设计简介
隧道清洁机器人是一种典型的机电一体化产品，隧道清洁机器人是隧道清洁机器人研究领域的热点。研究隧道清洁机器人需要结合机械、电子、信息论、人工智能、生物学以及计算机等诸多学科知识，同时其自身的发展也促进了这些学科的发展。
本文对一种使用在隧道清洁机器人的结构进行设计，并完成总装配图和零件图的绘制。要求对隧道清洁机器人模型进行力学分析，估算各关节所需转矩和功率，完成电机和减速器的选型。其次从电机和减速器的连接和固定出发，设计关节结构，并对机构中的重要连接件进行强度校核。
关键词： 结构设计，机器臂，关节型隧道清洁机器人，结构分析
Abstract
The robot is a typical mechatronic products, spray painting robot is a hot research field of the robot. Study on the spray painting robot requires a combination of mechanical, electronic, information theory, artificial intelligence, biology and computer science knowledge, at the same time, its development has promoted the development of these disciplines.
In this paper, a design of arm structure used in the painting robot, and complete the general assembly drawing and part drawing. Requirements for the mechanics analysis of the robot model, estimate required on each joint torque and power, complete motor and reducer selection. Secondly, from the motor and reducer connection and fixation of joint structure, design, and the mechanism of important connections check the strength.
Keywords ：Structure design, Robot arm, Structure analysis
目 录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 隧道清洁机器人研究概况 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 3
1.3总体结构组成及各部分关系简介 4
1.4 主要内容 5
2 总体方案设计 5
2.1 隧道清洁机器人工程概述 5
2.2 工业隧道清洁机器人总体设计方案论述 6
2.3 隧道清洁机器人机械传动原理 7
2.4 隧道清洁机器人总体方案设计 8
2.5 本章小结 10
3 隧道清洁机器人各部件设计及计算 10
3.1 隧道清洁机器人的组成 10
3.2 清洁隧道清洁机器人末端执行器轨迹的规划 12
3.3 隧道清洁机器人手腕回转中心 12
3.4四连杆机构设计 15
3.4.1确定设计变量 21
3.4.2建立目标函数 21
3.4.3确定约束条件 22
3.4.4写出优化数学模型 24
3.5电机的选型及计算 24
3.6齿轮齿条的设计计算 27
3.7小齿轮的强度计算 31
3.7.1.齿面接触疲劳强度计算 31
3.7.2齿轮齿跟弯曲疲劳强度计算 34
3.8带传动设计计算 35
3.8.1 带传动设计 35
3.8.2选择带型 36
3.8.3确定带轮的基准直径并验证带速 36
3.8.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角 37
3.8.5确定带的根数z 38
3.8.6确定带轮的结构和尺寸 38
3.8.7确定带的张紧装置 38
3.8.8计算压轴力 38
3.9 带轮2上键的选择与校核 48
3.9.1 键的选择 48
3.9.2 键的校核 48
总结与展望 50
致 谢 51
参 考 文 献 52
本文对一种使用在隧道清洁机器人的结构进行设计，并完成总装配图和零件图的绘制。要求对隧道清洁机器人模型进行力学分析，估算各关节所需转矩和功率，完成电机和减速器的选型。其次从电机和减速器的连接和固定出发，设计关节结构，并对机构中的重要连接件进行强度校核。
关键词： 结构设计，机器臂，关节型隧道清洁机器人，结构分析
Abstract
The robot is a typical mechatronic products, spray painting robot is a hot research field of the robot. Study on the spray painting robot requires a combination of mechanical, electronic, information theory, artificial intelligence, biology and computer science knowledge, at the same time, its development has promoted the development of these disciplines.
In this paper, a design of arm structure used in the painting robot, and complete the general assembly drawing and part drawing. Requirements for the mechanics analysis of the robot model, estimate required on each joint torque and power, complete motor and reducer selection. Secondly, from the motor and reducer connection and fixation of joint structure, design, and the mechanism of important connections check the strength.
Keywords ：Structure design, Robot arm, Structure analysis
目 录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 隧道清洁机器人研究概况 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 3
1.3总体结构组成及各部分关系简介 4
1.4 主要内容 5
2 总体方案设计 5
2.1 隧道清洁机器人工程概述 5
2.2 工业隧道清洁机器人总体设计方案论述 6
2.3 隧道清洁机器人机械传动原理 7
2.4 隧道清洁机器人总体方案设计 8
2.5 本章小结 10
3 隧道清洁机器人各部件设计及计算 10
3.1 隧道清洁机器人的组成 10
3.2 清洁隧道清洁机器人末端执行器轨迹的规划 12
3.3 隧道清洁机器人手腕回转中心 12
3.4四连杆机构设计 15
3.4.1确定设计变量 21
3.4.2建立目标函数 21
3.4.3确定约束条件 22
3.4.4写出优化数学模型 24
3.5电机的选型及计算 24
3.6齿轮齿条的设计计算 27
3.7小齿轮的强度计算 31
3.7.1.齿面接触疲劳强度计算 31
3.7.2齿轮齿跟弯曲疲劳强度计算 34
3.8带传动设计计算 35
3.8.1 带传动设计 35
3.8.2选择带型 36
3.8.3确定带轮的基准直径并验证带速 36
3.8.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角 37
3.8.5确定带的根数z 38
3.8.6确定带轮的结构和尺寸 38
3.8.7确定带的张紧装置 38
3.8.8计算压轴力 38
3.9 带轮2上键的选择与校核 48
3.9.1 键的选择 48
3.9.2 键的校核 48
总结与展望 50
致 谢 51
参 考 文 献 52
