创新整理小帮手机器人设计说明书

齐齐哈尔大学创新整理小帮手机器人设计说明书 创新整理小帮手机器人 学院：机电工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 2 1多功能家居整理小助手功能简介 随着社会不断向前发展，科学技术日新月异，取得了人类前所未有的成就，人们的生 活水平不断提高，生活节奏也不断加快。在人们的观念中，对生活质量的要求也越来越高。 人们在忙碌的工作下，更多追求生活环境舒适和关注生活的轻松氛围。但目前市场上还没有 能真正满足人们在生活上所需要的小助手来很好地给予提供服务。而根据市场分析和人们的 需求，我们小组设计出一款多功能家居整理小助手，它综合化、多功能、全面化、环保型， 多功能家居整理小助手主要用于家庭便捷服务，它不但可以帮助人们搬运物品还可以进行打 扫卫生的简单操作，例如它可以帮助主人投递垃圾、拿所需物品也可以拿一些比较有危险性 的物品例如炙热的烤盘等等。在疲劳的时候，在有危险的时候动动手指就可以坐享其成是一 件多么美妙的事情。 2.多功能家居整理小助手设计方案与创新构思 多功能家居整理小助手主要借鉴于慧鱼模型中三轴小助手的基本结构，然后根据自己的创意 来改进各个机构，在改进的机构中，也有一些独特的创新之处，例如，该小助手最突出的创 新之处：由手柄遥控控制器和各个接收器全部控制小助手的整个运动，这由繁琐的程序控制 过渡到简单而轻松便捷的手柄遥控控制；由三自由度到六自由度的改进，同时还在小助手底 座增加了后轮驱动式小车，小车的前轮有转换方向的四杆机构，主要由伺服电机控制小 5.动力源 动力源是系统能量供应部分，是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力 使系统正常运行。其中提供能量的方式包括电能、气能和液压能。 3.2 创新整理小帮手机器人组合模型 多功能家居整理小助手的模型能够展示科学原理和技术过程, 简述了分选机构小助手系 统, 设计并分析了分选机构小助手的主要机构。综合应用了机械技术、系统技术、自动控制 技术、传感检测技术、伺服传动技术及系统总体技术等群体技术,从系统的观点出发,根据系 统功能目标和优化组织结构目标,以动力、结构、运动和感知等组成要素为基础,对各组成要 素及相互之间的信息处理、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究,使得整个系统有 机结合与综合集成,并在手柄遥控器和各个接收器的有序信息流控制下,形成物质和能量的有 规则运动,在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能 价值的系统工程技术。 3.3 创新整理小帮手机器人分析 这次机械创新设计项目，我们所完成的是慧鱼小助手中的多功能家居整理小助手，它能 够通过手柄遥控控制而实现各种功能的组合与切换，使人们顺利实现所需要的效果，因此操 作范围大，灵活性好。 齐齐哈尔大学创新整理小帮手机器人设计说明书 3 3.3.1 小助手组成 该小助手为多功能家居整理小助手，其机械手爪有夹紧和松开物件的功能，由五个电机 驱动五个自由度的运动，由一个电机控制手爪的夹紧和松开以及两个电机驱动四轮小车后轮。 这样既可实现整体的旋转、水平、垂直运动及手爪的倾斜、旋转、夹紧、松开运动，也可实 现小助手在地面上的空间全方位运动。该小助手可通过手柄遥控控制，从而手柄遥控发出控 制信号到各个相应的接收器，再从接收器传给各个电机，驱动小车以及小助手的运动方向或 行程，从而机械手可以夹取或放置物件。 图 3.1 多功能家居整理小助手机构组成 3.3.2 小助手工作空间形式 该小助手的工作空间形式主要有五个自由度的运动和机械手爪的夹松运动以及小助手的 地面运动。 （1）、自由度一：机械手臂的水平运动，如图 3.2 所示 图 3.2 机械手臂的前后运动 电机输出动能，经减速箱调节速度并传递到丝杆，再通过螺旋机构转化为工作台的前后运动。 （2）、自由度二：机械手臂的垂直运动，如图 3.3 所示 图 3.3 机械手臂的上下运动 4 电机输出动能，经减速箱调节速度并传递到丝杆，再通过螺旋机构转化为水平前后运动，最 后经连杆机构转化为机械手的上下运动。 （3）、自由度三：机械手基座的旋转运动，如图 3.4 所示 图 3.4 机械手基座的旋转运动 电机输出动能，经减速箱调节速度并传递到蜗杆，蜗杆与齿轮啮合传动，齿轮转动带动整个 底座进行旋转运动。 （4）、自由度四：机械手臂的 360 度旋转运动，如图 3.5 所示 图 3.5 机械手臂的 360 度旋转运动 电机输出动能，经减速箱调节速度并传递到小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合传动，大齿轮转动 带动整个机械手进行 360 度旋转运动。 （5）、自由度五：机械手臂的上抬下俯运动，如图 3.6 所示 图 3.6 机械手臂的上抬下俯运动 电机输出动能，经减速箱调节速度并传递到小齿轮，最后通过相应机构运动来带动整个机械 手臂的抬高下俯运动。 （6）、机械手爪的夹紧与放松运动，如图 3.7 所示 图 3.7 机械手夹紧与放松运动 电机输出动能，经减速箱调节速度并传递到传动轴，将杆件的旋转运动通过螺旋机构转化为 手爪的夹紧或松开运动。 （7）、小助手地面运动，如图 3.8 所示 齐齐哈尔大学创新整理小帮手机器人设计说明书 5 图 3.8 小助手地面运动 电机输出动能，经齿轮啮合传动将动力传递到小车的两个后轮，进而驱动后轮运动，从而便 带动小助手在地面运动，实现空间全方位运动。 3.3.3 小助手机械传动方式 （1）、机械手臂的水平运动 机构连杆机构手爪 （7）、小助手地面运动 传动方式为：控制信号电机齿轮机构小车后轮 3.3.4 小助手位移控制方式 该小助手整体与各个控制器连接，并通过手柄遥控器发射信号，将控制信号传输相应的 接收器，再将具体信号输送到电机。为了防止超出行程，各主要机械运动构件附近安装有限 位行程开关，以限制运动的极限位置，同时也是运动的起始位置；当各运动构件运动碰到两 边的限位行程开关后，小助手将停止运动。同时，机械手上的四个限位行程开关都与小车上 的四个小灯相连，这不仅提供了美观，而且控制线路提供了可视度。 3.3.5 小助手地面运动控制方式 小助手的地面运动主要是由四轮小车来控制，通过手柄遥控器控制小车左右前后运动， 同时，由于小车的前轮由四杆机构组成并通过伺服电机控制，这样便能更好地增加了小助手 的灵活性。四轮小车与五自由度小助手的结合，给小助手增加了更多的功能，为小助手能更 好地在空间进行全方位的运动，也为家庭提供更高质量的服务 4.创新整理小帮手机器人应用与发展前景 6 多功能家居整理小助手的应用前景非常可观，在行走方面，加上液压装置和摄像头等 感应器它就可以越过一些障碍物，例如走楼梯等。在它的身体上再添加一些功能例如吸尘、 加湿功能，这样它就能更好的打扫卫生并保持室内湿度；再如嵌入程序加上感应器后它可以 做饭等等，充分地给予人们的生活提供了全方面的服务，像保姆一样贴心，不仅减轻了人们 做家务的负担，而且可以给人们带来轻松舒服的生活。 5.总结 在这次的创新创造组合中，我们经过合理分工和努力，最后在规定的时间内完成了老师 交给我们的任务，使得小助手按要求进行运行。 在经过装配小助手的组装实践活动，学习和理解了小助手的主要由两个部分组成：传动系统 和控制反馈系统，这使得我们更加了解传动部分和控制反馈系统之间的协作运行，弄清楚了 小助手动作的工作原理和顺序，使得实践与理论结合起来，巩固了机械专