【机械】机器人执行机构设计（删减版）

MEI8er王维USTBRobocon2013机器人执行机构设计专业：机械工程学院机械电子工程邮箱：wangwei_540122@163.com2013北京科技大学机器人竞赛第八届机器人大赛挑夫机器人三维模型实物主要内容1.执行机构设计2.常用机构简介3.夹持机构设计一、执行机构设计满足设计要求的基本功能以简单稳定为重要考虑因素（在满足要求的情况下，机构越简单越好）强调创新1.机构设计原则⒉机构设计步骤原理设计选择动力零件设计（1）原理设计原理图实物图（2）选择动力电机舵机（3）零件设计1）零件设计参照原则：满足结构设计中的基本功能要求以精简重量为重要考虑因素加工精度要求合理标准化、通用化、统一化原则经济原则2）零件加工的常用材料：铝材、钢材、木材、碳纤、玻纤、有机玻璃、塑料、尼龙等底盘设计框架材料为20x20x2，20x30x2，38x28x3的角铝，20x20x1.0和25x25x1.0的盒铝，19×2.0的片铝，U形铝材。以上尺寸均为型材截面尺寸，单位mm。本届校内赛提供的主要型材

20x30x2角铝20x20x1.0盒铝U形铝3）零件设计的一般步骤：关键尺寸载荷情况

材

料加工工艺图纸初稿校核（cad）定稿加工二、常用机构简介思考问题把旋转运动转换成直线运动的机构有哪些？1、丝杠螺母

2、齿轮齿条足球小车3、凸轮

各种基本机构的演示网站（种类很全）/jxkj/jigouyundong/4、曲柄滑块

牛头刨床工作原理

5、带传动链传动6、拉线

7、四杆机构

8、展架展架阻挡机构展架提升机构

图5.11北京奥运会活字模结构08年北京奥运会活字模结构展架的应用9、棘轮

a）弹簧限位

b）弹簧蓄能

C）用弹簧实现柔性连接

d）码盘中弹簧的悬挂作用10、弹簧三、夹持机构设计一、夹持机构的设计思路仔细研究比赛规则考虑种子的外形、尺寸大小、表面特性、重量、位置。考虑整车结构空间布局1、前期准备阶段（1）整车布局设计（2）夹持机构原理设计（3）选择动力源（一般采用舵机）（4）零件设计（5）材料选择2、方案设计阶段3、加工、组装及调试阶段零件加工零件装配机构调试加电测试与底盘连接（刚性or柔性）该机构由弹簧合页提供夹持力，两边各有一个合页带动一个小臂夹紧积木，当需要投放积木时，由电机经钢丝绳拉开合页。弹簧合页夹持机构弹簧合页及其组成1、第五届：弹簧合页夹持机构二、设计范例2、第五届：仿剪刀夹持机构该机构核心零件为两个关节，选用铝材，用电火花线切割加工。夹子的一个臂是固定的，另外一个臂可以相对它转动，从而使两臂夹紧。创意简单，动作比较容易实现，但是力量和执行速度都比较差。3、第七届：舵机夹持机构该机构由舵机提供动力，通过舵机臂和连杆带动夹臂运动，从而实现对积木的夹取和释放。由于夹取积木时，舵机长时间受力堵转，容易烧坏。所以加了阻尼避震器作为柔性连接，起到保护舵机的作用。该手爪实际是一个四杆机构，以舵机臂最短杆为主动件。由于27mm+260mm<220mm+76mm，符合最长最短杆原理，又因为该机构以最短杆为主动件，所以为曲柄摇杆机构。连杆机构的相关知识可以去查阅机械设计和机械原理的书籍。第十届比赛中，需要夹取荷灯，一个组装好的荷灯总重为1.8kg，假如采用夹持的方式，假定相接触的两种材料的摩擦系数为0.45，则该机构的最小夹持力为40N，采用舵机夹持已不能满足要求。假如采用从下往上托起的方式，因为考虑到整车的机构布置的空间最后决定放弃。考虑到所需要的夹持力比较大，采用了气缸驱动的方式，设定气压值为0.6MPa，气缸内径为10mm，则气缸轴所能提供的力为47.1N，然后采用四杆机构和杠杠原理可以将气缸轴的力进行分解和放大。气缸连杆夹持机构4、第十届：气缸连杆夹持机构气动快速提升型自动机器人在比赛中需要夹持三样道具：荷花，花朵和烛焰。这三个道具各不相同，但具有一定的共性：夹持部分为圆柱体。相比立方体来说，圆柱体夹持受力面积小，难度更大。5、第十届：气缸快速提升型自动机器人夹持机构6、第十届：自锁式三面夹持机构自锁式夹持机构的设计特点：1、夹持的物体重量越大，夹持力就越大，能够轻松夹持组装好的荷灯；2、被动式夹持，不需要动力源；3、夹持稳定性好，能在晃动较大的情况下夹紧荷灯；4、机械结构较复杂，三个小气缸，气路较复杂。此机构是为了实现同时夹取三炷香而设计的，由三根方铝来确定三根香的精确位置，通过汽缸活塞杆的运动带动连杆来联动夹取，速度更快，效率更高。7、第十届：气缸三联动夹持机构8、第十届：简易气缸夹持机构一体化设计模块化思想简洁美观三、本届校内赛的机构设计初步构想（仅供参考）种子比赛场地尺寸图三阶魔方57mm×57mm1、舵机齿轮夹2、舵机连杆夹航模队08年参加全国航模竞赛制作的夹取机构3、舵机连杆夹（带翻转）3、舵机剪刀夹4、连杆夹5、连杆凸轮夹以上夹持机构仅供参考，请勿抄袭，否则会严重影响考核成绩。申明个人设计体会认真细心Team精神idea妥协坚持不懈模块化思想勇于大胆创新敢于动手试验敢于吃苦耐劳补充说明1、报名截止日期延长到本周日晚上，发邮件有回复才算报名成功。

再次提醒邮箱：ustbrobocon@163.com2、QQ群扩容到500人，所有参赛同学都可以加

QQ群：北科机器人校内赛1441028253、自由组队4、组队报名成功的，可以提前做设计和方案（考核要求见QQ群共享）5、没组队的同学，抓紧时间（QQ、人人网）