寻轨小车课程设计报告

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1、-智能寻轨小车的设计系别：机电一体化班级：机电11301*：张庆斌. z-一.摘 要人类已经向火星发射了30余艘不同的探测飞船。NASA美国国家航空和航天局的火星探测车勇气号和机遇号是火星比拟近的两个造访者。2021年11月26日23时2分，好奇号火星车发射升空，随后顺利进入飞往火星的轨道，发射取得圆满成功。本期的研究工程，智能寻轨小车是一种典型的机电一体化产品，这种机器技术是综合了计算机、控制、机构学、传感技术等多学科而形成的高新科技，是当代研究十分活泼，应用研究十分活泼，应用日益广泛的领域。在目前的工业中该机器主要承当焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采用

2、示教再现的方式。该设计是以移开工业机器为研究对象，开展机器机械构造设计，主要分为移动小车局部和机械手。小车局部采用三个轮子移动，两个与步进电机向连接，作为驱动装置，再采用一个万向脚轮作为辅助支撑轮。机械手臂为三个自由度，手臂采用扭矩马达驱动。二.前 言机电一体化是从系统的观点出发, 综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术,根据系统功能目标和优化组织目标,合理配置与布局各功能单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值,并使整个系统最优化的系统工程技术。机电一体化技术应用于

3、我们生产和生活的方方面面。因机电一体化技术应用领域的不同而使机电一体化专业派生出许多专门化,例如数控技术应用、机电一体化设备的制造与维修、自动机和自动线、制冷与空调、机器人等。智能小车属于机器人技术畴，它涵盖了机器人技术的相关知识，包括机械系统构造、控制系统硬件配置、传感技术、控制算法的程序编程等。因为简易智能小车的规模较小、制作本相对够低，但对电动车的研发具有深入的研究和改良，即可变为探月车;其次，通过这个工程的制作，可以提高自己的设计经历。智能小车是运用单片机和光电对管等一系列传感器控制电动小车运动，通过设计传感器检测程序和运动控制程序，使电动小车具有智能化的运动功能，到达模拟骑车按一定的

4、轨迹运动的能力。该设计属于机器人应用畴，具有较好的应用前景。现如今已其在诸多领域有广泛的应用。例如:在生活中，它可以作为导盲车帮助盲人；在工厂流水线上，它可以完成货物搬运，装卸；在军事上它可以代替人完成排雷，侦查；在航天领域中，可以完成外星球的矿藏勘探等科学任务。尤其是在地震，泥石流，矿难等灾害面前，更急需高危险复杂环境下智能小车的应用。它可通过灵活智能的特性经过狭窄弯曲人无法到达的地方，探测生命迹象，运送药品食品等急救物资。本课程设计应是机电一体化系统设计课程学习的一个重要组成局部。我们主要基于机器人技术设计车的机械局部。该车本钱低廉，准确快捷，可用于工业生产中。按照生产工艺的要求，通过程序

5、控制，可将工件或原料按照一定的时间送达指定的位置并完成装卸，节省人力，大大提高生产效率。 三.课程设计主要任务及技术参数1.主要任务具体要求：设计带有球形果采摘的机械臂和储料车厢的智能移动小车，完成采摘机械系统的设计和仿真，进展机械运动规划，完成一系列复杂的动作，如手爪合、车体回转等任务。工件的形状为球形，直径30-80mm，重量1.0kg。智能车主要完成任务如下图：方案：沿指定路线进入迷宫实现穿越迷宫车体或机械臂旋转手爪开实现对指定物体采摘车体或机械臂旋转放到指定位置一系列动作。方案2.车体技术参数负载能力10kg外形尺寸参照抓持物体重量2kg 电池最大重量2.5kg电池最大尺寸150*65

6、*95mm3.操作臂及手爪技术参数负载能力含执行器1.0kg定位精度1cm外形尺寸能够完成采摘及辅助送料并与车体大小协调操作臂及手爪自身重量1.5kg以手爪合30-150度机械臂最大展开半径 小车最终能够实现自动抓取工件放入小车的车斗中，并且能够按照预定的轨迹运动，到达目标地点，机械手臂将小车车斗中的工件取出放到预定的工作地点。四.方案论证1.电动机的选择根据本工程的要求，我提出以下两种方案：方案一：采用步进电机，步进电机的一个显著特点就是具有快速启动能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能立即使步进电机启动或反转。另一显著特点是转换精度高，正转反转控制灵活。方案二: 采用普通直

7、流电机。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整围广；过载能力强，能受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转；能满足各种不同的特殊运行要求。 扭矩马达，该系微型带涡轮蜗杆减速直流马达，可以改变马达的接线正负改变马达的旋转方向，具备两个特点：扭矩马达，该系微型带涡轮蜗杆减速直流马达，可以改变马达的接线正负改变马达的旋转方向，具备两个特点：1.涡轮蜗杆减速电机具备自锁性，即在马达在没有电的情况下，输出轴是转不动的，即自锁。2.减速箱输出轴方向与马达轴是垂直布置，整个马达体输出轴方向相对普通减速马达超短，广泛适应一些对安装尺寸有该方面要求的场合基于上述分析，拟选择方案二，在手

8、臂上采用扭矩马达。2.机械臂机构方案的选择方案一：机械臂由三个转动副构成，分别有三个扭矩马达驱动，另有一电机控制手抓取。在机械臂的初始端安装旋转副使机械臂实现水平面上的旋转。方案二：机械臂由三个转动副构成，分别有三个电机驱动，一个电机控制手抓取。在机械臂的末端安装旋转副使手爪实现水平面上的旋转，以实现抓取与小车手臂不同竖直面的上的物体方案三：机械臂由两个转动副构成，分别有两个电机驱动，另一个电机控制手抓取。当要抓取的物体与小车不在同一个平面时，有传感器探测物体的位置，经单片机计算控制使小车移动最终使小车与物体在同一个水平面上 第一种方案连杆灵活，工作空间大，制造简单。第二种方案手抓可以自由转动

9、，抓取工件方便但，手抓转动副制造不方便并且会增加手臂末端的重量，加重前端手臂的负载。第三种方案制造简单，但工作空间小。综合考虑后选择第一种方案。 3.机械臂参数确定及其论证假定三个连杆长度分别为80m m和150mm，180验证过程如下上图考虑到了车身高度，经历证满足抓取工件的所需要求4.车身的构造设计方案设计主体采用一块整的铝合金板材，采用组合式，在车底板上面打一定数量的安装孔，用于安装其他的零部件。上图中安装了一个用于放置电机的固定板。5.机器人的手爪方案的设计手爪采用丝杠传动，由电机驱动丝杠带动丝杠转动，通过丝杠的转动带动配合的螺母直线运动螺母通过增加固定的约束是其只能直线移动不能绕轴转

10、动螺母与拉杆相连接，带动拉杆直线运动。该构造将电机的定轴转动转化为拉杆的水平方向的往复运动，再转化为手爪的合。6.小车加工后效果图7.对于模型的分析与校核小车的两个驱动轮用市面上标准件，直径为60mm小车的从动轮用市面上的标准件高度为50mm小车的手臂和手爪采用以及车底板采用铝合金材料 5052O使用铝合金材料是因为其密度小质量轻，铝合金的强度一般比拟高，能减轻手臂的重量减少，驱动电机的负载，可以选择扭矩较小的电机。也可以节省本钱减轻电机的重量。铝合金 5052O其力学性能为弹性模量7e+010牛顿/m2泊松比0.33不适用抗剪模量2.59e+010牛顿/m2密度2680kg/m3力强度195

11、000000牛顿/m2* 压缩强度牛顿/m2屈服强度90000000牛顿/m2热膨胀系数2.38e-005/K热导率137W/(mK)比热880J/(kgK)材料阻尼比率不适用为了使小车重心在车中心，车斗采用延性铁对小车进展配重，其力学性能为：弹性模量1.2e+011牛顿/m2泊松比0.31不适用抗剪模量7.7e+010牛顿/m2密度7100kg/m3力强度861695000牛顿/m2* 压缩强度牛顿/m2屈服强度551485000牛顿/m2热膨胀系数1.1e-005/K热导率75W/(mK)比热450J/(kgK)材料阻尼比率不适用整体参数的分析经软件对小车的质量属性分析，生成如下数据：小车

12、的整体质量M=1.086KG2.0KG 符合设计的要求。对小车的平衡进展校核，经软件分析小车抓取的小球为R=40mm,质量为0.2kg.小球对车轮的力矩为：0.20.2940.058NM小车对车轮的力矩为：1.0860.106=0.115NM0.058NM 0.1115NM所以小车在抓取小球的过程中不会翻倒，当把小球装到小车里面后小车的重心*轴方向向右移动，再次抓取小球的时候更不会翻倒。对手臂进展分析质量 = 356.64 克体积 = 260188.24 立方毫米外表积 = 117391.23 毫米2重心 : ( 毫米 )* = 2.69Y = 15.63Z = 160.73对轴心O起矩计算：

13、M-0.20.166=0选择的马达为大扭矩涡轮蜗杆减速电机 直流马达GW370 12V 24rpm其技术参数为：型号：GW370电压：DC12V空载转速: 24r/min负载转速： 18r/min输出扭矩：5kg 额定电流：0.3A重量：0.18kg由上面的计算可知选着的电机符合要求。同理可得出其他位置选择的电机也是符合要求的。总结通过课程设计，使我们在掌握机电一体化系统设计课程理论的根底上，对机械设计和机器人系统有了更加深入的了解并加深了对机电一体化这门课程的认识。掌握了机械系统、传感检测系统、控制系统等主要组成的工作原理，特性、应用和系统集成的方法，使我具备了独立设计机电一体化产品的能力，

14、提高了自己的综合素质和利用知识解决问题的能力。 在这段设计的时间里，也让我深刻地认识到学好专业知识的重要性 ，理解了理论联系实际这句话的含义 ，完善了大学的学习成果 ，也让我发现了自己的许多缺乏之处，比方在工程中对于知识的运用和衔接不够熟练等等 。我会在以后的工作和学习中努力改良。这次的课程设计是一个很好的对过去所学知识进展提高和扩大的过程，并且为我们以后的开展打下了一个良好的根底。由于我自身水平缺乏的原因，设计中一定存在很多缺乏之处，请各位教师批评指正，同时感各位教师细心的指导和教育。参考文献机械系统创新设计 华中理工 2000机械电子工程设计 国防工业 2001机电一体化设计根底 机械工业 1997机械设计 高等教育 2001机器人学 机械工业 1993机械设计手册 化学工业 2021机电一体化系统设计课程设计指导书 机械工业 2007. z