【正文】 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙汽車機(jī)器人玩具結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計畢業(yè)論文目 錄第一章 緒論 1 1 2 市場容量分析 2 行業(yè)分析 2 3 3 變胞機(jī)構(gòu)的實際應(yīng)用現(xiàn)狀 4——桿組法 4 6 研究內(nèi)容 6 7第二章 汽車人創(chuàng)新設(shè)計分析 8 8 10 10 11 12 13 RRP桿組運動分析的數(shù)學(xué)模型 13 RRR桿組運動分析的數(shù)學(xué)模型 15 17 基于壓力角的尺寸計算分析 19 機(jī)構(gòu)運動仿真 21 頸部齒輪副的設(shè)計 22 運動控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 24 變形過程電機(jī)選擇、運動區(qū)域設(shè)定 24 轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn) 25 人形手臂舞蹈動作、汽車構(gòu)態(tài)疊放 25第三章 三維實體建模及動態(tài)仿真 26 26 26 28 Pro/Engineer三維動態(tài)仿真 32第四章 汽車人實物制作加工 35—汽車后蓋的制作加工 35 胸部汽車前蓋的制作加工 35 頸部齒輪副的安裝 36 手臂舞蹈、疊放的位置與整體設(shè)計 36 整體裝配 36第五章 總結(jié)與展望 37 37 37謝 辭 38參考文獻(xiàn) 39附 錄 40附錄1：汽車人人形狀態(tài)渲染效果圖 40附錄2：汽車人車形狀態(tài)渲染效果圖 40附錄3：汽車人人形狀態(tài)實物圖 41附錄4：汽車人人形狀態(tài)實物圖 41桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第45頁 共 41 頁第一章 緒論變形機(jī)械玩具，顧名思義，以變形為基本進(jìn)行設(shè)計的玩具，塑膠材居多，以新穎、多變、益智、收藏為目的，深受消費者的喜愛。說到變形玩具，不得不提美國玩具巨頭孩之寶(Ha sbro)公司的變形金剛，發(fā)展至今日，變形金剛已經(jīng)是航母型級別產(chǎn)品，給老青少一代留下了深刻的記憶和無窮的樂趣。變形金剛經(jīng)歷了20余年的發(fā)展歷程。1983年：日本Takara公司設(shè)計并推出了icroIBen和Diac1OnO兩個系列玩具，主角是一群可以變成汽車、飛機(jī)的機(jī)器人：l983年底： 美國孩之寶(Ha sbro) 公司與Takara公司合作，重新設(shè)計概念，推出了全新包裝的玩具產(chǎn)品。從此開創(chuàng)了變形金剛時代；l984年初：變形金剛一季播出，引起巨大反響；l988年：中國引進(jìn)并播出了變形金剛，和日本的變形金剛開始進(jìn)入市場；2007年：變形金剛國內(nèi)上映，票房飆升的同時帶動了國內(nèi)變形玩具市場的發(fā)展。總的來說，變形玩具的發(fā)展分為三個階段：發(fā)展初期，先有玩具后有動畫。玩具的銷量積累起大量的資金，進(jìn)而為后面高質(zhì)量的動畫作提供了有力保障。發(fā)展中期，不斷推陳出新，從變形金剛第一代 第二代，到加強版、特別版，直至電影版，使其動畫和玩具都不斷更新?lián)Q代，循環(huán)不息。發(fā)展后期，進(jìn)行變形金剛文化的全方位構(gòu)造，溫故知新，激發(fā)新思路。2007年，變形金剛大熱，一度供不應(yīng)求。巨大的變形玩具市場吸引著大量玩具廠商紛紛跟進(jìn)，“動畫十產(chǎn)品” 的模式廣被沿用，國內(nèi)企業(yè)在制造熱點、量身打造，推廣營銷方面有了不小進(jìn)步，其中優(yōu)秀者如奧飛、星杰，靈動，驊威等公司等都頗有可圈頗點之處。但是，企業(yè)蜂涌而上也造成了大量題材的雷同。有業(yè)內(nèi)人士笑曰，近幾年變形玩具出了一撥又一撥，相關(guān)動畫片出了一部又一部，但名字都大同小異，“獸”、“甲”、“變”、“機(jī)”等幾個字輪流用，叫人都搞糊涂了。2009年始，國內(nèi)的變形玩具市場逐漸現(xiàn)出疲態(tài)。即使是被寄于厚望的變形金剛電影版Ⅱ 也沒能續(xù)寫輝煌。目前，國內(nèi)變形玩具的主要流通渠道有以下三種：較低端的批發(fā)及小店售賣；部分的商超專賣；大量的代加工外貿(mào)。走訪全國幾個著名的玩具集散地，包括義烏國際商貿(mào)城、廣州中港城批發(fā)市場、臨沂小商品批發(fā)市場、北京紅橋玩具市場等地，隨處可見變彩玩具的蹤跡，零售價格從幾十元到百多元不等，以廣東的汕頭、東莞廠家居多，包裝以卡裝為主，產(chǎn)品品質(zhì)偏低。而在當(dāng)?shù)叵鄳?yīng)的高端商場，國內(nèi)的品牌較為少見，由美國孩之寶的變形金剛，日本萬代的戰(zhàn)隊系列等占據(jù)主導(dǎo)。隨著人們對休閑、娛樂需求的增加，以及人們對玩具功能觀念的改變，玩具的消費群體也正在迅速擴(kuò)大。玩具已不再是兒童的專利，越來越多高檔、新穎的玩具開始成為成年人的休閑、娛樂用品。而目前，我國成人玩具的開發(fā)還是一個空白，顯然這個市場有著巨大的潛力去開發(fā)，從而解決了因玩具出口受限而轉(zhuǎn)內(nèi)銷的市場銷量瓶頸。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，中國現(xiàn)有玩具企業(yè)2萬余家，從業(yè)人員超過400萬，年產(chǎn)值1000多億元，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70%以上。而目前卻是眾多玩具業(yè)廠商不重視的一個市場，所以對于內(nèi)銷市場，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該加大投入力度，力爭中國市場成為另外一個美國市場，成為中國玩具業(yè)最堅定，最雄厚的一條頂梁柱。 市場容量分析據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，在我國現(xiàn)有的14億人口中，14歲以下的少年兒童及嬰幼兒有4億，其中城市兒童1億人，農(nóng)村兒童3億人，這是玩具行業(yè)的一塊大市場。中國城市兒童玩具人均年消費僅55元，而農(nóng)村兒童玩具人均消費不足30元。城市中年人玩具平均年消費僅20元，農(nóng)村成年人玩具人均年消費基本上為零。這種極低的消費金額差異，恰好反映出我國玩具消費市場所擁有的難以估量的發(fā)展?jié)摿Α?行業(yè)分析由于玩具市場潛力巨大以及城鄉(xiāng)消費差距的存在，決定了我國玩具市場在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)各個檔次、各類品種共存的態(tài)勢。而消費者對玩具的需求方向又是怎樣的呢？SMR調(diào)查結(jié)果表明，隨著城市居民收入的提高，家長對孩子進(jìn)行智力開發(fā)極為重視。而給孩子買玩具，是家長表達(dá)愛心、對孩子進(jìn)行智力開發(fā)的重要方式。因而，集知識趣味、動手動腦于一體的玩具迎合了城市家長們望子成龍的心理。查閱相關(guān)資料[1]，有50%的城市消費者對電子型玩具情有獨鐘，30%的城市消費者認(rèn)為智能型玩具更有吸引力，20%的城市消費者則青睞于高檔的毛絨、布制裝飾類玩具。農(nóng)村消費對象仍然以傳統(tǒng)的玩具類型為主，48%的農(nóng)村消費者愿意購買電動型玩具，28%的農(nóng)村消費者愿意購買拼裝型玩具，24%的農(nóng)村消費者愿意購買中低檔次的毛絨、布制類玩具。顯然，電動型與智能型玩具在社會上無論是城市或是農(nóng)村都有絕大多數(shù)受眾，甚至可以代表所有機(jī)械玩具。而各類機(jī)器人電影的熱播，喚起了很多人心中對童年時光的美好回憶，可譽為一代人的成人禮。市場上各類機(jī)械玩具層出不窮，經(jīng)調(diào)查，機(jī)械玩具占據(jù)整個玩具市場份額的68%，并且這一數(shù)據(jù)逐年攀升，可見機(jī)械玩具越來越占據(jù)市場的主導(dǎo)地位。同時，目前市場上已有的各種機(jī)器人均不同程度具有行走、舞蹈、視覺識別、攀登等不同功能。表1為市場上已有的機(jī)器人玩具的分析對比[2]。表11 市場上已有機(jī)械玩具的性能分析市場已有產(chǎn)品性能分析 變形金剛，屬多自由度塑料玩具，其造型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過翻轉(zhuǎn)組合實現(xiàn)變形，而且多是由手動實現(xiàn)，難以實現(xiàn)全自動變形。 具有汽車或其他外形的遙控式小車，不具備變形功能，可以歸結(jié)為純粹的電子類產(chǎn)品。綜上可知，目前市場上的機(jī)器人產(chǎn)品要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜，依靠手動實現(xiàn)變形，要么依靠簡單的開式鏈實現(xiàn)折疊變形，或者不具備變形功能，缺乏使用機(jī)構(gòu)組合變形實現(xiàn)汽車與人形兩種構(gòu)態(tài)的機(jī)器人玩具。變胞機(jī)構(gòu)是在始于1996年的可重構(gòu)包裝自動化線的機(jī)構(gòu)學(xué)研究中被發(fā)現(xiàn)的，并在1998年第25屆ASME機(jī)構(gòu)學(xué)與機(jī)器人學(xué)雙年會上提出的一種新型機(jī)構(gòu)。 自從變胞機(jī)構(gòu)被提出后，引起了學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注，成為機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點之一。1999年，變胞機(jī)構(gòu)提出者戴建生教授與張啟先院士一起將變胞機(jī)構(gòu)的研究引入中國[3]。從可衍變、重組和重構(gòu)的機(jī)構(gòu)特點出發(fā)，二人借鑒生物學(xué)中細(xì)胞分裂，組合和再生的類似現(xiàn)象，提出了一個新的機(jī)構(gòu)概念，并將其中文名稱命名為“變胞機(jī)構(gòu)”。隨著變胞機(jī)構(gòu)研究的發(fā)展，其定義也不斷發(fā)展完善，越來越趨于嚴(yán)密。這里給出變胞機(jī)構(gòu)的定義和引申：在機(jī)構(gòu)連續(xù)運行中，由有效桿件數(shù)目變化或運動副類型和幾何關(guān)系變化引起機(jī)構(gòu)的拓?fù)渥兓?dǎo)致機(jī)構(gòu)活動度變化；在機(jī)構(gòu)連續(xù)運行中，至少有一次活動度變化，并在活動度變化后，機(jī)構(gòu)仍保持運行，這樣的機(jī)構(gòu)稱為變胞機(jī)構(gòu)。按拓?fù)鋵W(xué)，變胞機(jī)構(gòu)是在機(jī)構(gòu)運動過程中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)至少發(fā)生一次突變(所有的構(gòu)態(tài)互不同構(gòu))的機(jī)構(gòu)。變胞機(jī)構(gòu)提出之后，其與變拓?fù)錂C(jī)構(gòu)機(jī)器人機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)學(xué)基本方程及其應(yīng)用、可展機(jī)構(gòu)、變自由度機(jī)構(gòu)等類概念的區(qū)分有一定難度。為此有必要提出一個變胞機(jī)構(gòu)的判定依據(jù)。楊廷力[4]在他的國家自然科學(xué)基金研究專著《機(jī)器人機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)學(xué)》中寫到：“若未來‘碰巧’發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)某些結(jié)構(gòu)存在著共性，會再次感受到客觀世界是一個整體”。其實客觀世界不是偶然的整體，而是必然的統(tǒng)一整體。變胞機(jī)構(gòu)提供了一條通路去連接機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與生物結(jié)構(gòu)，因為生物體與機(jī)械的結(jié)構(gòu)存在著一定共性。一切生物體都是由細(xì)胞組成的，細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。機(jī)構(gòu)可看作由機(jī)構(gòu)細(xì)胞組成，機(jī)構(gòu)細(xì)胞最基本的單位就是構(gòu)件和運動副。不同的生物體細(xì)胞組成是不同的，不同機(jī)構(gòu)的構(gòu)件和運動副組成是不同的。從生物學(xué)角度去解釋變胞機(jī)構(gòu)的定義，一個機(jī)構(gòu)成為變胞機(jī)構(gòu)必須同時具備變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和變自由度兩個判定條件。變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并且變自由度是成為變胞機(jī)構(gòu)的充要條件，而變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和變自由度之一是變胞機(jī)構(gòu)的必要條件。按照變胞機(jī)構(gòu)的判定條件，一個機(jī)構(gòu)為了能夠滿足判定條件，需要采取具體的變胞方式實現(xiàn)變胞過程。據(jù)此，變胞方式可分為變構(gòu)件數(shù)、變運動副數(shù)、變構(gòu)件特性、變運動副特性、變鄰接關(guān)系5種變胞方式。變構(gòu)件數(shù)通過構(gòu)件的合并與分離實現(xiàn)，變運動副數(shù)通過運動副的有效和失效實現(xiàn)、變構(gòu)件特性通過改變構(gòu)件的剛性和柔性特性實現(xiàn)、變運動副特性通過改變運動副的類型和幾何關(guān)系實現(xiàn)、變鄰接關(guān)系通過機(jī)構(gòu)的重組實現(xiàn)。這5種變胞方式相互間可能是獨立的也可能不是獨立的， 比如當(dāng)只改變了構(gòu)件特性但運動副特性和鄰接關(guān)系并沒有發(fā)生改變；當(dāng)改變了構(gòu)件數(shù)則鄰接關(guān)系也發(fā)生了變化等。 變胞機(jī)構(gòu)的實際應(yīng)用現(xiàn)狀變胞機(jī)構(gòu)的應(yīng)用自提出以后，一直是待解決的關(guān)鍵問題之一。但是，基于變胞思路，不一定符合變胞機(jī)構(gòu)判定條件的一些實際應(yīng)用取得了一定成果。在航天領(lǐng)域，變胞機(jī)構(gòu)具有構(gòu)態(tài)變化和重組特點，其在航天領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛的應(yīng)用，如空間站基礎(chǔ)骨架、空間機(jī)械臂、可展開天線、太陽能帆板等 引。同樣在航天領(lǐng)域，文獻(xiàn)[5]將一種球面變胞機(jī)構(gòu)應(yīng)用于變結(jié)構(gòu)腿輪式探測車的車身設(shè)計，使這種探測車能夠更好地適應(yīng)星球等復(fù)雜環(huán)境的探測。由于變胞機(jī)構(gòu)是一個新興研究課題，實際應(yīng)用特別是產(chǎn)品化應(yīng)該是滯后于理論成果的，所以實際應(yīng)用，尤其是成熟的產(chǎn)品還比較少。變胞機(jī)構(gòu)的實際應(yīng)用特別是產(chǎn)品化目前仍然是變胞機(jī)構(gòu)發(fā)展的瓶頸。學(xué)者的共識是變胞機(jī)構(gòu)一定會有著廣泛的應(yīng)用，但由于變胞機(jī)構(gòu)只有十多年的研究歷程，還不是很成熟。好的應(yīng)用和產(chǎn)品需要比較成熟的理論支撐，但目前變胞機(jī)構(gòu)理論還有許多待解決的問題，所以，隨著變胞機(jī)構(gòu)理論的發(fā)展，變胞機(jī)構(gòu)的實際應(yīng)用以及產(chǎn)品化也會隨之發(fā)展?！獥U組法仿生行走機(jī)構(gòu)的核心是它的機(jī)構(gòu)原理，針對機(jī)構(gòu)原理的分析，我們常用桿組法來研究。下面我們介紹有關(guān)桿組的定義和用法。一個機(jī)構(gòu)具有確定運動必滿足原動件的數(shù)目與自由度的數(shù)目相等。設(shè)想將原動件和機(jī)架從機(jī)構(gòu)中分離出來，則其余的活動構(gòu)件的構(gòu)件組必然是一個自由度為零的運動鏈，而這個自由度為零的運動鏈有可能還可以進(jìn)一步拆成為若干個更簡單的自由度為零的運動鏈，這樣我們把自由度