爬桿機(jī)器人課程設(shè)計(jì)書

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1、 一 設(shè)計(jì)題目：爬桿機(jī)器人 為代替人高空作業(yè)，設(shè)計(jì)出爬上和爬下干裝的機(jī)器人。 1.1設(shè)計(jì)目的 目前全國(guó)日益加快的現(xiàn)代化建設(shè)步伐，除了2008 年8 月在北京舉辦的奧運(yùn)會(huì)、2010年將要在上海舉辦的世博會(huì)之外，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速增長(zhǎng)、人民生活水平日益提高，城鎮(zhèn)中隨之矗立起無(wú)數(shù)的高層城市建筑，各類集實(shí)用性與美觀性一體的市政、商業(yè)工程諸如電線桿、路燈桿、大橋斜拉鋼索、廣告牌立柱等（圖1-1），它們通常5~30 米，有的甚至高達(dá)百米，壁面多采用油漆、電鍍、玻璃鋼結(jié)構(gòu)等，由于常年裸露在大氣之中，風(fēng)沙長(zhǎng)年累月的積累會(huì)形成灰塵層，該污染影響城市的美觀，同時(shí)空氣中混合的

2、酸性物質(zhì)也會(huì)對(duì)這些城市建筑特別是金屬桿件造成損壞，加快它們的生銹，并縮短它們的使用壽命，需要定期進(jìn)行壁面維護(hù)工作。為保持清潔，許多國(guó)際性城市如廈門、深圳、香港等地規(guī)定，每年至少清洗數(shù)次。目前傳統(tǒng)的清洗技術(shù)主要分為人工清洗（化學(xué)藥劑清洗）和高壓水槍清洗等方法。其中人工清洗是由清潔工人搭乘吊籃進(jìn)行高空作業(yè)來(lái)完成，工人的工作環(huán)境惡劣，具有很大程度上的危險(xiǎn)性，工作效率也很低，耗資巨大?；瘜W(xué)藥劑中所用的去污劑具有很強(qiáng)的毒副作用會(huì)對(duì)人造成潛在的危害，并易造成環(huán)境的二次污染；高壓水槍清洗耗能比較大、成本高，且對(duì)周邊環(huán)境有很大的影響。在利用高壓水進(jìn)行清洗時(shí)，它的周邊不能有車輛、行人通過(guò)，且不能有過(guò)近的建筑物。

3、其它高空作業(yè)諸如：各種桿狀城市建筑的油漆、噴涂料、檢查、維護(hù)，電力系統(tǒng)架設(shè)電纜、瓷瓶清潔等工作主要由人工和大型設(shè)備來(lái)完成，但它們都集中表現(xiàn)出效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗能高、二次污染嚴(yán)重等問(wèn)題。隨著機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展以及人們自我安全保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，迫切希望能用機(jī)器人代替人工進(jìn)行這些高空危險(xiǎn)作業(yè)，從而把人從危險(xiǎn)、惡劣、繁重的勞動(dòng)環(huán)境中解脫出來(lái)。 1.2設(shè)計(jì)條件 攀爬對(duì)象為直徑150毫米左右的等直徑桿（學(xué)有余力的同學(xué)可以考慮攀爬對(duì)象為變截面桿，如電線桿）?？梢杂秒妱?dòng)機(jī)，液壓站，氣壓站其中的任意一種做動(dòng)力源，但要分析其應(yīng)用場(chǎng)合和優(yōu)缺點(diǎn)。 1.3設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1.3.1要求至少設(shè)計(jì)出三

4、種能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人爬桿運(yùn)動(dòng)要求的機(jī)構(gòu)，繪制所選機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)示意圖（繪制在說(shuō)明書上），對(duì)其進(jìn)行分析，比較其優(yōu)缺點(diǎn)（可靠性 經(jīng)濟(jì)性 空間尺寸等），并最終選出一個(gè)自己認(rèn)為最合適的機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。 1.3.2所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)要考慮到攀爬對(duì)象的直徑略有改變時(shí)仍然能夠完成工作任務(wù)(通過(guò)調(diào)節(jié)裝置來(lái)達(dá)到要求)；還要考慮攀爬對(duì)象的直徑并不是非常精確地，攀爬對(duì)象可能是垂直的，也可能是傾斜的。 1.3.3如果以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，要設(shè)計(jì)減速裝置，如果用齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速，需要進(jìn)行齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 二．原理分析

5、 由模仿動(dòng)物爬樹的運(yùn)動(dòng)原理。向上爬時(shí)，雙腳固定在樹干上，雙手向上攀爬，然后雙手固定，拉起雙腳上移。下滑時(shí)，雙手先固定，雙腳下滑，然后雙腳固定，手收回。手腳交替循環(huán)工作，實(shí)現(xiàn)身體上爬與下滑的功能。 工作原理流程圖如下所示： 上部松開，軀干靜止(最長(zhǎng))，下部夾緊 軀干縮短，上部夾緊，下部松開 下部松開，上部夾緊，軀干縮短(最短) 下部夾緊，軀干靜止，上部松開 經(jīng)過(guò)上述四步，在一個(gè)動(dòng)作周期中向上爬一步，示意圖如圖 因此，本小組設(shè)計(jì)的爬桿機(jī)器人，主要有三部分組成：上滑塊，下滑快，傳動(dòng)部分。上滑塊模仿雙手工作，下滑快模仿雙腳工作，傳動(dòng)

6、部分起連接上下滑快和傳遞動(dòng)力的作用。要求其中某一滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)，另一滑塊必須固定自鎖。以使機(jī)器人在爬桿上能上下自如的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)而不至于滑落。以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，通過(guò)連接適當(dāng)?shù)臏p速裝置，滿足運(yùn)動(dòng)要求 三．各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可能方案 3.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)功用：主要負(fù)責(zé)將電動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力按一定的要求傳遞到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，并控制其協(xié)調(diào)工作以達(dá)到設(shè)計(jì)目的。 3.2兩種設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 如下圖一所示的彈簧套筒組合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，上下套筒分別固定在上下兩個(gè)滑塊上。下套筒直徑比爬桿略大10～20mm，防止爬行過(guò)程中爬桿直徑突然發(fā)生變化時(shí)，套筒與爬桿之間接觸從而產(chǎn)生摩擦，影響傳

7、動(dòng)效率。上下套筒間用彈簧連接。電動(dòng)機(jī)固定在上套筒外壁，驅(qū)動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)。推程運(yùn)動(dòng)中，凸輪對(duì)下套筒有向下的作用力，當(dāng)下套筒此時(shí)剛好固定時(shí)，則反作用力推動(dòng)上套筒向上運(yùn)動(dòng)并拉伸彈簧?；爻踢\(yùn)動(dòng)中，控制上套筒固定，凸輪對(duì)下套筒的作用逐漸減弱，利用彈簧的回復(fù)作用，拉住下套筒向上運(yùn)動(dòng)。 圖一 如下圖二所示的為曲柄滑塊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。與一般的曲柄滑塊不同的是，此機(jī)

8、構(gòu)的曲柄端也與滑塊相連，即有上下兩個(gè)滑塊，但是在工作過(guò)程中可以通過(guò)控制夾緊裝置，使其中某一滑塊滑動(dòng)時(shí)，另一滑塊恰好固定。如此，在任意時(shí)刻，分析該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性時(shí)可按照一般曲柄滑塊處理。電動(dòng)機(jī)固定在曲柄端連接的滑塊上，帶動(dòng)曲柄順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。推程運(yùn)動(dòng)中，下滑塊固定，曲柄從最下端開始運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)0～180過(guò)程中，推動(dòng)上滑塊運(yùn)動(dòng)至頂端?；爻踢\(yùn)動(dòng)中，控制上滑塊固定，轉(zhuǎn)動(dòng)180～360過(guò)程中，拉動(dòng)下滑塊向上運(yùn)動(dòng)

9、 圖二 3.3比較分析: 3.3.1彈簧套筒組合傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn)：1．利用凸輪直徑變化推動(dòng)前進(jìn)，過(guò)度平緩，工作較平穩(wěn)。 2．上下滑塊間的連接僅依靠倆大小套筒彈簧套接而成，形式簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，無(wú)彎矩及扭矩，穩(wěn)定可靠。 3.主要承受載荷部位在彈簧處，長(zhǎng)時(shí)間工作后，彈簧可能疲勞受損，彈性減弱，此時(shí)只需更換彈簧即可恢復(fù)穩(wěn)定工作，互換性好。 缺點(diǎn)：1.依靠凸輪傳動(dòng)時(shí)，受凸輪大小尺寸的限制，工作效率太低。 2.只能在直桿上運(yùn)動(dòng)，無(wú)法在彎截面桿上工作，工作范圍有限。 3.3.2曲柄滑塊傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn)：1.屬于平面連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。 2.運(yùn)動(dòng)副為低副，能

10、承受較大載荷 3.曲柄連桿鉸接，可彎曲，能在彎曲爬桿外爬行 4.只要能滿足強(qiáng)度和剛度要求，曲柄連桿可盡量加長(zhǎng)，提高工作效率 缺點(diǎn)：1.連桿與滑塊用鉸鏈連接，接觸面太小，滑塊受力不均 2.以桿傳動(dòng)，桿受彎矩較大，對(duì)桿的材料要求較高，以滿足工作強(qiáng)度 曲柄滑塊工作示意圖 3.4夾緊裝置功用：用來(lái)在攀爬過(guò)程中讓一端夾緊爬桿，形成固定端，另一端放松，為自由端，自由伸縮。并能交替改變兩端狀態(tài)。 3.4.1梯形自鎖機(jī)構(gòu) 如圖三（a），為一梯形自鎖機(jī)構(gòu)。帶有自動(dòng)鎖緊的夾緊裝置。上下滑塊均如圖所示安裝，梯形大邊在上。曲柄在底部轉(zhuǎn)至頂端的過(guò)程中，經(jīng)力

11、的分析，上自鎖套受到向上的推力，自鎖套內(nèi)的兩個(gè)小球因重力掉至梯形底部，由于球的直徑小于梯形底邊長(zhǎng), 圖三（a） 小球與爬桿間無(wú)擠壓，它將無(wú)阻礙的被連桿往上頂起；與此同時(shí)，下自鎖套受的卻是向下的推力，與上面的相反，其具有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，內(nèi)部的小球脫離自鎖套的底部，因小球直徑大于梯形上邊長(zhǎng)，那么小球就被卡在了梯形空間中，此時(shí)由于小球被固定而使整個(gè)自鎖套看作是一個(gè)機(jī)架鉸接曲柄；曲柄由頂端向低底端轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上下滑塊受力情況恰與第一種情況相反，上自鎖套因受力自鎖而被固定，曲柄連桿拉動(dòng)下自鎖套向上運(yùn)動(dòng)，在曲柄過(guò)最低端時(shí)又循環(huán)到第一種情況。如此上下滑塊周而復(fù)始交替上爬。

12、 圖三（b） 圖三（a）為上自鎖機(jī)構(gòu)，即只能實(shí)現(xiàn)單向上爬運(yùn)動(dòng)。為了解決機(jī)器人下爬的問(wèn)題，可采用十字自鎖套機(jī)構(gòu)，即兩個(gè)自鎖套交叉垂直合并在一起，如圖三（b）所示，其中之一梯形大邊在上,如圖三（a）所示 ，另一個(gè)恰好相反，梯形大邊在下為下自鎖機(jī)構(gòu)，工作原理與上自鎖剛好相反，上升時(shí)不工作，下滑時(shí)工作。上爬時(shí)，通過(guò)繼電器使其中一對(duì)工作另一對(duì)暫時(shí)停止工作，下爬時(shí)，通過(guò)繼電器使兩對(duì)自鎖套工作狀態(tài)調(diào)換，實(shí)現(xiàn)下爬加

13、緊運(yùn)動(dòng)。 3.4.2機(jī)械爪子夾緊裝置 如圖四，該裝置為擺桿變形機(jī)構(gòu)。通過(guò)外部受力拉動(dòng)拉桿1，使得擺桿2和3向內(nèi)擺動(dòng)時(shí)，拉動(dòng)擺桿4和5擺動(dòng)，帶動(dòng)兩滾輪擠壓爬桿，實(shí)現(xiàn)加緊作用。外力撤去或減小時(shí)，通過(guò)套筒中彈簧的回復(fù)作用使桿件1復(fù)位，兩滾輪松開，實(shí)現(xiàn)放松的功能。滾輪8固定在箱體上，夾緊時(shí)，與4,5擺桿上滾輪一起實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)定位。滾輪7固定在箱蓋上，與8之間距離可調(diào)基本尺寸為155毫米，其作用是放松時(shí)與滾輪8一起，前后頂住爬桿，防止裝置側(cè)翻，保證爬行時(shí)穩(wěn)定可靠。 10 9 6 3 2 7 4 8 5 1 圖四 注釋： 1.拉桿

14、2，3，4，5.驅(qū)動(dòng)搖桿 6,9加緊滾輪 7,8定位滾輪 10，彈簧 3.4.3雙凸輪夾緊裝置 如圖五，為雙凸輪夾緊裝置。上下滑塊內(nèi)各裝有一個(gè)凸輪，該凸輪由兩段直徑不同的圓弧和連接此兩段圓弧的過(guò)度圓弧構(gòu)成，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)到大圓弧與爬桿相接觸時(shí)，頂緊爬桿固定，當(dāng)轉(zhuǎn)到小圓弧與爬桿接觸時(shí)，凸輪與爬桿間形成間隙，起到放松的作用。通過(guò)電動(dòng)機(jī)與齒輪組合裝置，如圖五（c）所示，驅(qū)動(dòng)上下兩個(gè) 圖五（a） 圖五（b）俯視圖 凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)控制其中一個(gè)凸輪大徑與爬桿接觸時(shí)，另一個(gè)剛好小徑與凸輪接觸。實(shí)現(xiàn)一放松一夾緊的工作環(huán)境，兩凸輪由

15、同一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，依靠齒輪傳遞動(dòng)力。 圖五（c） 3.5綜合分析 表1 方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 梯形自鎖機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鎖緊 體積小 單對(duì)不能實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng) 成雙對(duì)使用控制繁瑣 使用繼電器設(shè)計(jì)較為復(fù)雜 且?jiàn)A緊不可靠 機(jī)械爪子夾緊裝置 可適應(yīng)不同直徑的爬桿 結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單 不能自動(dòng)鎖緊，要加外控鎖緊裝置 雙凸輪夾緊裝置 原理簡(jiǎn)單 運(yùn)動(dòng)和夾緊可通過(guò)一個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 兩個(gè)凸輪難以保證其轉(zhuǎn)速相同 不易調(diào)節(jié)尺寸爬桿適用受限 。 四 運(yùn)動(dòng)方案分

16、析 方案一： 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)二與自鎖機(jī)構(gòu)二組合應(yīng)用 工作原理：自鎖爪夾緊和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)爬行。 優(yōu)點(diǎn)：1.屬于平面連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。 2.運(yùn)動(dòng)副為低副，能承受較大載荷 3.曲柄連桿鉸接，可彎曲，能在彎曲爬桿外爬行 4.只要能滿足強(qiáng)度和剛度要求，曲柄連桿可盡量加長(zhǎng)，提高工作效率 5. 可適應(yīng)不同直徑的爬桿結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：1.連桿與滑塊用鉸鏈連接，接觸面太小，滑塊受力不均 2.以桿傳動(dòng)，桿受彎矩較大，對(duì)桿的材料要求較高，以滿足工作強(qiáng)度 3. 不能自動(dòng)鎖緊，要加外控鎖緊裝置 方案二：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)二與自鎖機(jī)構(gòu)三的組合。 工作原理：雙凸輪夾緊和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)

17、實(shí)現(xiàn)爬行。 優(yōu)點(diǎn)：1.屬于平面連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。 2.運(yùn)動(dòng)副為低副，能承受較大載荷 3.曲柄連桿鉸接，可彎曲，能在彎曲爬桿外爬行 4.只要能滿足強(qiáng)度和剛度要求，曲柄連桿可盡量加長(zhǎng)，提高工作效率 5. 原理簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)和夾緊可通過(guò)一個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 缺點(diǎn)：1.連桿與滑塊用鉸鏈連接，接觸面太小，滑塊受力不均 2.以桿傳動(dòng)，桿受彎矩較大，對(duì)桿的材料要求較高，以滿足工作強(qiáng)度 3. 兩個(gè)凸輪難以保證其轉(zhuǎn)速相同不易調(diào)節(jié)尺寸爬桿適用受限 方案三：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一和自鎖機(jī)構(gòu)一的組合。 工作原理：梯形自鎖機(jī)構(gòu)的自鎖與彈簧套筒機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)爬行。 優(yōu)點(diǎn)：1．利用凸輪直徑變化推動(dòng)前進(jìn)，過(guò)度平緩，

18、工作較平穩(wěn)。 2．上下滑塊間的連接僅依靠倆大小套筒彈簧套接而成，形式簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，無(wú)彎矩及扭矩，穩(wěn)定可靠。 3.主要承受載荷部位在彈簧處，長(zhǎng)時(shí)間工作后，彈簧可能疲勞受損，彈性減弱，此時(shí)只需更換彈簧即可恢復(fù)穩(wěn)定工作，互換性好 4. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鎖緊體積小。 缺點(diǎn)：1.依靠凸輪傳動(dòng)時(shí)，受凸輪大小尺寸的限制，工作效率太低。 2.只能在直桿上運(yùn)動(dòng)，無(wú)法在彎截面桿上工作，工作范圍有限 3.單對(duì)不能實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)成雙對(duì)使用控制繁瑣使用繼電器設(shè)計(jì)較為復(fù)雜 且?jiàn)A緊不可靠 綜上所述,本小組經(jīng)過(guò)討論后最終決定：選最優(yōu)方案為方案一，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，滿足工藝制造要求；推程大，工作效率高；夾緊牢固可靠，安

19、全穩(wěn)定。 五 動(dòng)力系統(tǒng)方案研究 目前對(duì)于機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)有多種不同的選擇方案，可以采用電氣驅(qū)動(dòng)、 液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)等不同的方式。不同的動(dòng)力系統(tǒng)具有不同的特點(diǎn)，根據(jù)不同的工作環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)合，按照具體的要求來(lái)選擇最適合的動(dòng)力系統(tǒng)，可以達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。表3-1 為不同的驅(qū)動(dòng)方式的性能對(duì)照表。 5.1氣壓驅(qū)動(dòng) 使用壓力通常在 0.4~0.6Mpa，最高可達(dá)1Mpa。氣壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便；缺點(diǎn)是功率質(zhì)量比小，裝置體積大，同時(shí)由于空氣的可壓縮性使得機(jī)器人在任意定位時(shí)，位姿精度不高。氣壓驅(qū)動(dòng)不可避免的存在漏氣的問(wèn)題

20、和氣壓裝置體積較大，這一點(diǎn)不符合本爬行機(jī)器人的工作空間的要求，不適合在本系統(tǒng)中使用 5.2液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 用 2~15Mpa 的油液驅(qū)動(dòng)影響工作穩(wěn)定性和定位精度，但由于有漏油的問(wèn)題，也不適合在本系統(tǒng)中使用。 5.3電氣驅(qū)動(dòng) 是利用各種電機(jī)產(chǎn)生的力或轉(zhuǎn)矩，直接或經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)去驅(qū)動(dòng)負(fù)載，減少了由電能變?yōu)閴毫δ艿闹虚g環(huán)節(jié)，直接獲得要求的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。由于電氣驅(qū)動(dòng)具有易于控制，運(yùn)動(dòng)精度高，響應(yīng)快，使用方便，信號(hào)監(jiān)測(cè)、傳遞和處理方便，成本低廉，驅(qū)動(dòng)效率高，不污染環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)，電氣驅(qū)動(dòng)己經(jīng)成24為最普遍，應(yīng)用最多的驅(qū)動(dòng)方式，符合本系統(tǒng)要求。所以選擇電氣驅(qū)動(dòng)的方案。 由于設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)不適合用于高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)

21、合，故查資料得，出產(chǎn)電動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速為56r／min。用齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速，設(shè)計(jì)減速裝置如下圖所示 1 4 3 2 電動(dòng)機(jī) 一級(jí)減速：i2／i1=4 二級(jí)減速：i3／i4=7.5 最終電動(dòng)機(jī)輸出工作轉(zhuǎn)速為10 r／min，足以滿足工作要求。 六 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 以曲柄處最下端為初始位置，順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 曲柄轉(zhuǎn)角（度） 0 90 180 270 360 自鎖機(jī)構(gòu) 上爪松開 下爪夾緊 上爪夾緊 下爪松開 上滑塊 上移 固定 下滑快 固定 上移 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，逆時(shí)針旋

22、轉(zhuǎn)。即可實(shí)現(xiàn)控制機(jī)器人穩(wěn)定下滑 曲柄轉(zhuǎn)角（度） 0 90 180 270 360 自鎖機(jī)構(gòu) 上爪夾緊 下爪松開 上爪松開 下爪夾緊 上滑塊 固定 下移 下滑快 下移 固定 七 設(shè)計(jì)計(jì)算分析 7.1執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖： 7.2設(shè)計(jì)計(jì)算與評(píng)價(jià) 7.2.1自由度F的計(jì)算 自由度，即使機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。在平面機(jī)構(gòu)中，在未用運(yùn)動(dòng)副玉其他機(jī)構(gòu)連接之前，每個(gè)構(gòu)件都有三個(gè)自由度，但每個(gè)低副的引入兩個(gè)約束，使機(jī)構(gòu)失去兩個(gè)自由度；每個(gè)高副的引入一個(gè)約束，是

23、機(jī)構(gòu)失去一個(gè)自由度，保留兩個(gè)自由度。故計(jì)算自由度的公式為F=3n-2p1-ph 而由機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖我們可以知道，活動(dòng)構(gòu)件n=3，低副p1=4，高副ph=0. 因此該執(zhí)行系統(tǒng)的自由度F=3n-2p1-ph=3*3-2*4-0=1 7.2.2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的確定 在機(jī)構(gòu)中，按照獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)參數(shù)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件稱為原動(dòng)件，一般而言，動(dòng)該等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目。這就是機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。 由自由度的自己我們可知，F(xiàn)=1.如圖當(dāng)只有曲柄作為原動(dòng)件（等速轉(zhuǎn)動(dòng)）時(shí)，機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)本機(jī)構(gòu)向上和向下的爬行，完成機(jī)器人爬桿的動(dòng)作。 7.2.3行程速度系數(shù) 本設(shè)計(jì)

24、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏心距為0.故不存在急回特性，能保證推程時(shí)與回程時(shí)上下滑塊均能平穩(wěn)傳動(dòng)，穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。 7.2.4死點(diǎn)位置 由于執(zhí)行系統(tǒng)采用的是曲柄作為原動(dòng)件，故不會(huì)出現(xiàn)“頂死”現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，能較好的實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的爬桿行為 八 個(gè)人小結(jié) 經(jīng)過(guò)一周的奮戰(zhàn)我們的課程設(shè)計(jì)終于完成了，在這次課程設(shè)計(jì)中我學(xué)到得不僅是專業(yè)的知識(shí)，還有的是如何進(jìn)行團(tuán)隊(duì)的合作，因?yàn)槿魏我粋€(gè)作品都不可能由單獨(dú)某一個(gè)人來(lái)完成，它必然是團(tuán)隊(duì)成員的細(xì)致分工完成某一小部分，然后在將所有的部分緊密的結(jié)合起來(lái)，并認(rèn)真調(diào)試它們之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系之后形成一個(gè)完美的作品。 這次課程設(shè)計(jì)，由于理論知識(shí)的不足，再加上平時(shí)沒(méi)有

25、什么設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一開始的時(shí)候有些手忙腳亂，不知從何入手。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的可能不太好，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。 九 參考資料 【1】彭文生 機(jī)械設(shè)計(jì) 高等教育出版社 2008年11月 【2】王三民 機(jī)械原理與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社 2005年1月 【3】唐增寶 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 華中科技大學(xué)出版社 2006年9月 【4】孫桓 機(jī)械原理 高等教育出版社 2006年12月