机器人研究过程中我们首先需要仔细和反复的研读比赛规则，弄清规则上各个的细节说明，划出模糊概念，猜想出题人意图，并在制定比赛策略时，考虑全面，以免在前期做些不必要的工作，做到万无一失。而只有这样才能提出功能设计方案并对其进行深刻论证。接下来就可以确定机器人

15、的参数，从而完成整个机器人。自动机器人的设计是整个机器人设计和制作的一部分，遵循整体设计要求，设计过程也经历了：方案的提出，参数的确定，具体设计和加工，调试和优化的过程。4其工作流程如图 1.1 所示。图 1.1 参赛机器人设计与制作流程机器人的最终方案确定是按以上流程进行的，前期的主要工作是对规则的分析，分析的深度决定机器人设计的合理性，这个阶段时间比较长，而且是整个机器人的设计和制作基础，设计过程较快，但是比较繁琐，需要注意很多的细节问题并不断地优化和改进。通过绘制草图、装配图、零件图、在画出三维视图，在设计过程中突出的原则是“稳、准、快” 。接下来就是制作阶段，在制作时依据三维图装配，并

16、且对其进行分析，并不断的解决，最终达到稳定的机械系统，以达到参赛要求。熟悉比赛规则比赛机器人的创意与提案确定自动机器人的设计要求和参数初步设计详细设计制作 组装 调试试运行 演练优化明确目标 组建参赛队伍 制定进度计划 组织学习确定自动机器人实现的动作和设计参数设计草图及说明 集体讨论评选方案装配 性能测试机械草图 设计计算 机械装配图 零件图 52 投篮机器人底盘总体设计方案2.1 整体设计说明弹球和捡球:捡球捡球装置由一个装有涵道风扇的桶构成，当电机驱动涵道转动后，由于气流的的反向作用，使得下部气压减小，上部气压增大。从而使弹力球进入桶内。完成捡球动作。图 2.1 涵道风扇装球当捡球装置内装入弹力球后又底座上的电机驱动机械臂发生转向，当转过事先设计好的角度后，机械臂上的电机则转动，使得捡球桶口与装球口相对应，此时，涵道反转，弹力球即进入装球装置内。6图 2.2 摇臂弹球当装球装置内装入球后，驱动凸轮的电机转动。从而使装球装置与凸轮相脱离。在弹簧拉力的作用下，使小球弹出去。图 2.3 弹射机构此设计利用凸轮旋转拉动弹射装置当凸轮旋转过尖端弹簧压力突然撤去，此时弹簧收缩将球弹出，整个装置包括：捡球装置装球装置凸轮齿轮传动电机整体支架图 2.4 弹射及拣球机构