【正文】 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造（ A） —— 第二模塊 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造說(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)題目 六足機(jī)器人設(shè)計(jì) 班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)老師 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造（ A） —— 第二模塊 目 錄 第一章 .課程設(shè)計(jì)的目的與要求 現(xiàn)狀分析 …… ………………………………………… 4 六足機(jī)器人的意義 ………………………………………… 4 課程設(shè)計(jì)的目的 ………………………………………… 4 課程設(shè)計(jì)的基本要求 ……………………………………… 5 第二章 .系統(tǒng)總體 設(shè)計(jì)方案 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化 …………………………………………… 6 方案設(shè)計(jì) ………………………………………………… 7 第三章 .運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算 桿長(zhǎng)分析 …………………………………………………… 8 桿長(zhǎng)驗(yàn)證 …………………………………………………… 9 位置分析 …………………………………………………… 11 速度分析 …………………………………………………… 19 第四章 .動(dòng)力學(xué)計(jì)算 電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算 ……………………………………………… 17 桿件受力分析 ………… …………………………………… 18 電機(jī)選擇 ……………………………………………… 19 第五章 .非標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸確定及校核 軸的尺寸與校核 …………………………………………… 20 主動(dòng)桿的尺寸與校核 ……………………………………… 23 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造（ A） —— 第二模塊 其他桿件的尺寸與校核 …………………………………… 24 其他零件尺寸確定 …………………………………… 25 第六章 .標(biāo)準(zhǔn)件選擇 軸承的選擇與校核 ………………………………………… 27 聯(lián)軸器的選擇與校核 ……………………… ……………… 27 螺栓的選擇與部分承重螺栓的校核 ……………………… 27 鍵的選擇與校核 ………………………………………… 29 第七章 .設(shè)計(jì)總結(jié) 課程設(shè)計(jì)過(guò)程 ……………………… ……………………… 31 設(shè)計(jì)體會(huì) ……… ………………………………………… 32 第八章 .參考文獻(xiàn) …………………………………………… 33 第九章 附錄 ………………………………………………… 34 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造（ A） —— 第二模塊 現(xiàn)狀分析 所謂多足機(jī)器人，簡(jiǎn)而言之，就是步行機(jī)。在崎嶇路面上 ,步行車輛優(yōu)于輪式或履帶式車輛。腿式系統(tǒng)有很大的優(yōu)越性：較好的機(jī)動(dòng)性 ,崎嶇路面上乘坐的舒適性 ,對(duì)地形的適應(yīng)能力強(qiáng)。所以 ,這類機(jī)器人在軍事運(yùn)輸、海底探測(cè)、礦山開(kāi)采、星球探測(cè)、殘疾人的輪椅、教育及娛樂(lè)等眾多行業(yè) ,有非常廣闊的應(yīng)用前景 ,多足步行機(jī)器人技術(shù)一直是國(guó)內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。因此對(duì)于多足機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì)是非常有意義的一項(xiàng)工作。 六足機(jī)器人的意義 六足機(jī)器人作為多足機(jī)器人里面的代表。它具有多自由度，能進(jìn)行多方向，多角度的移動(dòng)，可以適應(yīng)復(fù)雜的路況， 并聯(lián)機(jī)器人通過(guò)多個(gè)支鏈聯(lián)接動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái) , 從而 增加了運(yùn)動(dòng)學(xué)的復(fù)雜性， 因此其研究具有非常重要的意義。此次課程設(shè)計(jì)是圍繞具有空間三自由度的六足機(jī)器人展開(kāi)的，它由上平臺(tái)、下平臺(tái)、 3 根主動(dòng)桿、 3 根平行四邊形從動(dòng)支鏈、 3 個(gè)電動(dòng)機(jī)、連接板等組成。主動(dòng)桿與平臺(tái)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接，從動(dòng)桿通過(guò) 2 個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)副與主動(dòng)桿相連， 3 個(gè)這樣的平行四邊形從動(dòng)支鏈保證了平臺(tái)智能有三個(gè)方向的自由度。 課程設(shè)計(jì)的目的 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造中的機(jī)械設(shè)計(jì)部分，是機(jī)械類專業(yè)重要的第一章 課程設(shè)計(jì)的目的與要求 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造（ A） —— 第二模塊 綜合性與實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。其基本目的是： 1. 通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程和其他選修課程的理論，結(jié)合生產(chǎn) 實(shí)際知識(shí)，培養(yǎng)分析和解決一般工程實(shí)際問(wèn)題的能力，并使所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和拓展。 2. 學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法，掌握通用機(jī)械零件部件、機(jī)械傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)單機(jī)械的設(shè)計(jì)原理和過(guò)程。 3. 進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練，如計(jì)算、繪圖，熟悉和運(yùn)用設(shè)計(jì)資料（手冊(cè)、圖冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等）以及使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算和數(shù)據(jù)處理等。 課程設(shè)計(jì)的基本要求 本設(shè)計(jì)的基本要求是： 1. 能從機(jī)器功能要求出發(fā)，制定或分析設(shè)計(jì)方案，合理選擇電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和零件。 2. 能按機(jī)器的工作狀況分析和計(jì)算作用在零件上的載荷，合理 選擇零件材料，正確計(jì)算零件工作能力和確定零件主要參數(shù)及尺寸。 3. 能考慮制造工藝、安裝于調(diào)整、使用與維護(hù)、經(jīng)濟(jì)和安全等問(wèn)題，對(duì)機(jī)器和零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 4. 圖面符合制圖標(biāo)準(zhǔn)，尺寸及公差標(biāo)注正確，技術(shù)要求完整合理。 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造（ A） —— 第二模塊 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化 下圖為此次課程設(shè)計(jì)所要完成的任務(wù)的裝配圖： 圖 21：六足機(jī)器人裝配圖 為了研究其在運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)方面的方便，需要將機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化為平面機(jī)構(gòu)，在機(jī)器人只是向上抬腿時(shí)，因?yàn)闄C(jī)器人的下底盤(pán)不會(huì)前后左右移動(dòng)，只會(huì)沿著 z軸方向上下移動(dòng)，因此，在上升過(guò)程中，可將上底盤(pán)固定，在下腳連電機(jī)處加上一移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副，將機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為如下圖所示的機(jī)構(gòu)： 第二章 系統(tǒng)總 體設(shè)計(jì)方案 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造（ A） —— 第二模塊 abx Rrll12A 圖 22：簡(jiǎn)化的平面機(jī)構(gòu)圖 方案設(shè)計(jì) 根據(jù)簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，我們制定如下設(shè)計(jì)方案 : 一：傳動(dòng)裝置的方案設(shè)計(jì)：分析擬定傳動(dòng)系統(tǒng)方案，繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 二：傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)：計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，選擇電動(dòng)機(jī)。 三：傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)：確定傳動(dòng)零件的材料，主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸，包括軸的設(shè)計(jì)及校 核，軸承及軸承組合設(shè)計(jì)，選擇鍵聯(lián)接和聯(lián)軸器。 四：機(jī)器人裝配圖及零件圖繪制：繪制機(jī)器人裝配圖和零件圖，標(biāo)注尺寸和配合。 五：對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行總結(jié)。 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造（ A） —— 第二模塊 桿長(zhǎng)分析 假設(shè) 1l 無(wú)限長(zhǎng)，那么在圖中機(jī)構(gòu) ,若桿 2l 繞 A點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則滑塊上升。但此時(shí)，幾乎不影響桿 1l 與 x軸夾角 b的變化。因此，可得 如下結(jié)論：機(jī)構(gòu)的抬腿高度此時(shí)完全由 2l 的長(zhǎng)度決定，但在實(shí)際過(guò)程中，不可能選擇 1l 為無(wú)限長(zhǎng)，但當(dāng) 1l 長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 2l 時(shí)，抬腿高度基本由 2l 的長(zhǎng)度確定，再考慮上其他因 素的影響，因此預(yù)先確定桿長(zhǎng) ? ? h* ~? 。 abxyRrll12h 圖 31 簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)圖 第三章 運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造（ A） —— 第二模塊 由上圖可看出，步距基本上由桿長(zhǎng) 3l 和轉(zhuǎn)角 m 確定，假設(shè) m 的最大值為 45m? 度，則此時(shí)3003 l46c o s 3 0c o s 4 5lΔx ??。而 351 l2ll ?? ，因此大體上 ? ? 21 ~? 。 大體上，可由此預(yù)先確定桿長(zhǎng)。 根據(jù)要求。抬腿高度為 35mm，步長(zhǎng)為 108mm。根據(jù)上述，可預(yù)先確定桿長(zhǎng) 7mml2 8? ， ? ，圓整到 188mml3 ? ，這樣2 6 2 m m412180l2ll 351 ?????? 。 桿長(zhǎng)驗(yàn)證 由圖 31所示：可得： ? ?? ?2222221223 Rry2lRryllc o s a??????? Rr ytana2 ?? 3aaπa 21 ??? 用 matlab編程模擬選的桿長(zhǎng)是否可用，程序如下： %用桿長(zhǎng)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)角 l1=270。 l2=87。 r=36。 R=90。 g=33。 b=rR。 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造（ A） —— 第二模塊 y=250::285。 a3=acos((l2*l2l1*l1+y.*y+(rR)^2)./(2*l2*sqrt(y.*y+(rR)^2)))。 a2=atan(y./(Rr))。 a=(pia2a3)*180/pi plot(y,a) title(39。用桿長(zhǎng)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)角 a y39。)。 xlabel(39。y,高度 抬腿高度 39。)。 ylabel(39。a,電機(jī)轉(zhuǎn)角 39。)。 設(shè)定桿 2701?l ， 872?l ， 90?r ， 36?R ,y 從 mm250 變到 mm285 。 由此運(yùn)行出下圖結(jié)果： 圖 32 抬腿高度與電機(jī)轉(zhuǎn)角圖 電機(jī)轉(zhuǎn)角最大值：當(dāng) mmy 285? 時(shí)， m ax ?a ； 電機(jī)轉(zhuǎn)角最小值：當(dāng) mmy 250? 時(shí)， m in ?a 。 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造（ A） —— 第二模塊 這是上底盤(pán)不動(dòng)，下底盤(pán)上升時(shí)，電 機(jī)轉(zhuǎn)角的變化范圍。 當(dāng)下底盤(pán)不動(dòng)，上底盤(pán)上升時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)角變化也應(yīng)是 020 位置分析： 根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)角與抬腿高度的關(guān)系，驗(yàn)證在此桿長(zhǎng)下，下底盤(pán)中心的運(yùn)動(dòng)范圍。其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。 圖 33 結(jié)構(gòu)示意圖 設(shè) rOBROA ?? , ,則點(diǎn) iB 在坐標(biāo)系 ZYXO ???? 中位置矢量為 )3,2,1(,6 34,0s inc o s?????????????? iirrb iiiio ???? , iA 點(diǎn)在坐標(biāo)系 XYZO? 中，位置矢量為 )3,2,1(,6 34,0s inc o s?????????????? iirra iiiio ???? , 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造（ A） —— 第二模塊 點(diǎn) iP 在坐標(biāo)系 XYZO? 中 222( si n c os( si