1、圖書分類號：密 級：畢業設計(論文)校園垃圾拾撿機器人抓取及驅動機構設計PICKINGUPGARBAGEANDCRAWLING ROBRTDRIVINGMECHANISMDESING學生姓名班 級學院名稱專業名稱指導教師學位論文原創性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經注明引用或參考的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經發表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。論文作者簽名： 日期：年月日學位論文版權協議書本人完全了解關于收集、保存、使用

2、學位論文的規定，即：本校學生在學習期間所完成的學位論文的知識產權歸所擁有。有權保留并向國家有關部門或機構送交學位論文的紙本復印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。可以公布學位論文的全部或部分內容，可以將本學位論文的全部或部分內容提交至各類數據庫進行發布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。論文作者簽名： 導師簽名：日期：年月日 日期：年月摘要科技與經濟的高速發展，人們生活條件不斷改善，廢棄物排放的不斷增加，使環境得到很大的破壞，特別是在校園，每天產生超多的垃圾，如舊紙，垃圾袋，易拉罐等，為了讓校園保持干凈，必須投入大量的勞動力。這時候我們設計一個撿垃圾的機器人可以

3、幫我們解決校園里的大麻煩，我們的機器人要有環保意識，自主決策與計劃，行動和拾取行為等功能，集成系統集成的集合。撿垃圾機器人由一個液壓或氣壓來運作的，它是在移動平臺上，一種特殊的移動式機器人的配置完成的。其中機器人可以達到這樣的抓取效果，一些簡單操作和其他操作，移動平臺是可以擴大工作范圍的機器，使機器人可以是有更好的狀態去完成任務，使得機器人被添加一些性能;移動平臺是利用前輪轉向輪驅動的：四輪汽車結構。1關鍵詞:校園；垃圾機器人；控制機構；驅動機構AbstractWith the rapid economic development and increasing people's liv

4、ing standards, waste emissions by increasing the pressure on the environment increasing, especially in densely populated areas on campus this place every day in the manufacture of a large number of spam, such as waste paper , plastics, used batteries, such as skin. In order for the campus must be ke

5、pt clean on the charges of human material and financial resources and so on. If you design a campusspam robots can be solved a lot of trouble, campus garbage robot is a robot environment-aware, dynamic decision-making and planning, such as acts of control and the implementation of multiple functions

6、 in one integrated system. Manipulator garbage from the entire hydraulic control, garbagerobot manipulator is fixed on the mobile platform consisting of a special kind of mobile robot. Manipulator which is used to achieve, such as crawling, operation moves the mobile platform to extend the work of t

7、he hands of armed space robot can be a more appropriate gesture tasks, the robot is also greatly improved by adding the dynamic performance of robot ; mobile platform is a front wheel steering using the four-wheel rear-wheel drive car-type structure.Keywords schoolspam robotcontroldrive mechanism目 錄

8、摘要IABSTRACTII1 緒論11.1移動機器人概述1移動機器人的系統結構11.1.2 移動機械手平臺系統11.2 機械手概述2機械手機構設計2機械手的機能和特性4軀干和傳動系統51.3課題研究背景及意義62 校園垃圾拾撿機器人總原理72.1 機器人總原理圖72.2 機器人的操控過程83 機械手夾緊機構手爪設計93.1 手爪的工件原理93.2 手爪技術參數103.3 夾緊力的計算103.3.1 當量夾緊力的計算（滑槽式的兩指夾緊機構）103.3.2 手指夾緊力的計算114 垃圾拾撿機器人移動平臺設計與計算124.1 移動平臺原理124.2 方案設計124.3 電動機選型144.4 設計鏈傳

9、動15選擇鏈輪齒數15確定鏈節數Lp15確定鏈條節距154.4.5 驗算速度16作用于在軸上的軸力16設計結果164.5鏈輪的設計及計算164.6軸的設計及計算17選擇軸的材料及熱處理17初估軸徑17結構設計17軸上零件的周向固定18軸上倒角與圓角184 .6.6軸的校核184.7聯軸器的選擇19確定聯軸器的計算轉矩19選擇聯軸器的類型194.7.3 外形結構，技術參數204.8減速器的選擇204.9鍵的選用與校核214.9.1 鍵的選用過程214.9.2 鍵的選型214.9.3 鍵的校核224.10軸承選擇224.10.1 軸承選型224.10.2 軸承的軸向緊固方式23軸承的安裝形式234

10、.11螺紋緊固件選型24選型見24校核軸與車輪的聯接螺栓強度244.12防松裝置254.13密封件選擇265 控制流程275.1控制流程276 PLC控制系統的設計296.1 PLC機型的選擇296.2控制系統硬件設計296.3 PLC控制系統的軟件設計30標準零件一覽表33總結34致謝35參考文獻361 緒論1.1移動機器人概述移動機器人的研究是20-60世紀，（SRI）等人，在取得了自主移動機器人研究1966至1972年被稱為自主移動機器人。這樣做的目的是研究人工智能傳統技術，推理，計劃和復雜的環境自主機器人系統控制。與此同時，第一次行走機器人操作的成功發展，開始行走機器人的研究結構，為了

11、解決這個問題，機器人在不平運動場地面，設計并開發了多條腿走路的機器人。后期，隨著計算機應用和傳感器技術的普及，移動機器人的研究在20-70年代到達新的高層。在80年代中期，一波機器人的潮流遍布全世界，許多有名的公司開始發明制造移動機器人平臺，研究移動機器人的平臺，主要是大學里和一些研究機構，以促進各種機器人的研究。 90年代以來，環境信息傳感器和信息處理技術，高適應性的移動機器人控制技術的發展，高科技的象征計劃實際環境中進行更高層次的移動機器人研究。31.1.1移動機器人的系統結構目前移動機器人的研究：機器人可以識別自身工作環境，工作對象和它們的形態，它根據由所述結果的人的“自我”的理解和外界

12、給出的指令，以分離的工作方法，利用操作機構和移動機構來實現任務目標的，并能適應該決變化的工作環境。這些機器人智能化，有的可以兩只腳行走在路上。一個行駛在平坦的表面;看到東西到拾取，能夠自行運作，自動拾取;一些獨立的控制和決策能力。移動機器人組成部分：硬件和軟件系統。根據研究用于不同的目的，形成了移動機器人的硬件，比較全面結構。移動機器人軟件系統相當于機器人的“腦子”，智能機器人代替很多的工作，因為它具有類似于人腦的智能控制系統。1.1.2 移動機械手平臺系統移動機器人是一個擁有環境認識，自主拾取和思維運動，隨后執行的集成系統。移動機器人是由機器人上固定構造的移動平臺式移動機器人。其中，機器人用

13、于實現這樣的抓取，和其他操作，移動平臺延長機器人的工作區中，以使機器人可以完成的任務更適合的姿勢，而機器人也被加入大大提高了移動機器人的功能。移動機器人的架構設計帶來的意識，行動，計劃，行為等充分結合。1.2 機械手概述機器人主要是執行機構，驅動機構和控制系統。執行器的機器人還包括手，手臂和軀干。安裝在手的前部，該任務是準確地抓住當前工件，一個必須與人的手是類似的，它必須有手指頭，并應具有人手或可替代同類動作已完成接下來的動作，以達到自己的目標。臂的作用是用來協助手抓住工件和可移動到所需的位置時，機器人的運動，有兩種：一種是垂直直線運動，周圍的其他線性運動。因此，它必須被裝在一液壓缸，電磁閥等

14、，其執行構件或輔助系統的一部分。有四個主傳動機構：液壓驅動，氣動驅動，電力驅動與機械驅動器。主要的電動和氣動驅動器的主要用途配合少量液壓和機械傳動。4液壓動力驅動工業方面的設備如：鍋爐。它的優點是壓力高，體積小，持續的力量大動作。缺點是笨重的結構。成本高。但也與壓力源。一般使用4-6個大氣壓。也有一些變大。具體地，即使它的功率是相對小的，體積比較大，但對于低成本，并且不決定該操作。因此，我們手中使用這類驅動器。電驅動，直線運動可用于螺母機構。我們的通用機器人考慮步進電機，直線或交流伺服電機，和變速箱等電器的電源驅動簡單，維護和使用起來更加方便。驅動機構采用電源的一種形式，功率是比較大的。因此，

15、用這種驅動形式的設計。微小的，它是在一個電磁閥驅動氣缸的形式。機械手的控制主要包括工作的順序、提起的重量、運動所耗時間、到達的地方等。5數字控制系統可以根據行動序列的要求設。它必須首先被編程為存儲，則按照程序來控制機器人的工作。為了使程序簡單，來使用PLC控制系統執行操作。機械手機構設計1.末端執行器俗稱手爪。它是機器人的把持（或吸附）或工件保持特殊的工具（例如，槍，扳手，焊接工具）操作部件，具有仿手動操作的直接工具，所述機器人臂的前端安裝結構和根據工作要求的大小來設計。從而形成多種結構類型的，并且可分為機械夾持器，吸附結束和專用工具的類別。自動操縱功能的設計，在某些條件下，來進行抓取。末端執

16、行器的設計要求：具有足夠滿足夾緊力，需要夾緊位置精度操作要求;我們的手指應該有一定的收盤角;以確保工件的準確定位;具有足夠的強度和剛性;由于這可能會使以減少手臂上的負載它結構簡單，緊密，重量輕。機器人應該能夠抓住物體的部分，變成一定角度（> 90°）的部分回落。要求抓取部件體重高達1公斤。另外，通過在夾持器結構的形式不同的形式的能量的設計適應的結構和大小的不同部分。2. 腕部又稱手腕。與致動器臂組件的端部連接，并且其功能是實現在臂和工作單元上的坐標空間的基礎上的三個位置的端部的腰，手腕姿勢的坐標來實現的工作空間。手腕的設計要求：因為手腕的臂的端部，以降低負載手臂，手腕緊湊組件應

17、設法減少其重量和體積;不盲目地增加的自由度的手腕的數目;改善手腕的準確性，提高傳輸剛度，應盡量減少由于反轉帶來更糟的機械傳動。兩自由度機械手的結構，即手腕和抓手旋轉擺動，姿態處理操作，以滿足空間需求。對于手腕簡單且緊湊的結構，在手腕驅動，通過驅動機構繞腕關節軸擺動驅動;旋轉夾緊器由電動機的旋轉來驅動。臂部又稱手臂。接頭和連接從電源開始，用于支撐和調整手腕構件的端部。具有2至3個自由度，包括驅動裝置，定位裝置，和測試等的。由于臂的重量本身是大的，而且還承擔在手腕上，端部執行器和工件，并在運動產生的動態負載的重量，所以應力情況更為復雜。臂部的設計要求：結構和任務的大小，工作要滿足空間需求;根據所受

18、載荷手臂和結構特點，合理選擇臂截面形狀和高強度輕質材料;減少重量和臂相對于它的關節旋轉軸的轉動慣量和轉矩的時刻，以降低負載的驅動;減少動態負載的動作的影響，提高運動的反應速度;以減少所造成的機械誤差，提高運動準確度和強度，提高定位強度。機器人臂與所提出的結構的形式有三個自由度，每個有兩個自由度以及一個旋轉自由度的，以滿足的裝卸作業的空間位置的要求。為了降低該臂的重量，考慮到材料的性能參數，利用鋁作為材料的選擇。圍繞肘部臂和臂肩關節周圍旋轉來實現上下運動，結合轉矩，慣性的平衡的要求，各關節的驅動源被放置在上一節，由一個大齒輪驅動，臂圍繞各個實施的關節軸旋轉。肩上聯合旋轉達到旋轉運動，手臂和手爪的

19、旋轉運動，臂部關節軸驅動器被放置在機座。機座是機器人的一個基本組成部分，起到支架作用，它可分為穩定和移動兩種。由于這項研究的機器人組裝生產線的機器人，所以選擇一個穩定的基地。它由直接驅動和驅動臂的方式實現手臂擺動。3.傳動、驅動方式選擇與分析選擇連接和驅動源和從動齒輪和關節件的驅動模式選擇裝置。連接和驅動模式的基本形式有以下幾種：連接驅動器，遠程傳輸，間接驅動，直接驅動。驅動源常見的方式有：液壓驅動，氣壓驅動，直流電動機驅動和交流驅動器的四種基本類型。交流馬達驅動器是最近開發的驅動方法。液壓驅動器：液壓驅動，主要是靠氣缸，馬達，齒輪齒條的直線運動由擺動油缸，和減速機，汽缸與齒條，齒輪和鏈條以實

20、現旋轉運動。液壓傳動壓力的優點，體積小，產量大，運動平穩，無級變速，易于自鎖，并可以靠在中間。它配備有一個壓力源，系統復雜性和高消費。氣動驅動器：用于氣動氣缸，氣動發動機，閥門等氣動驅動元件。使用4到6個大氣壓，每個8到10個大氣壓，它的優點是方便的天然氣供應，維修方便，成本低。的缺點是，有助于小和大體積。因空氣壓力較大，難以停在中間位置的壓縮，速度不好控制，慢反應動作不順暢，它有一個影響，僅在控制位置，而潤滑不良，氣動系統易于銹，以降低沖擊時產生停止壓力系統配備有速度控制機構或者緩沖機構。電氣型：驅動系統由一個電機驅動，三相感應電動機來驅動力，具有較大的減速比減速，以驅動致動器;直線運動是由

21、電機螺桿螺母機構驅動;易電源，信號傳輸，操作方便，響應速度快，適用于工業化機器人的驅動力，但必須使用減速構件（例齒輪減速機，諧波齒輪減速機）的優勢，所需的電機是步進電機直流伺服電動機和交流伺服電機。選擇和計算齒輪和通用機械傳動裝置是基本相同的。然而，要滿足機器人傳輸緊湊，重量輕，慣性和小尺寸的要求，要求消除的驅動器空間，增加其運動和位置精度。除了傳動齒輪，蝸桿傳動，鏈傳動；行星齒輪驅動器，但也常用絲杠，諧波齒輪，同步帶和繩索的驅動器。經過綜合考慮系統的平衡性，這個機械手采用直接連接傳動，間接驅動。交流伺服電機（在未通電，有自鎖轉矩），傳送裝置用齒輪傳動和絲杠傳動，所使用的每個關節的驅動方法如下

22、：（1）機座回轉：交流伺服電機通過一對正齒輪驅動垂直方向，驅動機器人的整體移動。（2）大臂回轉的肩關節：安裝在驅動齒輪的基礎上，從而帶動圍繞肩部的轉動臂，產生上下運動的交流伺服電機，這種運動是由電機驅動。（3）小臂的上下運動：這個運動由電機安裝在驅動臂，其驅動電機驅動。（4）小臂的回轉運動：這個運動由電動機控制運動。（5）手腕的回轉運動：這個運動由腕部的電動機驅動。（6）手腕的上下運動：這個運動是由電機驅動的腕部帶動（手腕內部結構有兩個電機）。1.2.2機械手的機能和特性機械手最顯著特點如下：（1）可編程生產自動化的快速發展為靈活的自動化。機器人可以隨需要改變他們的工作環境被重新編程，所以它是

23、在小批量多品種具有靈活的制造過程，以平衡的高效率可以起到很好的作用，是一種靈活的制造系統（FMS）是一種重要的組件。（2）擬人機械手在人樣手臂，手腕，夾持器和其他部件在控制計算機的機械結構。之外，還有許多智能機器人類似人類的“生物傳感器”：接觸傳感器，力傳感器，負荷傳感器。傳感器提高了機械手對周圍環境的熟悉能力。6（3）通用性除了特殊機器人設計，在一般情況下，機器人具有在各種操作任務的執行良好的通用性。例如，替換的操作（夾持器，工具等）的操縱手端可以執行不同的工作任務。（4）機電一體化主題機器人技術涵蓋范圍很廣，但總結了機械科學和微電子技術的應用，特別是密切相關的計算機技術的應用。因此，機器人

24、的發展體現一個發展中國家的發展水平，科學技術、工業技術也得到了體現。1.2.3軀干和傳動系統機械手驅動器有液壓，氣動，電氣和機械四種，本設計采用集成的傳輸方式，ARM使用電力驅動，同時使用氣動手爪。（1）夾緊機構工件機器人抓取一部分。因此，要準確，快速地抓住工件是最低要求的設計。當我們設計時，首先要知道的具體要求的機器人坐標，速度和加速度，還要考慮物體的重量被夾住，尺寸和慣性被計算。還需要考慮的夾持器開口的尺寸，以確保有足夠的開口抓住物品。為了防止工件被夾緊時損壞，我們必須添加的接觸部分有彈性。在一個夾緊機構的形式有很多種，吸盤狀，用機械中，為了簡潔我們的設計，因此，我們使用機械夾持機構。機械

25、夾緊機構是用途很廣泛的，它主要是更多的人可以與動作協調，可以線性運動，等等。本次決定用二指氣動手爪，利PLC技術來完成他們的動作。（2）軀干軀干和從機箱臂是由兩部分組成。底盤支撐機器人本體的重量，僅在其中發揮設計的支撐作用。機器人臂的主要部分是它的功率由機器和連桿等的聯合行動，是用于支承和調整手腕和端部位置的裝置，它主要是一個支撐發揮作用夾紗器，其還通過編程控制器，用于控制所述電磁閥驅動氣動氣缸的控制臂來完成各種動作的脈沖信號。1.3課題研究背景及意義移動機器人平臺涉及機械，電子，無線電通訊，視覺系統，模式識別和許多學科的智能控制，將研究基于移動機器人技術的未來的各個方面（如導航，視覺，模糊控

26、制，神經網絡等）提供了一個很好的平臺。機器人被安裝在移動平臺上，這種結構允許機器人幾乎有無限的工作空間和運動多余的高度，和行動執行功能，這使得它比其他移動機器人和機械手更好;另外，在移動平臺上的機械手不僅有不一樣的動力學機構，但有很強的結合，一些移動平臺也不完整。因此，這樣的系統問題的研究都具有重大的理論意義和實踐意義。22 校園垃圾拾撿機器人總原理2.1 機器人總原理圖圖2-1 機器人總原理2.2 機器人的操控過程當機器人工作，啟動遙控器按鈕，移動電源控制按鈕，電源，控制線遠程控制機器人工作區，全自動化操作按鈕啟動機器人，機器人進入自主運動。機器人利用視覺傳感器到達垃圾位置：當在機器人視野內

27、沒有發現垃圾，機器人繼續向前行駛，尋找目標，直到你找到它的范圍之內發現的垃圾，移動平臺不會運行，啟動機器人控制系統，機器人操作器通過調節傳感器的位置被對準，使得機械爪閉合，抓住，垃圾機器人與垃圾方向旋轉的轉盤，打開開關爪頂端，爪完全打開，第二次遭遇一個限位開關，變為自由的初始狀態的機器人。機器人繼續移動去尋找垃圾。在機器人行進的過程中，搭載可以發現周圍障礙物的傳感器，控制轉向電機起動器，控制機器人轉彎，躲開障礙物。當機器人中垃圾占滿垃圾桶一定量時，機器人不工作了，發出報警聲。遠距離操作機器人，通過無線導航系統中，將控制機器人到附近的地方將收集的垃圾丟入。機器人完成撿的全過程。總結兩個月的畢業設

28、計就要結束了，寫到總結的時候多少有些感慨，時間不長也不短，經歷了太多太多，在這回顧一下自己走過的路，算是給自己大學四年畫一個圓滿的句號！當時拿到這個題目，確實感覺到一頭霧水，不過又很開心，因為從小就對機器人這個東西非常有興趣。時間不是很多，先網上查了一些關于與機器人的文章，逐漸明了這個畢業設計的側重點在哪。機械手，我試著找一些機械手的文獻資料，把外文翻譯做好了，有了進一步了解。查了一些原理之后把機械手的原理和一些機構整理了出來，因為機械手的樣式有很多，從中選了一種更符合我課題的機械手，使用CAD去嘗試繪制手爪，當然因為長時間不接觸CAD了，自己有些吃力，通過看書詢問同學，也算順利的完成了初步的操作，心里對大概有個了解了。根據課題，我的論文側重點是抓取機構和驅動機構的設計。之后側重點就放到了驅動上面，通過導師的指導，我開始研究設計機器人的移動平臺，試著根據原先構想的大概裝配圖，論文也在同步，算出之后要畫的一些圖的數據，之后繪制出了從動軸，轉向軸，支撐腳，端蓋，支撐腳，齒輪一些東西作為零件圖。到了裝配圖，我把機器人的側重點就放在了移動平