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_微型全自主扫雪机器人机械结构设计.docx
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_微型全自主扫雪机器人机械结构设计.docx
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摘 要
在我国北方大多数地区,冬天下雪量多,下雪时间比较长,尤其是新疆乌鲁
木齐,长时间堆积的积雪的清除也成为城市正常运行的基础。大多数地区开始使
用除雪机械来代替原始的人工扫雪。与原始的人工扫雪,除雪剂除雪相比机械式
除雪具有更高的效率,更低的耗能,因此得到了广泛的应用和迅速的发展。
但是已有的大型扫雪机械设备不适用于如校园,小区等较窄的道路,并且目
前的除雪机械中自主扫雪功能的实现还未成熟,因此设计出可自主实现导航避障
功能的自主扫雪机器人也是非常有意义的,此次设计基于国内外已有的扫雪设备
和方法研究出了一种适合较窄道路的可实时进行清扫工作的微型全自主扫雪机
器人。
本论文主要是对其机械结构进行设计和创新,对其设计方案和工作原理进行
分析,对其重要部分的零件进行计算和校核。最终用 UG NX10.0 软件建立出扫雪
机器人各个部件的三维模型,然后进行装配,行成运动仿真。在此次设计研究中,
主要用到了以下几个关键技术:利用 UG NX10.0 软件建立了扫雪机零件的三维实
体模型,进行装配后实现运动仿真,导出二维装配图。利用 Auto CAD 2007 软件
对导出的二维装配图进行修改达到国家标准图纸要求。
关键词 扫雪机;UG NX10.0;三维设计;设计计算
Abstract
Due to the xinjiang region special climate, winter time is longer, the more snow,
so looking for a kind of high efficiency, structure is simple, low cost way of snow
become the top priority.With the current artificial snow, snow removal agent snow
removal than mechanical snow removal has higher efficiency, lower energy
consumption, therefore has been widely used and rapidly developing.
But the existing large snow machinery equipment does not apply to such as
campus, community and so on a narrow path, and the realization of the function of
autonomic snow in the snow removal machine is not yet mature, so design can be
independent autonomous navigation and obstacle avoidance and functions to sweep
robot is also very meaningful,
This design is based on the domestic and foreign existing snow device and
method developed a suitable for narrow roads may real-time full autonomy to sweep
microrobots for cleaning work.This paper is mainly to its mechanical structure design
and innovation, the design scheme and working principle were analyzed, and the
important part to calculate and check the parts.Use UG NX10.0 software to create 3d
modeling of all parts of the robot, create the physical model, and carry out motion
simulation.In this project study, mainly adopts the following key technologies: using
UG NX10.0 software 3 d entity modeling technology and assembly technology,
created the snowplow components of the three-dimensional entity model, and
completed the whole machine of the three-dimensional entity unit model, design for
assembly is realized.
keywords The Snowplow machine; UG NX10.0; 3D design; Design
calculation
目 录
摘 要........................................................................II
Abstract....................................................................III
1 绪论........................................................................1
1.1 选题的意义............................................................1
1.2 国内外的发展状况与趋向................................................1
1.2.1 国内发展状况....................................................1
1.2.2 国外发展状况....................................................2
1.2.3 发展趋势........................................................3
1.3 扫雪途径及其应用范围..................................................4
2 路面积雪性质的研究..........................................................5
2.1 积雪的物理性质........................................................5
2.1.1 雪的密度........................................................6
2.1.2 积雪的湿度......................................................7
2.2 积雪的力学性能........................................................7
2.2.1 积雪的硬度......................................................7
2.2.2 积雪的摩擦系数..................................................7
2.3 本章小结..............................................................8
3 微型全自主扫雪机器人机械结构设计............................................9
3.1 总体结构设计方案及其比较..............................................9
3.2 微型全自主扫雪机器人的工作原理........................................9
3.2.1 基本结构........................................................9
3.2.2 工作原理........................................................9
3.3 本章小结.............................................................10
4 行走装置的设计计算和校核...................................................11
4.1 设计方案.............................................................11
4.1.1 结构组成.......................................................11
4.1.2 工作原理及工作过程.............................................12
4.2 履带行走装置动力方式的选择...........................................12
4.2.1 履带行走装置牵引力的计算.......................................12
4.2.2 履带行走装置原动机的选择.......................................14
4.3 履带行走机构关键部件的设计及选择.....................................16
4.3.1 履带的设计及选择...............................................16
4.3.2 驱动轮的设计及选择.............................................17
4.3.3 驱动轴的设计及计算校核.........................................18
4.3.4 导向轮,拖带轮,支重轮的设计及选择.............................20
4.3.5 履带行走机构螺栓的选择与校核...................................22
4.4 本章小结.............................................................23
5 推雪装置的设计计算和校核...................................................24
5.1 推雪板的设计.........................................................24
5.2 铲刃的设计...........................................................25
5.3 链接装置的设计.......................................................25
6 扫雪装置的设计计算和校核...................................................27
6.1 扫雪装置的设计.......................................................27
6.2 扫雪装置的计算与校核.................................................28
6.3 刷毛的选择...........................................................30
7 三维建模与装配及运动仿真...................................................31
7.1 UG NX 10.0 功能介绍..................................................31
7.2 UG NX 10.0 建模方法介绍..............................................31
7.3 UG NX 10.0 用户......................................................32
7.4 UG NX 10.0 装配建模..................................................35
7.5 UG NX 10.0 运动仿真..................................................36
参考文献.....................................................................37
致谢.........................................................................40
1 绪论
1.1 选题的意义
我们知道一定的积雪对我们来说也有一定的好处,瑞雪兆丰年,对空气也有
一定的净化作用,但对于城市化的地区,马路上的积雪则会造成相应问题。时常
会造成一系列的麻烦和事故,比如说交通堵塞或者交通事故。因此要实时对道路
上的积雪进行清理,然而目前我国的扫雪方式有人工扫雪和机械扫雪,人工扫雪
既费时又费力,机械扫雪一般都是大型的机械设备,对于一些较窄路段的积雪就
不能够及时的清扫,大型机械扫雪设备不能够满足城市小道比如说校园,人行道,
居民小区里的较窄的街道。因此这些小道中的雪全靠人力清扫,用人工扫雪板,
用十字镐,用扫把来进行清扫,用的全是人海战术,这样的方式不仅浪费了大量
的精力,清雪的效率也不高。这些积雪和被压实的雪常常会引发各种交通隐患,
和造成交通堵塞,因此要设计出一种效率又高,结构又比较简单,又能实现自主
扫雪,成本又低的扫雪机器人成为首要任务,所以在小伙伴和李长勇老师以及房
爱青师哥的帮助下,设计出了微型全自主扫雪机器人,用来解决较窄道路的积雪
清理,不仅提高了扫雪效率,也为环卫工人带来了保障,降低了道路交通事故的
产生。
1.2 国内外的发展状况与趋向
1.2.1 国内发展状况
在中国,除雪机械的研制相对晚些,80 年代以后才开始研制与开发,在改
革开放的背景下,道路越修越好,车辆越来越多,交通也越来越复杂,接着就研
发出了多种型号的除雪机械,用来清理道路上的积雪。清雪设备开始发展起来,
与此同时,相关部门也开始关注国外的先进道路保养技术,并向国内发展,最近
几年,陆续向国内引进了一些养护道路的机械设备,当中包含一些具有清理积雪
功能的设备,比如奔驰牌的 U1650 型万能工程车,乌尼莫克道路综合等养护车。
[19]
(1)产品级次低,功能单一
中国的扫雪方式多种多样,在北方冬天不是特别的冷,下的雪也不是很多,
下雪的天数也不多,因此就不需要太大的专门的清雪车。许多厂家生产出来的设
备并非专门用来清除积雪,而是有许多其他的功能,扫雪设备也通常是一个附属
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