机械原理课程设计说明书_爬杆机器人

1、机械原理课程设计设计说明书设计主题：棒状机器人汽车交通工程学院车辆0806班设计师：王佳指导老师：王劲松目录1 .设计主题11.1设计目的1.2设计主题的介绍11.3设计条件和设计要求12 .体育计划设计22.1机器期待的功能要求22.2功能原理设计2.3运动规则设计2.3.1进程动作分解2.3.2体育计划的选择2.3.3执行元件形式设计62.3.4运动和动力分析7执行2.3.5系统运动图83 .计算内容84 .应用的前景10个人总结116 .参考资料12附录，附录，附录，附录。1 .设计主题1.1设计目的机械设计根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各零件的材料和

2、形状尺寸和润滑方式等进行构思、分析和计算，变成制造所依据的工作流程。机械设计是机械产品生产的第一步，是决定机械产品性能的最主要环节，全过程包括创新和发明。目的：综合运用机械原理课程的理论知识，分析和解决与本课程相关的实际问题，进一步加强和深化所学知识。1.2设计主题介绍课程设计名称为“棒式机器人”。这个机器人模仿虫子蠕动的形状往上爬，那个爬虫类使用了简单的曲柄滑块机构。 其中马达固定在曲柄上，驱动装置启动。 曲柄和连杆铰链，另一端分别铰链自锁(上下两个自锁)，它是实现登顶的重要结构。 在自锁有向下运动的倾向的情况下，力的传递传递给自锁，在球、锥形管和圆棒之间形成可靠的自锁，阻止部件向下的运动，

3、使该运动的方向总是朝上(运动意见右图)。1.3设计条件和设计要求首先，确定机器人运动的机构原理和步行管道的相关数据，制定多个运动方案。 查阅相关资料，通过正确计算，对设计主题进行创新的设计和运动仿真，最后在多方面的考虑下确定一系列方案，完成课程设计说明书。2 .体育计划设计这个机器人模仿的动作是沿着杆向上爬，机构整体是曲柄滑块机构，现在设计的机器人爬的杆是圆棒。2.1机器期待的功能要求通过马达的驱动和减速，对曲柄施加绕固定轴旋转的主动力，被该力推压而使与连杆对应的自拍装置动作，两个自拍装置的前后自拍和曲柄连杆机构使机器人上升。2.2功能原理设计通常，一些机器需要用马达启动一系列复杂的机构来正常

4、工作，其中涉及很多简单基本的机械机构。 当然，也可以直接用马达驱动整个机器。 这取决于机器必须完成的工作和设计该机器时面临的各种各样的实际情况。针对这种摇杆机器人，提出了用曲柄滑块机构和气压元件直接驱动的两种设计方案。首先，看看曲柄滑块机构是如何工作的。在平面连杆机构中，能够以固定轴或定点为中心全周旋转的部件称为曲柄。 通过改变平面四轴机构中部件的形状和运动尺寸可以进化为不同的机构形式，对于曲柄滑块机构，可以通过使铰链四轴机构中的操纵杆的长度无限大来进化。 改造机构实际上是曲柄的一端枢轴安装在框架上，另一端枢轴安装在连杆上，连杆的另一端连接滑块，在曲柄进行主动运动时，使连杆移动滑块，在平面的某

5、个范围内进行直线往复运动(图1 )。其次是空气原理。该运动原理与上述曲柄滑块机构相比，在将两个滑块作为自锁装置留下的基础上，省略连接两个滑块的致动器，用两个气缸直接移动两个滑块的上下移动。 这样的设计更直接、简洁，哪个更合理呢？2.3运动规则设计2.3.1过程动作分解首先，基于曲柄滑块机构的启发，考虑了在曲柄和连杆的两端分别铰链2个滑块(作为自锁)，使2个滑块分别作为框架交替上升，实现棒动作。 其中上滑块连接在曲柄上，对应的链路连接在下滑块上。 在机构有向下运动的倾向的情况下，下自锁机构被自锁机构约束不动，将其受到的向下的力转换成向上的动力，机构相反地向上运动。因此，固定电动机和曲柄，传动驱动

6、装置、连杆，将两滑块作为自锁装置。 这个棒机器人的设计组装图如图2所示那上下的自锁是怎么自锁的呢？可以形成图3所示形状(正视图、俯视图):图3所示的两个部件，两者通过铰链能够自由开闭，将其嵌入圆棒后，用销固定在铰链的端部的对边，因此向圆棒的组装和安装变得容易，在调整中继续调整内部结构的具体尺寸也容易。但是，这只是滑块，怎么能实现自锁呢？ 其实很简单，请想想为什么最初把简单的长方形滑块做成上面的形状。 圆棒两端增加了两个阶梯状的“耳朵”，而且这个“耳朵”是中空的。 在这个中空的空间里分别放了两个小球，这个小球的直径比梯形的底边小，比梯形的顶部大(在l台阶顶部的l台阶的顶部，小球挂在梯形的空间里。

7、 此时，因为小球被固定，所以整个自锁套看起来像框架的铰链曲柄。 (参照左下图)2 )曲柄从前端向基端逆时针旋转时，上下的滑块的力与第一的情况相反，下自锁被受力的自锁固定，此时上自锁保持向上移动，曲柄超过基端时出现第一的情况。 于是，两滑块开始环绕地交替上升。 (参照下图)在气压下，由于没有连接用的传动机构，气压机器直接使两个自锁上升。 我们选择两个气缸作为主要的气动元件，利用力和反作用力的原理，分别把上下两个自锁，达到了攀登机器人操纵杆的最终目的。 (参照右上图)2.3.2运动方案的选择上面设计的打棒过程是理想的状况，摩擦力的大小(即管壁和球接触面的摩擦系数)、曲柄超过上下两滑块界限位置时，球

8、在自锁内部运动的关系、自锁进行的向下运动的位移、上下自锁、曲柄和连杆的质量、以及现在，我们把两者的优点和缺点结合起来，重点分析各自的优点和缺点。采用汽缸驱动，必须形式简单，结构简单，从机械设计的角度重视采用基本机构，设计机构简单，可靠。 气缸融合了上述优点，驱动机构直接转动两个自锁滑块，避开两者之间的连接机构，简化了部件间的连接。 另外，该机构具有环境保护等特点，利用空气作为动力源，没有污染运动时的噪音，而且运转速度快，短时间内就能把机器人爬到棒的前端，可以把包作为动力源携带，可以进行无线操作。采用曲柄滑块结构属于平面连杆机构，结构简单，制造容易，运动副低，能承受大的载荷，但很难平衡，所以难以

9、高速使用。 我们设计的机构由电机减速直接驱动，与利用空气原理相比，传动和连接机构更多，但该机构的运用原理简单，设计合理，而且它不仅可以在杆上爬，还可以在弯曲的管道外爬，具体形象如下。如上所述，可以选择“曲柄滑块机构”作为该棒机器人的最终运动方案。2.3.3执行元件形式设计对于上述各种实施方式，在设计该棒机器人时，要全面地考虑所有的要素来确定各部件的尺寸和制造部件的材料。 请不要看下表组织名称部件尺寸选定的材料选择理由曲柄滑块曲柄轴60毫米(轴距)2毫米铝板价格便宜，材质轻，成形后具有时效强化性链接150 (轴距)2毫米铝板价格便宜，材质轻，成形后具有时效强化性锥管(4个)2毫米铝板价格便宜，材

10、质轻，成形后具有时效强化性自锁机构4个球50毫米完成橡皮球采访方便，韧性高，材质轻但是，这样的棒状机构是封闭的机构，怎样才能安装在攀登机器人的管壁上呢？ 由此，设计的自拍装置有多个连接装置，可以在两个形状对称的锥形管的对接部安装铰链，自拍装置可以开闭，自由地包入攀登的棒，然后，在自拍部件的相反侧的接口部上连接销连接销的形状如图4所示。对于这样的机构，一定的摩擦力也是保证自锁的发生的关键。 因此，各部件的材料也有相当大的要求。 经过筛选，制作了曲柄、连杆、锥形管用铝板，球的材料使用橡胶。 橡胶表面粗糙、弹性高的话，在自锁的作用下球会很强地卡住，不会发生自转等滑动现象，会影响机构整体下降爬行的效果

11、。 需要解除自锁时，橡胶具有很高的韧性，可以立即恢复原来的形状，因为无法恢复变形，下一次的爬行动作不会失败。2.3.4运动和动力分析设定曲柄和连杆的长度后，各步骤的各部件的上升位移也自然地计算出来。曲柄逆时针从最下面移动到最上面时，滑块上升曲柄长度的2倍，即120mm。 同样，当曲柄逆时针从最上面转动到最下面时，上滑块也通过120mm (忽略自拍时的下降距离)。然后分析该机构运动一周时的列表(在这种情况下，曲柄位于顶部)曲柄旋转角(逆时针方向)自锁运动的情况进行自锁运动时0-90向上方移动120mm自锁(固定)90-180自锁(固定)向上方移动120mm180-270向上方移动120mm自锁(固定)当然，这种组织并不完美。 首先，所设计的自锁的形状不能适应该机构爬上各种杆。 攀登杆的直径的大小稍有变化，自锁也