1、第八屆浙江省大學生機械設計說明書作品內容簡介根據第八屆浙江省大學生機械設計競賽的設計制作要求，我們設計的機器人具有行進裝置、升降和伸縮裝置、分開裝置和夾緊裝置，可順利完成規(guī)定的救援功能。本機器人采用四輪驅動行走機構，便于控制行走方向。整個機器人手臂采用關節(jié)設計，車身地盤采用長方形結構，巧妙的安裝其他設計機構。整個機構手臂經過精心設計，能快速的掀開蓋子取物。地盤分離裝置巧妙的利用連桿杠桿原理，可在最快速度內撐開和縮緊，很大程度上縮短了過橋的時間。蝸輪蝸桿機構采用了功率大電機，在小車抓取圓柱時能輕松的舉起，同時使受力保持在小車的中心，使小車的舉起移動時不會倒偏。夾緊裝置采用絲桿帶動連桿機構，能夠快

2、速的夾取物件，同時具有自鎖性，物價夾取了以后不會掉落。手指采用折線形狀，可增多與物體的接觸點，提高抓取物體的可靠性。研究背景及意義近年來多發(fā)的自然災害如地震、火災、洪水,人為的恐怖禍害如恐怖活動、武力沖突, 以及由炭疽熱、禽流感等生化病毒和有毒物質、輻射性物質等帶來的恐怖, 威脅著人們的安全, 引起了人們廣泛的關注。雖然人們對各種災難的警覺和反應能力有所提高, 但在處理破壞性災難事件時還是準備不夠充分, 很多人依然死于不專業(yè)、不及時的救援活動一。將機餐人技術、營救行動技術、災難學等多學科知識有機融合, 研制與開發(fā)用于搜尋和營救的災難救級機器人以下簡稱“ 災難救援機器人勺, 是機括人學研究中一個

3、富有挑戰(zhàn)性的新領域。在一些危險性大的災難中, 如隨時會引發(fā)爆炸的火災現場, 有易燃、易爆或劇毒氣體存在的現場, 地震后存在易二次倒塌建筑物的現場, 施救人員無法深入進行偵察或施救,人們急于探知災難現場的內部險情, 但又不敢或無法接近或進入災難現場。此時, 救援機器人的參與可以有效地提高救援的效率和減少施救人員的傷亡, 它們不但能夠幫助工作人員執(zhí)行救援工作, 而且能夠代替工作人員執(zhí)行搜救任務, 在災難救援中起著越來越重要的作用。一、 機器原理方案構思和特色1、平行連桿式手部設計 平行連桿式手部結構如圖1所示，具有如下特點。具有足夠的夾緊力；具有足夠的張開角；保證目標定位的可靠性；適應被抓取對象的

4、形狀要求。圖1 平行連桿手2、關節(jié)式手臂設計半關節(jié)式手臂由2個肩關節(jié)和一個肘關節(jié)組成，在兩個腕關節(jié)處安裝電機，進行姿態(tài)調整，如圖2所示。一個肩關節(jié)繞垂直軸線回轉，另一個肩關節(jié)實現俯仰運動，兩個肩關節(jié)軸正交。肘關節(jié)平行于第二個軸線。關節(jié)式手臂設計動作靈活、結構緊湊，各個臂長進過精心設計，能順利的完成抓去任務。圖2 關節(jié)式手臂二、 設計方案擬定1、題目要求分析（1）完成動作1，即機器人穿越“隧道”通過平臺，此項動作需要機器人具備行走功能，即需要行進裝置。（2）完成動作2，即機器人通過平臺穿越“河道”，由于隧道寬為350mm而河道橋寬為380mm，此項動作要求機器人具備改變兩側輪子寬度的能力，即需要

5、分離裝置。（3）完成動作3，即機器人將“救援目標”把平臺，此項動作要求機器人具備打開蓋子和抓取物體的能力，即升降、收縮裝置和夾緊裝置。（4）完成動作4，即機器人將另一“救援目標”從平臺取出，此項動作要求機器人能順利開門，取出平臺內的救援目標，所需裝置基本同動作3。（5）完成動作5，即把已經取出的“救援目標”放入安全區(qū)，此項動作主要還是要求機器人具有行走能力。2、設計方案（1）行進驅動機構設計機器人采用四輪驅動，相較于兩輪驅動更方便實現轉彎動作和變向要求，使其在抓取救援目標時顯得更加靈活。如圖3所示，即為四個輪子布置位置情況。圖3四個輪子布置位置（2）分離驅動機構設計由于隧道寬度與河道橋寬度不一

6、致，我們采用改變車身寬度，使其與橋寬度一致的設計方案。將機器人底板分割成大小兩塊，利用連桿杠桿原理使車身寬度可變，從而達到改變兩輪間距的目的。通過將電機與大底盤固定，另一塊連桿與小地盤固定，當電機轉動時，連桿轉動將機器人的大小地盤分開，從而改變兩輪輪距，使輪距基本與橋寬相同。另外通過加寬了輪子，減小了過橋時的失誤率，如圖4所示。圖4分離驅動過橋機構（3）蝸輪蝸桿機構設計采用蝸輪蝸桿機構設計來傳遞兩交錯軸之間的運動和動力。具有如下有點可以得到很大的傳動比。蝸桿傳動相當于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)。具有自鎖性。當蝸桿的導程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時，機構具有自鎖性，可實現反向自鎖。如

7、圖5所示。圖5蝸輪蝸桿機構圖6交錯軸斜齒輪機構（4）聯動夾緊機構設計抓取裝置采用聯動夾緊機構設計，如圖7所示。該機構只需要一個驅動源，實現單件的多向多點同時的復合式夾緊。夾緊機構經過精心設計，保證了兩夾緊點在光軸之間有足夠的浮動量。保證了聯動夾緊機構的剛度的同時具有一定的柔韌度，使中間傳力杠桿應力求增力，避免了驅動力過大的問題。同時我們的杠桿機構簡單緊湊，保證夾緊可靠。圖7聯動夾緊機構三、 動力與傳動方案的設計、計算與分析經估算，機器人在場地內所要行走的路程大概為12000mm，假設在60s內完成，則速度 v = s/t = 12000/60 mm/s = 200 mm/s行走所用輪子直徑 D

8、 = 65 mm電機轉速 v = Dn ,則 n = v/(D) = 200/(3.1465) 60=58.8rmp機器人總重量 m = 3.5 kg摩擦系數 =0.6一個輪子所受摩擦力 F0 = FN = mg = 0.63.510 = 21N所受總摩擦力 F = 4F0 = 421 = 84N總功率 P = Fv = 840.2 = 16.8W單個電機功率 P0 = P/4 = 16.8/4 = 4.2W由以上計算，選取電機轉速為60rmp，功率為5W。四、 動作執(zhí)行機構的設計、計算與分析1、蝸輪蝸桿機構設計計算已知蝸輪所需轉矩為10N.M 轉速為4r/min由轉矩公式 T=9550P/N

9、 得 P=Tn/9550=0.004KW蝸輪蝸桿傳遞損失40% 得電機功率為0.0066KW 查表得 電機選用電機 GW370-65額定轉速82 r/min額定電流0.3A額定電壓DC12扭矩2KG/CM。2、聯動夾緊機構設計計算（570）設計機械臂向前運動速度為7.5mm/s，經過測定我們選著的絲桿螺距距離為1mm。24.5/36=3/x 得x=4.8s 取s=5sV=36/5=7.5mm/s 從而推算機電轉速為420r/min。選取的電機為570r/mm 符合設計要求。五、 其它設計計算與說明1、車身長寬設計計算根據題目所給場地的幾個主要尺寸，考慮機器人活動的靈活性及機器人其他部分的裝配，我們設計機器人底板最小長寬尺寸為322mm304mm。2、電路控制原理圖電路控制原理圖如圖8所示。圖8電路控制原理圖六、 設計總結經過多次的實踐，基本零件都為我們親手加工，雖然性能滿足要求，但是外觀并不美觀。在設計過程中要綜合考慮設計方案的可靠性，比如零件的受力分析、材料的強度、質量。各個零件的位置關系，機構的可靠性、可行性。選擇電機時，既要考慮電機的功率、電流、電壓、成本，還要考慮安裝尺寸、體積、質量、壽命。經過自己動手制作，更加深刻的了解了一些加