全向移动功能的篮球机器人的机械系统设计毕业论文

全向移动功能的篮球机器人的机械系统设

计毕业论文

目录

绪论 (1)

0.1 移动机器人现状与技术水平 (1)

0.2 移动机器人机构研究概况 (1)

0.3毕业设计来源及参赛意义 (2)

0.4毕业设计的设计方法、主要任务及目标 (2)

1 全维轮移动篮球机器人机械系统设计整体方案 (4)

1.1机器人整体结构方案 (4)

2 移动平台设计 (7)

2.1移动机器人的运动方式 (7)

2.1.1差动运动方式 (7)

2.1.2全运动方式 (8)

2.1.3选择全向运动方式 (8)

2.2 全向轮的选择 (9)

2.2.1 全向轮的介绍： (9)

2.2.2全向轮的选型 (10)

2.3电动机的选择 (12)

2.3.1 直流电机的选取与计算 (13)

2.4其他部件的选择校核 (17)

2.4.1电机支撑架的选择 (17)

2.4.2轴承的选择及校核 (17)

2.4.3底盘设计 (18)

2.4.4阶梯轴的设计 (18)

2.5电机与轮的装配 (19)

3 捡球机构的设计 (20)

3.1电机的选择及计算 (20)

3.1.1所需转矩计算 (20)

3.2 齿轮的选择及校核 (22)

3.3 插架的设计 (23)

3.4 传动轴的设计 (24)

3.5捡球机构装配 (25)

4 弹射机构设计 (26)

4.1 投篮速度的选取与计算 (26)

4.2气缸的选择 (27)

4.3 导行架的设计 (28)

4.3弹射机构的装配 (29)

5 全维轮移动篮球机器人机械结构装配及总结 (30)

5.1 全维轮移动篮球机器人机械结构 (30)

5.2设计总结 (31)

参考文献 (33)

致谢 (34)

绪论

0.1 移动机器人现状与技术水平

机器人的最初形式是工业机器人，它能有效的提高产品的质量和改善人们的劳动条件，在焊接装配、浇铸、喷漆等方面得到了广泛应用。工业机器人通常为多关节的机械手臂，本体不具有可移动性，因而工作环境相对来说是固定的，其灵活性只表现在可以按照人们的要求反复编程实现不同的运动。

为了获得更大的独立性，人们对机器人的灵活性和智能提出来更高的要求，要求机器人能够在一定范围内安全运动，完成特定的任务，具有较强的环境适应能力。因此，近年来，移动机器人的研究成为机器人领域的研究重点之一。

移动机器人狭义上指的是地面上可移动机器人，主要包括军事领域和民用领域机器人两种。军事智能机器人包括侦查机器人、爆炸物处理机器人和步兵支援机器人等，种类繁多、功能强大、用途广泛，发展潜力巨大。在民用移动服务机器人方面，日本和美国处于遥遥领先的地位。机器人被广泛用于扫除、割草、室内传送、导盲、导购、室内外清洗和保安巡逻等各个方面。在国内。上海大学研制出导购机器人，哈尔滨工业大学研制出导游机器人和清扫机器人等。从广义讲，移动机器人也包括空间机器人（如美国的火星探路者）和水下机器人（如我国研制的海峡6000米探测机器人），它对机器人的控制技术，传感器和材料等方面提出了更高的要求。目前在欧美、日本等西方发达国家，移动式机器人已广泛应用于五大领域：医疗福利服务、商场超市服务、餐厅旅馆服务、维修清洗服务。

0.2 移动机器人机构研究概况

能在工作环境内移动和执行任务是移动式机器人的两大特点。下面着重介绍一下机器人移动机构方面的研究情况。由于本文所研究机器人的工作环境是在地面上，下面的介绍就仅限于在平面环境中机器人的移动机构。能够在平面环境中移动的机构形式主要有履带式移动机构、腿足式移动机构和车轮式移动机构。此外，还有适用于特定场合的步进式移动机构、蠕动式移动机构和蛇行式移动机构等。

履带式移动是将圆环状的循环轨道履带卷绕在若干车轮外，使车轮不直接与地面接触，利用履带可以缓冲地面的凹凸不平。履带移动机构的着地面积比较大，

着地压强小，与路面的粘着力也较强，所以它能够在凹凸不平和松软路面上稳定移动。因此，履带式移动机构是用于路面状态比较复杂的场合。

腿足式移动机构基本上是模仿人或动物的下肢机构形态而制成的。以两足步行机器人为例，机器人姿态的地位十分重要，为此必须有能直接或间接检测姿态的传感机构。它还可以在需要获取姿态信息时，通过对踝关节力矩反馈控制使其处于柔顺状态，使脚底适应地面情况，测量此时踝关节的角度，就可得到姿态信息。腿足式移动机构适应地面的能力也很强，但其机构复杂，运动控制的难度较大，且运动速度比较慢。

车轮式移动机构的优点有：能高速稳定地移动、能量利用率高、机构简单、控制方便和能借鉴至今已很成熟的汽车技术等。它的缺点是移动场所限于平面。目前机器人的工作环境，如果不考虑核电站等特殊环境和山地等凹凸不平地面等自然环境，几乎都是人工建造的较为平坦的地面，所以轮式机构的利用价值是非常高的。因此，车轮式移动机构可认为是移动机器人的重要组成部分。车轮式移动机构又可分为二轮机构、三轮机构、四轮机构和全方位移动机构。二轮式移动机构的结构非常简单，但是在静止和低速时非常不稳定。三轮式移动机构的特点是机构组成容易，旋转中心是在连接两驱动轮的直线上，可以实现零回转半径。四轮式移动机构的运动基本上与三轮机构相同，由于增加了一个支承轮，运动更加平稳。

0.3毕业设计来源及参赛意义

毕业设计来源于参加全国机器人大赛投篮机器人的设计和制作。全国机器人大赛为我国大学生提供了一个充分展示创造力的舞台，有利于激发大学生开发、研制高科技的兴趣与爱好，有利于培养学生的创造，激发学生的想象力，锻炼学生的实际动手能力。在竞赛中，学生们把自己的一些想法通过努力变成现实，这是课堂教育做不到的。

0.4毕业设计的设计方法、主要任务及目标

为了搞好这次参赛的机器人研制，本着创新与实践相结台的原则，主要方法及任务如下，设计工作的工作流程如图1.1。

1)研究比赛过程，提出方案，确定投球机器人的总体结构；