【毕业设计】校园垃圾拾捡机器人捡拾机构毕业设计说明书

年代末，随着计算机的应用和传感器技术的发展，移动机器人研究又出现了新高潮。

特别是在年代中期，设计和制造机器人的浪潮席卷全世界，大批世界著名的公司开始研制移动机器人平台，这些移动机器人主要作为大学及研究机构的移动机器人实验平台，从而促进了移动机器人学多种研究方向的出现。

年代以来，以研制高水平的环境信息传感器和信息处理技术，高适应性的移动机器人控制技术，真实环境下的规划技术为标志，开展了移动机器人更高层次的研究。

移动机械手平台系统移动机械手是由机械手固定在移动平台上构成的类移动机器人系统。

其中机械手用来实现如抓取操作等动作，平台的移动用来扩展机械手的工作空间，使机械手能以更合适的姿态执行任务，同时机械手的加入也极大提高了移动机器人的性能。

移动机器人体系结构的设计就是要把感知建模规划决策行动等多种模块有机地结合起来，建立在动态环境中完成目标任务的个或多个机器人结构框架。

校园垃圾拾捡机器人意义目前校园中存在着广泛的种现象，那就是每天会产生大量的校园垃圾，如果这些垃圾不能被及时的捡拾及处理的话，将会严重的破坏校园形象和影响校园环境。

因此如果能在依赖清洁工之外，设计出能在校园平坦的地面上行驶，并能实现拾捡常见垃圾如纸张，瓶罐，塑料袋等动作的种小巧的校园垃圾拾捡机器人，不仅能减轻清洁工的工作负担，同时也无疑会是校园中道独特靓丽的风景线。

这也就是本次设计的目的所在。

校园垃圾拾捡机器人捡拾机构设计第二章机械手整体设计运动机构及机械手简介运动机构般由液压气动电气装置驱动。

运动机构的升降伸缩旋转等运动方式，称为机械手的自由度。

为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有个自由度。

自由度是机械手设计的关键参数。

自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。

本设计采用自由度机械手。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式气动式电动式机械式机械手按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

本设计才用液压式驱动，因为其结构简单，尺寸紧凑，控制方便，驱动力大。

机械手的组成及各部分关系概述机械手由三大部分机械部分传感部分控制部分六个子系统驱动系统机械结构系统感受系统机器人环境交互系统人机交互系统控制系统组成。

机械结构系统机器人的机械结构又主要包括末端操作器手腕手臂机身立柱。

驱动系统驱动器是把从动力源获得的能量变换成机械能，使机器人各关节工作的装置，常见的驱动形式有步进电机驱动直流电机驱动交流电机驱动液压驱动气压驱动以及近些年出现的些特殊的新型驱动例如超声波驱动磁致伸缩驱动静电驱动等。

控制系统机器人的控制方式多种多样，根据作业任务不同，主要可分为点位控制方式连续轨迹控制方式力力矩控制方式和智能控制方式。

自由度机械手能够手抓张合，手部回转，手臂伸缩，手臂回转，手臂升降，个主要运动。

机械手整体方案设计考虑本机械手工作要求的特殊情况，本设计采用悬臂式五自由度的机械手自由度具体分配如下手臂回转自由度。

拟采用液压马达来实现，液压马达通过齿轮传动通过带动与之相连的缸体也发生转动，从而实现机身的回转。

其行程角度靠挡块和限位行程开关来调整。

手臂俯仰自由度。

机器人的手臂俯仰运动，般采用活塞油气与连杆机构联用来实现。

设计中拟采用单活塞杆液压缸来实现，缸体采用尾部耳环与机身连接，而其活塞杆的伸出端则与手臂通过铰链相连。

其行程大小靠挡块和限位行程开关来调整。

手臂伸缩自由度。

由于油缸或气缸的体积小，质量轻，因而在机器人手臂结构中应用较多。

设计中拟采用单活塞杆液压缸来实现，其伸缩行程大小靠挡块和限位行程开关来调整。

手腕俯仰自由度。

拟采用液压缸来实现。

其行程角度靠挡块和限位行程开关来调整。

手爪的抓取自由度。

拟采用液压缸来实现。

其行程角度靠挡块和限位行程开关来调整。

手腕及手臂的设计手腕的设计分析机器人手腕是连接末端操作器和手臂的部件，它的作用是校园垃圾拾捡机器人捡拾机构设计调节或改变工件方位，因而它具有的自由度，以使机器人末端操工作过程当爪子抓紧垃圾是感应开关同时使和得电控制手臂油缸和单叶片摆动油缸进油，手臂向上摆动达到水平位置失电，同时单叶片摆动油缸逆时针摆动，当摆动油缸碰到行程开关时得电爪子开始松开，垃圾放入垃圾箱里。

当爪子完全张开时碰到行程开关时得电单叶片摆动油缸顺时针摆动，当接到扑捉垃圾信号时失电使摆动停下，同时控制，使爪子定位到垃圾上方并抓住垃圾，再执行上面动作。

校园垃圾拾捡机器人捡拾机构设计图液压控制优点在同等功率情况下，液压执行元件体积小重量轻结构紧凑。

例如同功率液压马达的重量约只有电动机的左右。

液压传动的各种元件，可根据需要方便灵活地来布置液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动制动和频繁的换向操纵控制方便，可实现大范围的无级调速调速范围达，它还可以在运行的过程中进行调速般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长容易实现直线运动既易实现机器的自动化，又易于实现过载保护，当采用电液联合控制甚至计算机控制后，可实现大负载高精度远程自动控制。

液压元件实现了标准化系列化通用化，便于设计制造和使用。

校园垃圾拾捡机器人捡拾机构设计液压的缸的选择爪子液压缸选型由于要使机械手上的爪子伸缩则液压缸必须直线运动又由于液压缸是固定在机械手臂上的，则根据实用液压技术手册表选用双作用单杆带不可调缓冲装置的液压缸。

再根据实用液压技术手册表选择液压缸的安装方式因为是固定在机械手臂上的，则选用尾部耳环连接方式固定，缸中间再用个环套固定在机械手臂上。

由表和爪子的行程设定油缸的行程为可以确定爪子液压缸的行程也为，再根据液压传动设计手册表，表，表，表，表，表，表，可以选择出液压缸的内径为，活塞杆直径为，供油孔直径为，导向行程为，液压缸的外径为，缸体和缸盖的连接为内螺纹连接，活塞与活塞杆的连接用螺纹连接，活塞杆端部的螺纹尺寸为。

如图图两个手臂油缸的选型和大体样，因为机械手臂是在摆动的，则液压缸也是随着手臂摆动的，则选用液压缸缸端部为尾部耳环连接方式连接而不须用环套，不过活塞杆端部不是用螺纹连接而是用单耳环连接。

单耳环的尺寸为内径为，外径为，厚度为。

如图校园垃圾拾捡机器人捡拾机构设计图活塞缸的速度比摆动液压缸的选择现在市场上有两种摆动液压缸，叶片摆动液压缸和螺旋摆动液压缸。

对两种液压缸进行比较发现螺旋摆动液压缸的摆动效果不好，转矩不大，可密封效果较好，而摆动液压刚结构紧凑，输出转矩大，密封效果较差。

但对于中低压系统中往复摆动，转位或间歇运动的地方有很好的优势，则选用摆动液压缸。

校园垃圾拾捡机器人捡拾机构设计摆动液压缸有分为单叶片摆动液压缸和多叶片摆动液压缸，单叶片摆动液压缸的最大转角不超过度，多叶片摆动液压缸的最大转角不超过度。

而本文设计的机械手摆动角度为度，则选用单叶片摆动液压缸。

根据液压设计手册上的经两种摆动液压缸规格如下表，试选用型号为。

表摆动液压缸技术参数表表活塞行程系列注，按优先次序给出了三个系列值，本表仅摘录了第表优先系列中至的系列值。

表液压缸内径尺寸系列见液压缸活塞杆外径尺寸系列表表液压缸活塞杆外径尺寸系列校园垃圾拾捡机器人捡拾机构设计图为所选用的摆动液压缸校园垃圾拾捡机器人捡拾机构设计液压泵的选择目前市场上使用广泛，而齿轮泵的优点有结构简单紧凑，体积小，工艺性好。

自吸性能好，无论在高转速或低转速均能可靠地实现自吸。

转速范围大，由于齿轮泵的转动部分基本上时平衡的，因而转速可以很高。

油液中的污物对其工作影响不严重，并可以传输粘度较大的油虽然齿轮泵的缺点是噪音大，脉动大，限制了压力的提高。

但这些并不影响机器手的工作。

所以选择齿轮泵为液压缸提供压力。

液压缸的排量总活塞缸的最大排量。

摆动缸的最大排量。

为活塞直径。

为活塞缸的行程。

叶片直径。

叶片轴直径。

叶片高度。

根据上面的总排量和液压传动设计手册上表选用型号为型齿轮油泵。

校园垃圾拾捡机器人捡拾机构设计校核活塞缸推力的计算。

对于无活塞杆的那边油腔进油时，油缸活塞杆向外推出的推力为式中为工作压力。

油缸机械效率，在工程机械中用耐油橡胶密封式可取图对于有活塞杆端进油时油缸活塞杆向缸内收进时的拉力缸体与缸底用电焊连接时的焊缝应力焊接材料选用其抗拉应力为校园垃圾拾捡机器人捡拾机构设计式中为油缸推力。

为焊接效率，可取。

为缸外径。

约为缸内径。

式中为焊条材料的抗拉强度。

为安全系数般取。

则焊条材料符合。

缸体与缸盖的螺纹连接计算根据液压传动设计手册里所说的油缸缸体的常用材料为号钢的无缝钢管。

号钢用的较少，因其机械性能底而且不能调质。

与缸头，缸底，管接头，耳轴等零件焊接的缸体用号钢，并在粗加工后调质。

不与其他零件焊接在起的用号钢。

我们可以选定缸体的材料为号钢。

其屈服强度为螺纹处的拉应力螺纹处的剪切应力合应力为校园垃圾拾捡机器人捡拾机构设计许用应力可以看出则选用号钢可以。

液压缸的运动速度和推力活塞缸当无活塞杆端进油时当有活塞杆端进油时摆动液压缸转矩校园垃圾拾捡机器人捡拾机构设计转角速度其它元件的选择液压油的选择液压油应具有适当的粘度和粘温性能有消泡性良好，压缩性小闪点高，油的蒸气分离压力小流动性好不使密封材料膨胀，硬化等过度变质在各种温度，压力，速度等运转条件下，具有良好的润滑性能。

抗乳化性和抗氧化性好。

根据液压手册上所列的类型，选用最普通的为号机械油。

密封圈的选择由于活塞缸是双作用的，两边都受到高压作用，则根据液压手册选用型密封圈。

螺栓的选择根据摆动缸上连接孔的大小和螺栓表可以选择型螺栓。

销钉的选择根据活塞杆端部的耳环内径可以选择直径为的销。

机械手臂采用铝合金材料制造以减少