自动机器人爬坡机——毕业论文
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❖ 电机支座 ❖ 轴系零件设计 ❖ 合理安装减速机构 ❖轴 ❖ 齿轮 ❖ 套筒 ❖ 连轴器 ❖ 万向轮
电机支座
轴系零件设计
1.参考二级齿轮减速器画总传动草图
初步设想：电机和高速轴之间用联轴器连接输出，高速轴、中 速轴、低速轴两端均用轴承支架固定，齿轮与轴用键连接， 轴承用轴承支架和套筒定位
2.选择轴承 选用GB/T 276-1994 2尺寸系列6200代号的 深沟球轴承
自动机器人爬坡机 构及驱动设计
指导老师：李春梅
自动机器人爬坡机构及驱动设 计
❖ 电机选型 ❖ 底盘机构设计 ❖ 三维组装调试 ❖ 优化设计
电机选型
❖ 驱动方式 选用轮式驱动 轮式机器人的驱动方式可归为两类，即完整运动
约束驱动和非完整运动约束驱动 。 非完整的驱动有共轴驱动，汽车式转向和三轮车
式转向三种 选择最为用常见的共轴驱动
优化设计
❖ 延长电机寿命降低噪声 ❖ 减轻重量
1.齿轮 2.轴承架
❖ 齿轮
减轻重量
❖ 轴承架
减轻重量
谢谢
底盘机构设计
❖ 减速机构 ❖ 底盘材料 ❖ 底盘驱动机构各零件及安装尺寸设计
减速机构
❖ 开式二级齿轮传动 总传动比 i=14 取两级圆柱齿轮减速高速级的传动比
i12 1.4i
为4.43，则低速级的传动比＝3.16
传动草图
减速机构
选取两对传动齿轮齿数
选用选用m＝1，α=20°的标准 圆柱直齿轮传动
N •m
电机选型
❖ 初步计算选型号 根据课题中给定的参数，预计车体重5千克， 总重量10千克，有两个驱动轮，地面摩擦系 数为0.3。选择直径D为100mm的轮子 利用T=FR /2可求出平地行走驱动轮需 提供的驱动力矩为0.735 Nm
电机选型
课题给出的坡形
对轮子受力分析，可求得 单个轮子爬坡所需驱动 转矩为1.4Nm
电机选型
❖ 验算 选取减速比i＝14，由公式
Vt VmD / 60
Vt －小车行走速度 ，单位为m/s
Vm－电机减速后提供的转速，单位为r/min
可求得小车速度为0.75m/s
电机选型
选用开式二级齿轮减速传动 令实际传动中单级齿轮传动效率为0.9，联轴 器效率0.98， 则可计算出输出轴转距1.59Nm，小车行走速 度0.59m/s，是可行的
令安全系数为1.1，则电 机在爬坡时需要提供的 转矩为1.54 Nm
电机选型
❖ 选择电机
因为直流电机转速较大，所以在选用其驱动时要设 计相应的减速机构 。 减速机构降低转速，提高转矩。 最终选择科西亚生产的永磁直流电机 ZY80 系列中 转矩0.143 Nm，转速2000 r/min的电机。
电机选型
电机选型
初步构造
利用双电机驱动两个后
轮，选用一个万向轮来 控制转向以达到机器人 行走转向以及爬坡的目 的。
电机选型
❖ 类型选择 本课题中电机是用来驱动机器人底盘轮子转 动来完成爬坡的行走过程，对速度有一定要 求，需要一定的精度和平稳性，又由于爬坡 机器人是用电池进行供电，因此选用直流伺 服电机驱动。
轴系零件设计
3.设计三根传动轴的各部分径向尺寸
高速轴
中速轴
低速轴
轴系零件设计
4.选择键
根据设计的轴的径向尺寸，在需要用键连接的地方选择键的 种类和尺寸
合理安装减速机构
1.各轴中心 位置分布
2.设计轴承支架
合理安装减速机构
合理安装减速机构
3.选择俯视图分布
对比选择左图
轴
4.根据合理的分布图 确定轴的轴向尺寸
（注意留下安装余量 ）
轴
高速轴
中速轴
低速轴
齿轮
由轴和键确定齿轮内槽形状尺寸
Z1 和Z3的尺寸
Z2和Z4的尺寸
套筒
联轴器
万向轮
通过设计过程可知 底座到地面之间的距离为70mm， 选择适合的万向轮型号，
简单示意如右图
底盘框架
三维组装调试
❖ 总装配图
三维组装调试
三维组装调试
三维组装调试
❖ 组装好后观察各零件之间是否存在干涉或者 位置安装不合理的情况，如存在，应分析其 成因，之后在保证性能指标不变的条件下调 节设计相应的尺寸，消除干涉。这是一项比 较繁重的工作，实际上在设计过程中由于零 件较多，很难考虑的非常全面，通过组装图 可以一目了然的看出问题所在，并调节相应 尺寸消除干涉
Z1=20 Z2=88 Z3=28 Z4=88 标准齿轮各参数的有以 下三种：木材、塑料和金属
本课题中为了结构稳定并减轻重量，底 盘材料选用的是30×30mm，20×20mm的 角铝以及30mm和20mm宽，2mm厚的铝条 拼贴焊接而成
底盘驱动机构各零件及安装尺寸设计
电机支座
轴系零件设计
1.参考二级齿轮减速器画总传动草图
初步设想：电机和高速轴之间用联轴器连接输出，高速轴、中 速轴、低速轴两端均用轴承支架固定，齿轮与轴用键连接， 轴承用轴承支架和套筒定位
2.选择轴承 选用GB/T 276-1994 2尺寸系列6200代号的 深沟球轴承
自动机器人爬坡机 构及驱动设计
指导老师：李春梅
自动机器人爬坡机构及驱动设 计
❖ 电机选型 ❖ 底盘机构设计 ❖ 三维组装调试 ❖ 优化设计
电机选型
❖ 驱动方式 选用轮式驱动 轮式机器人的驱动方式可归为两类，即完整运动
约束驱动和非完整运动约束驱动 。 非完整的驱动有共轴驱动，汽车式转向和三轮车
式转向三种 选择最为用常见的共轴驱动
优化设计
❖ 延长电机寿命降低噪声 ❖ 减轻重量
1.齿轮 2.轴承架
❖ 齿轮
减轻重量
❖ 轴承架
减轻重量
谢谢
底盘机构设计
❖ 减速机构 ❖ 底盘材料 ❖ 底盘驱动机构各零件及安装尺寸设计
减速机构
❖ 开式二级齿轮传动 总传动比 i=14 取两级圆柱齿轮减速高速级的传动比
i12 1.4i
为4.43，则低速级的传动比＝3.16
传动草图
减速机构
选取两对传动齿轮齿数
选用选用m＝1，α=20°的标准 圆柱直齿轮传动
N •m
电机选型
❖ 初步计算选型号 根据课题中给定的参数，预计车体重5千克， 总重量10千克，有两个驱动轮，地面摩擦系 数为0.3。选择直径D为100mm的轮子 利用T=FR /2可求出平地行走驱动轮需 提供的驱动力矩为0.735 Nm
电机选型
课题给出的坡形
对轮子受力分析，可求得 单个轮子爬坡所需驱动 转矩为1.4Nm
电机选型
❖ 验算 选取减速比i＝14，由公式
Vt VmD / 60
Vt －小车行走速度 ，单位为m/s
Vm－电机减速后提供的转速，单位为r/min
可求得小车速度为0.75m/s
电机选型
选用开式二级齿轮减速传动 令实际传动中单级齿轮传动效率为0.9，联轴 器效率0.98， 则可计算出输出轴转距1.59Nm，小车行走速 度0.59m/s，是可行的
令安全系数为1.1，则电 机在爬坡时需要提供的 转矩为1.54 Nm
电机选型
❖ 选择电机
因为直流电机转速较大，所以在选用其驱动时要设 计相应的减速机构 。 减速机构降低转速，提高转矩。 最终选择科西亚生产的永磁直流电机 ZY80 系列中 转矩0.143 Nm，转速2000 r/min的电机。
电机选型
电机选型
初步构造
利用双电机驱动两个后
轮，选用一个万向轮来 控制转向以达到机器人 行走转向以及爬坡的目 的。
电机选型
❖ 类型选择 本课题中电机是用来驱动机器人底盘轮子转 动来完成爬坡的行走过程，对速度有一定要 求，需要一定的精度和平稳性，又由于爬坡 机器人是用电池进行供电，因此选用直流伺 服电机驱动。
轴系零件设计
3.设计三根传动轴的各部分径向尺寸
高速轴
中速轴
低速轴
轴系零件设计
4.选择键
根据设计的轴的径向尺寸，在需要用键连接的地方选择键的 种类和尺寸
合理安装减速机构
1.各轴中心 位置分布
2.设计轴承支架
合理安装减速机构
合理安装减速机构
3.选择俯视图分布
对比选择左图
轴
4.根据合理的分布图 确定轴的轴向尺寸
（注意留下安装余量 ）
轴
高速轴
中速轴
低速轴
齿轮
由轴和键确定齿轮内槽形状尺寸
Z1 和Z3的尺寸
Z2和Z4的尺寸
套筒
联轴器
万向轮
通过设计过程可知 底座到地面之间的距离为70mm， 选择适合的万向轮型号，
简单示意如右图
底盘框架
三维组装调试
❖ 总装配图
三维组装调试
三维组装调试
三维组装调试
❖ 组装好后观察各零件之间是否存在干涉或者 位置安装不合理的情况，如存在，应分析其 成因，之后在保证性能指标不变的条件下调 节设计相应的尺寸，消除干涉。这是一项比 较繁重的工作，实际上在设计过程中由于零 件较多，很难考虑的非常全面，通过组装图 可以一目了然的看出问题所在，并调节相应 尺寸消除干涉
Z1=20 Z2=88 Z3=28 Z4=88 标准齿轮各参数的有以 下三种：木材、塑料和金属
本课题中为了结构稳定并减轻重量，底 盘材料选用的是30×30mm，20×20mm的 角铝以及30mm和20mm宽，2mm厚的铝条 拼贴焊接而成
底盘驱动机构各零件及安装尺寸设计