带机械臂的全方位轮式机器人设计+CAD图纸(6)
（2）步进电机
步进电机作为一种新型的自动控制系统的执行机构，得到了越来越广泛的应用，进入了一些高、精、尖的控制领域。步进电机虽然有一些不足，如启动频率过高或负载过大时易出现丢步或堵转，停止时转速过高易出现过冲，且一般无过载能力，往往需要选取有较大转距的电机来克服惯性力矩。但步进电机点位控制性能好，没有积累误差，易于实现控制，能够在负载力矩适当的情况下，以较小的成本与复杂度实现电机的同步控制。
b.电机的选型与计算
下面对旋转步进电机型号进行选择，轮式移动机器人在移动的时候，需要克服两种阻力：摩擦力和重力。对于平面内移动的机器人来讲则只需要克服摩擦力。带有机械臂的全方位移动机器人整体重量在30kg左右，摩擦系数土之间的取为 0.3，车轮直径d=110mm,宽度L=60mm。机器人行驶速度不小于3km/h，即0.833m/s，
设行驶速度v=1m/s，
则轮子所需转速：n=v/πd=174r/min
已知m=30kg，G=30kg*9.8=294N
一般摩擦系数u=0.3—0.45，取u=0.3
则所需克服的摩擦力f=G*u=294N*0.3=88.2N
则总功率P=f*v=294N*0.3=88.2w
每个轮子上的功率P。=P/4=22.05w
转矩T=9550P/n=1.21NM
因此，综合考虑到减速装置减速比后，选择了电机型号为35BYG207，静转矩为 0.07 NM ,步距角1.8，重量0.13kg。
下面选择转向电机，机器人对转向速度要求较低，对位置精度比较严格，选用步进电机可以满足设计要求。转向电机主要是使车轮实现零半径回转，克服地面摩擦力，要求的转速不高，因此主要计算电机静力矩。
已知：m=30kg，G=30*9.8N=294N，设摩擦系数u=0.3，
在这里我们假设每个车轮与地面的接触按照理想状态即相切线接触，车轮的摩擦力为：
f=294N*0.3=88.2N
由于车轮是零半径回转，所以克服的摩擦力矩为：
（2-4）
式中 ——单个车轮的宽度
设计车轮与地面接触总宽度为30mm，即 所以克服的力矩为1.323 。实际上车轮不是与地面呈线接触，保证一定余量，综合考虑到选用的减速装置传动比后，选择电机型号为 35BYG103，静力矩为 0.065 ,步距角1.8，重量0.1kg。
下面是所选电机的外形尺寸。
2.3.4 减速器的设计
旋转部分选用蜗轮蜗杆减速器，设传动比i=28，则电机轴转速n（电）=5000r/min，电机功率P（电）=T*n/9550=0.037kw=37w。
则各轴输入功率为：
轴1：P1=P(电）*S(联轴）*S（轴承）
=37*0.99*0.99=35.92w (这里S表示机械效率）
轴2：P2=P1*S(蜗）*S（轴承）*S（联轴）
=35.92*0.99*0.99*0.8=28.2w
各轴转速为：
电机轴转速n=5000r/min
轴1：n1=5000r/min
轴2：n2=n1/i=5000/28=179r/min
各轴输入转矩：
电机轴T==9550*0.037/5000=0.07067NM
轴1： T1=9550*P1/n1=0.0686NM
轴2： T2=9550*P2/n2=1.5NM
下一步是传动零件的设计计算，选用阿基米德蜗杆。
已知：转速n=5000r/min n1=5000r/min n2=179r/min i=28
选取模数m=2，查表取Z1=1，Z2=28,总效率S=0.8，q=14
则中心距a=r1+r2=m*（Z2+q）/2=42
则蜗杆参数为：
分度圆直径d1=m*q=2*14=28
齿顶圆直径d2=m*（q+2ha*）=32（ha*=1）
齿根圆直径df1=m（q-2ha*-2c*）=23（c*=0.25）
齿根高 hf1=（ha*+c*）*m=2.5
齿顶高 ha1=m*ha*=1*2=2
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