外窗玻璃清洗机器人设计说明书

题 目：玻璃清洗机器人设计 系 别： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师： 年 月 日摘 要我的毕业设计的任务是设计一款玻璃清洗机器人，由地面的真空泵提供负压和电源。吸附于玻璃顶棚，连接远程控制装置，控制其运动。设计简单实用。该机器人的设计内容如下：玻璃清洗机器人最主要的要求是能够在玻璃吸附行走，所以首先在确定的总体结构的基础上设计吸附装置，即履带与真空发生装置，运用了一种机械传动结构实现机器人稀奇排气的控制；然后设计传动减速装置，选择合适的电机后，采用蜗轮蜗杆装置，选择联轴器和轴承等传动装置；由于能力有限，所以本次设计只要求机器人能够在玻璃顶棚，实现基本的吸附、移动、转弯、吸尘、半自动避障，不研究智能自动运动工作。关键词：玻璃、远程控制、机器人、联轴器AbstractThe task of this graduation project is to set up a window glass cleaning robot, by the ground of the vacuum pump to provide negative pressure and power supply. Adsorbed on the glass ceiling, connecting to the remote control device to control the motion. Design simple and practical. The design of the robot is as follows:Outer window glass cleaning robot is the main requirements is to in the glass adsorption walking, so first of all on the basis of determining the overall structure design adsorption device, including track and a vacuum generating device, using the mechanical transmission structure robot unusual exhaust control; ran after the design of transmission deceleration device, select the appropriate motor, the worm wheel and worm device, coupling and bearing and gear selection; due to the limited capacity, so the design of robot is required to to the glass ceiling, the realization of the basic adsorption, mobility, turning, vacuuming, semi automatic obstacle avoidance study intelligent automatic movement.Keywords: glass, remote control, robot, coupling目 录摘 要- 2 -Abstract- 3 -目 录- 4 -第1章 绪论- 6 -1.1 选题背景- 6 -1.2 国内外玻璃清洗机器人的发展状况及发展前景- 6 -1.2.1国外研究现状- 6 -1.3 玻璃清洗机器人介绍- 11 -1.4 玻璃清洗机器人的用途- 11 -1.5 玻璃清洗机器人器人的发展- 11 -1.6 玻璃清洗机器人的特点- 12 -第2章 玻璃清洗机器人的结构设计- 13 -2.1设计要求- 13 -2.2设计思想与工作原理- 13 -2.3方案规划简介- 14 -2.4确定机械传动方案- 14 -第3章 机械结构设计- 18 -3.1直流电动机的选择- 18 -3.2联轴器的设计- 19 -3.3蜗杆传动设计- 20 -3.4轴的设计- 22 -3.4.1涡轮轴的设计- 23 -3.4.2涡轮轴上的轴承- 25 -3.4.3蜗杆轴上的轴承- 25 -3.5齿轮的设计- 27 -3.6同步带传动设计- 32 -第4章 总结与展望- 37 -参考文献38第1章 绪论1.1 选题背景玻璃清刷机器人系统的基本结构一般包括四部分：控制系统、移动机构、感知系统、清洁系统。随着计算机技术、人工智能技术、传感器技术、移动机器人技术的飞速发展，为玻璃清刷机器人的控制系统的研究和开发打下坚实的理论与技术基础以及美好的未来发展蓝图；感知系统依赖于传感器技术，一般常用的传感器有：CCD摄像机、超声波传感器、红外传感器、接近传感器和碰撞传感器等，感知外部的环境信息；移动机构是玻璃清刷机器人的本体，一般的结构有：轮式、履带式、步进式或其他方式，轮式和履带式适合移动在平整的地面上，步进式适合与条件较差的移动；玻璃清刷系统一般有：喷水器、地刷和吸尘器，喷水器向地面喷洒清水，地刷用于强力玻璃清刷地板上的吸附物，吸尘器吸取地板上较小的物体。近年来快速发展、深刻影响着玻璃清刷机器人进步的关键技术有：路径规划技术、传感器技术、吸尘技术、控制技术、电源技术等目前，已经有相当数量的爬壁机器人已经投入或将要投入作业现场作业1.2 国内外玻璃清洗机器人的发展状况及发展前景1.2.1国外研究现状随着我国经济的快速发展和城市环境卫生的要求，不断提高质量，加快玻璃清洗机器人在我国的发展步伐。清玻璃清刷装置，最常见的是清道夫，它可以是一个大面积的清洁，节省人力和物力资源。但打玻璃清刷庭院，胡同仍然需要清洁工具的传统，工作效果不明显，人力浪费，材料资源。玻璃清洗机器人器人是一种新的产品，全面的功能结构不成熟，很难找到相关的信息。所以玻璃清刷功能的实现是设计中的一大难点。两粉尘污染，废物，噪声和产品可靠性的泄漏，玻璃清洗机器人器人的工作也是一个难以解决的问题。清洗各部分尺寸不仅是玻璃清洗机器人器人的规模和范围，以及整体的设计及其相关的本构形式。机构工作效率太小会减少，清玻璃清刷范围变小，不能满足地面清洗要求，机构太大，设备会过大，增大转弯半径。因此，大小和机构的选择机制的安排是否合理是非常重要和困难的。国外清玻璃清刷车经过几十年的发展历史，除了最基本的组成部分和高可靠性，因此有一个共同的特点，相对国内产品的高可靠性。它已被广泛使用先进的电子技术，有线和无线远程控制的一些应用。目前，国外通过大量工作，玻璃清洗机器人的研究领域，取得了一定的成果，如日立，松下，三星等世界著名公司开发的智能玻璃清洗机器人。玻璃清刷路车已被用于在国外几十年。根据其工作形式可分为真空玻璃清刷帚和刷子型两种类型。一种吸尘玻璃清刷帚是利用负压垃圾收集器；由一个圆柱形刷轮你会拒绝跟随在带式输送机刷。然后到垃圾箱，或者直接扔进垃圾桶。根据废物排放的方法。该机还可分为漏斗翻斗的后空翻和升斗的后空翻等。Winbot电力驱动的橱窗清洁机器人随着建筑技术的发展，越来越多的高楼大厦采用了全玻璃制作的外墙，这样的外墙不仅看起来很美丽，还能保持室内很好的采光能力。然而，清洁这些玻璃可是一件痛苦的事情，通常清洁人员需要从几十米上百米的高空用绳子把自己吊下来，用抹布一点点地擦拭，工程量非常大且十分危险。最近，美国科沃斯公司发明了一款“Winbot7”窗户清洁机器人，使得人们在清洁玻璃内外墙时将变得更加轻松。据悉，这台清洁机器人重4.5磅（约2千克），内置了2台强大的电机，其中一台的作用是提供吸力保持机器吸附在玻璃上，另外一台则作为动力源推动机器在玻璃上前进。同时，它的底部分别配备了2段干湿可以重复利用的抹布，湿的部分起清洁作用，干的部分起擦干水分作用。最后由安装在机器尾部的橡胶片刮去剩余的潮气和细小杂物。此外，Winbot7采用全自动化操作，用户只需按下开始键，把它吸附在玻璃墙壁上，它便能通过自带的智能化系统确定最佳的清洁路线并开始工作。清理完毕后，它还会播放音乐提醒用户表示工作已经完成。目前，科沃斯公司计划在下个月的拉斯维加斯消费电子展上展出Winbot7，随后在2013年上市，售价在数百美元之内。光伏电站清洁机器人。在泰国一座百万瓦级光伏电站长达1公里多的太阳能电池板上移动着进行清洁工作。清洁方法是在太阳能电池板表面洒水，然后用刮板（橡胶板）刮去水和污垢。从一排电池板阵列的一端清洁到另一端之后，会自动停下，因此需要人工将其放到下一排电池板阵列上，让其反方向移动。在夜间反复进行这项作业，数日即可完成大规模光伏电站的清洁工作。机器人的尺寸为宽600毫米长3030毫米高300毫米，重量为50公斤。可根据太阳能电池板的模块尺寸调节长度，因此可用于多种电池板。内置的电池能连续驱动四小时。夏普从2012年开始，用一台清洁机器人在泰国一座发电输出功率为84MW的光伏电站进行实证试验，今后将增至8台来验证成本和清洁能力。据称，以前这座百万瓦级光伏电站由大约10名工人在夜间使用拖把人工清洁电池板，引进该机器人后，清洁人员可减至两人。壁虎玻璃机器人加拿大西蒙弗雷泽大学(Simon Fraser University)的研究人员首先打造出重240克、造型有如坦克的壁虎机器人，接着发展成目前这个有6只脚的攀爬机器人，名叫“阿比盖尔”(Abigaille)。研发团队主导人亨利(Mike Henrey)表示：“这是生物模拟的实证，从大自然寻找工程解答。”据报道，协助阿比盖尔攀爬墙面的“干附着”功能，已在欧洲太空总署位于荷兰诺德威克(Noordwijk)欧洲太空及科技中心(ESTEC)的物质测试实验室展开测试。欧洲太空总署表示，测试环境复制了太空真空状态及温度后，发现壁虎机器人的附着能力特别好。1.2.2国内研究现状我国的发展历史和发达国家清玻璃清刷车是相似的，但也从纯玻璃清刷式清玻璃清刷车，然后玻璃清刷吸式发展。上世纪五十年代，在天津市卫生局汽车修理厂天津市环卫设备厂前身开发的纯玻璃清刷式玻璃清刷路车，然后开了序幕，中国的发展清玻璃清刷车。八十年来，天津市环卫设备厂批量生产的纯玻璃清刷式玻璃清刷路（当时称为清洁），虽然清玻璃清刷车性能差，质量差，外观差，清洗效果差的缺陷，只有当我们的系统和经济条件，只有少数大城市和新的使用一个小数量的清玻璃清刷车，然而，这种类型的清玻璃清刷车的发展在我国的历史清玻璃清刷车用粗笔。中国的成功发展玻璃清刷描吸尘器，技术已经使我国清玻璃清刷和世界先进国家之间迅速缩小，也是中国玻璃清刷路机发展历程的一个新的起点。当时，中国是在经济文化革命突飞猛进的时代的进步，城市建设的高速发展，手工清洗城市已难以满足日益增长的需求，城市。吸玻璃清刷式玻璃清刷路中引入适当的年龄最合适的产品，由于其小型车的生产，一个好作品的时间让人复制。，购买车辆单位甚至使用购买恐慌肆无忌惮的分裂策略。在第二十世纪末到目前为止，是我国清玻璃清刷车的增长阶段，利用玻璃清刷路车从大城市不仅延伸到小城市，许多企业，该地区居民的清玻璃清刷车清玻璃清刷。市场需求的迅速膨胀，使清玻璃清刷车生产企业在面对激烈的竞争。许多制造商加入清玻璃清刷车生产线，其中有一些军队枪手，其优秀的研发人员和先进的生产设备，对清洁汽车技术的快速发展。在中国，清玻璃清刷车生产企业已发展到几十个，清玻璃清刷车的生产包括所有类型的清玻璃清刷车，清玻璃清刷车数十种规格。玻璃清刷式玻璃清刷路车在这时从纯玻璃清刷式吸玻璃清刷式玻璃清刷路高歌猛进，各种类型和规格的玻璃清刷式清玻璃清刷车的出现。现在，在我国清玻璃清刷车市场，玻璃清刷式玻璃清刷路车占有率迅速上升。目前，中国的清玻璃清刷车最改装汽车底盘，清玻璃清刷车转换速度快，适合大面积，长清洁，常用于城市的主要，城市和农村，清玻璃清刷车。许多中小型清玻璃清刷车生产企业还开发了专用底盘液压清玻璃清刷车，以适应当前的市场需求，为清洁机。虽然，中国的清玻璃清刷车技术的发展已经引起了世界的关注，但是，与发达国家相比，中国还有很多差距清玻璃清刷车。虽然我国的清玻璃清刷车的清洗效率，清洗能力，清洗性能除尘效果和发达国家的水平，而在清玻璃清刷车的排放，噪声，可靠性，舒适性，仍有较大间隙自动调整。水平和目前的清玻璃清刷车的质量，中国的清玻璃清刷车的设计，对特殊部件的设计理论研究不足，缺乏经验，模仿多，计算量小，创新。可以说，中国的清玻璃清刷上车辆的能力差，没有真正的清玻璃清刷车的研究目的和要求，同时，必要条件的缺乏。由于国内清玻璃清刷车生产企业在生产规模相对较小，但玻璃清刷路机产品批量小，所以生产设备和生产方法较为落后，难以加工零件质量稳定。此外，通用件和我国零部件制造水平还比较低，而且也影响玻璃清刷路机质量。驱动、传感、控制等硬软件技术的发展极大地推动了只能玻璃清洗机器人技术的发展,实际应用的需求也对只能玻璃清洗机器人的发展提出了挑战,只能玻璃清洗机器人的发展趋势归结起来主要有以下几方面。(1)新型吸附技术的发展。吸附技术决定了机器人的应用范围，目前应用比较成熟的吸附技术主要有磁吸附和真空吸附方式，都有很大的局限性,在很多情况下难以满足实际应用的要求。因此,开发和研究新型吸附技术是当前只能玻璃清洗机器人领域的一个重要方向，其中，仿壁虎脚掌仿生粘性材料的发展是当前新型吸附技术发展趋势。(2)清洗机器人的任务由单一化向多功能化方向发展。过去所研制的只能玻璃清洗机器人大多用于清洗、喷涂、检测等作业,作业任务往往只局限于单一的任务。而目前人们则希望只能玻璃清洗机器人能够装备多种工具,在不同的场合进行工作，实现一机多用的功能。这样可以减小人类使用机器人的成本，有利于只能玻璃清洗机器人的发展。(3)小型化、微型化是当前只能玻璃清洗机器人发展的趋势。在满足功能要求的前提下,体积小、质量轻的机器人可较小能耗,具有较高灵活性,可以承载更多的负荷，有利于实现只能玻璃清洗机器人的多功能性，并且在某些特殊场合也需要机器人具有小的体积。各种微型驱动元件、控制元件及能源供应方式的发展,以及在纳米材料方面取得的进步，为小型化、微型化奠定了基础。(4)由带缆作业向无缆化方向发展。带缆作业极大地限制了机器人的作业空间,所以,为了提高机器人的灵活性和扩大工作空间,无缆化成为现在和未来只能玻璃清洗机器人的发展趋势。(5)由简单远距离遥控向智能化方向发展。与人工智能相结合,使机器人在封闭环境中能够具有一定的自主决策能力,完成任务,并具有自我保护能力,是移动机器人发展的重要方向,也是玻璃顶棚吸尘移动机器人的重要发展方向。(6)可重构是机器人适应能力的一项重要指标。为了使机器人能够应用于不同场合,根据任务需求,在不需要重新设计系统条件下,充分利用已有的机器人系统,应使机器人具有可重构性,即具有模块化结构。根据任务需求,可以把需要的模块直接连接起来组成新的机器人。此可以大大降低机器人的制造成本。1.3 玻璃清洗机器人介绍玻璃清洗机器人器人用于清洗地板玻璃清洗机器人器人。在国内使用的时间不长，和使用在发达国家，社会的各个领域已非常普遍，尤其是一些车站，码头，机场，车间，仓库，学校，医院，酒店，超市已广泛地地方，用机器代替人的全面的概念已经取得人民的支持。1.4 玻璃清洗机器人的用途玻璃清洗机器人多用于马路、公园广场、工厂车间、庭院等场所的地面清玻璃清刷。功能齐全,高性能,适用于瓷砖地面,石料地面,环氧地面,金刚砂地面等地面的垃圾的清玻璃清刷。1.5 玻璃清洗机器人器人的发展机器人技术的创新和发展，使机器人在各个领域中得到广泛的应用，而只能玻璃清洗机器人技术的日趋成熟，为解决高楼顶棚清洁作业提供了一种新的思路。于是作为极限作业机器人之一的只能玻璃清洗机器人应运而生，它的出现使实现高楼玻璃顶棚清洗作业的自动化成为了可能。在现实生活中，只能玻璃清洗机器人机器人没能得到广泛的应用，主要因为它们存在清洁效果差、结构复杂、体积和重量大、成本高等不利因素。我们设计的遥控式爬壁玻璃清洗机器人较好地解决了以上问题。它结构简单，体积小，重量轻，且采用半湿擦，能达到预期的清洁效果。我们综合运用遥控技术和机械技术，利用现在已研究较为成熟的爬壁原理，并在此基础上，主要对机器人的清洁机构、前进机构、换向机构等进行创新设计和创新组合，以较为有效地实现高楼玻璃幕墙的清洁作业。1.6 玻璃清洗机器人的特点A效率高，效果好：手部清洁机，真空同步完成，同时，从现场的废物和其他污染源，三合一，一步到位，效率比人工清洗的15倍。B智能设计，易于使用：手工玻璃清洗机器人器人人性化设计，与东方人的习惯，一个按钮控制，自动清洗，操作人员只需将把握方向，没有专业的知识，可以很容易地掌握，让我们向智能型清洁变得简单，可行的预清洗；磁盘，可以有效地清除地面上的垃圾，灰尘等；后纵玻璃清刷盘，有效清除灰尘，通过地面设备，确保清洁，干净，无残留，简单，使用携带方便，即使没有受过训练的操作员也可以使用。C是耐用，适用性强：手部清洁德国达因质量的橡胶，静音，耐磨型机；一直是工厂，住宅占绝大多数，物业管理公司，深受好评；适用于清洁地面类型如：环氧树脂地板，金刚砂地面，瓷砖地面，大理石，水磨石地板，水泥地面，防滑表面，广场砖地面；壳体的成型工艺，精致细腻，高强度，耐用；D超低噪音，易与自由：低噪声设计手玻璃清洗机器人器人，机器工作的负面影响降到最低，白天和黑夜，可以安心工作，同时在洁净的环境中的收获，为树立良好的工作形象，电源，所以它可以自由-自由行走，而那里，自由和方便；适用于清洁的地方，如：厂房，商场超市，办公楼，仓库，广场，学校，酒店，医院，和其他地面站。第2章 玻璃清洗机器人的结构设计2.1设计要求本次毕业设计的任务是设一款只能玻璃清洗机器人，由地面的真空泵提供负压和电源。吸附于玻璃顶棚，连接远程控制装置，控制其运动。设计简单实用。该机器人的设计是这样实现的：只能玻璃清洗机器人最主要的要求是能够自由行走，所以首先在确定的总体结构的基础上设计行走装置，运用了一种机械传动结构实现机器人稀奇排气的控制；然后设计传动减速装置，选择合适的电机后，采用蜗轮蜗杆装置，选择联轴器和轴承等传动装置；由于能力有限，所以本次设计只要求机器人能够在玻璃顶棚，实现基本的吸附、移动、转弯、吸尘、半自动避障，不研究智能自动运动工作。2.2设计思想与工作原理机器人是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物，是计算机科学、控制论、机构学、信息科学和传感技术等多学科综合性高科技产物，它是一种仿人操作、高速运行、重复操作和精度高的自动化设备。所以该气动清洗机器人系统包括机械结构、运动规划、传感器系统、驱动系统、控制系统等几部分。 由于我们所开发的清洗机器人工作场所的特殊性，本课题在机器人结构上的设计思想是:在保证机器人功能的前提下，力求结构简单、可靠性高、运行稳定。因为爬壁机器人在行进过程中需要克服自身重力，所以较轻的机器人本体结构是一个需要着重考虑的设计因素。增加机器结构的灵活性，导致的结果是机械结构变得复杂，需要使用到的机械元器件增多，重量必然增加，同时控制的复杂性也增加。 只能玻璃清洗机器人是一种爬行机器人，因此，它必须具备两大功能：吸附和移动功能。外窗清洗机器人原理： 外窗清洗机器人利用机器人与玻璃之间的回形海绵抹布形成一个相对真空的空间，在机器人腹部设计一个强力排风扇，在回形真空的空间里形成较大的吸力，使玻璃机器人能吸附在玻璃上。由于其海绵抹布的织孔与外部大气相通，使机器人的吸力不能保证完全真空，当履带车轮旋转时有足够的力量使机器人前进或后退！于此同时周边的海绵抹布在玻璃上拖过，实现了擦玻璃动作！而安装在吸盘旁边的自动刷子旋转达到类似扫地的功能，使一般沾粘在玻璃上的污渍脱离玻璃！2.3方案规划简介1）吸尘清洁装置；利用常用的吸尘器技术，在机器人前部安装在机器人左右轮之间以保障机器人所进过的地方都能进行清洁打玻璃清刷。2）移动系统；清洗爬壁机器人按照移动方式可分为车轮式、履带式和脚步行式。履带式由电机驱动两个无轨道履带，对玻璃顶棚适应性强，但体积较大，不宜转弯；脚步行式是通过多个脚的反复吸附与脱落进行移动，带载能力强，但移动困难，移动速度慢；车轮式移动速度较快，着地面积小，便于控制但是对于吸附力不够。爪式机器人所以，在这次设计过程中，选择了车轮式机器人。3）控制系统；将机器人所有的动作经过PLC输出传动，传感器的输入信号，控制盒的控制信号，报警输出信号，都经过PLC集中管理统一运行。控制系统主要包括PLC，控制盒，传感器，传动轮等电气元件组成。机器人的控制我们采用了类似于遥控玩具汽车的控制原理，运用遥控板实现对机器人作业时所需的前进、后退、前左、前右、后左、后右六个方位的动作，通过电路设计远程控制实现。清洁机器人由移动系统、吸附装置、清洁装置、控制系统、等部分组成。2.4确定机械传动方案方案一：采用三轮布置结构。直流伺服电动机经过减速器和差速器，通过两半轴将动力传递到两后轮。智能智能玻璃清洗机器人的转向由转向机构驱动前面的一个万向轮转向。传动系统如图2-1所示。图2-1 传动方案一方案二：采用四轮布置结构。智能智能玻璃清洗机器人采用两后轮独立驱动差速转向，两涡轮为万向轮的四轮结构形式。直流伺服电动机经过减速器后直接驱动后轮，当两轮运动速度不同时，就可以实现差速转向。传动系统如图2-2所示。图2-2 传动方案二二轮结构与三轮结构相比较有较大的负载能力和较好的平稳性。方案一有差速器和转向机构，故机械传动误差大。方案二采用两套蜗轮-蜗杆减速器及直流伺服电动机，成本相对于方案一较高，但它的传动误差小，并且转向灵活。因此，采用方案二作为本课题的设计方案。根据题目的要求，设计同步带式（履带式）的玻璃清洗机器人，这种结构简单、成本低、装配方便，在操作时稳定，并且能实现预期的功能。 其主体部分如下图所示：上图是玻璃清洗机器人主体部分的俯视示意图，后面两个同步带轮分别由直流电动机经过二级减速（传动比约为1：20 ）后驱动，可独立控制，完成主体部分的前进 后退和转向；前面两个同步带轮固定在基座上，可以转动。其它各零部件的布置如上图所示。当两只电机的转速相同时，可使玻璃清洗机器人前进和后退；玻璃清洗机器人前进的速度最大为0.2 m/s 当一只电机停转，另一只电机转动，由于停转侧上下两轮子部分重量不同，设计的时候重心偏向后轮，故一侧同步带运动的时候会有绕另一侧后轮转动的运动，故可以使玻璃清洗机器人转弯。当两侧履带的旋转方向相反时，可以做到原地快速转弯部分选用零部件：玻璃清洗机器人采用双面同步带，具有传动效率高 摩擦力大等特点。行进时稳定快速，方便控制。同步带与带轮根据要求购买 。双面同步带如下： 轴承座自己制作在安装同步带时可移动玻璃清洗机器人前面的轴承座，使同步带张紧。第3章 机械结构设计3.1直流电动机的选择电动机的主要参数是功率(KW)。但是，选择电动机并不按功率，而是更根据下列三个指标选择。运动参数：智能行走的速度为100mm/s，则车轮的转速为 电机的转速 选择蜗轮-蜗杆的减速比 i=62 智能玻璃清洗机器人自重为P （2-3）智能玻璃清洗机器人的载荷为G 取坐标系OXYZ如图2-3所示，列出平衡方程由于两涡轮及两后轮关于Y轴对称，则 ， ， ， 解得 两驱动后轮的受力情况如图2-4所示：滚动摩阻力偶矩的大小介于零与最大值之间，即 其中滚动摩阻系数，查表5-2，=210，取=6mm 牵引力F为 摩擦系数 牵引力 F N 重物的重力 W N滚子直径 D mm 传递效率 传动装置减速比 1/G1） 求换算到电机轴上的负荷力矩（） 取=0.7, =157.66, =0.152） 求换算到电机轴上的负荷惯性（） 其中 为车轮的转动惯量；为蜗杆的转动惯量；为蜗轮的转动惯量；为蜗轮轴的转动惯量。3） 电机的选定根据额定转矩和惯量匹配条件，选择济南亚科电子公司的直流无刷电机：ZW57BL90-230故电机满足要求。3.2联轴器的设计由于电动机轴直径为8mm，并且输出轴削平了一部分与蜗杆轴联接部分轴径为12mm，故其结构设计如图2-6所示。图2-6 联轴器机构图联轴器采用安全联轴器，销钉直径d可按剪切强度计算，即 销钉材料选用45钢。查表5-2 优质碳素结构钢（GB 699-88）45 调质 200mm =637MPa =353MPa =17% =35% 硬度217255HBS 销钉的许用切应力为 过载限制系数k值 查表14-4 取k=1.6 T=0.321Nm 选用d=5mm满足剪切强度要求。3.3蜗杆传动设计1.选择蜗杆的传动类型根据GB/T 10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆(ZI)。2.选择材料蜗杆要求表面硬度和耐磨性较高，故材料选用40Cr。蜗轮用灰铸铁HT200制造，采用金属模铸造。3.蜗杆传动的受力分析确定作用在蜗轮上的转矩T2按Z=1，估取效率=0.7,则 （2-18）图2-7 蜗轮-蜗杆受力分析各力的大小计算为 4.按齿根弯曲疲劳强度进行设计根据开式蜗杆传动的设计准则，按齿根弯曲疲劳强度进行设计。蜗轮轮齿因弯曲强度不足而失效的情况，多数发生在蜗轮齿数较多或开式传动中。弯曲疲劳强度条件设计的公式为 确定载荷系数K由于工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数K=1，由表11-15选取使用系数KA=1.15。由于转速不高，冲击不大，可取动载系数KV=1.1,则 由表11-8得，蜗轮的基本许用弯曲应力 假设 31048，蜗轮的当量齿数 根据，从图11-19中可查得齿形系数 螺旋角系数 （2-25） 由表11-2得 中心距a=50mm 模数m=1.25mm 分度圆直径 蜗杆头数 直径系数17.92 分度圆导程角=31138 蜗轮齿数 变位系数5.蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸1）蜗杆轴向齿距 齿顶圆直径 齿根圆直径 蜗杆轴向齿厚 2）蜗轮传动比 蜗轮分度圆直径 蜗轮喉圆直径 蜗轮齿根圆直径 蜗轮咽喉母圆半径 6.精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的智能智能玻璃清洗机器人属于精密传动，从GB/T 10089-1988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择6级精度，侧隙种类为7.热平衡核算由于该蜗轮-蜗杆传动是开式传动，蜗轮-蜗杆产生的热传递到空气中，故无须热平衡计算。3.4轴的设计3.4.1涡轮轴的设计涡轮轴只承受弯矩而不承受扭矩，故属于心轴。 图2-8 涡轮轴结构 1.求作用在轴上的力智能智能玻璃清洗机器人的涡轮受力，受力如图2-9a)所示。 2.轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案装配方案是：左轮辐板、右轮辐板、螺母、套筒、滚动轴承、轴用弹性挡圈依次从轴的右端向左安装，左端只安装滚动轴承和轴用弹性挡圈。这样就对各轴段的粗细顺序作了初步安排。2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度(1)初步选择滚动轴承。智能智能玻璃清洗机器人涡轮轴只受弯矩的作用，主要承受径向力而轴向力较小，故选用单列深沟球轴承。由轴承产品目录中初步选取单列深沟球轴承6004，其尺寸为dDT=20mm42mm12mm,故。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得6004型轴承的定位轴肩高度h=2.5mm，因此取。(2)取安装左、右轮辐处的轴段的直径;轮辐的左端采用轴肩定位，右端用螺母夹紧轮辐。已知轮辐的宽度为34mm，为了使螺母端面可靠地压紧左右轮辐，此轴段应略短于轮辐的宽度，故取。左右轮辐的左段采用轴肩定位，轴肩高度，取h=3mm，则轴环处的直径。轴环宽度b1.4h，取。(3)轴用弹性挡圈为标准件。选用型号为GB 894.1-86 20，其尺寸为,故, ,。其余尺寸根据涡轮轴上关于左右轮辐结合面基本对称可任意确定尺寸，确定了轴上的各段直径和长度如图2-8所示。3）轴上零件的周向定位轮辐与轴的周向定位采用平键联接。按d由手册查得平键截面bh=8mm7mm(GB/T 1095-1979),键槽用键槽铣刀加工，长为28mm(标准键长见GB/T 1096-1979),同时为了保证左右轮辐与轴配合有良好的对中性，故选择左右轮辐与轴的配合为H7/n6。滚动轴承与轴的周向定位是借过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为j7。 4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为145，各轴肩处的圆角半径为R1。3.求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图。图2-9 涡轮轴的载荷分析图 4.按弯曲应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩的截面强度。最大负弯矩在截面C上，。对截面C进行强度校核，由公式 由表15-1得，45钢 调质 由表15-4得， 因此该轴满足强度要求，故安全。3.4.2涡轮轴上的轴承要求寿命，转速，轴承的径向力，轴向力。1 由上述条件试选轴承试选6004型轴承，查表16-2 2 按额定动载荷计算由式 对球轴承=3， 查表13-6 智能智能玻璃清洗机器人 代入得 故6004型轴承能满足要求。3 按额定静载荷校核由式 查表13-8，选取=2 代入上式，满足要求。3.4.3蜗杆轴上的轴承要求寿命，转速，轴承的径向载荷，作用在轴上的轴向载荷。1 由上述条件试选轴承选30203型轴承，查表5-24 （脂润滑） 图2-12 蜗杆轴上的轴承受力2 按额定动载荷计算 (2-52) ，查表15-12， ， ， ， ， 由式 均小于满足要求。3 按额定静载荷校核由表 查表15-14，取 均小于，满足要求。4 极限转速校核由式 ，由图15-5得 ，由图15-6得 ，由图15-5得 ，由图15-6得 小于和满足要求。3.5齿轮的设计（一）高速级齿轮传动的设计计算 齿轮材料，热处理及精度考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮（1）齿轮材料及热处理 材料：高速级小齿轮选用45#钢调质，齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数=24高速级大齿轮选用45#钢正火，齿面硬度为大齿轮 240HBS Z=Z=3.2424=77.76 取Z=78. 齿轮精度按GB/T100951998，选择7级，齿根喷丸强化。初步设计齿轮传动的主要尺寸按齿面接触强度设计确定各参数的值:试选=1.6选取区域系数 Z=2.433 则计算应力值环数N=60nj =60626.091（283008）=1.442510hN= =4.4510h #(3.25为齿数比,即3.25=)得：K=0.93 K=0.96齿轮的疲劳强度极限取失效概率为1%,安全系数S=1,应用公式10-12得:=0.93550=511.5 =0.96450=432 许用接触应力 得： =189.8MP T=95.510=95.5103.19/626.09=4.8610N.m3.设计计算小齿轮的分度圆直径d=计算圆周速度计算齿宽b和模数计算齿宽b b=49.53mm计算摸数m 初选螺旋角=14=计算齿宽与高之比齿高h=2.25 =2.252.00=4.50 = =11.01计算纵向重合度=0.318=1.903计算载荷系数K使用系数=1根据,7级精度, 得动载系数K=1.07,K的计算公式:K= +0.2310b =1.12+0.18(1+0.61) 1+0.231049.53=1.42得: K=1.35得: K=1.2故载荷系数:KK K K K =11.071.21.42=1.82按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径d=d=49.53=51.73计算模数=4. 齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式 确定公式内各计算数值 小齿轮传递的转矩48.6kNm 确定齿数z因为是硬齿面，故取z24，zi z3.242477.76传动比误差 iuz/ z78/243.25i0.0325，允许计算当量齿数zz/cos24/ cos1426.27 zz/cos78/ cos1485.43 初选齿宽系数 按对称布置，由表查得1 初选螺旋角 初定螺旋角 14 载荷系数KKK K K K=11.071.21.351.73 查取齿形系数Y和应力校正系数Y得:齿形系数Y2.592 Y2.211 应力校正系数Y1.596 Y1.774 重合度系数Y端面重合度近似为1.88-3.2（）1.883.2（1/241/78）cos141.655arctg（tg/cos）arctg（tg20/cos14）20.6469014.07609因为/cos，则重合度系数为Y0.25+0.75 cos/0.673 螺旋角系数Y轴向重合度 1.825,Y10.78 计算大小齿轮的 安全系数由表查得S1.25工作寿命两班制，8年，每年工作300天小齿轮应力循环次数N160nkt60271.4718300286.25510大齿轮应力循环次数N2N1/u6.25510/3.241.930510弯曲疲劳强度极限小齿轮 大齿轮弯曲疲劳寿命系数:K=0.86 K=0.93 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4= 大齿轮的数值大.选用. 设计计算 计算模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2mm但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=51.73来计算应有的齿数.于是由:z=25.097 取z=25那么z=3.2425=81 几何尺寸计算计算中心距 a=109.25将中心距圆整为110按圆整后的中心距修正螺旋角=arccos因值改变不多,故参数,等不必修正.计算大.小齿轮的分度圆直径d=51.53d=166.97计算齿轮宽度B=圆整的 3.6同步带传动设计电动机和轮毂轴之间采用带轮连接，断续使用每日3-5h。中心距为125mm。（1） 确定设计功率，载荷修正系数=1.3，设计功率=0.104。（2） 选定带型节距，根据由图4-7选取5M型圆弧齿同步带，图3-1 圆弧齿同步带选型图（3）小带轮齿数，由，得。（4）小带轮节圆直径，（5）大带轮齿数，（6）大带轮节圆直径mm（7）带速v，（8）初定轴间距， 取（2） 带长（节线长度）， 取标准节线长度（3） 带齿数Z，（4） 实际中心距， （5） 安装量I、调整量S ，I=1.02mm，S=0.76mm （6） 啮合齿数，（7） 啮合齿数系数，当，所以（8） 基本额定功率，（9） 要求带宽， ， 。（10） 紧边张力 松边张力（11） 压轴力，=0.98 （12） 作用在轴上的力（13） 同步带齿形尺寸如图4-8所示，齿高，节距，齿顶圆角半径，齿根圆角半径，齿根厚s=3.05mm，齿形角，带高图3-2 同步带齿形尺寸（9） 同步带轮几何尺寸如图4-9所示，节距，齿槽深，齿槽圆弧半径，齿顶圆角半径，齿槽宽s=3.25mm，两倍节顶距，齿形角 同步带轮宽度，如图4-10所示，选择带挡圈的带轮，图3-3同步带轮尺寸图3-4带轮宽度尺寸带轮挡圈尺寸如图4-11所示，挡圈最小高度K=2.53.5mm，R=1.5mm，挡圈厚度t=1.52.0mm第4章 总结与展望两个多月的毕业设计在忙碌中就快要结束了,在这两个多月的时间里,在毕业设计之余还要兼顾找工作,因此,在这段时间里我觉得生活非常的充实.不但在毕业设计中巩固了以前的知识,而且在人生上学到在校园学不到的社会交际.在接到毕业设计课题后首先要做的就是搜集各方面的资料，以前的课程设计都是老师给出的，不用自己去烦恼。但是毕业设计就不同了，它是一个综合设计，很多资料，数据都需要自己通过各种途径搜集得到。因此经常跑图书馆。但是机器人设计找遍整个图书馆都找不到。然而我的设计是根据这本书上所讲的设计方法来做的，找不到绝对是一个沉重的打击。幸好，在指导老师的指引和帮助下在机械系资料室找到了。在以后的设计中，机械零件设计手册起到了很大的作用，是我毕业设计能顺利按时完成的法宝。 接下来的工作根以前课程设计都差不多了，写说明书，绘图。但是最后就多了一步以前课程设计从未出现过的，就是实体绘制。只是学过去时CAD，因此有点害怕实体绘制。但是路还是要继续走下去的，不能因为畏惧就停下来的，更何况这是我毕业设计的最后一关呢。因此面对这道难关，我决定勇敢地面对。于是去图书馆借来了许多CAD的书来看，从书店买来例题分析的书来研究。在绘制过程中遇到了不少的问题，但在自己探索，同学的帮助，老师的指引下，我的实体还是赶上了。当时我真的很高兴，按时完成自然值得高兴，但我觉得更自豪的是通过自学，我学会了许多以前在学习中学不到的东西，那只有通过自学才会领悟得到的。毕竟就快离开校园，走向社会了，在将来的人生上，学习是陪伴我们终生的，正所谓“活到老，学到老”，在人生上很多知识都是自学而获得的。在这里我要向在毕业设计中帮助过我的老师、同学、家人致谢，因为他们在整个设计中给予了我很多帮助和动力。特别是我的指导老师，他不惜劳苦，因此设计过程中很多问题都能及时得到解决。 总的来讲，整个毕业设计给我留下深刻的印象，不仅仅是由于设计时间长，更多的是在毕业设计中我尝到了辛、酸、苦、甜，它会是人生上留下不可抹杀的一页。参考文献1 简洁，张铁山电动清玻璃清刷车清玻璃清刷作业装置的设计与研究J 专用汽车，2012，（7）：85-872 杨首森遥控轨路两用物料转运智能玻璃清洗机器人的研制与应用J制造业自动化，2009，（10）：174-1763 张桂丰电机驱动清玻璃清刷装置的环保型清玻璃清刷车总体设计J福建农机，2008，（3）：65-674 潘公宇清玻璃清刷车清玻璃清刷装置的性能研究J筑路机械与施工机械化，1997，14（1）：12-135 A. Hazzab，I.K.Bousserhane，M.Zerbo，et a1Real Time Implementation of Fuzzy Gain Scheduling of PI Controller for Induction Motor Machine ControlJNeural Processing Letters，2006，24（3）：203-2156 Zhiyu Wang，Yizao LiuMulti-channel Infrared Remote Control System Based on AT89S52JLecture Notes in Electrical Engineering，2012，127：163-1677 K.Sri Gowri，T.Brahmananda Reddy，Ch. Sai BabuDirect torque control of induction motor based on advanced discontinuous PWM algorithm for reduced current rippleJElectrical Engineering，2010，92（7-8）：245-2558 张友德，赵志英，涂时亮单片微型机原理、应用与实验M上海：复旦大学出版社，20069 符磊，王久华电工技术与电子技术基础M北京：清华大学出版社，200510 潘新民，王燕芳微型计算机控制技术M北京：高等教育出版社，200111 陈进，许建凤，杨志兵伺服电机的直接数字控制J控制工程，2003，10（2）：179-181.12 郝碧霞步进电机的微型计算机控制J山西焦煤科技，2007，（5）：28-30