毕业答辩-重力驱动小车的结构设计及运动仿真分析.ppt

东北大学秦皇岛分校控制工程学院2012级本科生毕业论文答辩,答辩人：指导老师：时间：2016年6月16日,重力驱动小车的结构设计及运动仿真分析,框架Scheme,设计内容,结构设计,小车轨迹分析及转向机构运动分析,结论,三维建模及装配,设计内容Content,重力驱动小车是指利用重力势能完成小车的前进及转向驱动，从而沿要求路线进行运动。,设计内容Content,小车能量来源：质量为1kg的物块悬挂在距小车底板5002mm的高度上所提供的重力势能小车通过驱动机构将重力势能转换为动能小车通过行走机构驱动自身向前行走小车通过转向机构自动地避开障碍物,小车示意图,小车行走轨迹,结构设计Structuredesign,三角底板式,骨架式,绳轮式,圆柱齿轮,锥齿轮,同步带,平面曲柄摇杆机构,空间曲柄摇杆机构,凸轮摇杆组合机构,滑块式,螺母式,双轮同步驱动,双轮差速驱动,单轮驱动,链轮式,参数确定Parameterdetermination,根据小车行走轨迹，可将小车轨迹定近似为正弦曲线，轨迹方程为y=psin(x)。,转弯弧长的近似计算,参数确定Parameterdetermination,转弯弧长的近似计算,通过MATLAB平台编写M文件来计算偏距p与s之间的关系。,取p=0.35m，则对应小车行走一个周期的弧长s2.5m。,参数确定Parameterdetermination,齿轮参数确定,小车完成一个周期的运行，弧长s=2.5m。假设后轮直径是180mm，计算可以得到，小车经过一个周期的行走，后轮转过圈数n1=2.5m/0.18m5在此过程中小车前轮向左和向右转向各一次，即曲柄轴转过圈数为n2=1，以满足小车重复绕障的要求。即确定齿轮传动的传动比i=5选取小齿轮齿数z1=17，大齿轮齿数z2=85，齿轮模数m=1.25，按标准参数设计该齿轮传动。小车轨迹方程为y=0.35sin(x)。,参数确定Parameterdetermination,转向机构参数的确定,条件：=0、K=1时，无急回特性,通过MATLAB编程计算最终确定的机构尺寸为：a=30mmb=98mmc=63mmd=112mm。,MATLAB/Simulink分析,通过原动机构、传动机构、转向机构以及行走机构的运动关系，建立小车运动的数学模型，通过MATLAB求解可得小车运动轨迹如上图所示。其中，红色曲线是前轮轨迹，蓝色曲线是后轮轨迹。由图可知，前轮轨迹曲线偏距p0.35，与预定的正弦曲线相吻合。,MATLAB轨迹分析,MATLAB/Simulink分析,Simulink转向机构建模分析,空间曲柄摇杆机构仿真模型,MATLAB/Simulink分析,转向机构分析曲线,Inventor三维设计及装配仿真,小车零件特征的创建,以小车后轮为例，简要介绍Inventor建模过程,创建草图,添加特征,零件,Inventor三维设计及装配仿真,零件特征的设置,材料设置,零件代号及零件名称设置,Inventor三维设计及装配仿真,齿轮传动的生成,在部件环境中，通过设计加速器直接生成齿轮三维模型，提高建模效率,Inventor三维设计及装配仿真,1滑轮，2立杆，3大齿轮，4曲柄轴，5摇杆，6摇杆支撑座，7前轮，8前轮轴，9前叉，10连杆，11车架，12曲柄，13支撑架，14后轮，15绳轮，16驱动轴，17小齿轮，18滑轮轴，19滑轮支撑架，20顶盘,重力驱动小车装配图,Inventor三维设计及装配仿真,干涉检查,干涉检查是实现运动仿真的基础。在“检验”选项卡中选择“干涉检查”按钮，最后选择需要检查的零件。干涉出现的时候不一定通过修改尺寸以达到最优。可以通过检查约束配合的关系，也能轻易排除干涉,Inventor三维设计及装配仿真,运动仿真,运动仿真环境设置,添加运动约束,驱动,仿真分析,捕捉动画,结论Conclusion,通过方案对比获得小车的六大基本结构，该结构符合小车的工作要求，保证小车行驶稳定、协调、行驶距离远,由MATLAB/Simulink分析得知，小车运动轨迹满足要求，转向机构采用的空间曲柄摇杆机构，结构简单，运动