（定稿）移动机器人结构设计（全套下载）

寿命系数齿根弯曲疲劳应力所以弯曲强度是满足的。

验算效率已知与相对滑动速度相关从机械设计课程设计表中用插值法查得.代入式中得，大于估计值，因此不用重算。

精度等级公差和表面粗糙度的确定通用减速器的蜗杆传动精度等级公差范围级用机械减速器，从圆柱蜗杆蜗轮精度中选择级精度，侧隙种类为，标注。

蜗杆与轴做成体即蜗杆轴，蜗轮采用轮箍式，与铸造铁心采用配合，并加台肩和螺钉固定。

蜗轮轴的设计轴的材料为钢，调制处理，根据手册取，所以轴的最小直径为，与联轴器孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号计算转矩，查表选取.查手册选用型弹性柱销联轴器，公称转矩为•，孔径，轴孔长度，与轴配合毂孔长为，为了满足半联轴器的轴向定位要求，右端需割出轴肩，定位轴肩高度在范围内，故为了保证轴端挡圈压在半联轴器上，面不压在轴的断面上，联孔的长度应比段的长度长点。

初选滚动轴承根据。

初步根据手册选取基本游隙组，标准精度级的单列角接触轴承，其尺寸为，故查表得轴肩高度，所以又轴环的高度为取，即蜗轮的轴段直径蜗轮轴段直径的右端为定位轴肩由机械手册查得取志传动零件相配合的轴段，略小于传动零件的轮毂宽。

蜗轮轮毂的宽度为，取轴承端盖的总宽度为，取端盖的外端面与半联轴器右端面的距离为故。

滚动轴承宽度，轴肩下部宽度为。

绘制轴的受力简图绘制垂直面弯矩图绘制水平面弯矩图绘制合力弯矩图绘制扭矩图，分别如下图所示图.弯矩图轴承支反力.由两边对称，知截面的弯矩也对称。

截面在垂直面弯矩为.•截面在水平面上弯矩为.••转矩.•校核危险截面的强度由教材式损耗包括风损机械损耗铁耗等在电路中用等效电阻上的损耗来代替。

图.分析动态特性的等效电路假设初始时候电容两端的电压为零，电感中的电流为零，则可以得到拉氏变换后的运算电路图如图所示图.拉氏变换后的运算电路其传递函数为.如果施加的电压时个阶越函数则.由拉氏变换后令，可得到.上式中，是直流伺服电机稳态时候的电流，这个值比较容易测量是待定参数，利用计算机依据最小二乘法拟和曲线的办法，可以确定参数。

电流相应曲线般采用直流伺服电机的启动电流曲线，可以在电机输回路中串个阻值很小的采样电阻，用存储示波器记录电机启动的瞬间采样电阻两端的电压值，即可获得启动电流曲线。

当电枢回路中串采样电阻以后。

对直流伺服电机的电气时间常数和机械时间常数是有影晌的，应该消除采样电阻的影响。

假定，靠为计算的动态时间常数，则实际的动态时间常数为.减速机构的设计蜗轮蜗杆减速机构直流电机输出转速较高，般不能直接接到车轮轴上，需要减速机构来降速，所以设计了蜗轮蜗杆减速机构，并对其参数进行了校核与验证。

减速装置的形式多种多样，选择种合适的减速装置对机器人的性能有着相当重要的作用。

结合本设计中机器人的要求，输出转矩大传动效率高的条件电机轴直接作为输入轴安装用联轴器，联轴器有过载保护，提高了精度又减轻了重量。

轮毂和齿轮安装在同根轴上，他们转速相同。

齿轮类型为渐开线直齿齿轮，联轴器相联齿轮与车轮装在同个轴上，它们的转速相同。

移动机器人的驱动装置电机与车轮轴需要传动机构。

蜗杆传动是用来传递空间交错轴之间的运动和动力的。

最常用的是轴交角的减速传动。

蜗杆传动能得到很大的单级传动比，在传递动力时，传动比般为，常用在分度机构中传动比可达，若只传递运动，传动比可达。

蜗轮蜗杆传动工作平稳无噪音，蜗杆反行程能自锁，所以决定选用普通圆柱蜗杆传动。

其实物图跟结构简图如下图.实物图图.结构示意图电机参数的确定考虑到机器人运动的时候的稳定，并且需要越障，克服各种地面的摩擦因素，还要有爬坡等因素，通过查阅机械设计手册指导，先假设轮式机器人平稳运行时候的速度大约为.，最大速度为.。

需要的最大拉力为，地面与轮胎之间的损耗，则，则。

工作机各传动部件为提高稳定性和承载能力，决定选用四轮机构，后轮为两驱动轮，两个转向轮为前轮。

这种结构能实现运动规划稳定以及跟踪等控制任务，可适应复杂的地形，承载能力强，但是轨迹规划及控制相对复杂。

图.轮式机器人整体结构模型图.轮式机器人驱动轮的组成后轮驱动装置机械结构模型图如图.图.后轮驱动装置机械结构模型后轮驱动装置机械传动结构如图.所示图.驱动轮机械传动示意图轮胎轮毂联轴器蜗轮蜗杆直流电机减震垫根据上面所确定的方案，轮式机器人前轮驱动装置由驱动电机，减速装置和车轮及轮毂组成。

.轮式机器人转向轮的组成转向轮起支撑和转向作用，不产生驱动力矩，在小车转向时它可以以定角度转动。

主要机械组成结构如图.所示图.转向装置模型图轮式机器人前轮驱动装置由以下几部分构成轮胎，轮毂，两个转向轮和深沟球轴承几个部分组成。

.电机的选择目前在机器人的运动控制中较为常用的电机有直流伺服电机交流伺服电机和步进电机，对它们的特性工作原理与控制方式有分类介绍，下面总结如表所示表不同电机的特性工作原理与控制方式电机的类型特点构造与工作原理控制方式步进电机直接用数字信号控制，与计算机接口简单，没有电刷，维护方便，寿命长。

缺点是能量转换效率低，易失步，过载能力弱按产生转矩的方式可以分为永磁式，反应式和混合式。

混合式能产生较大转矩，连续转动。

永磁式是单向励磁，精度高，但易失步，反应式是双向励磁，输出转矩大，转子过冲小，但效率低混合式是单双向励磁，分辨率高，运转平稳。

续表电机的类型特点构造与工作原理控制方式直流伺服电机接通直流电即可工作，控制简单启动转矩大体积小重量轻，转速和转矩容易控制效率高需要定时维护和更换电刷，使用寿命短噪声大。

由永磁体定子线圈转子电刷和换向器构成。

通过电刷和换向器使电流方向随转子的转动角度而变化，实现连续转动。

转动控制采用电压控制方式，两者成正比。

转矩控制采用电流控制方式，两者也成正比。

交流伺服电机没有电刷和换向器，无需维护驱动电路复杂，价格高。

按结构分为同步和异步电电刷和换向器构成。

通过电刷和换向器使电流方向随转子的转动角度而变化，实现连续转动。

分为电压控制和频率控制两种方式。

但是我国在机器人的核心及关键技术的原创性研究高性能关键工艺装备的自主设计和制造能力高可靠性基础功能部件的批量生产应用等方面，同发达国家相比，我国仍存在较大的差距。

未来研究热点是将各种智能控制方法应用到移动机器人的控制。

移动机器人的主要组成个理想的移动机器人系统通常由三个部分组成移动机构，感知系统和控制系统。

移动机构是移动机器人的核心，决定了机器人的核心，决定了机器人移动空间。

感知系统般采用摄像机，激光测距仪，超声波传感器，红外传感器，陀螺仪等。

随着计算机技术人工智能技术和传感技术的迅速发展，移动机器人的控制系统的研究具备了坚实的基础和良好的发展前景。

移动机器人的控制与工作环境信息密切相关而且包容着各种不确定因素，因此在已知或未知的环境中作业时，以适当的建模方法表达环境，用必要的传给器探测环境具有重要意义。

机器人的构型选型和设计需要根据机器人实际执行的工作来进行，尤其对适应环境能力要求较高的移动机器人来讲，构型不仅满足应用场合，积极开饭新的结构更要使机器人运行稳定且可靠。

从而减少误差及不稳定影响。

对移动机器人机构学的研究还涉及机器人的运动学，动力学问题。

控制系统的输入量需从对机器人的运动学，动力学建模分析得到的数学模型计算得出。

移动机器人是个交叉的研究领域，涉及机械，控制，传感器技术，信息信号处理，模式识别，人工智能和计算机技术等技术科学。

.本课题应达到的要求设计移动移动机器人行走机构的总体结构和参数建立移动机器人的运动学模型及机器人四轮转向系统的动力学模型研究移动机器人运动的动态特性和机器人自主控制的问题。

移动机器人行走机构的总体结构和参数.机器人运动方式的选择到目前为止，地面移动机器人的行驶机构主要分为履带式腿式和轮式三种。

这三种行驶机构各有其特点。

履带式图.四段履带机器人图.六段履带机器人腿式图.三腿机器人图.四腿机器人轮式图.单轮滚动机器人图.两轮移动机器人图.三轮移动机器人图.四轮移动机器人图.六轮移动机器人图.八轮移动机器人图.轮腿式机器人综上各移动机器人特点如下表所示表各移动机器人特点行驶结构车轮式移动机器人步行式移动机器人履带式移动机器人特点般适用于平底运行，切操作简单，运动稳定，运动速度和方向容易控制。

按照轮子个数又可以分两轮式三轮式四轮式六轮和八轮式。

移动，挪动，机器人，结构设计，毕业设计，全套，图纸移动机器人是种由传感器自主控制的移动载体组成的机器人系统。

移动机器人具有移动功能，在代替人从事危险恶劣如辐射有毒等环境下作业和人所不及的如宇宙空间水下作业环境方面，比般机器人有更大的机动性，灵活性。

随着机器人技术在外星探索野外考察军事安全等全新的领域得到日益广泛的采用，机器人技术由室内走向室外，由固定人工的环境走向移动非人工的环境。

本课题是机器人设计的基本环节，能够为后续关于机器人的研究提供有价值的平台参考和有用的思路。

本文对各种移动机器人进行了比较，从而确定了四轮式机器人总体结构与参数的研究设计。

对四轮式移动机器人的运动学进行了探讨，建立了运动学模型。

在建立运动学模型的基础上对机器人的基本运动方式进行了分析，并推到计算出其动力学模型。

本文了解了基于多传感器的移动机器人的自主控制问题。

分析了直流伺服电机的动态特性，为后续的研究提供可靠的参考和依据。

关键词轮式移动机器人组成.本课题应达到的要求移动机器人行走机构的总体结构和参数.机器人运动方式的选择.轮式机器人移动能力分析.轮式机器人驱动轮的组成.轮式机器人转向轮的组成.电机的选择.直流伺服电机的数学模型及动态参数的确定.减速机构的设计蜗轮蜗杆减速机构电机参数的确定计算传动装置的运动和动力参数蜗轮蜗杆设计计算蜗轮轴的设计初选滚动轴承蜗杆轴的结构设计.机器人的电源供应.车轮及轮毂移动机器人的运动学模型.机器人的运动学分析.两种运动规划方法分析.仿真实验.结论机器人四轮转向系统的动力学模型.轮子.平台体.小结自主运动控制.控制系统的选用.可行性分析结论与展望.结论.不足之处及未来展望致谢参考文献绪论.本课题的研究内容和意义机器人的应用越来越广泛，几乎渗透到所有领域，移动机器人是机器人学中的个重要分支。

早在六十年代就已经开始了移动机器人的研究。

关于移动机器人的研究涉及到许多方面。

首先要考虑到移动方式，轮式，履带式，腿式的。

其次考虑驱动器的控制，以使机器人达到期望的行为。

第三必须考虑