1、家用遙控機器人設計說明書,指導教師: 設 計 者: 華中科技大學,1,目 錄,機器人功能用途簡介及工作原理 機器人總圖 設計方案，要求及尺寸選擇 1) 手臂部分 2) 底盤部分 3) 內(nèi)部結構 心得與體會,2,功能簡介 該機器人使用電機驅動，用遙控器控制。機器人由輪子驅動可以在室內(nèi)進行簡單的行走。機器人的手臂可以伸縮，并可以抓取小件物品。機器人的身體可以上下升降，以抓取不同高度的物品。 用途簡介 該機器人設計用于室內(nèi)或較平整的場所，由遙控器控制來抓取小件物品； 主要用于老幼病弱在家中取水，藥品，及毛巾等。該機器人設計用于室內(nèi)或較平整的場所，由遙控器控制來抓取小件物品；主要用于老幼病弱在家中取水

2、，藥品，及毛巾等。 工作原理 該機器人主要由三部分組成：手臂部分，主體部分，底盤部分。 手臂部分是該機器人設計的主要部分。其大致分為手臂連桿機構， 手爪部分，滑塊及固定桿。滑塊在固定桿上移動，推動手臂連桿機構作相應的運動。連桿機構可以作前后伸縮，左右擺動。手爪部分用于抓取物品，利用鋼絲繩傳動。 主體部分是利用馬達傳動，供給手臂部分以運動的動力。主體內(nèi)部依靠齒輪系變換傳動比，并用絲桿與底盤相連，靠絲桿的轉動來使主體部分上升下降。 底盤部分也是利用馬達傳動，靠輪子的運動使機器人相對于地面運動，并能實現(xiàn)轉彎。底盤通過導桿及絲桿與主體相連。 目錄,3,機器人總圖,目錄,4,設計方案，要求及尺寸選擇手臂

3、部分,目錄,5,機構簡介 手臂部分通過三個四桿機構并聯(lián)組合來達到傳動要求。 AF，BC，DE，EJ四桿構成的四桿機構主要完成手臂的前后伸縮功能，通過B點沿固定桿的上下移動來達到手臂協(xié)調地前后運動。而AH (固定桿，垂直），HG，GF，AF四桿主要是控制GF桿在任何時候都為垂直，這樣可將GF桿也視為固定桿，通過GFJI這個平行四邊形使得手爪永遠都是水平放置的。 a構件為蝸桿，它通過與固連在固定桿上的蝸輪之間的傳動來調節(jié)手臂的 左右擺動。 b構件為圓盤，實際為曲柄，他調節(jié)B點的上下移動。 C構件也為曲柄，它通過鋼絲繩來調節(jié)手爪的抓取動作。 設計方案 1.手爪部分采用類似自行車剎的結構，用鋼絲繩傳動

4、，減少了機構的復 雜度。也可采用油壓傳動控制手爪，則會增加制造成本和維護費用；或采用連桿機構傳動，由于手臂中間有一個彎曲，力的傳動比較難以實現(xiàn)，并且這樣機構就顯得復雜得多。另外一個方案是用兩根絲繩控制，一根控制手爪的抓緊，另一根控制松開，但這樣很明顯會增加部件，且抓緊時力度不易控制。,6,2. 手臂部分采用三個四桿機構。要實現(xiàn)手臂的上下轉動，若采用齒輪實 現(xiàn)(見圖）,則其力學性能不好， 不能承受大的力矩。并且前臂 的動作很難控制與后臂 協(xié)調。 從傘中得到啟發(fā)，采用一個平 行四邊形四桿機構，可以得到 很大的扭矩，并且前后手臂運 動非常協(xié)調。 3. 手爪要使其水平放置，才有 利于抓取易打翻的物品。

5、若將 手爪直接焊接在前臂上（見圖）， 顯然不能保持水平。因此，采用 兩個平行四邊形機構實現(xiàn)其水平。 4.手臂的轉動則是采用固定導桿 的轉動實現(xiàn)，并且采用蝸輪蝸桿 傳動，有良好的自鎖性能，機構 簡單且傳動比合適。,7,5.B點處的滑塊結構如右圖所示. 滑塊分為上下兩部分,上下滑塊間有磙子, B點處的連桿為手臂部分的連桿.在推桿的 作用下, 下滑塊將作上下移動, 且推動上滑 塊作上下移.而上滑塊還將隨固定桿轉動. 磙子起分離兩滑塊運動的作用. 設計尺寸 運動要求: 設定手臂的運動范圍 在如下圖所示的120度范圍內(nèi). 機構尺寸: 設定 AC=10cm, BC=15cm, AF=HG=25cm, CD

6、=EF=5cm, CF=DE=15cm, GF=AH=5cm, GI=FJ=20cm, 蝸桿n=150r/min, 蝸輪Z=25,則n=6r/min. 則，B點的運動范圍為距離A點6cm至24cm范圍內(nèi)。 H=18cm. 因此,圓盤b的最小直徑至少為18cm。 手爪長度為10cm（內(nèi)有橡皮），手爪上彈簧的強度系 數(shù)為k=0.5.,8,底盤部分,目錄,9,機構簡介 底盤是一個簡化了的普通汽車底盤，它靠后輪驅動，前輪控制轉向。動力是由電動機提供的。后輪驅動系統(tǒng)主要是由一個行星齒輪系控制。它能夠使得兩個輪胎的轉角不同，從而能順利實現(xiàn)轉彎。并且它由蝸輪蝸桿控制，使得轉速穩(wěn)定，且能夠實現(xiàn)自鎖，防止發(fā)動機

7、停轉后車輪繼續(xù)運動。前輪轉向系統(tǒng)主要是由一個等腰梯形機構控制。通過一系列齒輪的減速作用，控制蝸輪緩漫轉動，而通過蝸輪的轉動來控制等腰梯形，從而使得前輪兩輪胎的轉角不同，順利實現(xiàn)轉彎。 設計方案 對于轉向系來說,可以設計為 矩形的轉向機構,但矩 形機構轉向兩輪是平行的,因而輪子會產(chǎn)生滑動摩 擦.但等腰梯形轉向機構則可以保證兩輪法線交于 后輪的延長線上,只產(chǎn)生滾動摩擦。后輪采用差速 器也是考慮到防止輪子發(fā)生滑動摩擦，減少壽命。 同時采用蝸輪蝸桿 ，而不直接采用齒輪傳動，實現(xiàn)即停。設計參數(shù) 設計參數(shù) 1） 底盤后輪的轉速設計為30轉/分，電機轉速為750轉/分。電機到后輪的傳動比為1：25，蝸輪6齒

8、數(shù)為25。 （差速器傳動比均為1：1） 2）轉彎時轉速為5轉/分，傳動比為1：160。 3）Z1=20；Z2=40；Z3=20；Z4=40，蝸輪5齒數(shù)為40。,10,內(nèi)部結構,目錄,11,機構簡介 內(nèi)部由電動機帶動,在齒輪系的傳動作用下,使得蝸桿a,圓盤b,c,各自完成相應的動作. 齒輪齒數(shù)簡述如下: 模數(shù) M=4mm, 齒數(shù) 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. 電機轉速設定為 N=750r/min. 傳動比：從電

9、機到絲桿（d)為7.5/1,從電機到蝸桿(a)為10/1,從電機到圓盤（b)為243/1,從電機到圓盤（c)為243/1。 設計方案 為了減小轉速，使用了齒輪系傳動。因為要求最終轉速非常小，采用 行星齒輪系的傳動，使得傳動比大大增加，而且減小了占用空間。行 齒輪的傳動比i25=n2/nH=1-(Z3Z4/Z2Z3). 為了使主體部分能相對于底盤升降，采用了絲桿傳動。,12,-魏博濤 在這不長的設計過程中，我學會了很多。 我以前以為機械設計是一件很容易的事情，但實際上并非如此。如果要把每一個細節(jié)都搞得清清楚楚，每一個小問題都不放過，如果要把每一個機構都設計得最優(yōu)，那還是要動一點腦筋的。有時候甚至

10、想破腦殼，僅僅為了一個小問題，僅僅為了有一點點不滿意的地方。比如說手臂的水平問題，起初想找一個水平基面，就在前臂上做了一個平行四邊形的四桿機構，后來經(jīng)過仔細考慮，發(fā)現(xiàn)這樣并不能保證手臂的完全水平，只有另外找一個垂直基面，用了兩個四桿機構，才保證手爪的始終水平。正所謂看事容易做事難，一個小設計況且如此，大東西就可見一斑了。 從設計中，我對機械原理和各種機構的功能 與作用的理解更加深刻，為了實現(xiàn)某些功能，我要思考到底是用連桿機構呢，還是凸輪機構， 傳動是采用齒輪好還是蝸輪蝸桿好。在參數(shù)設計過程中，我對各種部件的基本參數(shù)及其之間的換算關系有了更加深刻的認識。同時從圖書館的書中得到了許多課本以外的東西

11、。 在設計中，我懂得了互相協(xié)作的精神。光靠一個人的力量是做不好也做不成事情的。只有大家分工合作，才可以在短期內(nèi)完成一項大的工作，只有大家一起出點子，才能把工作做的最好。 機械是一個很巧妙的東西，只要善于動腦筋，就可以讓他為我們做事。,目錄,心得與體會,13,-楊雁群 經(jīng)過十天的 機械設計實踐，我體會了創(chuàng)業(yè)與創(chuàng)新的艱辛。豐富的想象力 ，巧妙的構思需要我們自己動手來實現(xiàn).俗話說:“三個和尚沒水喝.”但我認為,只要合理的分工合作,三個臭皮匠必然能湊成個諸葛亮. 我經(jīng)過了對的學習,初步了解了一些關于機械方面的知識,經(jīng)過這次機械設計,我更加理解了這方面的知識,學以至用,用中求新. 機械設計不是一個簡單零

12、件的拼湊,它給了我們一個自己動腦,自己動手的機會,使我懂得只有動腦與動手的結合,才能使自己的理想變?yōu)楝F(xiàn)實.理論與實踐缺一不可. 剛開始時，我以為做一個機構實在太簡單了，在設計中才發(fā)現(xiàn)在腦中醞釀的機械構造并不一定行得通，只有通過動手運用已學的機械學規(guī)律才能正確確定機械結構。方案的確定只是機械設計的開始一步，畫示意圖也是對AUTOCAD的更一步熟悉。有時在考慮尺寸大小時，示意圖需要大幅度改動，才能符合要求，于是又重畫，如此反復多次。真正創(chuàng)業(yè)的艱辛就可想而知了。 十天的機械設計相對于我們以后的工作生涯來說是短暫的，但它又是重要的。它使我們在步入社會前，參加工作前，對工作有了一個初步的接觸和認識，為畢業(yè)時快速適應工作奠定了基礎。,14,-陳躍華 在這次機械設計中，我不僅對機械原理有了更加深刻的認識，而且對 他有關方面的知識也有了進一步的認識。 多種思維方法導致了設計方案的多種多樣；但要確定一種最佳方案確實要花一點工夫，我們這一組經(jīng)過了多方面的考慮，花了幾天時間最終才確定了這種方案，其中也從身邊不同事物中吸取精華，采用了如傘的機構原理來設計手臂機構，從自行車中得到體會，確定了手爪抓取物品的控制方案，其中走了許多彎路，也是深有感觸，手臂機構的方案就花了好長時間，走了不少的路，饒來饒去最終確定方案，確定方案以