（全套CAD）零转角轮式机器人底座机电传动结构设计

公司年推出的宠物机器狗具有喜怒哀厌惊和奇种情感状态。

它能爬行坐立伸展和打滚，而且摔倒后可以立即爬起来。

本田公司年研制的类人机器人代表双足步行机器人的最高水平。

它重公斤高.米宽.米，工作时间为分钟，最大步行速度为.公里小时。

国外研究的些典型的全方位轮有麦克纳姆轮正交轮球轮偏心方向轮等。

下面就这些轮进行介绍。

麦克纳姆轮，如图.所示，它由轮辐和固定在外周的许多小滚子构成，轮子和滚子之间的夹角为，通常夹角为，每个轮子具有三个自由度，第个是绕轮子轴心转动，第二个是绕滚子轴心转动，第三个是绕轮子和地面的接触点转动。

轮子由电机驱动，其余两个自由度自由运动。

由三个或三个以上的轮可以构成全方位移动机器人。

图.麦克纳姆轮应用正交轮，由两个形状相同的球形轮子削去球冠的球架，固定在个共同的壳体上构成，如图.所示.每个球形轮子架有个自由度，即绕轮子架的电机驱动转动和绕轮子轴心的自由转动。

两个轮子架的转动轴方向相同，由个电机驱动，两个轮子的轴线方向相互垂直，因而称为正交轮。

中国科学院沈阳自动化研究所所研制的全方位移动机器人采用了这种结构，如图.。

图.正交轮图.正交轮的应用球轮由个滚动球体组支撑滚子和组驱动滚子组成，其中支撑滚子固定在车底盘上，驱动滚子固定在个可以绕球体中心转动的支架上，如图.所示。

每个球轮上的驱动滚子由个电机驱动，使球轮绕驱动滚子所构成平面的法线转动，同时可以绕垂直的轴线自由转动。

图.球轮图.球轮的应用偏心万向轮，如图.所示，它采用轮盘上不连续滚子切换的运动方式，轮子在滚动和换向过程中同地面的接触点不变，因而在运动过程中不会使机器人振动，同时明显减少了机器人打滑现象的发生。

图.偏心万向轮图.偏心万向轮的应用国内全方位移动机器人的研究现状我国在移动机器人方面的研究工作起步较晚，上世纪八十年代末，国家计划自动化领域自动机器人主题确立立项，开始了这方面的研究。

转角，轮式，机器人，底座，机电，电机，传动，结构设计，毕业设计，全套，图纸目录.绪论.课题研究背景.课题研究意义.国内外相关领域的研究现状国外全方位移动机器人的研究现状国内全方位移动机器人的研究现状.传动机构设计.机械设计的基本要求.轮式机器人底座的研制.轮式机器人底座旋转机构设计.轮式机器人底座转向机构设计.电机的选型与计算.轮式机器人底座总体结构分析.机械材料选择和零件的校核.机械材料的选用原则．零件材料选择和强度校核.红外遥控机器人系统设计.系统总体方案.系统方案论证.系统最终方案.驱动器设计.微型伺服马达内部结构.微型伺服马达的工作原理.微型伺服马达控制.伺服马达的电源引线.伺服马达的运动速度.使用伺服马达的注意事项.选用的伺服马达.控制系统硬件设计.系统硬件电路介绍.单片机最小系统.供电单元介绍.电机驱动电路介绍.红外遥控电路介绍.控制系统软件设计.系统软件流程.舵机控制软件分析.红外控制软件分析.致谢.参考文献零转角轮式机器人底座机电传动结构设计摘要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。

对实现工业生产自动化，推动工业生产的进步发展起着重要作用。

因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。

实践证明，工业机器人可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。

工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁单调的操作，采用机器人是有效的。

此外，它能在高温低温深水宇宙放射性和其他有毒污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。

关键字机器人底座自动化生产自动化绪论.课题研究背景到目前为止，世界各国对“工业机器人”还没有做出统的明确定义。

通常所说的“工业机器人”是种能模拟人的手臂的部分动作，按照预定的程序轨迹及其它要求，实现抓取搬运工件或操纵工具的自动化装置。

而它与“机械手”有些区别“工业机器人”多数指程序可变的独立的抓取搬运工件操纵工具的装置“机械手”多数是指附属于主机程序固定的自动抓取操作装置。

如自动线自动机的上下料，加工中心的自动换刀的自动化装置。

工业机器人由操作机机械本体控制器伺服驱动系统和检测传感装置构成，是种仿人操作自动控制可重复编程能在三维空间完成各种作业的机电体化自动化生产社备。

它对稳定提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

工业机器人技术是综合了计算机控制论机构学信息和传感技术人工智能仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。

像头，控制按钮等第二层是车体内腔，空间较大可以安装电池集线器装配电路板等，同时可以在以后的具体设计中改变内部格局，以达到最佳的使用效果第三层安装车轮旋转机构。

本结构的空间分层设计使得机器人机构紧凑，易于维护，而且提高了机器人控制系统的抗干扰能力。

图.车体结构示意图.机械材料选择和零件的校核.机械材料选用原则机械零件材料的选择是机械设计的个重要问题，不同材料制造的零件不但机械性能不同，而且加工工艺和结构形状也有很大差别。

机械零件常用的材料由黑色金属有色金属非金属材料和各种复杂的复合材料等。

选择材料主要应考虑以下三方面的问题。

.使用要求使用要求般包括零件的受载情况和工作状况对零件尺寸和质量的限制零件的重要程度等。

若零件尺寸取决于强度，且尺寸和重量又受到些限制，应选用强度较高的材料。

静应力下工作的零件，应分布均匀的拉伸压缩剪切，应选用组织均匀，屈服极限较高的材料应力分布不均匀的湾区扭转宜采用热处理后在应力较大部位具有较高强度的材料。

在变应力工作的零件，应选用疲劳强度较高的材料。

零件尺寸取决于接触强度的，应选用可以金星表面强化处理的材料，如调质钢渗碳钢氮化钢。

零件尺寸取决于刚度的，则应选用弹性模量较大的材料。

碳素钢与合金钢的弹性模量相差很小，故选用优质合金钢对提高零件的刚度没有意义。

截面积相同，改变零件的形状与结构可使刚度有较大提高。

滑动摩擦下工作的零件应选用摩擦性能好的材料在高温下工作的零件应选用耐热材料在腐蚀介质中工作的零件应选用耐腐蚀材料等。

.工艺要求材料的工艺要求有三个方面内容毛坯制造大型零件且批量生产时应用铸造毛坯。

形状复杂的零件只有用毛坯才易制造，但铸造应选用铸造性能好的材料，如铸钢灰铸铁或球铸铁等等。

大型零件只少量生产，可用焊接件毛坯，但焊接件要考虑材料的可焊性和生产裂纹的倾向等，选用焊接性能好的材料。

只有中小型零件采用锻造毛坯，大规模生产的锻件可用模锻，少量生产时可用自由锻。

锻造毛坯主要考虑材料的延展性热膨胀性和变形能力等，应选用锻造性能好的材料。

机械加工大批批量生产的零件可用自动机床加工，以提高产量和产品质量，应考虑零件材料的易切削性能切削后能达到的表面粗糙度和表面性质的变化等，应选用切削性能好的材料，如易削断加工表面光洁刀具磨损小的材料。

.经济性要求经济性首先表现为材料的相对价格。

当用价格低廉轴承外圈与车轮内表面配合，由于内圈并不能与电机直接配合，设计了个电机壳结构，作电机和轴承的连接。

图.旋转部分示意图图.旋转部分机构图车轮旋转部分的具体结构分为五个部分两个轴承由弹性挡圈和电机壳轴肩轴向定位通过电机壳外表面径向定位通过电机轴外表面径向定位。

此外，此处选用深沟球轴承作为支撑.深沟球轴承主要承载径向载荷，同时也可以承载小的轴向载荷。

选用它就可以达到设计的要求，而且深沟球轴承经济性好，方便购买。

而作为径向支撑，它主要避免了车轮对电机产生弯矩。

电机预装在电机壳上，依靠电机壳凸缘轴向定位但径向定位不能利用电机定位止口定位，只能采用车轮调整电机轴的同心完成径向定位。

车轮依靠轴承的外圈定位，然后再通过车轮自有联轴器与电机轴联接。

这个过程也是调整电机轴同心，然后从车轮侧面的预留安装孔将电机紧固在电机壳上。

整个车轮分为两部分组合而成。

个是带有轴径的车轮，另个是不带轴径的轮子，两者相配合使用组成组完整的车轮。

而车轮轴径与车体支撑件以滚动摩擦的形式配合使用，并且作为两车轮的轴向定位件。

车轮最终的固定是通过外侧的螺钉来顶紧挡板实现的。

具体结构如图.所示。

整个旋转部分结构设计完成，但它必须与转向机构连接起来才能实现全方位移动。

后小节转向机构的设计中设计有转向轴，为了使转动部分和转向部分的转向轴连接以实现全方位运动，此处设计了类似于半圆的固定件。

如图.所示。

使用是采用两个配合来固定住旋转部分，通过四个螺栓的连接来实现和转向轴的连接，从而使转向机构和转动机构连为体，最终实现全方位移动。

图.固定件结构至此，全方位移动机器人的车轮旋转机构设计完毕。

.轮式机器人底座转向机构设计转向部分主要由转向轴轴承基座转向电机以及转向连接件组成转向机构设计的基本路线是从上而下。

如图.，图.所示。

图.转向部分示意图图.转向部分结构图转向轴转向轴分两部分，呈型，端采用阶梯轴的形式，便于与基座联接另端与车轮部分联接，设计成圆柱形以保证足够的强度和良好的工艺性。

同时两部分轴互相配合，可以伸缩以便转向时车轮轴的位移变化。

在国防科工委和国家计划的资助下，由国防科大清华大学等多所高校联合研制军用户外移动机器人.，并于年月通过验收。

.的车体是由跃进客车改进而成，车上有二维彩色摄像机三维激光雷达超声传感器。

其体系结构以水平式机构为主，采用传统的“感知建模规划执行”算法，其直线跟踪速度达到。

避障速度达到。

上海大学研制了种全方位越障爬壁机器人，针对清洗壁面作业对机器人提出的特殊要求，研制了可越障轮式全方位移动机构车轮组机构，该机构保证机器人可在保持姿态不变的前提下，沿壁面任意方向直线移动，或在原地任意角度旋转，同时能跨越存在于机器人运行中的障碍，不需要复杂的辅助机构来实现平面上运动和越障运动之间转换。

哈尔滨工业大学的李瑞峰，孙笛生，刘广利等人研制的移动式作业型智能服务机器人，并对课题当中的些关键技术，如新型全方位移动机构七自由度机器人作业手臂和多传感器信息融合等技术，最后给出了移动机器人的系统控制方案。

哈尔滨工业大学的闫国荣，张海兵研究种新型全方位轮式移动机构，这种全方位移动机构当中的轮子与麦克纳姆轮的区别在于这种全方位轮使小滚子轴线与轮子轴线垂直，则轮子主动的滚动和从动的横向滑移之间将是真正相互独立的轮子正常转动时，轮缘上的小滚子也将是纯滚动，如图.。

图.全方位移动机构仿真图传动机构设计.机械设计的基本要求机械结构设计的要求，包括对机器整机的设计要求和对组成零件的设计要求两个方面，两者相互联系相互影响。

.对机器整机设计的基本要求对机器使用功能方面的要求实现预定的使用功能是机械设计的最基本的要求，好的使用性能指标是设计的主要目标。

另外操作使用方便工作安全可靠体积小重量轻效率高外形美观噪声低等往往也是机械设计时所要求的。

对机器经济性的要求机器的经济性体现在设计制造和使用的全过程中，在设计机器时要全面综合的进行考虑。

设计的经济性体现为合理的功能定位实现使用要求的最简单的技术途径和最简单合理的结构。

.对零件设计的基本要求机械零件是组成机器的基本单元，对机器的设计要求最终都是通过零件的设计来实现，所以设计零件时应满足的要求是从设计机器的要求中引申出来的，即也应从保证满足机器的使用功能要求和经济性要求两方面考虑。

要求在预定的工作期限内正常可靠的工作，从而保证机器的各种功能的正常实现。

这就要求零件在预定的寿命内不会产生各种可能的失效，即要