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1、 编号：20190603131 本 科 毕 业 设 计小型自动扫地机器人结构设计 Structural Design of Small Automatic sweeper Robot姓 名吴卫学学 院 智能制造学院专 业 机械设计制造及自动化班 级2015级3班学 号0603150312指导教师李丽艳 助教，刘刚 教授2019年5月31日 小型自动扫地机器人结构设计 小型自动扫地机器人结构设计摘 要机器人是一种可以模仿人类行为的机器。它可以为人类完成许多危险和单调的任务。 机器人将人类从繁重而单调的工作中解放出来。他们从事固定和常规工作，如工业生产中的焊接，涂漆，装配等。本次毕业设计对象是小型
2、自动扫地机器人，该机器人实现了普通家庭对室内地面环境的清扫和除尘的功能。它主要是由二个步进电机通过控制系统输入不同的脉冲频率来实现从动轮的行走运动、后退运动和转弯运动。该自动扫地机器人主要有二部分组成：机械结构设计部分和吸尘机构部分。其中机械结构设计部分主要有步进电机的选型、底座的设计、驱动轮的设计、蜗轮蜗杆的设计以及从动轮的设计五部分组成。机械部分主要进行材料的选择和结构的设计计算，从而达到设计的目的和要求。在对吸尘机构设计过程中，先进行整体结构的设计，主要包括直流电机的选择、同步带传动机构的设计以及主刷轴的设计，并对其进行受力分析与校核，以便检验是否满足强度和刚度的要求，分析及校核的结果证
3、明吸尘机构的设计可以满足要求。本设计采用分布式控制方式。分布式控制就是由上一级主控计算机控制整个系统的管理和坐标变换，下一级由微处理器组成，微处理器负责传感器数据处理或机器人关节驱动，并完成任务。这些微处理器和主控机之间的联系是通过总线形式实现的，此结构易于系统扩展和维护。结合自动扫地机器人的特点，决定采用铅酸蓄电池作为系统的移动电源。选用铅酸蓄电池，额定电压为12v,额定容量为36A。 关键词:扫地机器人；行走机构；吸尘机构；电源。I小型自动扫地机器人结构设计 Structural Design of Small Automatic sweeper RobotABSTRACTA robot
4、is a machine that can mimic human behavior. It can accomplish many dangerous and monotonous tasks for mankind. Robots liberate humans from heavy and monotonous work.They are engaged in fixed and routine work, such as welding, painting, assembly, etc., in industrial production. This graduation design
5、 object is a small automatic sweeper robot, the robot realizes the ordinary family to the indoor ground environment cleaning and dust removal function. It is mainly composed of two stepper motors through the control system input different pulse frequencies to achieve from the wheel of the walking mo
6、vement, backward motion and turn movement. The automatic sweep robot mainly consists of two parts: the mechanical structure design part and the dust absorbing mechanism part. Among them, the mechanical structure design part mainly has the stepper motor selection, the base design, the drive wheel des
7、ign, the worm gear worm design as well as from the wheel design five parts composition. The mechanical part mainly carries on the material selection and the structure design calculation, thus achieves the design goal and the request.In the process of vacuum cleaning mechanism design, the design of t
8、he whole structure, including the selection of DC motor, the design of synchronous belt transmission mechanism and the design of the main brush shaft, and the force analysis and check, in order to test whether to meet the requirements of strength and stiffness, analysis and verification results prov
9、e that the design of the vacuum cleaning mechanism can meet the requirements. This design adopts distributed control mode. Distributed control is the management and coordinate transformation of the whole system controlled by the last level master computer, the next level is composed of microprocesso
10、r, the microprocessor is responsible for sensor data processing or robot joint drive, and completes the task. The connection between these microprocessors and the master is achieved through the bus, which is easy to extend and maintain the system. Combined with the characteristics of automatic sweep
11、 robot, it is decided to use lead-acid battery as the mobile power supply of the system. Choose lead-acid battery, rated voltage of 12v, rated capacity of 36A.Keywords:To sweep a robot Walking mechanism Vacuum cleaning mechanism PowerII目 录1 绪 论11.1 扫地机器人的国内发展状况11.2 扫地机器人的国外研究状况11.3 扫地机器人研究内容21.4 扫地机
12、器人研究意义32 扫地机器人整体结构设计32.1 扫地机器人行走机构设计32.2 扫地机器人吸尘结构介绍42.3 扫地机器人控制部分42.4 扫地机器人电源部分52.5 行走机构整体结构53 机械结构设计73.1 步进电机选型73.2 底座的设计83.3 驱动轮的设计93.4 蜗轮蜗杆的设计93.5 万向轮的设计113.6 轴承的选择124 扫地机器人吸尘机构设计134.1 吸尘机构整体设计134.2 吸尘机构重要零件设计135 总 结18参考文献19致 谢20III1 绪 论机械为国家工业提供了重大的设备, 更为人民提供了许多实用消费品。机械设备贯穿于传统产业还有新兴产业。研究、设计和开发新
13、的机械产品, 不断改进现有的机械产品, 生产新一代的机械产品, 以满足当前和未来的需求。机械通常是由许多精密零件组成的复杂产品, 具有独特的成型和加工工艺。生产批次可分为单批和小批量, 也可分为中、大批量生产。销售目标涵盖所有行业、个人和家庭。此外 , 在社会经济条件下 , 销售可能会有重动。因此, 机械制造企业的经营管理尤为复杂, 机械行业对企业生产管理、规划和管理的研究大多从这里开始。机器人是近几年来持续发展的高科技设备。机器人尤其是工业行业的一个重要组成。机器人能够计划安排的预定任务,其中有结构方面和性能方面， 最重要的是体现人类的智慧。机器人能够在各种恶劣环境中完成任务并能保证正确性和
14、精确性。机器人随着自动化水平的提高而提高与发展。在现代的流水线工作中机器人被大量应用。所以机器人的研发和生产占据高新技术重要一部分。机器人有时候它不像人类的手那样, 但它可以保持一个动作重复不断而且不害怕危险。现代社会机器人广泛用于机械电气、自动化等场所。1.1 扫地机器人的国内发展状况在我国，随着经济建设的不断开展，人民生活水平的提高，现代制造产业越来越不能满足人民日益增长的物质需求。许多场所肮脏的地面需要清扫。所以为了解决这一困难，许多专家一直研究并试图解决它，经过努力取得了好的发展。在90年代,许多著名大学开始展开合作，联合开发多功能清扫机器人。1999年浙大首先开始进行智能化除尘机器人
15、的大力研究，经过努力研制出第一台智能多功能吸尘机器人。现在我国市场性价比比较高的产品是KV8,如图1-1所示。 图1-1 扫地机器人KV81.2 扫地机器人的国外研究状况在1958年, 美国研发了第一台机器人。主要结构在机器人主体上安装旋转长臂,保持机构安装在电磁铁。在1962年,美国机械铸造技术公司试图制造一个数控表示机器人。企业名称为 Unimate (即通用自动)。世界上第一个智能机器人真空吸尘器 Elektrolux Trilobite 于2001年11月由瑞典一个知名品牌推出。首先选择超声波导航技术的真空吸尘器如图1-2(a) 所示。可以迅速查明环境中的障碍, 以防止碰撞。开始工作后
16、, 绕着墙走, 完成沿边缘学习的过程;在此过程之后, 将创建环境图, 根据环境区域估计清洗时间, 并规划完成清洁任务的最佳路径。当检测到新的障碍物时, 机器人可以及时避开它们, 更新生成的轨迹, 直到整个环境清洁任务完成。然而, 与市场上的其他产品相比, 产品太厚, 无法进入家具底部清洗。日本松下电器株式会社研制的 RULO 清扫机器人如图1-2(b) 所示。它可以检测地面环境, 根据地板的水平, 清洗刷旋转时的垃圾量, 自己的驾驶和灰尘吸收等。松下解释说, RULO 扫地机器人被设计成一个三角形, 以提高清理角部垃圾的能力。内置的除尘箱增加了其容量1.5个相比, 以前的产品使用 清洁助理遥控
17、器, 以制定一个全面的计划, 尤其RAULO机器人可以实现人不在家里就可以实现除尘的功能。经过比较他的电池寿命约为一年，在电力充足时可以连续使用约 100分钟, 充电时间约为3小时。图 1-2(a) “三叶虫”扫地机器人图 1-2(b) RULO 扫地机器1.3 扫地机器人研究内容文章主要运用AutoCAD开展扫地机器人结构设计。在设计过程中，了解扫地机器人的结构特征和制图软件的使用要领。文章的设计理想是结构简单功能多样的扫地机器人，功能是实现随时清扫家庭以及其他场所，可以给它进行定时，文章研究内容为以下所列：n 设计扫地机器人的行走机构、吸尘机构；n 设计各零部件结构以及草图的绘制；n 绘制
18、装配图和零件图。1.4 扫地机器人研究意义可以将扫地机器人技术与真空吸尘技术结合起来开发新设备以取代传统的大型手动清洗过程。多功能小型清洁机器人受到了广泛应用,技术上表现出强大的代表意义。此机器具有广大的市场前景,可以极大降低劳动的强度,伸展效率。这种机器人可以在室内或室外工作。我们的研究将传感技术和关键技术结合起来, 就是要开发一种多功能智能清洁机器人, 以及保证它便宜的价格, 并且能够贴合家庭的需要, 易于应用。使其能够取代传统的家庭手工清洁, 使家庭生活通电、智能化, 使技术更好地服务于人类。2 扫地机器人整体结构设计扫地机器人整体结构设计由四大部分组成：分别是行走机构、吸尘机构、控制部
19、分和电源部分，扫地机器人整体结构示意图如图2-1所示。 图2-1 扫地机器人整体结构示意图2.1 扫地机器人行走机构设计目前扫地机器人的移动方式有很多种，主要包括轮式和履带式。履带式行走为无限轨道式，优点是将轨道履带卷绕在多个车轮上，目的是不直接与地面接触。适合凹凸不平、车轮行走困难的环境，它设计困难，工艺性复杂，造价昂贵。本课题设计环境是家庭平坦的地面，所以不考虑用履带式行走机构。根据当今比较成熟的车轮移动方式，本课题决定采用轮式结构。2.1.1 轮式行走机构轮式行走灵活，自由，是最简单的行走方式，适合于平坦且没有故障物的环境。扫地机器人的运功控制中要具备三个参数分别是坐标和方向角以及机器人
20、的两个主动轮，因此是不完全约束的，两个驱动轮最好是设计成左右对称的方案。两驱动轮扫地机器人中，四点支撑车体，左右分布一个驱动轮，前后分布万向轮。车体也可以三点支撑或者四点支撑以将主动轮安装在中轴线上，目的是为了重心容易掌握，行走比较容易。旋转半径为0时，以便于绕着车体的中心点旋转，这样扫地机器人能在狭窄的地方改变方向。考虑到扫地机器人的重量和成本问题，本课题采用四轮的结构。四轮结构中中间左右两轮分别驱动,前后的万向轮为随动方式，从而扫地机器人满足转向要求。中间的两个步进电机带动扫地机器人的涡轮和蜗杆运动带动车轮运动。步进电机可以改变输入不同的脉冲频率来调节速度。所以两个步进电机输入不同的脉冲频
21、率，就可以改变驱动轮的速度，实现扫地机器人机器人直线前进、后退和转弯等功能。行走机构本体采用铝合金型材料制作，以尽可能减轻其重量。外形采用圆筒形，以免在屋子里行走时碰坏其他物品。也避免扫地机器人自身受损，行走机构原理示意图如图2-2所示。 图2-2 行走结构原理图2.2 扫地机器人吸尘结构介绍吸尘器技术主要包括真空吸尘器和气流滤尘器。气流滤尘器是一个全封闭系统，利用附壁效应形成抵押涡流气体，将沉渣截留在吸尘器内的气流腔内。根据扫地机器人的本体形状和移动路径以及吸尘效果，将吸尘机构的吸嘴设计在本体前方。吸尘的电动机选用直流电动机。2.3 扫地机器人控制部分扫地机器人的控制主要是对小车的驱动电路发
22、热启动、停止、路径识别和自身定位的控制。主要由驱动电路、驱动器、检测开关、直流稳压电源、控制电路等组成。自动清扫机器人的控制系统有分布式控制和集中式控制。本设计采用分布式控制方式。分布式控制就是由上一级主控计算机控制整个系统的管理和坐标变换，下一级由微处理器组成，微处理器负责传感器数据处理或机器人关节驱动，并完成任务。这些微处理器和主控机之间的联系是通过总线形式实现的，此结构易于系统扩展和维护。2.4 扫地机器人电源部分扫地机器人所使用的蓄电池结构必须有良好的充放电特性、耐振动、耐冲击等。目前用得比较广泛的是铅酸蓄电池和锡镍蓄电池。对于移动式服务机器人移动电源参数的选择应该是多方面考虑的，而不
23、是一味地追求电源的容量越大越好，或一味地要求体积越小越好。结合自动扫地机器人的特点，决定采用铅酸蓄电池作为系统的移动电源。选用铅酸蓄电池，额定电压为12v,额定容量为36A 2.5 行走机构整体结构步进电动机，涡轮蜗杆， 驱动轮，万向轮组成扫地机器人驱动系统，如图2-3所示。电动机转动，带动涡轮联轴器使得蜗杆涡轮转动，涡轮通过键将动力传递到轴，从而驱动驱动轮，在设计时候要注意涡轮和驱动轮要同轴，以具有相同的转速。前轮是万向轮，它具有运动稳定，转弯灵活等特点。要对步进电动机进行调速只需要改变脉冲号的频率，就可得到高精度的转速。当电动机正转或反转即可得到自动机器人前进或后退，当两个电动机输出不同的
24、脉冲频率时，就可得到自动扫地机器人左转或右转的方向功能。这里采用了涡轮蜗杆传动作为减速设计，这与以往的设计减速方式不同，以往都是齿轮减速，现在这一设计可以避免了步进电动机因低速出现爬行现象。以下通过公式说明这点：设电动机转速为n，驱动轮的半径为r，驱动轮的行走速度为： (2-1)式中vk左右驱动轮的线速度（k=1,2，3）； i涡轮蜗杆转动比。从公式可知道调节n的大小和正反就可得到不同的转速，当两个不同的电动机转速不同时候既可以弯转。（a）（b） （c）图2=3 自动清扫机器人驱动系统结构图1，9六角螺钉；2，19弹簧垫圈；3,6平键；4,13轴套；5传动轴；7底板；8驱动轮；10六角头螺钉；
25、11电动机上支架；12电动机下支架；14万向轮上支撑板；15螺钉；16万向轮侧支撑板；17蜗轮；18电动机；20垫圈；21圆锥销；22套筒联轴器；23,28轴承座；24,27滚动轴承；25涡轮；26万向轮；29轴用弹簧挡圈；30万向轮后支撑板。3 机械结构设计3.1 步进电机选型（1）步进电动机的工作原理以及优点步进电机可以把电脉冲信号转变为角位移或线位移。步进电机优点是转矩大惯性小、响应频率高以及价格低。（2）选择步进电机选择步距角。步距角一般有0.36/0.72，二、四相电动机的步距角一般有0.9/1.8。；三相电动机的为1.5/3。选择静力矩。选择电流。依据频率特性曲线图，来判断电动机的
26、电流。力矩与功率换算如下： (3-1) (3-2) (3-3)式中 P功率，W; 角速度，rad/s； n转速，r/min M力矩，N.mm若电动机为半步工作方式，则： （3-5） 其中，f为每秒脉冲数（pps）步进电动机应用中的注意要点：于转速不超过1000r/min动机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。负载应选择大机座号得电动机。在较高转速或大惯量负载时，一般不在工作速度启动，而采用逐渐升频提速，这样不但电动机不失步，还可以在减少噪声的同步提高停止的定位精度。在600pps以下工作先选电动机后选择驱动选用某电动机公司的57BYG250E-SAFRML-0152型两相混合式步进电动机。其
27、外形尺寸如图3-1所示，参数如表3-1所示。图3-1 57BYG250E-SAFRML-0152步进电机的外形尺寸表3-1 57BYG250E-SAFRML-0152步进电机参数相数2步距角（）0.9/1.8静态相电流（A）1.5相电阻（）1.1相电感（Mh）6.2保持转矩（Nm）1.5定位转矩（Nm）0.04空载启动频率（半步方式）（KHz）3重量（Kg）1.5转动惯量（gc）3303.2 底座的设计机器人的底座要求在保证足够刚度的条件下，尽量减轻底座的重量，以提高有效承载重量。其次底座的外轮廓不应有凸出部分，以防止碰撞其他物体。本文根据去清扫机器人的工作环境和承载要求采用硬铝作为机器人的底
28、座材料，牌号为LY11。底座直径350mm，厚度为5mm的圆形硬铝板，左右两边割两个槽用于安装驱动轮，板上空间装有与驱动直接有关的部件。在板的前后焊接几块小的硬铝板用于支撑万向轮，这样利于机械结构设计和降低车体重心，机器人底座的结构如图3-2所示。 图3-2 机器人底座设计图3.3 驱动轮的设计机器人的驱动轮结构采用铸铁橡胶面，驱动轮优点在于承载能力大，与地面的附着系数大，有足够的驱动能力。机器人运动时橡胶轮缘有利于减震。轮芯是两个带有凸台的圆形铸铁，材料选择HT150。轮缘有相应的凸块和轮芯相啮合。两半轮芯将轮缘夹住，通过螺钉紧固。驱动轮结构示意图如图3-3所示。 图3-3 驱动轮结构示意图
29、1-轮缘；2-轮芯 ； 3-六角螺母； 4-垫圈； 5-弹性垫圈； 6-六角头螺栓。3.4 蜗轮蜗杆的设计电动机和驱动轮之间采用蜗轮蜗杆传动，减速比设计为29。通过套筒联轴器将电动机与蜗杆之间相连，涡轮与驱动轮装在同一轴上，转速相同。蜗杆材料为45Mn2，蜗杆材料选用铸造铜合金，牌号为ZCuSn10Zn2。（1）蜗杆设计蜗杆结构设计如图3-4所示，计算参数如表3-2所示。 图3-4 蜗杆结构示意图表3-2 圆柱蜗杆传动基本参数蜗杆轴向模数m2蜗杆头数Z11变位系数0.100齿顶高2顶间系数 0.4 中心距a11.2蜗杆轴向齿距40蜗杆导程程6.28蜗杆分度圆直径22.4蜗杆齿顶圆直径 26.4
30、蜗杆齿根圆直径17.6蜗杆节圆直径22蜗杆分度圆导程角5.1蜗杆节圆导程角5.1蜗杆齿宽22渐开线蜗杆基圆直径5.3蜗杆螺旋线方向右旋（2）蜗轮设计。涡轮的结构设计如图3-5所示，计算参数如表3-3所示。图3-5 蜗轮结构示意图表3-3 涡轮基本参数基本参数计算公式数值蜗轮齿数z229蜗轮分度圆直径58蜗轮齿根圆直径）52.8蜗轮喉圆直径61.6蜗轮咽喉母直径9.2蜗轮节圆直径58蜗轮齿宽163.5 万向轮的设计为了使小车转向灵活，从动轮的万向轮设计为双轴承形式。车轮与转向轴中心线之间偏心距为8mm。其结构示意图如图3-6所示。图3-6 万向轮的结构示意图01六角螺钉；02弹簧垫圈；03中轴；
31、04,11轴套；05连接板；06推力球轴承；07上板；08滚动球轴承；09轮缘；10侧板；12连接轴万向轮的工作原理和动力学分析。这种万向轮的轮架通过竖直的连接轴与连接板采用螺母相连，连接板通过螺钉与机器人的底座相连。万向轮上面的一个推力轴承承受机器人的总体压力，并通过万向轮轮架的两侧板、下面的一个向心球轴承、中轴传动到车轮上，转向是通过推力球轴承和向心轮球轴承用以实现。弯力矩是向心球轴承承受轮心偏离连接轴心所造成的。既可以实现向心球轴承除传递压力，还可以实现轮体转动。通常偏心距与轮半径之比为1/4左右为宜。本设计万向轮的设计中，偏心距不应该大于上面推力球轴承钢球所在圆的半径。万向轮的材料选用
32、和热处理。设计万向轮轮体的轮架用三块材料为HT150的平板焊接而成。连接轴用45钢，热处理35-40HRC。轮轴即中轴，也用45钢，热处理38-42HRC。本文万向轮的特点和应用环境。本文中的万向轮成本比较低，适合承受中载荷和小弯矩，合适于路面状况很平坦，没有大的凹凸环境。3.5.1 万向轮中轴万向轮中轴结构示意图如图3-7所示。图3-7 万向轮中轴结构示意图3.6 轴承的选择本次行走机构使用的轴承代号为6303和6200，如图3-8所示。选用深沟球轴承，该轴承性能主要承受径向载荷，同时承受少量的双向轴向载荷。图3-8 承的基本结构与常用的滚动体4 扫地机器人吸尘机构设计4.1 吸尘机构整体设
33、计吸尘机构整体结构如图4-1所示。图4-1 吸尘机构整体结构 01-电动机； 02-同步带轮； 03-同步带； 04-同步带轮； 05-清扫机器外盖主刷； 06-垃圾盒； 07-主刷。扫地机器人工作原理：在机器人底部安装一个滚柱式的主刷，在电动机驱动下，通过同步带传动，刷子将地面上的垃圾和沙土扫到垃圾盒子中。4.2 吸尘机构重要零件设计4.2.1 电动机的选择本设计是小型机构，功率小，选用ZYT系列永磁直流电动机。经过考察，初步选定电动机转速为3000min/r，考虑到电池的选定，所以选电动机为24v，以下是ZYT系列永磁直流电动机数据表4，型号55ZYT01。表4 ZYT系列永磁直流电动机数
34、据表4.2.1 同步带传动机构设计有如下特点： 传动比准确，效率高，稳定； 机构简单，质量小，厚度薄而均匀： 有一定寿命，挠性好，不产生打滑； 维护方便，运转费用低同步带应用于印刷、食品、医疗机器等，有节能，无污染，噪声小的优点。正是以上优点，本设计清扫机器人应用在家庭环境，要求噪音小，传动效率高，不容易出现打滑，这与长距离传动（一般选用V带传动）弥补了V带传动长时间工作容易出现打滑现状。 图4-2 同步带传动结构（1）选定初始条件由永磁直流电动机，型号为：55ZYT01，电动机额定功率P=0.04kW，电动机转速输出轮转速n1=3000r/min，同步带的传动比3.5，工作时间每天普通使用8
35、小时。选用节距制度圆弧齿同步带传动。同步带由厂家提供的氯胺酯橡胶基体，玻璃纤维承载绳，尼龙包布组成；带轮采用45（调质）。（2）几何尺寸设计功率Pd由文献4查得：KA=1.4，则Pd= KAP=0.056kW (4-1) (4-2)选定带型和节距设计带型号为XL，节距为Pb=2.032小带轮齿数Z1此次取带轮Z1=12，小带轮节圆直径d1。mm (4-3)大带轮齿数Z2 (4-4)大带轮节圆直径d2 (4-5)验证带速v对XL型同步带，合格初步中心距a0 ，取a0=41mm带长及其齿数 (4-6) 由文献8得，应选用长度代号80的XL型同步带，其节线长Lp=203.2，同步带齿数为Z=40。实
36、际中心a (4-7)校核小带轮啮合齿数Zm (4-8)基本额定功率P0由表7得Ta=50.1N，m=0.022kg/m，得 (4-9)所需带宽度bs由表8得XL型带bs0=9.5，Kz=0.6得，满足要求，由文献2得，选带宽代号为37的XL型带，其bs=7.5。4.2.2 滚动轴承主要优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便和易于互换主要缺点：抗冲击能力差，噪声，工作寿命低。根据轴的直径10mm，查文献13得,滚动轴承型号为61800。4.2.3 主刷轴设计同步带传动装置，同步带的从动轮的转速为n=857r/min，从动轴传递功率为P=0.056kw，从动同步带轮宽度为12mm（以上数据为
37、前面设计得知），工作时双向转动，设计该结构和尺寸。(1)选取主刷轴的材料和热处理方法，并确定轴材料的许用应力。根据已知，普通用途，小功率，选用45钢正火处理。查文献11得，。（2）估算轴的最小直径由表4-1查得A=110，由 (4-10)考虑轴端有一键槽，将上述轴颈增大5%，即0.88*1.05=0.925mm表4-1 几种材料的A值轴的材料Q235、20354540Cr、40SiMn、42 SiMn、38SiMnMo、20CrMnTi【r】/MPa122020303040 4052A 16013513511811810710798（3） 轴的结构设计并绘制结构草图如图4-3所示。 图4-3
38、主刷轴的结构设计确定轴上的零件的布置方案和固定方式。刷套布置中间，右边同步带轮，对称两端的轴承，同步带轮和轴套作轴向固定，用平键和过盈配合（H7/r6）作轴向固定，右端轴承用轴套和过渡配合（H7/k6）固定内套圈；左端轴承用轴套和过渡配（H7/k6）固定内套圈，轴的定位则由两端的轴承端盖轴向固定轴承的外套圈来实现。 确定轴的各段直径d1=10（由轴承型号选取，而且考虑到同步带轮。）d2=15，d3=d2+2h=18L1=8（轴承宽度和轴套宽度）L2=88(考虑到整个布置，旁边零件剩余的空间)L3=2（轴环宽度为b1.4h）L4=19（考虑同步带轮宽度和轴承宽度轴套宽度）轴受力计算转矩： (4-
39、11)轴向力F=23N弯扭组合变形强度条件进行校核计算a. 绘制轴的受力简图4-4所示。图4-4 轴的受力简图由上知道l1=93，l2=12,M为弯矩b.列平衡方程如下 （4-12）c.作扭矩图，如图4-5所示。 （4-13）d.作弯矩图，如图4-5所示。在F作用力处切开分析如图。Fs=F-FA*93+M=0 M=367N.mm （4-14）当量弯矩： （4-15）（4-16）由于有键槽所以d=7.9X1.05=8.3mmd1=10mm，故轴强度足够的，设计合理。图4-5 轴的受力图，弯矩图，扭矩图5 总 结本课题对自动扫地机器人的结构设计进行了研究分析，并对自动扫地机器人存在的问题进行总结归
40、纳，提出了扫地机器人未来的发展趋势和研究方向，整体体介绍了扫地机器人所涉及的一些关键性技术。本课题设计基本满足了中低端自动扫地机器人的技术要求，对其整体方案和各部分结构进行了设计。主要完成的内容有：自动扫地机器人的现阶段发展状况的介绍。对扫地机器人的整体结构方案的设计和各零件部分结构的设计。绘制扫地机器人整体结构以及各零件结构的二维图纸。自动扫地机器人作为一种服务机器人的一种，目前逐渐成熟传感器技术以及人工智能技术的发展给自动清扫机器人的研究发展带来了新的机遇和挑战。目前国内市场上昂贵的价格很大程度上和使用制约了普通家庭对扫机器人的普及。但是自动扫地机器人的未来是光明的。成本低、功能强、智能化
41、程度高、适应性强、应用广泛的自动扫地机器人将会在未来不久真正服务于社会，服务于普通家庭中。第 19 页 共20页参考文献1 黄长艺 扫地机器人操作系统概述M, 北京：机械工业出版社，20052 孙恒，陈作模主编机械原理第六版 M北京：高等教育出版社，20013 蒋新松.未来机器人技术发展方向的探讨J.机器人。19964 汤阳，戴光智,王锐鹏. 家用自主吸尘机器人的研究和开发J.计算机测量与控制,20065 邓星钟.机电传动控制.华中科技大学出版社，20016 王勇领.系统分析与设计M.北京:清华大学出版社，19917 张延龙, 王俊勇. 多传感器数据融合技术概述J. 舰船电子工程, 20138 张月. 清洁机器人全覆盖路径规划研究D. 重庆大学, 2015.9 Siegwart R, Nourbakhsh I R. Introduction to Autonomous Mobile RobotsM. MIT Press, 2004. 10 沈会方