【文章內(nèi)容簡介】 手走路等，強(qiáng)化了與人配合的行動(dòng)能力，而且增加了利用手推車搬運(yùn)物品的功能。此外，新開發(fā)出的對(duì)這些功能進(jìn)行統(tǒng)一控制的綜合控制系統(tǒng)，使ASIMO可以自行從事接待、向?qū)?、遞送等服務(wù)。機(jī)器人是一種能適應(yīng)各種工作環(huán)境的機(jī)械與電子等結(jié)合的產(chǎn)物，它不僅具有人類所不能完成的動(dòng)作及各種以人們思維運(yùn)行的狀態(tài)，而具還可以根據(jù)人們的意愿進(jìn)行合理的智能化設(shè)計(jì)，這樣一來，也就出現(xiàn)了智能機(jī)器人，他們可以學(xué)習(xí)人類的動(dòng)作及語言，而且工作者們也給它們加上了傳感神經(jīng)系統(tǒng)。如現(xiàn)在機(jī)器人不僅可視、可聽、能說、會(huì)學(xué)、而且還會(huì)有感覺等。在工業(yè)中，機(jī)器人用來代替人工作業(yè)，如在核工業(yè)中，機(jī)器人進(jìn)入反應(yīng)堆進(jìn)行人們難以進(jìn)行的動(dòng)作操作，通過科學(xué)工作者的不斷努力，將有更多更智能的機(jī)器人面世。第二章 設(shè)計(jì)思路 設(shè)計(jì)題目第六屆浙江省大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)競賽主題：設(shè)計(jì)并制作“凌空采果”機(jī)器人（以下簡稱機(jī)器人），提交機(jī)械設(shè)計(jì)資料，參加理論設(shè)計(jì)答辨，參加實(shí)物競賽，能夠完成一組競賽規(guī)定的采摘?jiǎng)幼鳌?設(shè)計(jì)目標(biāo)與要求1．機(jī)器人在收縮狀態(tài)時(shí)，長+寬+高≤ 1000mm；展開狀態(tài)時(shí)尺寸不限。 2．機(jī)器人重量不限，但應(yīng)盡可能輕。 3．機(jī)器人造價(jià)不限，但應(yīng)盡可能低。 4．機(jī)器人操控可采用線控或遙控方式；不建議機(jī)器人采用自動(dòng)控制或智能控制 。 5．機(jī)器人行進(jìn)方式不限。 6．機(jī)器人驅(qū)動(dòng)可采用各種形式的原動(dòng)機(jī)，但不允許使用人力直接驅(qū)動(dòng)；若使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其電源應(yīng)為安全電源。（注：動(dòng)力設(shè)備自備，比賽現(xiàn)場僅提供 220V 交流電源）。 比賽場地示意圖 設(shè)計(jì)方案 按照我們開始的構(gòu)思，打算采用傳統(tǒng)的抓手設(shè)計(jì)——由電機(jī)驅(qū)動(dòng)“抓手”的“手指”抓住果實(shí)，然后將果實(shí)摘下。這樣的采摘過程完全模仿人的采摘行為，具有很高的可行性。但是，機(jī)器人的控制并不能像人那樣隨心所欲，因此，從效率和可靠度上來考慮，這樣的才采摘?jiǎng)幼骺赡懿荒敲醋屓藵M意。因此，我們?cè)谧ト?dòng)作上稍做改進(jìn)。將抓手設(shè)計(jì)為一個(gè)空心長方體，像一個(gè)籠子，我們稱之為籠形抓手。，比賽場地中果實(shí)的安放位置可以分為兩類，樹枝的上方和樹枝的下方?？紤]到摘取上下兩類果實(shí)的方便，我們將籠子的上下兩面各開一個(gè)Φ60mm的圓孔，側(cè)面則安裝電機(jī)A驅(qū)動(dòng)滑條來回滑動(dòng)，控制“手“的開合。兩個(gè)滑條一端分別固定在上下表面上，另一端用螺絲固定在滑塊上?；瑝K的中心位置有一個(gè)螺紋孔，螺紋孔與螺桿配合，螺桿與電機(jī)相連，由側(cè)面的A電機(jī)驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)滑條來回移動(dòng)來控制抓手的開合。為了迅速而精確地控制抓手的位置，我們?cè)谑直厶幵O(shè)計(jì)安裝了電機(jī)B和電機(jī)C，B電機(jī)控制抓手在水平面360176。的運(yùn)動(dòng)，C電機(jī)控制抓手在豎直方向的運(yùn)動(dòng)，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速比較快，我們的傳動(dòng)系選擇蝸輪蝸桿傳動(dòng)，這樣的傳動(dòng)平穩(wěn)，而且傳動(dòng)比大，能將輸出轉(zhuǎn)速大大降低。我們?cè)诨\形抓手的一面開一個(gè)45mm X 45mm的口子，連接一個(gè)塑料彈簧圈。彈簧圈下端連著臨時(shí)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)。我們的“果實(shí)”采摘下來以后直接通過這一通道運(yùn)送到下端，方便且迅速。下面我們簡單描述一下我們摘取果實(shí)的整一套動(dòng)作。第一步，由上升機(jī)構(gòu)迅速將抓手上升到樹枝的附近（位置不需要非常精確）；第二步，通過手臂上的電機(jī)B和電機(jī)C精確調(diào)整抓手位置，通過粗條和微調(diào)這兩個(gè)過程我們已經(jīng)將“果實(shí)”很可靠地“握”在手中；第三步，啟動(dòng)電機(jī)A驅(qū)動(dòng)滑條，將手縮緊滑條相當(dāng)于一個(gè)模擬刀片，將“果實(shí)”切下，這樣的動(dòng)作不會(huì)對(duì)果實(shí)造成大的損傷，有利于果實(shí)的后期保養(yǎng)和銷售；第四步，“果實(shí)”通過輸送通道送至臨時(shí)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)，方便進(jìn)行下一個(gè)摘取動(dòng)作。第三章 機(jī)械手設(shè)計(jì) 抓手尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算由于比賽規(guī)則的限制，我們的機(jī)器人必須設(shè)計(jì)地緊湊實(shí)用。因此，尺寸設(shè)計(jì)是非常重要的一步。比賽時(shí)果實(shí)的規(guī)格為，我們抓手的上下孔洞必須略大于這個(gè)尺寸，為了減少操作的難度，我們把孔洞的尺寸定為。基于上述考慮，我們把機(jī)械手的尺寸暫時(shí)定為，后來的實(shí)踐證明，我們的尺寸是符合緊湊實(shí)用這一標(biāo)準(zhǔn)的。手臂的長度不宜過長，不然當(dāng)機(jī)器人伸出手時(shí)會(huì)引起重心不穩(wěn)，產(chǎn)生搖晃。因此我們暫時(shí)將手臂設(shè)計(jì)為250mm。具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖31圖31 機(jī)器人手臂示意圖 傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)計(jì)算為了便于控制，我們需要比較大的傳動(dòng)比。為此，我們決定選擇采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)。除了擁有較大的傳動(dòng)比以外，蝸輪蝸桿傳動(dòng)還有一個(gè)好處，有自鎖的功能。這在實(shí)際作業(yè)中也是非常必要的。蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)：由于我們的傳動(dòng)對(duì)承載能力沒有很高要求，僅僅要求尺寸結(jié)構(gòu)緊湊，查簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（朱龍根主編）表1123，蝸輪材料選擇(鋁青銅)，蝸桿材料選擇45鋼。選擇模數(shù)m=1mm，頭數(shù)=1，傳動(dòng)比，蝸輪變位因數(shù)，選擇ZA型齒。因此，齒形角。蝸輪齒數(shù)蝸桿軸向齒距mm蝸桿分度圓直徑蝸桿齒頂圓直徑蝸桿齒根圓直徑蝸桿齒頂高頂隙（一般取=）蝸桿齒根高蝸桿齒高蝸桿齒寬，查表1129，因此，取蝸輪分度圓直徑 中心距 蝸輪齒頂高蝸輪喉圓直徑蝸輪齒根圓高蝸輪齒根圓直徑蝸輪齒高蝸輪頂圓直徑，那么我們的頂圓直徑就取蝸輪齒寬，那么我們?nèi)∥佪嘄X寬蝸輪弧頂圓半徑蝸輪弧根圓半徑蝸桿軸向齒厚蝸桿齒厚法向弦齒高蝸桿節(jié)圓直徑蝸輪節(jié)圓直徑 傳動(dòng)系的強(qiáng)度校核圓柱蝸桿傳動(dòng)承載能力校核計(jì)算包括三部分：接觸強(qiáng)度校核計(jì)算，彎曲強(qiáng)度校核計(jì)算，蝸桿軸撓度計(jì)算。其中接觸強(qiáng)度校核采用式 （31）彎曲強(qiáng)度校核計(jì)算采用式 （32）蝸桿軸撓度的校核計(jì)算采用式 （33）其中——蝸桿分度圓直徑（mm）；——蝸輪分度圓直徑(mm)；E——蝸桿材料彈性模量，可取E=； 、蝸桿徑向力和分度圓切向力（Ｎ）；Ｉ——蝸桿中部界面的慣性矩，；——使用因數(shù)；——?jiǎng)虞d因數(shù)，蝸輪圓周速度時(shí)?。?，時(shí)取=~；——載荷分布因數(shù)，載荷平穩(wěn)時(shí)取=，載荷變化時(shí)取=~；L——蝸桿兩端軸承的跨距（mm）；m——模數(shù)；——蝸輪軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（）；——蝸輪輪齒的復(fù)合齒形因數(shù)，按及查圖97；——導(dǎo)程角影響因數(shù)，=1；——蝸桿許用撓度，=(~)(mm)。——彈性系數(shù)（），見表1132；——許用彎曲應(yīng)力（Mpa），見表1126；——許用接觸應(yīng)力（Mpa），見表1126和1127。接觸強(qiáng)度校核：查表1132，蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩初步估計(jì)使用因數(shù)查表1131得動(dòng)載因數(shù)載荷分布因數(shù)查表1127得250MPa因此根據(jù)式（31），接觸強(qiáng)度符合要求彎曲強(qiáng)度校核：蝸輪輪齒的復(fù)合齒形因數(shù)：=, =導(dǎo)程角影響因數(shù)查表1126得，根據(jù)式（32），因此 彎曲強(qiáng)度也符合要求蝸桿軸撓度校核： 蝸桿徑向力：估算分度圓切向力：彈性模量E=蝸桿中部截面慣性矩初步估計(jì)L=40mm因此根據(jù)式（33）， 蝸桿軸撓度校核符合要求綜上所述，我們所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系能夠滿足工作的要求（注意：以上設(shè)計(jì)均參考簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，朱龍根主編）。我們?cè)谡C(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)共有三只電機(jī)：控制機(jī)械手在左右在水平方向上運(yùn)動(dòng)的電機(jī)A，控制機(jī)械手在豎直方向上下運(yùn)動(dòng)的電機(jī)B，控制機(jī)械手開合摘取果實(shí)的電機(jī)C。在這三個(gè)電機(jī)的控制下，我們的機(jī)械手就可以觸及樹上任何一個(gè)部位，將果實(shí)采下。電機(jī)A和B：從速度上考慮，我們的電機(jī)A和B應(yīng)該盡量選擇轉(zhuǎn)速大的電機(jī)，但是電機(jī)B和C的作用是對(duì)機(jī)械手的位置起一個(gè)“微調(diào)“的作用，轉(zhuǎn)速過大會(huì)是控制困難，從而失去微調(diào)這一作用，位置就很難精確把握了。同時(shí)，由于機(jī)械手在是水平位置的運(yùn)動(dòng)范圍較豎直方向大A電機(jī)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速要比B電機(jī)稍大。為此，我們暫定A電機(jī)轉(zhuǎn)速120r/min,B電機(jī)轉(zhuǎn)速為100r/min經(jīng)過蝸輪蝸桿較大的傳動(dòng)比減速后速度