内容发布更新时间 : 2024/12/23 10:13:03星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

2 总体方案设计

总的来说，按照设计功能，本作品主要分两大部分组成：机械部分和控制部分。其中机械部分包括运动机构、清扫和吸尘系统，控制部分包括感知系统和控制系统。如何合理的选用各个系统的组成，如何有机的结合各个系统以保证功能的实现，是我们面对的主要问题。

2.1 机械部分的设计

2.1.1 运动机构

运动机构是家用服务机器人的主体，决定了机器人的工作空间，一般采用轮式机构，但为了使机器人在运动过程中更加平稳这里采用四轮机构，便于实现制定的运动。由于本作品主要清扫大面积房屋同样也适用于教室，故行走速度适中，总体高度不宜过高。

其运动方案如图2—1所示：

直流电动机 减速器装置 驱动车轮 图2-1 传动设计方案

其减速方案如图2—2所示：

如图2-2 减速装置设计方案

2.1.1.1 直流电动机的选用

本设计采用双直流电动机提供机器人前进与专项的动力。经过分析，我们决定采用HC01-120型直流电动机。该电机性能稳定，可在电压为1.5V—6V的较大变化范围内可靠工作，便于设计调节控制。并且其价格低廉、容易购买、通用性好。 HC01-120型直流电动机如图2-3所示：

电机转子

电机定子

图2-3 HC01-120型直流电动机

HC01-120型直流电动机参数如表2-1所示：

表2-1 HC01-120型直流电动机参数

电压 工作范围 1.5-6.0 3V CONSTANT 额定电压 空载 转数 r/min 电流 A 最大功率下 转数 r/min 电流 A 力矩 g.cm 10 功率 w 0.9 制动 力矩 g.cm 40 功率 w 2.5 13000 0.22 11500 0.6 2.1.1.2 减速装置类型的选用

由于直流电动机转速较高（n=11500r/min），而本作品中希望得到的运动速度较低，因此需要选用传动比较大的减速装置。

减速装置主要结构可选择方案有：链轮多级减速。带轮多级减速、涡轮蜗杆单级减速、齿轮轮系多级减速。

由于链轮多级减速、带轮多级减速多用于较远距离专递动力，并且传动比不恒定、传递中会产生冲击振动，因此不符合本设计要求。如果采用涡轮蜗杆单机减速，虽然其结构相对简单，传动比最高可达1000左右，但是要实现较大的传动比，则会造成涡轮蜗杆的直径较大，从而使减速装置整体尺寸较大，因此涡轮蜗杆单级减速也不符合设计要求。选用齿轮轮系多级减速，由于所需传递扭矩较小，齿轮可以采用工程塑料注塑成型来制造即可满足要求。同时不仅可以实现精确的传动比，又能有效减小减速器的体积。所以选择齿轮轮系多级减速装置更为合适。

齿轮轮系多级减速传动原理如图2-2所示。

经过在网上参数的查询和电子产品市场中的查找，最终选用HC01-120型直流电机减速装置。其总体参数如表2-2所示：

表2-2 HC01-120型直流电机减速装置总体参数

型号 规格 减速比 5V空载安装66mm轮的线速度m/mm HC01-120 单轴 1:120 18 中等 1.0Kg.cm 齿轮轮系多级减速 速度 输出扭矩 类型 2.1.1.3 车轮的选取与布置

轮式移动机器人一般有三轮、四轮和六轮，移动机器人若采用三轮结构则比较简单，能够满足一般的需求，应用也比较广泛；四轮的稳定性好承载能力较大，但结构复杂；六轮与四轮类似，只是有更大的承载能力和稳定性。在本作品中，需要有一定的承载能力活动范围大，要求能够平稳、稳定的工作，所以采用四轮