毕业设计论文自动割草机设计.docx

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1、摘要自上世纪八十年代之后，随着我国改革开放的进一步深入，标志着我国社会即将进入到注重物质文化生活、精神文化生活的现代化社会，就仿佛上世纪九十年代的欧洲重视园林机械发展的开端，将来自动割草机将会被普遍的应用在各个场合、各个领域。如今，在国内即使有众多的公司有割草机器人的产品，但需要进一步改良、研究。本文以实际生产任务为首要目的，主要目标是设计实现了自动割草机工作任务，研究设计了自动割草机的机械结构部分、控制系统部分，进而实现了割草机器人的设计研究。在查阅国内外割草机器人公司产品，剖析其产品具体的优点和缺点，确定了自动割草机的基本设计参数，将其结构分为车体机架结构、前进轮前进机构、割草机构以及P1

2、C等四个具体设计模块，选择了一套合理可行的方案。其次，在控制系统方面，比较了P1C及微机的优劣、经济、性能后，决定在自动割草机的控制系统选用P1C作为控制核心，并对其结构进行了细化分类，具体分为驱动系统、转向系统、人机交互系统等三个部分,对控制系统进行了具体细节分析设计及其调试，使得自动割草机在P1C内预先对割草任务设计编程的情况下能独立实现工作。关键字：传动系统，结构设计，自动割草机，P1CABSTRACTSincethe1980s,withthefurtherdeepeningofreformandopeningup,Chinasscienceandtechno1ogyandeconomy

3、havebeengreat1ydeve1oped.Thebetter1ifeattachesgreatimportancetothedua1materia1andspiritua1.Just1ikethedeve1opmentof1andscapemachineryintheUnitedStates.A1thoughtherearemanyresearchinstitutesandenterprisesinChinatodeve1opandresearchmowingrobots,theovera111eve1isnothigh,andmanydetai1sneedtobeimprovedan

4、dstudied.Inthispaper,themechanica1structureandcontro1systemoftheautonomousmowingrobotarestudiedanddesignedbasedontheusersrequirementsandthegoa1ofimprovingthefunctionsoftheautonomousmowingrobot.Afterconsu1tingtheproductsofmowingrobotcompaniesathomeandabroadandana1yzingtheir1earningpoints,thebasicdesi

5、gnparametersoftheautonomousmowingrobotaredetermined.Itsstructureisdividedintofourspecificdesignmodu1es,i.e.bodyframestructure,wa1kingwhee1forwardmechanism,mowingmechanismande1ectrica1circuit1ayout.Accordingtothecharacteristicsofthemodu1es,thespecificresearch,ana1ysis,schemecomparisonarecomp1eted,and

6、these1ectionismadeAreasonab1eandfeasib1ep1an.Second1y,intheaspectofcontro1system,aftercomparingtheeconomy,advantagesanddisadvantagesofsing1e-chipmicrocomputerandP1C,WedecidetochooseP1Casthecontro1coreoftheautonomousmowingrobot,andmakeadetai1edc1assificationofitsstructure,whichisdividedintothreeparts

7、:drivesystem,steeringsystem,human-computerinteractionsystem,etc.,andmakeadetai1edana1ysis,designanddebuggingofthecontro1systemItisnecessaryforthemowingrobottocomp1etethepresetmowingtaskindependent1y.Keywords:Transmissionsystem,structura1design,automaticmower,P1C1绪论11.1 选题背景及其意义11.2 国内发展现状分析11.3 主要研究

8、内容22总体设计分析41. 1机械结构设计主要内容42. 2总体设计方案拟定43. 3车体方案设计64. 4驱动机构的设计65. 5割草机构的设计76. 6控制系统的设计77. 7本章小结93自动割草机刀具结构设计108. 1选择电动机109. 2V带设计计算1110. 3齿轮设计1611. 4输入轴的设计2112. 5主轴的设计2413. 6滚动轴承寿命校核2714. 7键选择与校核2815. 8减速器的密封2816. 9齿轮的润滑2917. 10轴承的润滑294自动割草机驱动结构设计1017.1 进轮的结构设计3018. 2前进轮轮径的确定3019. 3链轮传动的设计305自动割草机控制系

9、统设计3919.1 主式割草机器人的运动分析3720. 2控制系统要求分析3721. 3控制原理分析3722. 4主要部件的选型3823. 5控制流程设计3924. 6P1C程序的I/O端子表415. 7P1C梯形图426自动割草机的其他因素分析506. 1环保因素507. 2经济性分析50结论51参考文献52致谢531绪论1.1 选题背景及其意义传统的人工修剪割草模式不仅耗时耗力，而且，修剪的草坪平整度也比较差，工作人员需要长时间的弯腰工作，因此，随着城市化进程的快速推进，城市居民的人均绿化面积不断增长，如公园，绿化带等草坪面积也越来越多。基于此情况，为了更好的满足市场需求，本文针对自动割草

10、机的实际工作要求，结合机械设计原理，以及参考相关的自动割草机结构，进行设计分析。本课题的设计意义在于通过机械化的自动割草机替代传统的人工操作，可以大大的提高工作效率，以及在修剪的质量上也得到提升。在设计过程中我们将自动割草机设计为高度可调节的结构形式，使得自动割草机可以在不同的工作场合，实现对不同高度的修剪工作。在动力系统方面，我们使用电动形式替代燃油机，不仅降低了工作过程中的噪音，同时.，使用清洁能源避免了环境污染的情况，减少自动割草机在工作过程中产生的污染。在查阅文献资料后，设计基本机械部件、完成了运动分析、控制系统的设计等任务。1.2 国内发展现状分析随着我国改革开放的进一步深入，标志着

11、我国社会即将进入到注重物质文化生活、精神文化生活的现代化社会，就仿佛上世纪九十年代的欧洲重视绿化发展的开端，将来自动割草机将会被普遍的应用在各个场合、各个领域。如今，国内自动割草机的使用也越来越多，国内即使有众多的公司有割草机器人的产品，但需要进一步改良、研究，使用的场地有别墅、花坛以及其他地方。如果采用老旧落伍的割草机，对人力的浪费十分严重，同时也严重浪费了经济，不符合我国可持续发展的目标，也是由于使用人力的原因。也正是由于老旧割草机的噪音污染，国外许多国家出台的一系列的法规加以限制。本文以实际生产任务为首要目的，主要目标是设计实现了自动割草机工作任务，研究设计了自动割草机的机械结构部分、控

12、制系统部分，进而实现了割草机器人的设计研究。在查阅国内外割草机器人公司产品，剖析其产品具体的优点和缺点，确定了自动割草机的基本设计参数，将其结构分为车体机架结构、前进轮前进机构、割草机构以及P1C等四方面设计。其次，在控制系统方面，比较了P1C及微机的优劣、经济、性能后，决定在自动割草机的控制系统选用P1C作为控制核心，并对其结构进行了细化分类，具体分为驱动系统、转向系统、人机交互系统等三个部分，对控制系统进行了具体细节分析设计及其调试，使得自动割草机在P1C内预先对割草任务设计编程的情况下能独立实现工作。西方国家很久以前就开始改进割草工艺，使用的工具也不断改进，直至如今量产的割草机器人，不在

13、需要浪费很多的劳动力，完全能够自己完成割草任务。欧洲公司的产品Robomow系列割草机器如下右图所示，在达到电池满能量的情况下能够完成割草任务多达几个小时，而且充电速度十分迅速，并且还能在遇到阻挡物的时候自动转向。下左图是欧洲另一家公司生产的AUtOnK)Wer系列，按照遥控车的模型构造设计，并且具备红外传感装置，每次感受到户外有下雨的情况时，能够自主取消预设的任务，回到任务起点待机。图1-1AutoMower图1-2Friend1yRobomow我国自动割草机的研究起步较晚，随着我国改革开放的进一步深入，城市内每个人平均下来拥有的绿化面积一直在变大，因此对割草机器人的需求也不断增加。割草机械

14、在经历一百多年发展的历史后，目前割草机器人普遍采用电池驱动的电动割草机器人。由于割草机器人的割草任务一般在居民区、公园等场合，往往这些地方就是城市人口最为密集的地区，因此对割草机器人产生的噪音及污染有着严格的要求。随着环保意识提高，我国草坪业发展迅速，对剪草机械的需求亦随之增大,现阶段已开发了几十种适用于不同场合的剪草机。1.3 研究内容本论文的研究内容是设计自动割草机，使得割草机器人能独立实现草坪修剪任务，并且能够克服草坪地面的一些高低起伏。自动割草机的结构主要包括机械本体、行进驱动机构部分和刀盘机构部分。车体部分需确定车体的具体的长度、宽度、车体材料等，并且根据行进驱动任务需求具体选择驱动

15、电机的参数、性能、尺寸，刀盘机构部分需要对刀片的样式进行选择，设计选用合理的传动减速，使得刀片依靠选用的电机驱动，在合理的传动减速下达到工作任务要求。图1.3自动割草机器工作流程图通过按下启动按钮，P1C接受按钮信号，发送指令给驱动电机，电机启动驱动车体前进，同时割刀启动开始割草，通过控制P1C控制脉冲频率改变步进电机的转速，从而完成对自动割草机行进速度的控制。13.2车体整体结构割草机器人能独立实现草坪修剪任务、并且能够克服草坪地面的一些高低起伏的前提下，通过论文决定采用轮式移动平台，确定移动平台轮子数量为四轮。综合考虑使用情况的简便性、选用驱动电机的型号、主要车体材料的成本，确定车体体积在

16、600(mm)300(wn)300(加加)左右，重量约为20kg。1.3. 3车体运动装置车体运动装置主要安装在车体前部，由电机、导杆、滑块等构成。依靠伺服电机带动链轮转动，锥齿轮轴传动实现了水平和竖直方向上的转动，通过同步带轮带动轮轴转动，从而带动车轮滚动，实现自动割草机前进，并且通过伺服电机，齿轮传动控制车轮转向。1.4. 4割草机构装置割草机构装置主要安装在车体中部，选用低压伺服电机驱动，通过1级V带传动简述、2级齿轮减速，降低了电机的额定转速，达到了自动割草机的预定转速400-1200rmin,刀盘高速转动利用边缘的刀刃切割杂草达到割草的目的。1.3.5P1C控制在控制系统方面，所以在自动割草机的