【文章內(nèi)容簡介】 2微型伺服馬達的三維模擬圖 爬行機器人的的肢體機構(gòu)設(shè)計流程 我們的設(shè)計是從 4 足機器人的一個肢體開始的，因為 4 個肢體的設(shè)計是非常相似的。 為了能夠充分利用伺服馬達的輸出轉(zhuǎn)矩，我把馬達輸出的轉(zhuǎn)臂就作為機器人的肢體的組成部分，這樣就大大提高了輸出功率的利用率。想到四足動物的步行狀態(tài)，即做上下 擺動和前后搖動，我開始把一個肢體的機構(gòu)設(shè)計如下： 29 圖 23 肢體的單電機機構(gòu) 我們通過下面電機的轉(zhuǎn)動帶動上面齒輪臂的轉(zhuǎn)動，進而帶動圓住凸輪的轉(zhuǎn)動并把它的圓周運動轉(zhuǎn)化為上連桿的擺動，再帶動其它關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動。其結(jié)構(gòu)間圖如下 ： 30 圖 24肢體的單電機運動間圖 由于此機構(gòu)的運動比較單一，而且在運動的協(xié)調(diào)性上不易控制我們最后選取了雙電機機構(gòu)。通過上下兩個電機的獨立轉(zhuǎn)動帶動肢體關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，這樣在機器人行走的過程中就可以比較協(xié)調(diào)，而且我們的機器人的自由度也 將增加，具體的協(xié)調(diào)性分析及其行走的步態(tài)分析將在下面作詳細(xì)介紹。 圖 25肢體的雙電機機構(gòu)及其機構(gòu)運動間圖 這樣通過兩個 PWM 信號分別控制上下兩個電機就可以比較輕松的實現(xiàn)一個肢體的“抬高”和“邁進”。通過 4個肢體的協(xié)調(diào)工作我們就可以控制機器人的行走（前進，后退，轉(zhuǎn)身等）。另外，在我們的考慮到我們的機器人實際工作環(huán)境時，想到了如果它在行走的過程中翻身了怎么辦？所以在原有雙電機的機構(gòu)基礎(chǔ)上我們加以了改進，那就是在原來肢體上再加鏡向關(guān)節(jié)。（如圖 26）這樣在機器人翻轉(zhuǎn) 180度 后 依 然 可 以 利 用 上 面 的 鏡 31 向 圖 26 肢體的雙電機含鏡向關(guān)節(jié)機構(gòu) 關(guān)節(jié)行走。最后通過我們小組的討論，圖 26 的機構(gòu)在可行性上有一定限制（機器人在翻身后未必翻到 180 度，這樣上關(guān)節(jié)就起不到），即無法充分可靠的利用鏡向關(guān)節(jié)最后我們放棄了這個方案。希望在以后的設(shè)計中能夠想到更好的方案。所以最后我們采用的還是圖 25的雙電機無鏡向關(guān)節(jié)的機構(gòu)。 軀體的機構(gòu)設(shè)計流程 軀體是連接四個肢體的關(guān)鍵部分，軀體的結(jié)構(gòu)設(shè)計也顯得十分重要，我們 從電機的結(jié)構(gòu)出發(fā)，結(jié)合實際四足動物的形體特征，我們的軀體設(shè)計經(jīng)過以下幾個階段： 32 圖 27軀體機構(gòu)的實際流程圖 33 圖 27軀體機構(gòu)的三維圖 通過最后的軀體機構(gòu)我們就可以把四個雙電機肢體很好的連接在一起了，并且通過最后改進的軀體梁結(jié)構(gòu)，我們可以讓機器人有充分的靈活性，這主要是“中間軸”和兩個“鉸鏈” 的作用。 圖 27整體機構(gòu)圖（主視） 最后把軀體和四個肢體通過螺釘緊固在一起，這樣機器人的整體機構(gòu)就組合好了，過控制 8個伺伏電機就可以讓它“行動自如”了。 第三篇 機械課程設(shè)計 —— 步態(tài)分析及其實現(xiàn) 引言： 34 根據(jù)節(jié)肢昆蟲的步行原理，建立起步行運動的模型，將昆蟲的運動進行簡化，抽象出四足運動的基本原理，并制作出了一個理論驗證模型，可以實現(xiàn)前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、避障等動作。 步行原理： 單足行為 每一條腿有兩種狀態(tài)：向前走和向后走，對于每一個動作狀態(tài)來講，分為兩步：邁腿和收腿。這兩步連續(xù)不斷的循環(huán)，設(shè)其周期 為 T，邁腿的時間為收腿時間的 1/3，為整個周期的 1/4，這個動作對于每條腿都是一樣的：每相鄰的兩個抬腿動作之間的相位差 為 1/4周期，由此可得出機器人在行走式的四條腿之間的時序關(guān)系，如圖 31所示： 圖 31四條腿之間的時序關(guān)系 四足協(xié)調(diào) 機器人要實現(xiàn)穩(wěn)定的行走，必須保證每時刻都有三條腿著地，而另外一條腿用來行走。 全部行走的奧秘在于當(dāng)一條腿抬起來時，其它三條腿是同時著地并且向后退的，這樣，機器人把抬起的腿向前邁一步再放下，就走完了一步，之后輪流邁其它的腿，機器人就可以連續(xù)向前走了。各種動作順序如下（四條腿分別記為右后、右前、左后、左前，每條腿向 前邁記為 “↑”，向后 邁腿記為 “↓”）： 前進：右后 ↑ → 右前 ↑ → 左后 ↑ → 左前 ↑； 后退：右后 ↓ → 右前 ↓ → 左后 ↓ → 左前 ↓； 35 左轉(zhuǎn)：右后 ↑ → 右前 ↑ → 左前 ↓ → 左后 ↓； 右轉(zhuǎn)：右前 ↓ → 右后 ↓ → 左后 ↑ → 左前 ↑。 各條腿動作的時序關(guān)系如圖 31所示。選 擇不同的動作順序則可以實現(xiàn)不同的行走 方式。 圖 32四條腿的空間三維模擬圖 第四篇 機械課程設(shè)計 —— 通信電路設(shè)計 USB 模塊通信電路設(shè)計 36 普通 COM 通信電路設(shè)計 第五篇 機械課程設(shè)計 —— 技術(shù)應(yīng)用軟件 在本次設(shè)計中我們利用了以下技術(shù)應(yīng)用軟件： SUPERICES （ G3000 愛思仿真開發(fā)系 統(tǒng)）：初期程序調(diào)試。 CAD、 SOLIDWORKS： 零件圖，裝配圖，三維圖的繪制。 VC++ 、 KEIL C51：程序的編寫。 PROTEL：電路圖的設(shè)計繪制。 SUPERPRO/280、 EASY 51PRO：程序的燒制。 第六篇 機械課程設(shè)計 —— 參考書目 《 AT89S51 系列單片機原理與接口技術(shù)》 《單片機原理及應(yīng)用》 《機械設(shè)計手冊》 《 USB 接口設(shè)計》 《串口技術(shù)》 《 8051 單片機 C語言控制與應(yīng)用》 《 單片機應(yīng)用技術(shù)選編》 37 第七篇 機械課程設(shè)計 —— 《附錄》 USB 模塊電氣特性 NTTR01 電氣特性 第八篇 機械課程設(shè)計 —— 心得，體會 amp。意見，建議 在實踐中提高自己 談 作本次機械設(shè)計課程設(shè)計的心得體會 作為一名機械系，機械設(shè)計制造及自動 化大三的學(xué)生，我覺得能做類似的課程設(shè)計是十分有意義，而且是十分必要的。 38 在已度過的大三的時間里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去鍛煉我們的實踐面？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實踐中去呢？我想做類似的大作業(yè)就為我們提供了良好的實踐平臺。在做本次大作業(yè)的過程中，我感觸最深的當(dāng)數(shù)查閱大量的設(shè)計手冊了。為了讓自己的設(shè)計更加完善，更加符合工程標(biāo)準(zhǔn)，一次次翻閱機械設(shè)計手冊是十分必要的，同時也是必不可少的。我們是在作設(shè)計，但我們不是藝術(shù)家。他們可以拋開實際，盡情 在幻想的世界里翱翔，我們是工程師，一切都要有據(jù)可依 .有理可尋，不切實際的構(gòu)想永遠只能是構(gòu)想，永遠無法升級為設(shè)計。 作為一名專業(yè)學(xué)生掌握一門或幾門制圖軟件同樣是必不可少的，由于本次大作業(yè)要求用 Solid works 制圖、 PROTEL 繪制電路圖、 VC++編程等，所以我們還要好好掌握這幾門軟件。 雖然過去從未獨立應(yīng)用過它們，但在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率好高，記得大一學(xué) CAD 時覺得好難就是因為我們沒有把自己放在使用者的角度，單單是為了學(xué)而學(xué)，這樣效率當(dāng)然不會高。邊學(xué)邊用這樣才會提高效率，這是我作本次 課程設(shè)計的第二大收獲。但是由于水平有限，難免會有錯誤，還望老師批評指正。 談?wù)勎业囊庖姾徒ㄗh： 首先，我覺得老師給我們作類似的課程設(shè)計是十分必要的，這不僅可以提起我們對這門課的學(xué)習(xí)興趣，同時還可以在專業(yè)上用實踐鍛煉一下我們，使我們不但不在對所學(xué)專業(yè)感到陌生，而且還可以培養(yǎng)大家的積極性。 其次，我覺得應(yīng)該培養(yǎng)我們的團隊合作精神，讓幾個人一起作這樣的課程設(shè)計我想會更好的發(fā)揮我們的特長。 機械設(shè)計課程設(shè)計報告 —— 熒光燈燈絲裝架機上料機械手及芯柱傳送機 構(gòu)設(shè)計 39 02020202 袁滿 40 目錄 一． 設(shè)計任務(wù) 2 二． 設(shè)計任務(wù)初步分析 3 三． 芯柱傳送鏈輪驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計 3 四． 機械手臂驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計 9 五． 機構(gòu)運動學(xué)分析 14 六．機構(gòu)傳動分析 17 附錄 心得體會 41 機械設(shè)計課程設(shè)計報告 一．設(shè)計任務(wù)： 選擇設(shè)計任務(wù) B。 圖 11 執(zhí)行機構(gòu)相對關(guān)系 如圖 11所示，已知軸芯柱傳送軸 O2，上料機械手臂在軸 I、 II的驅(qū)動下配合運動，以達到生產(chǎn)目的。 圖 12 各執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)圖 上料機械手和芯柱傳送軸的運動關(guān)系如圖 12 所示?，F(xiàn)要求以下設(shè)計內(nèi)容： 1. 選擇驅(qū)使芯柱傳送鏈輪作單向間歇轉(zhuǎn)動的機構(gòu)，要求機構(gòu)原動件與分 配軸 I 或軸 II 回定作勻速轉(zhuǎn)動，確定機構(gòu)運動尺寸。 2. 計算確定圖 11 中 O5點位置及擺角。選擇使上料機械手作間歇上下移動和間歇往復(fù)運動的機構(gòu)，要求機構(gòu)原動件與分配軸 I 或 II固定作勻速轉(zhuǎn)動，確定機構(gòu)運動尺寸。 3. 編程計算所設(shè)計上述機構(gòu)中執(zhí)行構(gòu)作的位移與分配軸 I轉(zhuǎn)角的對應(yīng)關(guān)系，繪制位移規(guī)律圖，并與圖 12 所給位移規(guī)律作比較。 4. 選擇電動機型號，確定電機到分配軸間的減速傳運方案，并進行傳動比分配和傳動工作能力設(shè)計計算。 5. 對驅(qū)動鏈輪和上 料機械手間歇運動的機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。 42 二．設(shè)計任務(wù)初步分析 1. 芯柱傳送鏈輪機構(gòu)選擇 從圖 12 可以看出，芯柱傳送鏈輪處于低速輕載的運動鏈末端，且其轉(zhuǎn)／停時間比為 1:2，槽輪機構(gòu)在時間上可以準(zhǔn)確的實現(xiàn)這樣的運動要求。因此擬用槽輪機構(gòu)作為鏈輪單向間歇轉(zhuǎn)動的核心機構(gòu)。 2. 機械手間歇往復(fù)運動機構(gòu)的選擇 從圖 12可以看出，機械手的上下往復(fù)運動與擺動較為復(fù)雜，凸輪機構(gòu)可以很好的實現(xiàn)復(fù)雜的間歇往復(fù)運動，因此擬選凸輪機構(gòu)作為驅(qū)動機械手的核心機構(gòu)。 三．芯柱傳送鏈輪驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計 1. 槽輪機構(gòu)的方案設(shè)計 a) 運動系數(shù)計算 由圖 12 不難看出，槽輪運動系數(shù) 的值為： （ ） b) 槽輪槽數(shù)確定 為避免槽輪在啟停時沖受到?jīng)_擊，應(yīng)使圓銷在開始進入徑向槽或從徑向槽脫出的瞬間，圓銷中心的線速度方向均沿著徑向槽的中心線方向，由此，對與單梢的情況，不難得出槽輪的槽數(shù) z 與系數(shù) 的關(guān)系： （ ） 將運動系數(shù) 代入式 2 可得，適合的槽輪槽數(shù)為 z=6。 c) 槽輪與曲柄中心距 從圖 11可以看出，軸 II到 O2的距離為 150mm，因此，從結(jié)構(gòu)緊湊的方面考慮，槽輪機構(gòu)的中心距設(shè)為 100mm。 d) 槽輪驅(qū)動機構(gòu)傳動鏈設(shè)置 為了使槽輪運動周期和軸 II的轉(zhuǎn)動周期一致，且實現(xiàn)空間上的動力傳送，整個槽輪機構(gòu)需要用一對齒數(shù)比為 1的錐齒輪將 II軸的角速度正交的傳進機構(gòu)。由于槽輪運動系數(shù) 為定值，應(yīng)此選用 z=6 的槽輪后，在槽輪的一個運動周期中，槽輪轉(zhuǎn)過的角度為 的整數(shù)倍，而任務(wù)要求鏈輪每個運動周期轉(zhuǎn)過 ，在只有一個圓銷的情況下，需要一對傳動比為 5:3的齒輪部置在整個驅(qū)動機構(gòu)的最末端。 e) 槽輪驅(qū)動構(gòu)示意圖繪制 圖 31 和 32 分別為主視和俯視示意圖。 2. 槽輪曲柄機構(gòu)的力學(xué)設(shè)計 a) 減小沖擊的進一步措施 由于圓銷有半徑，因此槽輪的實際半徑 Ra應(yīng)比 名義半徑 R 大一些，根據(jù)勾股定理， 43 圖 31 槽輪驅(qū)動機構(gòu)示意圖主視圖 圖 32 槽輪驅(qū)動機構(gòu)示意圖俯視圖 槽輪的實際半徑應(yīng)為： （ ） 其中式（ ）中 為圓銷半徑，名義半徑 。 b) 槽輪的驅(qū)動力矩計算 對于本機構(gòu)，詁計克服摩阻力和生產(chǎn)阻力所需的承載力矩不大于 100Nm，則經(jīng)過末端的傳動比