关于音乐机器人的结构设计说明.doc

音乐机器人结构设计说明 音乐机器人结构设计说明工业设计专业2010211404班组长：齐士博组员：王尔 杨华关于音乐机器人的结构设计说明1、 综述：1、音乐机器人的驱动装置设计：本机器人驱动系统包括驱动器和传动机构，并和执行机构连成一体，能够很好的带动机器人相关动作的实现。我们这里采用的是价格比较低廉但却可以直接实现数字控制的步进电机。步进电机控制结构简单，控制性能好，通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制。这样电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，从而达到很好的控制机器人手臂抬起高度、旋转角度等问题。并且同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，达到调速的目的，从而能调节音乐机器人敲击乐器的速度（即能够使音乐富有高低起伏的节奏感和韵律感）2、材料的选择与减重的实现：机器人的材料应根据机器人的工作状况来选择。根据设计要求，机器人手臂要完成各种运动。因此，对材料的一个要求是作为运动的部件，它应是轻型材料。而另一方面，手臂在运动过程中往往会产生振动，这将大大降低它的运动精度。因此，在选择材料时，需要对质量、刚度、阻尼进行综合考虑，以便有效地提高手臂的动态性能。机器人材料首先应是结构材料。手臂承受载荷时，不应有变形和断裂。从力学角度看，即要具有一定的强度。手臂材料应选择高强度材料，机器人手臂是运动的，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比较轻。综合而言，应该优先选择强度大而密度小的材料做手臂。由于此音乐机器人体积较小，类似于工艺品或者说是玩具，并且最后要实现批量化生产，所以材料选择上应该以廉价、可靠为标准，这里我们计划用聚氯乙烯（PVC），PVC是世界上产量最大的塑料产品之一，价格便宜，应用广泛，在聚氯乙烯树脂中加入适量的增塑剂，可制成多种硬质、软质材料。有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击能力，可单独用做结构材料，且生产工艺简单，加工成型容易，故机器人身体就可以采用此种材料。3、 电源的选择：我们的机器人在设计上采用独立电源，内嵌于机器人的身体内部，所以采用了体积较小、容量较大的锂电池作为电源 （12V电压供电足矣）我们选择它的原因： 1 能量比较高。具有高储存能量密度，目前已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍；2使用寿命长，使用寿命可达到6年以上，有可以使用10,000次的记录，不用繁于拆卸维修。3额定电压高（单体工作电压为3.7V或3.2V），较小的电池便能提供足够的电压驱动机器人，效率高4.无记忆效应，不像某些电池（如镍镉电池）在充放电的过程电容会减少，锂电池在经过多次充放电之后仍能保持活力。5.自放电率很低，节省电量6.重量较轻，放在这款机器人里面方便移动。7.绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。4、 主控制器：主控制器采用单片机，处理相关指令，然后将电信号发送至各个关节，实现角度的转动。单片机内联各个关节电机，外联电脑，通过电脑向单片机传输指令，然后实现机器人的运动。5、 预期效果：造型精美，功能齐全，可批量化生产，成本低廉、质量可靠的新一代音乐机器人。2、 整体结构位置布局：示意图如下：3、 细节机构说明：1、 腰部示意图及驱动原理：2、 手臂处结构示意图及驱动原理：（说明：手臂处采用蜗轮蜗杆设计机理，当机器人处于断电状态或者没电情况下时，可以保证机器人的手臂不因为重力而掉下来，或者说外界因素不能使它随意运动，除非它自己内置动力驱动的时候，实现很好的自锁性。）3、 敲击处手臂的设计：（说明：手臂敲击处因为总会与乐器发生碰撞，所以需要较好的减震性来实现震动与机器人身体的脱离，保证机器人主体处于良好的环境下从而延长机器人的寿命。此处的手臂减震维度共有