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家用遥控机器人设计,目 录,机器人功能用途简介及工作原理机器人总图设计方案,要求及尺寸选择 1) 手臂部分 2) 底盘部分 3) 内部结构心得与体会,功能简介 该机器人使用电机驱动,用遥控器控制。机器人由轮子驱动可以在室内进行简单的行走。机器人的手臂可以伸缩,并可以抓取小件物品。机器人的身体可以上下升降,以抓取不同高度的物品。用途简介 该机器人设计用于室内或较平整的场所,由遥控器控制来抓取小件物品; 主要用于老幼病弱在家中取水,药品,及毛巾等。该机器人设计用于室内或较平整的场所,由遥控器控制来抓取小件物品;主要用于老幼病弱在家中取水,药品,及毛巾等。工作原理 该机器人主要由三部分组成:手臂部分,主体部分,底盘部分。 手臂部分是该机器人设计的主要部分。其大致分为手臂连杆机构, 手爪部分,滑块及固定杆。滑块在固定杆上移动,推动手臂连杆机构作相应的运动。连杆机构可以作前后伸缩,左右摆动。手爪部分用于抓取物品,利用钢丝绳传动。 主体部分是利用马达传动,供给手臂部分以运动的动力。主体内部依靠齿轮系变换传动比,并用丝杆与底盘相连,靠丝杆的转动来使主体部分上升下降。 底盘部分也是利用马达传动,靠轮子的运动使机器人相对于地面运动,并能实现转弯。底盘通过导杆及丝杆与主体相连。 目录,机器人总图,目录,设计方案,要求及尺寸选择手臂部分,目录,机构简介 手臂部分通过三个四杆机构并联组合来达到传动要求。 AF,BC,DE,EJ四杆构成的四杆机构主要完成手臂的前后伸缩功能,通过B点沿固定杆的上下移动来达到手臂协调地前后运动。而AH (固定杆,垂直),HG,GF,AF四杆主要是控制GF杆在任何时候都为垂直,这样可将GF杆也视为固定杆,通过GFJI这个平行四边形使得手爪永远都是水平放置的。 a构件为蜗杆,它通过与固连在固定杆上的蜗轮之间的传动来调节手臂的 左右摆动。 b构件为圆盘,实际为曲柄,他调节B点的上下移动。 C构件也为曲柄,它通过钢丝绳来调节手爪的抓取动作。设计方案 1.手爪部分采用类似自行车刹的结构,用钢丝绳传动,减少了机构的复 杂度。也可采用油压传动控制手爪,则会增加制造成本和维护费用;或采用连杆机构传动,由于手臂中间有一个弯曲,力的传动比较难以实现,并且这样机构就显得复杂得多。另外一个方案是用两根丝绳控制,一根控制手爪的抓紧,另一根控制松开,但这样很明显会增加部件,且抓紧时力度不易控制。,2. 手臂部分采用三个四杆机构。要实现手臂的上下转动,若采用齿轮实 现(见图),则其力学性能不好, 不能承受大的力矩。并且前臂 的动作很难控制与后臂 协调。 从伞中得到启发,采用一个平 行四边形四杆机构,可以得到 很大的扭矩,并且前后手臂运 动非常协调。 3. 手爪要使其水平放置,才有 利于抓取易打翻的物品。若将 手爪直接焊接在前臂上(见图), 显然不能保持水平。因此,采用 两个平行四边形机构实现其水平。 4.手臂的转动则是采用固定导杆 的转动实现,并且采用蜗轮蜗杆 传动,有良好的自锁性能,机构 简单且传动比合适。,5.B点处的滑块结构如右图所示. 滑块分为上下两部分,上下滑块间有磙子, B点处的连杆为手臂部分的连杆.在推杆的 作用下, 下滑块将作上下移动, 且推动上滑 块作上下移.而上滑块还将随固定杆转动. 磙子起分离两滑块运动的作用.设计尺寸 运动要求: 设定手臂的运动范围 在如下图所示的120度范围内. 机构尺寸: 设定 AC=10cm, BC=15cm, AF=HG=25cm, CD=EF=5cm, CF=DE=15cm, GF=AH=5cm, GI=FJ=20cm, 蜗杆n=150r/min, 蜗轮Z=25,则n=6r/min. 则,B点的运动范围为距离A点6cm至24cm范围内。 H=18cm. 因此,圆盘b的最小直径至少为18cm。 手爪长度为10cm(内有橡皮),手爪上弹簧的强度系 数为k=0.5.,底盘部分,目录,机构简介 底盘是一个简化了的普通汽车底盘,它靠后轮驱动,前轮控制转向。动力是由电动机提供的。后轮驱动系统主要是由一个行星齿轮系控制。它能够使得两个轮胎的转角不同,从而能顺利实现转弯。并且它由蜗轮蜗杆控制,使得转速稳定,且能够实现自锁,防止发动机停转后车轮继续运动。前轮转向系统主要是由一个等腰梯形机构控制。通过一系列齿轮的减速作用,控制蜗轮缓漫转动,而通过蜗轮的转动来控制等腰梯形,从而使得前轮两轮胎的转角不同,顺利实现转弯。设计方案 对于转向系来说,可以设计为 矩形的转向机构,但矩 形机构转向两轮是平行的,因而轮子会产生滑动摩 擦.但等腰梯形转向机构则可以保证两轮法线交于 后轮的延长线上,只产生滚动摩擦。后轮采用差速 器也是考虑到防止轮子发生滑动摩擦,减少寿命。 同时采用蜗轮蜗杆 ,而不直接采用齿轮传动,实现即停。设计参数 设计参数 1) 底盘后轮的转速设计为30转/分,电机转速为750转/分。电机到后轮的传动比为1:25,蜗轮6齿数为25。 (差速器传动比均为1:1) 2)转弯时转速为5转/分,传动比为1:160。 3)Z1=20;Z2=40;Z3=20;Z4=40,蜗轮5齿数为40。,内部结构,目录,机构简介 内部由电动机带动,在齿轮系的传动作用下,使得蜗杆a,圆盘b,c,各自完成相应的动作. 齿轮齿数简述如下: 模数 M=4mm, 齿数 Z1=20, Z2=60, Z2=30, Z2”=20, Z2”=18, Z3=40, Z3=27, Z4=20, Z5=Z6=Z6=Z7=20, Z7=Z7”=25, Z8=Z9=25,Z10=50,Z11=35. 电机转速设定为 N=750r/min. 传动比:从电机到丝杆(d)为7.5/1,从电机到蜗杆(a)为10/1,从电机到圆盘(b)为243/1,从电机到圆盘(c)为243/1。 设计方案 为了减小转速,使用了齿轮系传动。因为要求最终转速非常小,采用 行星齿轮系的传动,使得传动比大大增加,而且减小了占用空间。行 齿轮的传动比i25=n2/nH=1-(Z3Z4/Z2Z3). 为了使主体部分能相对于底盘升降,采用了丝杆传动。,在这不长的设计过程中,我学会了很多。 我以前以为机械设计是一件很容易的事情,但实际上并非如此。如果要把每一个细节都搞得清清楚楚,每一个小问题都不放过,如果要把每一个机构都设计得最优,那还是要动一点脑筋的。有时候甚至想破脑壳,仅仅为了一个小问题,仅仅为了有一点点不满意的地方。比如说手臂的水平问题,起初想找一个水平基面,就在前臂上做了一个平行四边形的四杆机构,后来经过仔细考虑,发现这样并不能保证手臂的完全水平,只有另外找一个垂直基面,用了两个四杆机构,才保证手爪的始终水平。正所谓看事容易做事难,一个小设计况且如此,大东西就可见一斑了。 从设计中,我对机械原理和各种机构的功能 与作用的理解更加深刻,为了实现某些功能,我要思考到底是用连杆机构呢,还是凸轮机构, 传动是采用齿轮好还是蜗轮蜗杆好。在参数设计过程中,我对各种部件的基本参数及其之间的换算关系有了更加深刻的认识。同时从图书馆的书中得到了许多课本以外的东西。 在设计中,我懂得了互相协作的精神。光靠一个人的力量是做不好也做不成事情的。只有大家分工合作,才可以在短期内完成一项大的工作,只有大家一起出点子,才能把工作做的最好。 机械是一个很巧妙的东西,只要善于动脑筋,就可以让他为我们做事。,目录,心得与体会,经过十天的 机械设计实践,我体会了创业与创新的艰辛。丰富的想象力 ,巧妙的构思需要我们自己动手来实现.俗话说:“三个和尚没水喝.”但我认为,只要合理的分工合作,三个臭皮匠必然能凑成个诸葛亮. 我经过了对的学习,初步了解了一些关于机械方面的知识,经过这次机械设计,我更加理解了这方面的知识,学以至用,用中求新. 机械设计不是一个简单零件的拼凑,它给了我们一个自己动脑,自己动手的机会,使我懂得只有动脑与动手的结合,才能使自己的理想变为现实.理论与实践缺一不可. 刚开始时,我以为做一个机构实在太简单了,在设计中才发现在脑中酝酿的机械构造并不一定行得通,只有通过动手运用已学的机械学规律才能正确确定机械结构。方案的确定只是机械设计的开始一步,画示意图也是对AUTOCAD的更一步熟悉。有时在考虑尺寸大小时,示意图需要大幅度改动,才能符合要求,于是又重画,如此反复多次。真正创业的艰辛就可想而知了。 十天的机械设计相对于我们以后的工作生涯来说是短暂的,但它又是重要的。它使我们在步入社会前,参加工作前,对工作有了一个初步的接触和认识,为毕业时快速适应工作奠定了基础。,在这次机械设计中,我不仅对机械原理有了更加深刻的认识,而且对 他有关方面的知识也有了进一步的认识。 多种思维方法导致了设计方案的多种多样;但要确定一种最佳方案确实要花一点工夫,我们这一组经过了多方面的考虑,花了几天时间最终才确定了这种方案,其中也从身边不同事物中吸取精华,采用了如伞的机构原理来设计手臂机构,从自行车中得到体会,确定了手爪抓取物品的控制方案,其中走了许多弯路,也是深有感触,手臂机构的方案就花了好长时间,走了不少的路,饶来饶去最终确定方案,确定方案以后也不是一帆风顺,画图写文本也花了不少的心血,其中的劳累怎一个苦字了得,单就内部结构的示意图就画了十几便。 在这次设计中,我们还是忽略了一些问题,造价,实用性问题,而且在机构中,我们还忽略了有关电磁方法的设计,名为遥控,其实并没有设计遥控的部件。 设计中,我还体会到了团结精神重要性,三人合心,其利断金,我们在不断的争吵中使得方案进一步完善,“三人行,必有我师”,我也从组员之间学到了不少的东西。,
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