畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)設(shè)計(jì)

1、分類號(hào)密級(jí)udc 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師院、系、中心工程學(xué)院機(jī)電工程系專業(yè)年級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化2011級(jí)論文答辯日期2015 年 6 月 4 日中國(guó)海洋大學(xué)網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)設(shè)計(jì)完成日期:指導(dǎo)教師簽字: 答辯小組成員簽字:隨著網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的不斷普及，越來(lái)越多的網(wǎng)球愛(ài)好者開(kāi)始投身于網(wǎng)球鍛煉中來(lái)，而在 網(wǎng)球訓(xùn)練時(shí)，網(wǎng)球的使用量非常大，頻繁撿起隨機(jī)散落在很大范圍內(nèi)的網(wǎng)球是一件耗時(shí) 耗力的工作，且不是每個(gè)人都能像專業(yè)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員一樣擁有屬于自己的球童，因此高效 的自動(dòng)撿球機(jī)會(huì)為訓(xùn)練者們提供便利，節(jié)省時(shí)間。本課題研究目的在于設(shè)計(jì)一款網(wǎng)球自 動(dòng)撿球機(jī)，使其具有高效和不遺漏的特點(diǎn)，并

2、盡可能解決卡球、傷球的問(wèn)題。本次設(shè)計(jì) 完成了撿球機(jī)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)，零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算和分析，以及三維圖和二維圖 紙的繪制，最終完成了網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)的整體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：撿球機(jī)構(gòu)；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；控制系統(tǒng)abstractwith the continuous popularization of tennis, a growing number of tennis enthusiasts begin to come into tennis exerciseo and in the tennis training, the usage of tennis ball is very large, i

3、t，s a time-consuming and effort-consuming work to frequently pick up the tennis balls which are scattered in a wide range, but not everyone could have their own caddie just like the professional tennis players, so high-efficiency automatic tennis ball pick-up machine will provide convenience for the

4、 trainers and save time。the main purpose of the topic is to design a kind of automatic tennis ball pickup machine which has the characteristics of high efficiency and not missing, and solve the problem of ball stuck and damageo this topic deals with kinematic precept design, calculation and analysis

5、 of components and parts, and three-dimensional diagram and two-dimensional drawing, finally finish design of the automatic tennis ball pick-up machine okeys： agency to pick up the ball； driving system； control system1緒論11.1課題的研究背景11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11. 3本章小結(jié)42總體方案設(shè)計(jì)52.1設(shè)計(jì)要求52. 2關(guān)鍵問(wèn)題52. 3 方案的選擇和確定52. 4整體方案三

6、維圖72. 5本章小結(jié)83機(jī)械結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì)與校核93. 1撿球籃的尺寸93. 2撿球機(jī)行走速度的計(jì)算103. 3同步帶的設(shè)計(jì)113. 4球道的設(shè)計(jì)123. 5 撿球機(jī)同步帶電機(jī)的選擇133. 6同步帶軸的設(shè)計(jì)與校核153. 6. 1求軸上的功率幾、轉(zhuǎn)速心和轉(zhuǎn)矩“153. 6. 2初步確定軸的最小直徑163. 6. 3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)163.6.4計(jì)算軸上的載荷183. 6. 5按照彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度193. 7車輪的選擇193. 8 驅(qū)動(dòng)原動(dòng)機(jī)的選擇203. 9車輪軸的設(shè)計(jì)與校核213.9. 1確定軸的最小直徑213. 92軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)213.9.3軸的校核223. 10本章小結(jié)234

7、自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)244. 1行進(jìn)方案的確定244.2單片機(jī)的選用254. 3木章小結(jié)25總結(jié)與展望26總結(jié)26展望26參考文獻(xiàn)27致謝291緒論1課題的研究背景根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(international federation of robotics, ifr) 2014年發(fā)布的服 務(wù)機(jī)器人研究報(bào)告，2013年個(gè)人和家用服務(wù)機(jī)器人的銷量在全球范圍內(nèi)大約為四百萬(wàn) 臺(tái)，相比2012年同比增長(zhǎng)28%,粗略統(tǒng)計(jì)市場(chǎng)規(guī)模約為17億美元，據(jù)估計(jì)，未來(lái)2014 到2017年z間將會(huì)有3100萬(wàn)臺(tái)個(gè)人服務(wù)機(jī)器人售出山。這也就意味著在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng) 域?qū)?huì)有持續(xù)而強(qiáng)勁的增長(zhǎng)，服務(wù)機(jī)器人將越來(lái)越多的走進(jìn)人們?nèi)粘?/p>

8、生活當(dāng)中。根據(jù)中國(guó)網(wǎng)球協(xié)會(huì)官方最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2008年，憑借著鄭潔溫網(wǎng)殺入四強(qiáng)和李 娜的奧運(yùn)會(huì)四強(qiáng)，國(guó)人網(wǎng)球熱情空前高漲。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)網(wǎng)球人口現(xiàn)已經(jīng)突破900 萬(wàn)。而隨著李娜在法網(wǎng)和澳網(wǎng)奪冠，國(guó)際女子職業(yè)網(wǎng)聯(lián)(wta, womenrstennis association)官網(wǎng)其至認(rèn)為，李娜的大滿貫冠軍將為中國(guó)增加3億網(wǎng)球人口。網(wǎng)球作為世界第二大球類運(yùn)動(dòng)，正在受到越來(lái)越多人的關(guān)注和喜愛(ài)，網(wǎng)球愛(ài)好者在 進(jìn)行網(wǎng)球訓(xùn)練過(guò)程中，網(wǎng)球的使用數(shù)量巨大，短時(shí)間內(nèi)需要頻繁撿起散落在很大范圍內(nèi) 的網(wǎng)球是一件耗時(shí)耗力的工作，而每個(gè)人不會(huì)像專業(yè)運(yùn)動(dòng)員一樣擁有自己的球童，因此 網(wǎng)球訓(xùn)練亟需自動(dòng)撿球機(jī)器人來(lái)輔助，為

9、每位網(wǎng)球愛(ài)好者提供便利，節(jié)省時(shí)間。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前市場(chǎng)上的網(wǎng)球撿球機(jī)構(gòu)比較少，較為經(jīng)濟(jì)、方便的網(wǎng)球撿球機(jī)構(gòu)大多以人工操 作為主。網(wǎng)球筐是目前市場(chǎng)上最為常見(jiàn)的產(chǎn)品方案，如圖1-1, 1-2所示，其工作原理很簡(jiǎn) 單，用力下壓將球擠進(jìn)球籃里，球籃網(wǎng)格的尺寸相比網(wǎng)球略小，保證網(wǎng)球進(jìn)入球籃之后 不會(huì)掉落，同時(shí)在不撿球時(shí)，可以將支架倒轉(zhuǎn)使其站立，輔助網(wǎng)球訓(xùn)練，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 操作方便，價(jià)格便宜。圖1-1網(wǎng)球籃圖1-2網(wǎng)球籃另外一種與網(wǎng)球籃的工作原理比較相似的網(wǎng)球撿球機(jī)構(gòu)是網(wǎng)球筒，如圖13、14 所示，其結(jié)構(gòu)相比網(wǎng)球籃更加簡(jiǎn)單，主要由球筒、手柄和收球部分組成。擠壓將球收 進(jìn)球筒之后，單向通過(guò)的收球裝置

10、，保證網(wǎng)球不會(huì)掉落。圖1-3網(wǎng)球筒圖1-4網(wǎng)球筒以上兩種撿球機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，使用方便，但也存在較多的缺 點(diǎn)，撿球過(guò)程中對(duì)網(wǎng)球的損傷較大，且容易卡球，需要人工尋找并對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)球，效率低, jel次只能撿一個(gè)球，同吋網(wǎng)球筒一次撿球數(shù)量很小，當(dāng)網(wǎng)球數(shù)量較多時(shí)，撿球難度會(huì) 大大增加。綜合來(lái)看，網(wǎng)球籃和網(wǎng)球筒相對(duì)比較原始，由于成本低，適用于網(wǎng)球較少的訓(xùn)練場(chǎng) 景，但是與今后網(wǎng)球撿球機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)不符，具有明顯的局限性。目前市場(chǎng)上還出現(xiàn)了一類手推式網(wǎng)球撿球車，如圖15所示。這種撿球機(jī)的主要特 點(diǎn)是：可伸縮球籃架，可循環(huán)換籃，拾球數(shù)量沒(méi)有限制；輪子采用高級(jí)耐磨pu材料, 不傷網(wǎng)球場(chǎng)；撿球直徑可以

11、達(dá)到100cml4jo其主要工作原理是人推動(dòng)小車前進(jìn)，球順著球道進(jìn)入輪子之間，輪子的摩擦力將球 夾住，帶入球籃之中，這種撿球車頁(yè)存在不少的缺點(diǎn)：需要人工操作，撿球過(guò)程容易對(duì) 球產(chǎn)生損傷，且價(jià)格偏高，普通人消費(fèi)不起。圖1-5波力網(wǎng)球撿球機(jī)ss-401國(guó)外的與網(wǎng)球撿球機(jī)的研究也并不是很多，可以找到的研究基本都是設(shè)計(jì)專利，如圖1-6, 1-7所示嘰圖1-6國(guó)外網(wǎng)球撿球機(jī)專利圖1-7國(guó)外網(wǎng)球撿球機(jī)專利其中，圖16是一款與網(wǎng)球籃相似的網(wǎng)球撿球機(jī)構(gòu)，使用時(shí)操作者握住手柄，推動(dòng) 撿球機(jī)前進(jìn)，同時(shí)將球卡進(jìn)中間的球籃，其結(jié)構(gòu)同樣簡(jiǎn)單，但是效率低下，且容易漏球。圖17是一款白動(dòng)網(wǎng)球撿球機(jī)，這款網(wǎng)球撿球機(jī)基本實(shí)現(xiàn)了

12、全白動(dòng)撿網(wǎng)球，其主要 撿球原理是：撿球機(jī)在前進(jìn)過(guò)程中，網(wǎng)球累積在擋板上，擋板運(yùn)動(dòng)將球抬升進(jìn)入后面的 球筐里。這款網(wǎng)球撿球機(jī)存在著明顯的設(shè)計(jì)缺陷，因?yàn)樵趽烨蜻^(guò)程中必然會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)球停 在擋板下方的情況，這會(huì)導(dǎo)致?lián)烨驒C(jī)被卡住的情況，進(jìn)而造成電機(jī)燒毀等嚴(yán)重后果。1.3本章小結(jié)本章主要講述了文獻(xiàn)檢索之后的主要成果，對(duì)現(xiàn)有的撿球機(jī)機(jī)構(gòu)進(jìn)行查閱、分析, 對(duì)目前存在的撿球機(jī)主要工作原理有了比較詳細(xì)的了解，有助拓寬視野，發(fā)散思維，同 時(shí)比較各種撿球方式的優(yōu)缺點(diǎn)，利于之后的撿球機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。2總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求本課題的主要設(shè)計(jì)要求是設(shè)計(jì)一款高效的網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)，盡可能解決同類產(chǎn)品中 可能岀現(xiàn)的卡球和傷球現(xiàn)象，

13、并使其具有無(wú)遺漏的特點(diǎn)。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表21所示表21設(shè)計(jì)參數(shù)表項(xiàng)目指標(biāo)1一次撿球數(shù)量/個(gè)> 1002. 一次撿球周期/min< 103.撿球范圍/mm> 10002.2關(guān)鍵問(wèn)題(1) 撿球方式的選擇；(2) 傳動(dòng)方式的選擇；(3) 行走速度分析；(4) 球道數(shù)選擇。2.3方案的選擇和確定針對(duì)本課題，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的查找資料,參考現(xiàn)有的相關(guān)設(shè)計(jì)，首先提出的方案是利用智能機(jī)械手臂實(shí)現(xiàn)撿球動(dòng)作，這種方案雖然原理簡(jiǎn)單，但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，對(duì) 系統(tǒng)控制的要求高，機(jī)械結(jié)構(gòu)的精度要求更高，且一次只能撿起一個(gè)球，效率很低，高 額的成本也導(dǎo)致這種方案不適用于普通的網(wǎng)球訓(xùn)練，因此機(jī)械手臂的方

14、案得到否定。其次提岀的撿球機(jī)構(gòu)方案如下圖21所示，其主要原理為：撿球機(jī)采用后輪驅(qū)動(dòng)的 方式，兩個(gè)后輪分別用步進(jìn)電機(jī)控制，便于控制車速，通過(guò)差速實(shí)現(xiàn)拐彎作業(yè)，前輪由 輪軸連接，在撿球車前進(jìn)過(guò)程中，后輪驅(qū)動(dòng)前輪轉(zhuǎn)動(dòng)，前輪軸上的同步帶，可以帶動(dòng)扇 葉轉(zhuǎn)動(dòng)，扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)將到達(dá)車前的網(wǎng)球撥入后置的球籃里。圖21扇葉式撿球機(jī)構(gòu)原理圖針對(duì)此方案，進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)與計(jì)算，并繪制了三維圖，如圖22所示，手柄設(shè) 計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是手自一體化，首先設(shè)計(jì)的是手動(dòng)式，因此起初設(shè)計(jì)吋并沒(méi)有將后輪的步進(jìn) 電機(jī)加進(jìn)去。圖22扇葉式撿球機(jī)此設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)不少問(wèn)題：(1) 轉(zhuǎn)彎問(wèn)題。起初在考慮后輪驅(qū)動(dòng)，通過(guò)變速轉(zhuǎn)彎吋，沒(méi)有考

15、慮前輪的轉(zhuǎn)彎問(wèn) 題，由于兩個(gè)前輪通過(guò)一根輪軸連接，因此當(dāng)后輪差速拐彎時(shí)，前輪沒(méi)辦法同時(shí)跟著后 輪轉(zhuǎn)動(dòng)，前輪的運(yùn)動(dòng)變成側(cè)向滑動(dòng)，摩擦力大，輕則損傷車輪，重則無(wú)法拐彎燒毀電機(jī)。(2) 撿球數(shù)量問(wèn)題。由于撿球機(jī)構(gòu)的限制，撿網(wǎng)球過(guò)程中網(wǎng)球的抬升高度無(wú)法很 高，且為了提升裝球數(shù)量，不得不把球籃做成斜坡形式，導(dǎo)致后面球籃很小，可以裝球 的數(shù)量無(wú)法達(dá)到預(yù)期的100個(gè)?？诰W(wǎng)球提升過(guò)程中由于斜坡短，提升速度較快，網(wǎng)球可 能飛出去。由于各種缺點(diǎn)，此方案也得到了否定。最終，提出的設(shè)計(jì)方案如圖23所示，其主要工作原理為：由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)三個(gè) 大小相同的同步帶帶輪帶動(dòng)同步帶轉(zhuǎn)動(dòng)，在撿球機(jī)前進(jìn)過(guò)程中，同步帶上的撥板將網(wǎng)球

16、 沿斜坡送入后置的球籃之中。圖23同步帶加撥板原理圖1一網(wǎng)球；2一球道；3 同步帶帶輪；4一撥板：5同步帶本方案的設(shè)計(jì)由方案二演變而來(lái)，兩個(gè)同步帶輪被三個(gè)同步帶輪所替換，帶撥板的 同步帶替代了扇葉，使用電機(jī)帶動(dòng)同步帶的主要0的是提高球道的高度，提高裝球數(shù)量。相比前兩種方案，木方案的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，制造難度低；不會(huì)出現(xiàn)卡球、 傷球的現(xiàn)象；可盛裝網(wǎng)球數(shù)量大，可以滿足撿球要求。2.4整體方案三維圖經(jīng)過(guò)不斷地設(shè)計(jì)計(jì)算，選取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)零部件，并進(jìn)行其余零部件的設(shè)計(jì)繪圖，最 終得到撿球機(jī)的總體裝配圖如圖2-4所示。從圖中可以看岀，車身前面的小車輪加支架為撿球機(jī)的收集裝置，在撿球機(jī)前進(jìn)過(guò) 程屮最大限度

17、的收集網(wǎng)球，并將球引導(dǎo)進(jìn)入球道，同時(shí)很好的避免了球在進(jìn)入球道z前 四處亂竄和不進(jìn)入球道的問(wèn)題，收集裝置前方的車輪主要起導(dǎo)向作用，同時(shí)支撐收集裝 置支架，避免其發(fā)牛形變。圖2-4整體方案三維建模2.5本章小結(jié)本章主要講述的是撿球機(jī)撿球方案的確定過(guò)程，經(jīng)過(guò)不斷地設(shè)計(jì)篩選，最終確定了 一套相對(duì)合理，缺點(diǎn)少，易于實(shí)現(xiàn)的方案，為撿球機(jī)整體設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。3機(jī)械結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì)與校核3.1撿球籃的尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)要求：一次撿球數(shù)量>100個(gè)。按照標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球的直徑要求65.41mm < d < 68.58mm進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，理想狀況下，盛放100個(gè)網(wǎng)球所需要的最小容積為knin =fx7tx

18、 (警)3 x hx 7t x (65-41103)3 x 100 = 0.0146m3 (3一1)而盛放100個(gè)網(wǎng)球所需要的最大容積為vmax = dmax3 x n = (68.58 x 10-3)3 x 100 = 0.0323m3(32)式中，v撿球機(jī)撿球籃的容積，m3；dmax單個(gè)網(wǎng)球的最大直徑，m；drain單個(gè)網(wǎng)球的最小直徑，m；n撿球籃所裝網(wǎng)球的數(shù)量，個(gè)。因此撿球籃的容積v需要滿足的理論條件為：vmin<v < vmax,但是在考慮到實(shí) 際情況時(shí)，撿球數(shù)量則需要> 100個(gè)，因此撿球籃的實(shí)際體積應(yīng)該大于最大容積冷處, 參考球道以及撿球車整體機(jī)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，確定

19、撿球筐的內(nèi)部容積基木尺寸為 0.3 x 0.4 x 0.3m,分別為長(zhǎng)，寬，高。驗(yàn)算撿球籃能否滿足一次撿球，可裝球100個(gè)以上，實(shí)際撿球籃的容積為v = abh = 0.3 x 0.4 x 0.3 = 0.036m3 > 0.0323m3(3-3)式中，v撿球籃的實(shí)際容積，m3；a撿球籃的內(nèi)部長(zhǎng)度，b撿球籃的內(nèi)部寬度，m；h撿球籃的內(nèi)部高度，m。因此滿足條件，可以使用。創(chuàng)建撿球籃的三維圖如圖3-1, 3-2所示，其中圖3-1為撿球籃的整體三維圖，圖 32為撿球籃頂部掛鉤特寫，考慮到撿球機(jī)撿球之后取球的便利，決定在撿球籃中放置 球網(wǎng)，因此掛鉤的作用為固定球網(wǎng)，同時(shí)利于球網(wǎng)的取岀。圖3-2撿

20、球籃特寫3.2撿球機(jī)行走速度的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球場(chǎng)地的尺寸如圖3-3所示，由圖中可以看出網(wǎng)球場(chǎng)的賽場(chǎng)尺寸23.77m x 8.23m,而球場(chǎng)的總體尺寸為36.57m x 18.27m,根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)的要求一次撿球所需時(shí) 間為lomin,考慮到直線行走的速度會(huì)比轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度快，所以可以假定撿球機(jī)覆蓋全 場(chǎng)的直線距離行走時(shí)間為5min,按照設(shè)計(jì)參數(shù)要求，撿球機(jī)撿球范圍 1000mm,假 定其所覆蓋的撿球范圍就是1000mm,則粗略估計(jì)撿球機(jī)的行走速度為：(3-4)v = -x- = x« 2.23m/st i 5x601'圖33標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球場(chǎng)地（單位：mm）式中，v撿球機(jī)的行走速度，m/s；

21、b網(wǎng)球場(chǎng)地的寬度，m；t撿球機(jī)走完覆蓋全場(chǎng)直線距離所需時(shí)間，s；n網(wǎng)球場(chǎng)地的長(zhǎng)度，m；1撿球機(jī)撿球的寬度，m。考慮到實(shí)際情況，將撿球機(jī)的行走速度初步設(shè)定為2.3m/so3.3同步帶的設(shè)計(jì)考慮到標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球的最大直徑68.58mm,因此球道的寬度尙> 68.58mm,根據(jù)現(xiàn) 代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(單行本)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)表189刀,選取帶寬代號(hào)300,帶寬76.2mm,選 取帶型h,查表187,得知同步帶的節(jié)距12.7mm,考慮到每秒鐘遇到的球的數(shù)量約為 三個(gè)，三個(gè)球在同一個(gè)球道的概率雖然很小但是需要考慮，三個(gè)網(wǎng)球的最大的寬度為 3 x 68.58mm = 205.74mm,因此設(shè)定同步帶上撥板的距離為

22、250mm,設(shè)定同步帶的帶 速為 250mm/s?？紤]到實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)選取的同步帶是三個(gè)大小相同的同步帶輪，按照要求帶 輪齒數(shù)z>zm汛(帶輪最小齒數(shù))，參照表192,假定帶輪轉(zhuǎn)速hi < 900r/min,得知h 型帶的最低齒數(shù)要求為14,而在帶速和安裝尺寸允許的情況下，帶輪齒數(shù)可以盡可能 選取較大值，因此參照表1104,選取帶輪齒z = 20,節(jié)徑d = 80.85mm,外徑 d° = 79.48mm。驗(yàn)算帶輪選擇是否合理，按照選定齒數(shù)進(jìn)行計(jì)算轉(zhuǎn)速hi = = 59.09r/min < 900r/min(3-5)丄 nd 7tx80.85'1式屮，帶

23、輪的轉(zhuǎn)速，r/min；v同步帶的帶速，mm/s；d同步帶帶輪的節(jié)徑，mm。因此，選取的帶輪符合條件。經(jīng)過(guò)計(jì)算可得，帶輪的小內(nèi)徑為15.90mm,大內(nèi)徑為31.79mm,小內(nèi)徑的深度為 53.34mm,大內(nèi)徑的深度為22.86mm?？紤]到網(wǎng)球的最人直徑68.58mm,為了讓球能拖住網(wǎng)球，考慮到最理想的狀況，撥 板的最小長(zhǎng)度為網(wǎng)球的半徑34.29mm,考慮到可能存在三個(gè)網(wǎng)球同時(shí)在一條球道的情況, 因此設(shè)定撥板的長(zhǎng)度為1 = 100mm,撥板的厚度為5mm,寬度為76.2mm,設(shè)定最低同 步帶帶輪高度為>? + 1 =齊+ 100 = 140.43mm(3-6)丄22式中，/ii同步帶帶輪的高

24、度，mm；d同步帶帶輪的節(jié)徑，mm；1同步帶撥板的長(zhǎng)度，mm?？紤]到實(shí)際情況，同步帶帶厚等因素，取同步帶最低帶輪的高度為150mmo3.4球道的設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定，一次撿球數(shù)量100個(gè)，假定網(wǎng)球練習(xí)者一次練習(xí)，發(fā)球數(shù)量 100個(gè)，考慮到實(shí)際情況，網(wǎng)前和邊線處網(wǎng)球數(shù)量相對(duì)集中，在多數(shù)球過(guò)網(wǎng)的情況下, 分布在邊線處的網(wǎng)球數(shù)量相對(duì)更高，因此假定邊線附近區(qū)域(2m x 18.27m范圍內(nèi))網(wǎng) 球的數(shù)量為40個(gè)，網(wǎng)前(4m x 18.27m)的數(shù)量為20個(gè)，其余40個(gè)網(wǎng)球隨機(jī)分布在 網(wǎng)球場(chǎng)地的其他區(qū)域。設(shè)定網(wǎng)球撿球機(jī)的撿球?qū)挾葹閘m,則撿球機(jī)在單位時(shí)間里遇到 網(wǎng)球的數(shù)量為(按照網(wǎng)球最密集區(qū)域進(jìn)行計(jì)算)

25、v"=tvd=蠱7 x 2.3 x 1 = 2.52 個(gè)is(3-7)式中，撿球機(jī)在單位時(shí)間里遇到網(wǎng)球的數(shù)量，個(gè)/s；ns區(qū)域內(nèi)網(wǎng)球的數(shù)量，個(gè)；a該區(qū)域的面積，m2；v撿球機(jī)的行走速度，m/s；d撿球機(jī)的撿球?qū)挾龋琺。根據(jù)上式計(jì)算的結(jié)果，得到單位吋間里撿球的個(gè)數(shù),因此設(shè)定撿球機(jī)的球道數(shù)為3?？紤]到撥板的寬度為76.2mm,以及安裝偏差問(wèn)題，設(shè)定球道的寬度為77mm,球 道的高度設(shè)定主要與撿球籃的高度以及撿球機(jī)主體部分與地面高度相關(guān)，其相關(guān)的尺寸 在二維圖紙有詳細(xì)表示，在這里不做贅述。其最終的三維建模如圖34, 35所示，其屮圖34是球道的主體結(jié)構(gòu)示意圖，圖 35是球道的固定裝置的特寫

26、，由于球道為懸空狀態(tài)，因此將其固定在撿球籃上，起到 固定和支撐的作用。圖3-4球道三維圖3.5撿球機(jī)同步帶電機(jī)的選擇首先確定撿球機(jī)同步帶的負(fù)載，其只要負(fù)載特性如下： 網(wǎng)球的重量。設(shè)計(jì)所得的球道的長(zhǎng)度約為470mm,考慮到單個(gè)網(wǎng)球的最大直徑 68.58mm,撥板的厚度5mm,以及撥板之間的距離250mm,因此同時(shí)最多存在兩個(gè)撥 板在球道上方，球道上最多存在n1 = 6個(gè)網(wǎng)球，單個(gè)網(wǎng)球的最大重量mi = 5859； 同步帶的重量。同步帶型號(hào)h,采取最常用材料，其密度為p2 = 0.448/c/m,同 步帶的總長(zhǎng)l2 = 1464.64mm,同步帶的數(shù)量為n2 = 3條。同步帶上的撥板材料與同步 帶

27、材料相同，每條同步帶撥板的數(shù)量為n3 = 6個(gè)，因此撥板的總長(zhǎng)度為z3 = 6 x 0.1 x 3 = 1.8m。 同步帶輪的質(zhì)量。同步帶輪的材料是尼龍，使用solidworks軟件賦予模型尼龍 材料，計(jì)算得到帶輪的重量為叫= 3tig個(gè),帶輪的個(gè)數(shù)為s = 9個(gè)。根據(jù)公式計(jì)算同步帶的負(fù)載為m = mi x 71 + 卩2 x b x 兀2 + p2 x $ x 兀3 + 加4 x 兀4 = 1078kg( 3-8 )同步帶的速度為v = 0.25m/s,因此可以求得電機(jī)的功率為(3-9)p = fv= 10.78 x 9.8 x 0.25 = 26.41w式中，p電動(dòng)機(jī)的有效功率，肌f電動(dòng)機(jī)

28、上作用的力，n；v電動(dòng)機(jī)的線速度。因此，電動(dòng)機(jī)的總功率弘為(3-10)式中，r|電機(jī)的機(jī)械效率。根據(jù)角速度和線速度的關(guān)系式v =推導(dǎo)得到帶輪的角速度為3 廠80.85+2x10-30 25u 6.1srad/s(3-11)式中，（1）同步帶帶輪的角速度，rad/s；r同步帶帶輪的節(jié)徑，mo而同步帶帶輪的轉(zhuǎn)速為59.09r/min « 60r/min,假設(shè)帶輪在0. is60r/min的角速度，則可以計(jì)算得到軸的角加速度為時(shí)間內(nèi)加速到(3-12)在這里可以將同步帶帶輪看成圓柱體，則可以計(jì)算得到扭矩為 mr2m = je = s乙式中，m帶輪的扭矩，n - m；j帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.m

29、2； £帶輪的角加速度，rad/s2o 由此可以得到每個(gè)帶輪的扭矩為(3-13)“ mr20.373x0.0404252八 cml =s =x 61.8 = 0.019/v m丄22帶輪的總扭矩為 m =x 3 x 3 = 0.019 x3x3 = 0.171/v m由上述計(jì)算結(jié)果可知，所選電機(jī)的基木參數(shù)需為：轉(zhuǎn)速60r/min,扭矩0171nm, 經(jīng)過(guò)不斷地篩選，最終選定東莞市威邦機(jī)電有限公司生產(chǎn)的直流電機(jī)，所選電機(jī)的型號(hào) 為:4d40-24,其主要參數(shù)如表31所示同表31直流電機(jī)主要參數(shù)額定電壓額定功空載轉(zhuǎn)速空載電額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)矩額定電馬達(dá)重最/v率/w/(r/min)流/a/(

30、r/min)/ (kg cm)流/a/kg244031000.830001.321.8齒輪箱的主要參數(shù)如表3-2所示表3-2齒輪箱參數(shù)表減速比33.6567.591012.5輸出軸轉(zhuǎn)速r/min1033861620517413344310248允許力矩n m0.300.360.500.600.750.901.001.25kgf cm3.063.675.0967.649.1710.212.73減速比1820253036405060輸出軸轉(zhuǎn)速r/min17215512410386786252允許力矩n m1.802.002.252.703.243.604.504.48kgf cm18.3320.3

31、622.9525.7433.0436.7145.9049.80由上表可知，選擇減速比為50的齒輪箱。電池的選擇，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，最終選定瑋孚24v, 4ah鋰電池冏，其主要參數(shù)如表3-3所示表3-3電池主要參數(shù)電壓容量重量/kg電壓范圍24v 4ah0.720v-29.2v電芯放電接頭充電接頭18650動(dòng)力鋰電芯t型放電母頭dc工業(yè)母頭3.6同步帶軸的設(shè)計(jì)與校核已知電機(jī)的功率為40w,額定轉(zhuǎn)速為3000r/min,經(jīng)齒輪箱減速后，額定轉(zhuǎn)速為62r/mino361求軸上的功率pi、轉(zhuǎn)速巾和轉(zhuǎn)矩同步帶軸與電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器連接，其傳動(dòng)效率為n = 0.98,則p = p x 7 = 40 x 0.98

32、= 39.2w(3-14)已知轉(zhuǎn)速心=62r/min,于是(3-15)(3-16)"=9550000 x 壬=9550000 x 譽(yù)6038.064/v mm3.6.2初步確定軸的最小直徑根據(jù)公式，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為tt = < tt1 wt 0.2d31- 1j式屮，tt扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，mpa；t軸所受到的扭矩，nmm；wt軸的抗扭截面系數(shù)，mm3；tt許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，mpao選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表15-3l1oj,取4。= 112,于 是可以得到dmin = a。牆=112 x= 9.61mm(3-17)由于軸與軸承和聯(lián)軸器直接連接，因此軸的最小直徑為軸

33、承與聯(lián)軸器的直徑，為了使所選的軸的直徑du與聯(lián)軸器和軸承孔徑大小相適應(yīng)，故需要同時(shí)選取聯(lián)軸器的型號(hào)。 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩tca = kat19查機(jī)械設(shè)計(jì)表14-1,由于轉(zhuǎn)矩變化很小，故取ka = 1.3,于是tca = ka7 = 1.3 x 6038.064 = 7849.48/v mm(3-18)按照規(guī)定，計(jì)算轉(zhuǎn)矩7應(yīng)該小于聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩，根據(jù)所選的電機(jī)輸岀軸徑12mm,查現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-軸及其連接件設(shè)計(jì)表3-14n11,選取gy1凸緣聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為25000nm。聯(lián)軸器的孔徑=12mm,故取你口 = 12mm,聯(lián)軸器的外 圍直徑為d = 80mm,聯(lián)軸器與軸配合的轂孔的長(zhǎng)度厶】=

34、32mm。3.6.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)工藝性要求，軸的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單越好，在滿足使用要求的前提下，盡可能地簡(jiǎn)化軸的結(jié)構(gòu)。初定軸的結(jié)構(gòu)如圖36所示1tj1'1viivi1f/iiiii1圖3-6軸的結(jié)構(gòu)示意圖（1）軸上零件的裝配方案由于軸上的零件的選取均是根據(jù)實(shí)際情況來(lái)定的，同步帶輪的人小相同，考慮到帶 輪的安裝問(wèn)題，主要的軸向定位都是通過(guò)套筒實(shí)現(xiàn)。（2）根據(jù)軸向定位的要求來(lái)確定軸的各段的直徑和長(zhǎng)度1）為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求，故i-ii的直徑d_n = 2mm,長(zhǎng)度為 l_u = 33mm；根據(jù)同步帶軸徑的大小15.9mm,軸承尺寸的限制，故iiiii段無(wú)法做出 軸肩，因此ii-

35、iii段使用套筒進(jìn)行軸向定位，其直徑大小為dn_in = 12mm,其長(zhǎng)度為（即 套筒的長(zhǎng)度）厶ii-iii = 214mm°3）軸承的選擇。軸承主要受到徑向力的作用，故選用深溝球軸承，參照工作要求 并根據(jù)dn-m = 12mm,查現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-軸承表5-2ll2j,選取標(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)的 深溝球軸承61801,其尺寸為d x d x b = 12mm x 21mm x 5mm,最左側(cè)同樣選取深 溝球軸承6180k4）ni-iv的長(zhǎng)度主要由軸承端蓋，軸承，套筒的長(zhǎng)度之和決定，軸承端蓋的厚度 為5mm,軸承寬為5mm,套筒長(zhǎng) 18.1mm,因此lin_iv = 28.1mm, din_

36、iv = 12mm。5）為了滿足同步帶輪的軸向定位要求，將ivv段制出一軸肩，由于同步帶輪小徑 為 15.9mm,因此取div-v = 20mm。6）v-vt段的尺寸完全由同步帶輪的尺寸決定，根據(jù)同步帶帶輪小徑15.9mm,取 dv-vi = 15.9mm,由于球道寬度的限制，帶輪之間需要加厚墊片進(jìn)行軸向定位，套筒 的寬度為5.8mm,同步帶帶輪的寬度為76.2mm,因此v-vi段的長(zhǎng)度為厶v-vi = 76.2 x 3 + 5.8 x 2 = 240.2mm。至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。（3）軸上零件的周向定位同步帶輪、聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用普通平鍵連接。同步帶帶輪與軸配合的鍵

37、 的選取，查現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-連接件與緊固件表3-41'31,查得平鍵截面 b x h = 5mm x 5mm,鍵槽用鍵槽銃刀加工，長(zhǎng)度為36mm,考慮到同步帶帶輪的安裝 問(wèn)題，同步帶輪與軸之間的配合采用間隙配合，配合公差為竺；聯(lián)軸器與軸的連接選取方法相同，選取的平鍵的尺寸4mm x 4mm x 22mm,鍵槽的長(zhǎng)度為22mm,聯(lián)軸器與軸的配合采用過(guò)渡配合，配合公差為2；滾動(dòng)軸承與軸的周向定位通過(guò)過(guò)渡配合來(lái)實(shí)現(xiàn), k6選取軸的直徑尺寸公差為(4) 確定軸上的倒角尺寸參照機(jī)械設(shè)計(jì)表15-2,取軸端倒角0.8mm。3.6.4計(jì)算軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)，繪制軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，由手冊(cè)查得深溝球

38、軸承61801, a = 2.5mm, 因此作為簡(jiǎn)支梁的軸的支撐跨距為l = 342.7mm根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖繪制出軸的彎矩圖從彎矩圖和扭矩圖可以看岀截面c為軸的危險(xiǎn)截面，計(jì)算得到截面c的彎矩和扭矩 值列入表3-4 o表34彎矩、扭矩計(jì)算值載荷數(shù)值支反力ff1 = f2 = 12.06n彎矩mm = 1033.24n-mm扭矩tt = 283.78n-mm3.6.5按照彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度校核危險(xiǎn)截面c的強(qiáng)度，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)式15-5以及上表的的數(shù)據(jù)，己知軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，因此取a = 0.6,根據(jù)表154,危險(xiǎn)截面是帶鍵槽的截面，因此nd3氏(d-t)27tx15.93

39、5x3x(15.9-3)2, ow =u 315.94mm5322d322x15.9軸的計(jì)算應(yīng)力為(3-19)一丿”2 + (刃)2 _ a/1o33.242 + (o.6x283.78)2 _ o(ten = d.sjlmfacaw315.94所選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由機(jī)械設(shè)計(jì)表151,查得0_訂=60mpa, % <(3-20)0，所以安全。3.7車輪的選擇木次設(shè)計(jì)的網(wǎng)球撿球機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式為后輪驅(qū)動(dòng)，分別使用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制, 前輪采用兩只萬(wàn)向輪進(jìn)行導(dǎo)向。前輪的萬(wàn)向輪采用市場(chǎng)上最常見(jiàn)的普通萬(wàn)向輪，經(jīng)過(guò)篩選，最終選取的是申牌3寸 腳輪，其主要參數(shù)如下表所示輪子直徑mm： 75

40、 （3寸）輪面寬度mm： 30安裝高度mm： 108單輪承載kg： 105底板規(guī)格mm： 92*64安裝孔距mm： 75*45安裝孔徑mm： 9輪子軸承：一體軸承后輪的選擇，經(jīng)過(guò)一番市場(chǎng)篩選，最終決定選擇的輪子為pu發(fā)泡輪，由青島潤(rùn)達(dá)專用車輛有限公司生產(chǎn)銷售的10寸pu發(fā)泡輪，型號(hào)10x3.50-4,材質(zhì)為聚氨酯，育徑表35萬(wàn)向輪參數(shù)250mm,質(zhì)量 lkg。3.8驅(qū)動(dòng)原動(dòng)機(jī)的選擇考慮到撿球機(jī)的轉(zhuǎn)彎問(wèn)題，因此選定的電機(jī)必須是可以進(jìn)行控制的，因此撿球機(jī)的 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選擇的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩主要是車輪與地面的摩擦轉(zhuǎn)矩，摩擦轉(zhuǎn)矩主要與輪胎和地面的滾動(dòng)摩 擦系數(shù)以及整車的重量有關(guān)，查得輪胎與地

41、面的滾動(dòng)摩擦系數(shù)為r = 5mm,而整車的質(zhì) 量主要包含撿球機(jī)構(gòu)、同步帶電機(jī)、支架（包括收集裝置）、電池、萬(wàn)向輪、驅(qū)動(dòng)輪、 驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及100個(gè)網(wǎng)球等的質(zhì)量，假設(shè)步進(jìn)電機(jī)的重量為2kg,則整車質(zhì)量為(3-22)=18arad/sm = 10.78 + 1.8 + 8 + 0.7 x 3 + 0.105 x2 + lx2 + 2x2 + 0.057 x 100 =進(jìn)而求得轉(zhuǎn)速為則摩擦轉(zhuǎn)矩為0)n =2n184x602x7t=175r/min(3-23)34.59 « 40kg(3-21)整車的行進(jìn)速度為v = 2.3in/s,根據(jù)公式v =可以求得車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為vo)=-=2.30

42、.125(3-24)m = pm = 0.005 x 40 = 2n m考慮到其他損失的功率，取機(jī)械效率）1 = 0.9,驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率為p = = 40.89"（3-25）“0.9經(jīng)過(guò)篩選，最終選擇常州康達(dá)通用電氣有限公司生產(chǎn)的86精密行星減速步進(jìn)電機(jī)購(gòu),其主要工作環(huán)境如下表所示表36步進(jìn)電機(jī)工作環(huán)境表項(xiàng)目規(guī)范溫升8() °c max環(huán)境溫度 20°c+50°c絕緣強(qiáng)度looqmin, 500v dc介電強(qiáng)度500v ac 1 分鐘回轉(zhuǎn)間隙< 25acrmin主要技術(shù)參數(shù)為電機(jī)型號(hào)步距角/°相電流/a保持力矩/kg-cm引線數(shù)/條電機(jī)重

43、量/kg85-ii250b991.846543.5因此減速比為5o3.9車輪軸的設(shè)計(jì)與校核已知步進(jìn)電機(jī)的保持力矩為6.5n mo3.9.1確定軸的最小直徑dmin根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)于冊(cè)新編軟件版，軸的最小直徑計(jì)算公式(3-26)式中，t 軸傳遞的額定轉(zhuǎn)矩，nmm；t軸的許用剪應(yīng)力。min3 5x6.5x1000 = 9 76t 35選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表153,選取巧=35mpa,于是(3-27)3.9.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步確定后車輪軸的結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。圖38后車輪軸結(jié)構(gòu)示意圖(1) 根據(jù)車輪的尺寸設(shè)計(jì)i-iv的直徑和長(zhǎng)度車輪孔徑為24mm,因此= 24mm,車輪的軸向定位

44、采用右側(cè)加螺母的方式, 而周向定位采用平鍵連接，根據(jù)車輪的尺寸選取ln_ni = 84mm,查找現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì) 手冊(cè)-連接件與緊固件表2-37,選取六角螺母c級(jí)(gb/t412000) m24,其主要尺寸為兀=22.3mm,因此選取厶一口 = 23mm,厶【一=107mm?？紤]到車輪的左側(cè)定位，iiiiv段制出軸肩，其尺寸為dni_iv = 30mm, 厶一v = 5mm。(2) 聯(lián)軸器的選取參照步進(jìn)電機(jī)軸的尺寸，查找機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-軸及其連接件設(shè)計(jì)表3-14,初步 選取gy1凸緣聯(lián)軸器，其軸孔直徑為14mm,公稱轉(zhuǎn)矩為25000nm,查機(jī)械設(shè)計(jì) 表14-1,由于轉(zhuǎn)矩變化小，因此取ka = 1.3

45、,聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為tca = kat = 1.3 x 6500 = 8450/v mm(3-28)計(jì)算轉(zhuǎn)矩小于公稱轉(zhuǎn)矩，因此符合條件。(3) 設(shè)計(jì)ivv段并選擇軸承座根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定div-v = 25mm,進(jìn)而選取軸承座，軸承座的孔徑為25mm。(4) 軸上零件的周向定位車輪、聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接，根據(jù)diiji的尺寸，并查現(xiàn)代機(jī) 械設(shè)計(jì)手冊(cè)-連接件與緊固件表3-4,選取平鍵的尺寸為b x h x l = 8mm x 7mm x 36mm,鍵槽的長(zhǎng)度為40mm,車輪與軸之間的配合采用間隙配合，配合公差為半；聯(lián)g6軸器與軸的連接，選取平鍵尺寸為b x h x l = 5mm x 5

46、mm x 22mm,鍵槽長(zhǎng)度為25mm,二者的配合為過(guò)渡配合，配合公差為說(shuō)；軸承座與軸的配合采用過(guò)度配合，其配合公差 k6斗h7為一i。m6(5) 確定軸上倒角尺寸查機(jī)械設(shè)計(jì)表15-2,取最左端倒角0.8x45°,另一個(gè)倒角1x45。3.9.3軸的校核由于該軸受力比較簡(jiǎn)單，因此采用ug進(jìn)行有限元分析，軸上施加的力和約束如圖3-9所示圖3-9力和載荷z5意圖軸上施加的約束為圖中藍(lán)色線條，分別模擬的是軸承座和車輪的約束對(duì)軸的約束作用，施加的力為圖屮的紅線箭頭部分，從左到右分別是6.5n ni的扭矩、200n的壓力（車 身重量的一半）和-6.5n-m的反向扭矩。經(jīng)處理后，得到的結(jié)果如下圖所

47、示（變化趨勢(shì)有夸大效果）圖310最大位移圖3-11最人剪切應(yīng)力圖3-12最大主應(yīng)力subcase - static loads 1 :迭代次數(shù) 二 1位移-節(jié)點(diǎn)的（皿）應(yīng)力-單元節(jié)點(diǎn)(mn/nun"2 (kpa)xyz幅值口von uses最小主應(yīng)力最大主應(yīng)力1最大剪切靜態(tài)步長(zhǎng)1最大1.015e-0022. 019e-0021.683e-0032.113e-0022.873+004 |3. 075e+003 |2. 328e+0041.654e+004 |最小-3 048e-004t 659e-004-1. 699e-0030.000e+0004.039e+001-2. 388e+0

48、04 -2.437e+0032. 299e+001 |圖313計(jì)算結(jié)果由上圖可以看出，最大主應(yīng)力為23.23mpa,最大剪切應(yīng)力為16.54mpa,最大撓度為0.02019mm,以上三個(gè)數(shù)據(jù)均符合要求。3.10本章小結(jié)本章主要講述了撿球機(jī)各主要零部件的設(shè)計(jì)與校核，最大程度的確保了撿球機(jī)機(jī)械 借結(jié)構(gòu)的可靠性，通過(guò)本章的計(jì)算，最終制作了撿球機(jī)的三維圖，并根據(jù)三維圖制作了 對(duì)應(yīng)的二維圖紙。4自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1行進(jìn)方案的確定考慮到撿球機(jī)撿球效率的問(wèn)題，如果設(shè)計(jì)成，撿球機(jī)自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)球并進(jìn)行自主撿球 操作，勢(shì)必大大降低撿球機(jī)的撿球速度，影響撿球效率。因此，最好的解決方案是使撿 球機(jī)定路線進(jìn)行撿球?？紤]

49、到網(wǎng)球的的布局以及網(wǎng)球的分布情況，網(wǎng)球場(chǎng)周邊的網(wǎng)球較多，因此撿球機(jī)首 先需要圍繞球場(chǎng)撿球一周，剩下的路段由于網(wǎng)球分布比較稀疏，因此撿球機(jī)按照z字型之后，為了順利轉(zhuǎn)彎并拾取邊界的網(wǎng)球，因此，撿球機(jī)需要后退一段距離，然后利用步 進(jìn)電機(jī)差速控制實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，到達(dá)球場(chǎng)另一邊界，依次循環(huán)，直到快要達(dá)到起點(diǎn)位置，接 著，撿球機(jī)轉(zhuǎn)彎，繼續(xù)拾取球場(chǎng)其他位置的網(wǎng)球，沿圖屮所示路線，進(jìn)行z字型路線行 進(jìn)，拐彎位置與外圍撿球路線中的后退位置基本一致，直到達(dá)到球場(chǎng)對(duì)面邊界，完成一 次撿球過(guò)程。4.2單片機(jī)的選用單片機(jī)(microcontrollers)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具 有數(shù)據(jù)處理能力的中央

50、處理器cpu、隨機(jī)存儲(chǔ)器ram、只讀存儲(chǔ)器rom、多種i/o 口 和屮斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬 多路轉(zhuǎn)換器、a/d轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用”】。單片機(jī)主要分為通用型/專用型，總線型/非總線型等。單片機(jī)與我們生活的各個(gè)領(lǐng)域息息相關(guān)，大到導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)中各種儀表的 控制，計(jì)算機(jī)屮的網(wǎng)絡(luò)通訊及數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，小到各種智能ic 卡，汽車的安全保護(hù)系統(tǒng)，錄像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及各種遙控玩具等等，都 離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī) 械了。單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，并且與步 進(jìn)電機(jī)的配合使用十分方便，因此本次設(shè)計(jì)屮撿球機(jī)的控制部分主要使用單片機(jī)進(jìn)行控 制。4.3本章小結(jié)本章主要講述了撿球機(jī)撿球路線，以及控制系統(tǒng)的選用問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了撿球機(jī)的智能 化?？偨Y(jié)與展望本次設(shè)計(jì)是主要為了幫助網(wǎng)球訓(xùn)練者在進(jìn)行網(wǎng)球訓(xùn)練過(guò)程中撿取網(wǎng)球，并能夠解決 現(xiàn)有產(chǎn)品中卡球、傷球的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)不斷構(gòu)思、設(shè)計(jì)與改進(jìn)，最終形成了一套結(jié)構(gòu)合理， 容易實(shí)現(xiàn)的完整撿球機(jī)構(gòu)。并完成了三