畢業設計（論文）-自動泊車機器人結構設計

PAGE0摘要現在這個社會的科技飛速發展，機器人和人工智能技術逐步成熟，機器人以其獨特的靈活性、高效率、可靠性等特點在各行業廣泛應用。為緩解這一矛盾，大型智能化停車場應運而生。停車場的智能化一方面體現在機械智能，目前已經研究開發出了九種車庫類型：升降橫移、簡易升降、垂直升降、垂直循壞、水平循環、多層循壞、平面移動、巷道堆垛、圓形塔庫。另一方面體現在泊車機器人的智能方面。按照泊車設備行走時是否需要軌道輔助，可以分為有軌車庫和無軌車庫兩大類。機械式立體停車庫的移車設備大多采用軌道式，這就造成了移載設備的運動方式較為單一，這時就體現出了無軌車庫的優勢，在無軌車庫中，車輛的存取搬運動作是由智能AGV泊車機器人來完成，體現了泊車機器人的運動復雜，智能化，自動化，高效率。本設計主要研究內容如下:針對現有機器人存在的自動化低、運動路徑單一、效率低等問題，結合現在社會對泊車機器人的功能需求及其自身的技術指標，本課程設計對泊車機器人的整體結構以及關鍵部位零件進行方案設計。采用將車體結構分為兩段，分別對車的前輪和后輪進行操作；小車的運動的輪系采用四舵輪分布，萬向輪為輔；小車對于車輛的抬舉和運輸采用夾持式。以此提高泊車機器人的承載能力、運動的靈活性和穩定性。關鍵詞：泊車機器人；高效率；全方位移動；有限元分析ABSTRACTNowtherapiddevelopmentofscienceandtechnologyinthissociety,robotsandartificialintelligencetechnologyaregraduallymaturing,androbotsarewidelyusedinvariousindustrieswiththeiruniqueflexibility,highefficiency,reliabilityandothercharacteristics.Inordertoalleviatethiscontradiction,large-scaleintelligentparkinglotscameintobeing.Ontheonehand,theintelligenceoftheparkinglotisreflectedinthemechanicalintelligence,andninetypesofgarageshavebeenresearchedanddeveloped:liftingandtraversing,simplelifting,verticallifting,verticalcirculation,horizontalcirculation,multi-layercirculation,planemovement,roadwaystacking,andcirculartower.Ontheotherhand,itisreflectedintheintelligenceoftheparkingrobot.Accordingtowhethertheparkingequipmentneedstrackassistancewhenwalking,itcanbedividedintotwocategories:railgarageandtracklessgarage.Mostofthemovingequipmentofmechanicalthree-dimensionalparkinggarageadoptstracktype,whichcausesthemovementmodeoftransferequipmenttoberelativelysingle,thenitreflectstheadvantagesoftracklessgarage,inthetracklessgarage,theaccessandhandlingactionofthevehicleiscompletedbytheintelligentAGVparkingrobot,whichembodiesthemovementoftheparkingrobotiscomplex,intelligent,automated,andhighlyefficient.Themainresearchcontentsofthisdesignareasfollows:Inviewoftheproblemsoflowautomation,singlemotionpathandlowefficiencyofexistingrobots,combinedwiththefunctionalrequirementsofthecurrentsocietyforparkingrobotsandtheirowntechnicalindicators,thiscoursedesignstheoverallstructureofparkingrobotsandthepartsofkeyparts.Adoptthecarbodystructureisdividedintotwosections,operatethefrontwheelandtherearwheelofthecarrespectively;thewheelsystemofthemovementofthecaradoptsfourrudderwheeldistribution,andtheuniversalwheelissupplemented;thecaradoptstheclampingtypefortheliftingandtransportationofthevehicle.Inthisway,thebearingcapacity,flexibilityandstabilityoftheparkingrobotareimproved.Keywords:Parkingrobot;Highefficiency;All-roundmovement;Finiteelementanalysis-PAGE22-目錄TOC\o"1-3"\h\u275331緒論 1116431.1選題背景及意義 1319521.2國內外發展現狀 1243541.2.1國外發展現狀 122573 267111.3本課題研究內容與意義 5258641.3.1主要研究內容 5185551.3.2本課題的技術難點及擬采取的解決方案 5118702泊車機器人結構設計 6307662.1總體方案設計 6255432.1.1功能需求及技術指標 6213962.1.2泊車機器人方案設計 78513泊車機器人關鍵零部件設計 10291423.1泊車機器人關鍵零部件設計 10316113.1.1驅動系統設計 10132353.1.2夾持裝置結構設計 12310793.2泊車機器人電機及減速器選型計算 13254283.2.1驅動電機及減速器計算與選型 13324963.2.2轉向電機計算與選型 17102723.2.3轉向齒輪設計計算 19245664泊車機器人車體結構有限元強度分析 24266104.1泊車機器人整車結構設計及三維模型 2493384.2泊車機器人有限元強度校核與分析 2624155結論 2820468參考文獻 2928519致謝 311緒論1.1選題背景及意義現在這個社會的科技飛速發展，機器人和人工智能技術逐步成熟，機器人以其獨特的靈活性、高效率、可靠性等特點在各行業廣泛應用。為緩解這一矛盾，大型智能化停車場應運而生。停車場的智能化一方面體現在機械智能，目前停車庫技術已發展出多種類型以應對不同空間和需求，具體包括升降橫移式、簡易升降式、垂直升降式、垂直循環式、水平循環式、多層循環式、平面移動式、巷道堆垛式，以及新穎的圓形塔庫設計[1]。在智能泊車技術領域，根據機器人移動時是否依賴預設軌道來分類，可分為兩類[2]：一類是基于軌道的有軌車庫系統，另一類則是無需軌道、依靠自主導航的無軌車庫系統。傳統機械立體停車庫多采納有軌設計，其移車裝備沿固定軌道運作，運動模式相對固定和局限[3]。無軌車庫中，車輛的存取搬運動作是由智能AGV泊車機器人來完成，體現了泊車機器人的運動復雜，智能化，自動化，高效率。1.2國內外發展現狀1.2.1國外發展現狀AGV智能化停車機器人，是近年來才開始出現的一種新的發展趨勢。埃利康集團于2004年成立，其最新的停車機器人是以Silomat技術開發的梳齒自動停車機器人，其安全性和重量都是世界上最輕、安全性最高的。圖1-1埃利康梳齒式泊車機器人但是，圖1-2Ray機器人加拿大ParkingPlus公司已研發出一種以“車-板互換”為基礎的停車機器人和自動泊車系統——ParkPlus。圖1-3ParkingPlus泊車機器人美國Boomerang公司緊跟全球智能停車技術的浪潮，深入探索并成功研發出了一項革命性的立體停車解決方案——"RoboticValet"自動泊車系統[6]，本系統已在美國新澤西州的哈迪斯頓莊園的水晶水療中心得到了成功的使用。博美朗公司的“RoboticValet”自動停車系統采用了帶有四個舉升裝置的停車機器人，與裝載板實現汽車舉升，如圖1-4所示。此外，"RoboticValet"系統還集成了先進的物聯網技術與人工智能算法，能夠智能調度泊車流程，根據實時車位狀況自動規劃最優泊車路徑，為用戶提供無縫銜接的停車體驗。RoboticValet大洋泊車股份有限公司主要從事機械立體停車設備的研發，該公司生產的平面移動式立體車庫是由一臺固定的升降平臺來完成車輛的豎向移動，而同一樓層上的臺車則可以完成車輛的橫向與縱向位移[7],通過升降機和搬運臺車的協同作用共同實現存取車過程，如圖1-5所示。圖1-5大洋泊車平面移動類立體車庫怡豐梳齒式泊車機器人俯視圖如圖1-6左所示圖1-6怡豐泊車機器人圖1-7海康威視泊車機器人司第713所的DapengWang等人設計了[13]。圖1-9中船重工泊車機器人同濟大學AnboYe教授及其研究團隊[14]，在泊車機器人技術的探索中，專注于解決機器人的自主定位難題，創造性地設計了一套基于方形地標信息的定位軟件框架。并利用了先進的機器人三維集成開發環境V-REP（VirtualRobotExperimentationPlatform），對這一創新定位框架進行了詳盡的仿真測試圖1-10同濟大學泊車機器人1.3本課題研究內容與意義1.3.1主要研究內容為了進一步提高和改善現有泊車機器人的缺陷，本課題旨在設計一款能夠針對復雜停車場的泊車機器人。(1)高效率。能夠適應各種復雜環境，高效且快速存取車輛。(2)靈活性好，全方位移動。實現能夠前后左右移動，原地轉向。(3)載重強。實現能夠承受目前市面上轎車的基本重量，設計能夠承受最大重量為4噸。1.3.2本課題的技術難點及擬采取的解決方案(1)運動的穩定性。主要解決行動的穩定性和舉升的穩定性。(2)機械結構的合理性。現有的泊車機器人由于車體機械結構的設計不合理，在載重、對汽車的磨損存在不同程度的問題。例如：梳齒形和車臺板式泊車機器人，汽車在泊車機器人上容易滑動，不夠穩定；夾取式泊車機器人，會對車的輪胎造成一定的損耗。(3)機械結構的載重強度。由于汽車本身較重泊車機器人車體結構的不合理，導致現在有的泊車機器人的載重強度有限，只能適用于部分車輛。2泊車機器人結構設計2.1總體方案設計2.1.1功能需求及技術指標本文旨在設計一款能應用于多種停車場的智能全方位移動泊車機器人，對泊車機器人的功能需求進行詳細規劃，需滿足以下功能：(1)泊車機器人必須具備在有限空間內的高度靈活性與機動性，確保在密集的停車位間實現自由、精準的全方位移動。這包括了小車的精確前后行駛、側向滑動以及原地高效轉向，從而在狹小環境中也能快速高效地完成泊車任務，大幅度提升停車效率與用戶體驗。(2)為了實現對汽車的無接觸安全搬運，泊車機器人創新性地采用了一套精密的搬運機制。當汽車停泊到位后，機器人通過集成的高靈敏度傳感器精確定位車輛輪胎位置，隨后啟動夾持裝置，將車輛整體抬離地面，避免了對輪胎的任何物理接觸或損傷，確保汽車在搬運過程中的絕對安全。(3)在結構化停車場環境中，泊車機器人自主導航能力是其高效工作的關鍵。結合停車場環境的固定性特征，本項目融合了激光導引技術和圖像識別導引技術的雙重優勢，構建了一套先進的復合導航系統。激光雷達以高精度掃描周圍環境，構建實時三維地圖，實現精確定位與避障；圖像識別技術則通過對特定標志物的智能識別，增強導航的穩定性和環境適應性。泊車機器人車身尺寸參考現有轎車尺寸、重量等分類標準，結合泊車機器人的設計參數進行泊車機器人的尺寸確定。參考我國汽車輪距分類標準（GB9417-89）[15-16]，確定泊車機器人整體結構。如圖2-1，表2-2所示，現有轎車尺寸長在4.5米至5.2米之間，寬在1.7米至2米之間，高在1.4米至1.6米之間，軸距在3米至3.1米之間。再對國內外的泊車機器人車體結構做分析，創新性的提出本課題研究的高效率、靈活性好、載重強、全方位移動、能夠針對復雜停車場的泊車機器人。圖2-1轎車尺寸圖表2-1轎車輪距分類標準車型類別車距/mm轎車微型級1100-1380普通級1150-1500中級1300-1500中高級1400-1580高級1560-1620綜合考慮泊車機器人的實際需求，并結合功能需求和設計參數，在機器人結構設計中需要以下技術指標，如表2-2所示：表2-2泊車機器人技術指標序號項目指標1本機機種兩段夾持式泊車機器人2外形尺寸2540*1490*1563額定負載4最高行走速度5導航精度6停車精度7泊車機器人自重8使用路況環氧樹脂等平整路面9爬坡能力2.1.2泊車機器人方案設計泊車機器人結構設計主要包括車體結構、舵輪驅動結構、夾取結構裝置：(1)車體結構。這一部分的設計至關重要，因為它不僅關系到機器人整體的穩定性和可靠性，而且還決定了機器人在作業過程中承受各種外力的能力。車體結構由多個關鍵部件組成，包括剛性車體本身、用于安裝舵輪的舵輪安裝架以及夾取裝置所需的安裝架。這些部件共同工作，確保泊車機器人能夠在復雜多變的環境中保持穩定，并且能夠準確無誤地完成停車任務。(2)舵輪驅動結構。這是泊車機器人動力傳輸的關鍵環節，其核心在于驅動電機與相應的減速電機系統。為了實現精確控制和高效運動，泊車機器人通常配備有多個轉向電機，它們可以根據需要進行角度調節。此外，為了提供必要的制動功能，機器人還會使用轉向減速電機，以確保在轉向操作中能迅速減速并恢復直線運動。從動輪則作為動力傳遞的媒介，將電機輸出的扭矩轉換為機械動力，驅動機器人的各個關節和車輪，從而使其能夠在地面上進行全方位的移動。(3)夾取結構裝置。這個裝置的存在使得泊車機器人能夠輕松地抓起或拾起汽車輪胎。絲杠和電機是夾取裝置的核心部件，它們負責施加力量并帶動夾取機構沿預定軌跡移動。而傳動機構則是連接這些部件與機器人其他部分的橋梁，確保整個夾取過程平穩、可靠地進行。當機器人感知到目標車輛后，它會通過傳感器檢測到輪胎的位置，然后利用夾取機構準確地抓住輪胎，最終執行自動泊車的動作。整個夾取過程既需要精確的控制也需要高效的傳動系統，這樣才能保證泊車機器人能夠在無人干預的情況下順利完成所有停車動作。舵輪輪系結構選擇：本課題在選擇四輪輪系，其載重能力和穩定性高，且查詢多方資料，現有的AGV小車也多采用四輪分布，運用范圍廣泛。四輪輪系中，驅動輪和從動輪的組合主要有以下四種，如圖2-2所示：圖2-2四輪系結構分布圖(a)四舵輪驅動，能夠實現全方位移動，控制較難，但研究意義重大。圖(b)舵輪前后分配，兩側從動輪支撐平衡，但在載重時，車體的受力主要分布在車體兩側，舵輪不是主要承受自動泊車機器人力的部件，受力為位置不佳。圖(c)舵輪主要分布在車體的前半部分，而后側的從動輪實現平衡車體作用；該分布只能做到小車的轉向，不能實現課題要求全方位移動。圖(d)舵輪對角分布，可實現任意方向移動，目前應用場景較少。本課題選擇圖(a)的輪系分布，四舵輪分布。3泊車機器人關鍵零部件設計3.1泊車機器人關鍵零部件設計3.1.1驅動系統設計在現今的移動技術領域中，實現全方位移動能力的主流方法集中于三大核心機構：差速驅動輪、麥克納姆輪及舵輪。這些技術各有千秋，直接決定了移動機器人的機動性能與應用場景的廣泛性。(1)差速驅動輪：差速驅動輪技術，作為一項經典而高效的移動解決方案，通常應用于泊車機器人底盤，其特點是左右兩側各安裝一組差速輪，每組由獨立的驅動電機控制，無需額外的轉向機構。這種設計通過精確調控兩側輪子的轉速差來實現轉向，能夠完成原地360度旋轉的高靈活性操作，如圖3-1所示，極大地提高了在有限空間內的操作靈活性。其優勢在于成本效益較高，系統相對簡單，且機動性優異，非常適合于需要頻繁變換方向的場合。然而，差速驅動輪系統也存在一定的局限性。它無法直接實現橫向平移或“側步”移動，這在某些特定的泊車場景中可能成為限制因素。此外，對地面的平整度要求較高，不平整的地面可能導致機器人移動效率降低，甚至影響其穩定性和安全性。控制系統相對復雜，需要精確的算法來協調雙輪的速度差異，以維持機器人的穩定姿態和精準軌跡控制。(2)麥克納姆輪：基于其結構比較獨特，在輪子外緣按45°方向均勻分布多個被動的輥子。該結構可以實現360°的全方位運動，由于每個輪子上的滾子排列角度各異，安裝時必須精確匹配輪子的旋向，以確保系統能夠正確合成所需驅動力；為了充分利用其全向移動的特性，每個麥克納姆輪均需配備獨立的電機控制，這不僅提升了系統集成的復雜性和成本，也對動力分配與同步控制算法提出了更高的要求。麥克納姆輪的結構復雜性和工作原理決定了其在承載能力上的局限性。相較于傳統輪子，其在同等尺寸下的承重能力較弱，且在持續的滾動接觸中，輪緣的滾子易遭受磨損，影響使用壽命。加之其生產工藝的特殊性和材料要求，導致在市場上麥克納姆輪的成本顯著高于常規輪子。(3)舵輪驅動：其設計精髓在于將電機與精密傳動箱的高效結合，通過獨特的反對稱安裝方式，為泊車機器人提供了高度集成的驅動與轉向功能。每個舵輪單元構成了一個封閉的機械系統，不僅包含了強大的驅動能力，還實現了精準的行駛方向控制，從而將行駛與轉向功能巧妙融為一體。而且集成了行駛與轉向兩個單元。相比于之前的兩種輪系，，實物如圖3-3所示。相較于差速驅動輪和麥克納姆輪，舵輪驅動系統在控制層面展現出了顯著的優勢。它的控制邏輯更為直觀簡單，減少了復雜算法的需求，降低了系統整體的開發與調試難度。同時，舵輪驅動在成本控制上找到了一個理想的平衡點，既保持了較高的性能表現，又避免了過高的造價門檻，這使得它成為了眾多自動導引車（AGV）和泊車機器人設計中的首選方案。在深入研究和比較了上述三種驅動輪之后，我們發現舵輪以其簡便的運動控制方式脫穎而出。這種驅動輪不僅能夠輕松滿足我們課題的技術要求，而且還能確保機器人能夠實現對各種不同地形的全方位移動。因此，基于這些優點，舵輪被選為泊車機器人的首選驅動部件。它的靈活性和適應性使得機器人能夠適應復雜多變的泊車環境，提高了工作效率并減少了故障率。12123456786-轉向小齒輪7-轉向減速機8-轉向電機3.1.2夾持裝置結構設計本課題選擇使用絲桿搭配導向板實現對夾持機構的夾取和放下，圖3-5夾持機構的三維模型，圖3-6為夾取機構在裝配體中的模型樣式。圖3-5夾持機構三維模型圖3-6裝配體中的夾持機構模型夾持機構的設計原理：當電動機啟動時，帶動固定于其上的絲桿開始旋轉，而絲桿的運動則引起與它相連的滑臺和導板一起朝前移動；夾取機構與導板鉸軸，另一邊與上方的導向槽相契合。夾取機構位于導板的鉸軸旁邊，它與導向槽相連接，確保了在整個過程中，各種組件能夠緊密配合，精確地引導操作對象。當絲桿開始旋轉時，滑臺隨之前進，推動夾取機構向前運動。與此同時，導向槽內的滾輪也受到推力，沿導向槽向下移動。這樣的運動使得鉸軸部分轉動并向外伸出，從而打開夾取機構，使其向外打開。當滾輪滑到導向槽底部位置時，夾取機構伸展至水平方向。緊接著，絲杠的旋轉繼續，滑臺、滾輪和夾取機構一同沿著預定路徑向前直線移動。由于絲杠設計為雙向運動，絲桿的螺旋反向相反實現相對運動，實現對輪胎的夾取動作。為了進一步說明這個原理的工作方式，我們可以考慮電機反轉的情況。此時，夾取機構開始做后退運動，而滾輪則沿著槽內的水平方向退回至拐角處。隨后，電機繼續反轉，此時滾輪受到力的作用，沿槽垂直方向向上移動，同時鉸軸轉動。最后，夾取機構向內回收，完成車輛的停放動作，確保車輛被準確、平穩地放置到位。3.2泊車機器人電機及減速器選型計算3.2.1驅動電機及減速器計算與選型泊車機器人驅動電機的參數計算設計要求，如表3-1所示表3-1驅動電機選型設計指標設計要求設計參數整車質量0.5噸最大負載重量4噸最高行駛速度加速時間5s舵輪直徑100mm(1)常數確認 (2)AGV運行阻力的計算AGV小車運行阻力示意圖，如圖3-7所示：圖3-7AGV小車運行阻力示意圖 （3-1）AGV啟動阻力計算:自動泊車機器人運行路況多在環氧漆地坪。參考有關資料的地面摩擦系數[17-20]，取。 （3-2）AGV加速阻力計算: （3-3）坡度阻力計算:AGV小車坡道阻力分布示意圖，如圖3-8所示：FMFMF豎直圖3-8AGV小車坡道阻力分布示意圖 （3-4）空氣阻力計算: （3-5）由于空氣阻力系數正比于速度的3次方，AGV運行速度較低，并且其迎風面積較小，因此一般空氣阻力可忽略不計，。代入公式（3-1），得：取整(3)電機及減速器參數計算單臺減速器輸出軸力矩T: （3-6）取整單臺減速器輸入軸力矩TM: （3-7）單臺電機額定功率Pd: （3-8）(4)單臺驅動輪所需牽引力和輸出扭矩計算單臺驅動輪所需牽引力示意圖，如圖3-9所示：圖3-9單臺驅動輪所需牽引力示意圖單臺驅動輪牽引力: （3-9）單臺電機輸出扭矩Td: （3-10）驅動電機的額定輸出功率： （3-11）驅動電機軸的轉角速度： 代入公式（3-11），得： 取1.5倍安全系數，則電機功率為362.67W。選擇JSCC精研集團MS系列60機座伺服電機，如圖3-10，輸入功率0.4kw，額定轉速3000n/min。圖3-10JSCC精研集團MS系列60機座伺服電機選擇紐氏達特行星減速機有限公司的精密行星減速機，如圖3-11，型號為：PL0602-i-P2-S2-14-30-50-70-M4，減速比1：30。圖3-11PL0602-i-P2-S2-14-30-50-70-M4精密行星減速機3.2.2轉向電機計算與選型泊車機器人的轉向角速度為，前舵輪轉向時的力矩為，后舵輪的轉向力矩為，沖擊系數取。(1)減速器的減速比的計算泊車機器人的轉向角速度為，預選轉向電機的轉速為，轉向減速器減速比為1:80。舵輪轉向齒輪齒數比為120:40=3:1，齒輪中心距為120mm。轉向電機的額定輸出扭矩：轉向電機的額定輸出功率： （3-12）轉向電機軸的轉角速度： 代入公式(3-12)，得： 取1.5倍安全系數，則電機功率為93.75W。通過計算參數，選擇上海研藍自動化科技有限公司的直流伺服電機，如圖3-12，型號為：EC40100048SC-ME，額定功率為100W，額定轉速為，額定扭矩為。圖3-12EC40100048SC-ME直流伺服電機減速器選擇紐氏達特行星減速機有限公司的精密行星減速機，如圖3-13，號為：WPL0402-i-P2-S2-8-25-30-45-M3，減速比1：80。圖3-13PL0402-i-P2-S2-8-25-30-45-M3精密行星減速機3.2.3轉向齒輪設計計算(1)選擇齒輪類型、精度等級、材料及齒數[21]選用直齒圓柱齒輪傳動，壓力角取。參考表10-6，選用7級精度。參考表10-1，選擇小齒輪材料為，齒面硬度；大齒輪材料為，齒面硬度。選小齒輪齒數，大齒輪齒數，傳動比，模數分度圓： （3-13）齒頂高： （3-14）齒根高： （3-15）全齒高： （3-16）齒頂圓直徑： （3-17）齒根圓直徑： （3-18）中心距： （3-19）直齒圓柱齒輪傳動參數，如表3-2所示：表3-2直齒圓柱齒輪傳動參數表名稱表達公式小齒輪大齒輪模數(mm)1.51.5齒數40120壓力角(°)分度圓直徑(mm)60180齒頂高(mm)1.51.5齒根高(mm)1.8751.875全齒高(mm)3.3753.375齒頂圓半徑(mm)6383齒根圓半徑(mm)56.25176.25中心距(mm)120120(2)計算和校核齒面接觸疲勞強度計算齒輪轉矩： （3-20）分度圓圓周力: （3-21）圓周速度:查圖10-25d得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為，應力循環次數計算：工作壽命5年（全年工作），每天工作約15小時 由圖10-23查取接觸疲勞壽命系數取失效概率為1%、安全系數: 取較小者作為齒輪副的接觸疲勞許用應力： 直齒輪的接觸疲勞強度條件為： （3-22）查表10-7選取齒寬系數查圖10-20得區域系數查表10-5得材料的彈性影響系數計算接觸疲勞強度用重合度系數: （3-23） （3-24）代入數據，得：計算實際載荷系數:由表10-2查得使用系數根據，7級精度，由圖10-8查得動載荷系數齒輪的圓周力：查表10-3得齒間載荷分配系數由表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支撐非對稱布置時，得齒向載荷系數由此得到實際載荷系數：將系數代入公式（3-22）中，得:齒面接觸疲勞強度滿足要求。(3)計算和校核齒根彎曲疲勞強度 （3-25）計算彎曲疲勞強度系數: 由圖10-17查得齒形系數由圖10-18查得應力修正系數查圖10-25d得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為，由圖10-22查得彎曲疲勞壽命系數取彎曲疲勞安全系數，得 計算實際載荷系數:根據，7級精度，由圖10-8查得動載荷系數由表10-3得齒間載荷分配系數由表10-4用插值法查得齒向載荷系數寬高比查圖10-13得則載荷系數為 將系數代入公式（3-25）中，得：齒根彎曲疲勞強度滿足要求。4泊車機器人車體結構有限元強度分析4.1泊車機器人整車結構設計及三維模型本課題泊車機器人其整車結構采用了先進的可分離式夾取型設計理念。該機器人采用了激光導引技術和圖像識別導引技術作為其導航模式，確保了它在復雜環境下能夠精確地執行任務。由于設計的泊車機器人高度超過轎車底盤高度，所以停車場設計的車位對車輛有一定高度的太高平臺，使車輛順利駛入車位，為泊車機器人提供了工作空間，從而大大提高了整個系統的實用性和安全性。當車主將車輛平穩停放至指定位置后，只需輕輕按下按鈕，泊車機器人便會開始其自動尋車過程。首先，它會通過掃描地面上的二維碼圖像來識別停車位的準確位置，然后利用內置的激光測距功能確定自身與目標車輛之間的距離，從而規劃出最優路線。接著，當泊車機器人接近第一對輪胎時，它將開始根據預設程序進行分離動作，分成兩部分：一部分機器人繼續前行，抵達第二對輪胎所在的位置；另一部分機器人則轉向前往第一隊輪胎區域。這時，兩段機器人同時對前后輪進行夾取，整個過程精準而高效。夾取輪胎完畢后，泊車機器人并不會立即停止，而是繼續利用其圖像識別技術，通過掃描地上的圖像來精確定位自身的位置。這一步驟至關重要，因為只有精確地知道自己的坐標，機器人才能在錯綜復雜的車庫中找到空余的停車位。一旦機器人發現合適的停車位，它就會通過激光感應技術，感知周圍環境，選擇最佳的停車位置。最后，完成所有停車操作后，泊車機器人會自動合為一體，然后平穩地駛出停車場。車內部結構，如圖4-1所示：圖4-1車內部結構車底內部結構，如圖4-2所示：圖4-2車底內部結構車體結構全車采用鋼管進行焊接，如圖4-3所示：圖4-3車體結構整車裝配圖，車體外殼使用鈑金封裝，如圖4-4所示：圖4-4整車裝配圖激光傳感器，如圖4-5所示：圖4-5激光傳感器二維圖傳感器，如圖4-6所示：圖4-6二維圖傳感器4.2泊車機器人有限元強度校核與分析(1)選擇材料在選擇車體材料時，必須慎重考慮其對車身整體性能的影響。一輛車的強度和剛度是關鍵因素。我決定選用高強度的合金鋼作為車體的主要材料，如圖4-7所示，這種材料的特性使得它不僅能夠提供足夠的結構穩定性，而且還具有良好的抗疲勞性。泊松比2.8，彈性模量。圖4-7材料選擇(2)網格劃分網格設置的最大單元為10mm,自動生成網格后的網格節點數394個，單元數為386個，自由度數為2220。如圖4-8所示圖4-8網格劃分模型(3)靜力學分析圖此處車體結構上施加的力為6125N，如圖4-9所示，應力圖中的應力最大點沒有超過所選材料的屈服強度，零件設計合理。圖4-9應力圖圖4-10位移圖

5結論本設計方案達到了任務書的要求，實現了自動泊車機器人的高效率的全方位移動，機械結構設計的合理性以及對高載重的目標：(1)對普遍轎車的軸距以及輪距進行分析(2)結合實際需求設計泊車機器人技術指標參數(3)結合參考文獻和相關學術論文對比，差速驅動輪，麥克納姆輪及舵輪，確定驅動系統的選擇；根據不同輪系分布選擇確定驅動輪在小車的位置(4)設計夾取裝置，由電機控制絲桿，使夾取裝置對汽車輪胎進行夾取，從而實現搬運汽車的功能。(5)通過對驅動輪的轉矩計算，選擇合適的電機型號和減速器的型號。通過參考文獻，選擇適合的舵輪轉向轉矩進行計算，選擇合適的電機和減速機。對設計的轉向齒輪進行強度校核，結果滿足設計要求。(6)對主要受力主體車架進行受力分析，此時車體結構上施加的力為6125N，在應力圖中的應力最大點沒有超過所選材料的屈服強度，分析結果的零件設計合理。由于時間、水平和經驗有限，在夾取裝置的設計等方面仍有不足之處，有改進的余地，比如對絲桿的選擇還不夠細致，可以選用強度更高更好的絲桿，例如滾珠絲桿。這次畢業設計對于我來說，既是一次機遇，又是一次挑戰。通過這次的畢業設計，我學到了很多東西，我學會了如何合理的運用搜索引擎在網上找到自己真正需要的信息，排除掉繁雜的干擾項，我認為在這個年代這是極其重要的能力。我還學會了如何對待對自己來說難以解決的問題，先開頭就能漸漸步入正軌，最怕的就是原地踏步，不敢開頭。參考文獻[1]張書景,江瑋,馬驚鳴等.泊車機器人在智能停車庫中的應用研究[J].智能城市,2023,9(12):23-25.[2]鄭曉軍,郭星澤,寧詩鐸,等.移動機器人智能車場停車資源調度分配[J].科學技術與工程,2022,22(34):15221-15229.[3]fAutomobile[J].AppliedMechanics&Materials,2012,229-231:607-[4]泊車機器人Ray:老兄快去登機,您的車交給俺[J].可編程控制器與工廠自動化,[5]吳樂.全方位移動泊車機器人的結構設計與實驗研究[D].北京化工大學,2018.[6]