畢業(yè)設(shè)計(jì)之爬樓機(jī)器人傳動(dòng)設(shè)計(jì)

1、機(jī)電學(xué)院CDIO項(xiàng)目教學(xué)一級(jí)項(xiàng)目期末報(bào)告書（2012-2013學(xué)年第一學(xué)期）項(xiàng)目名稱： 爬樓梯機(jī)器人及機(jī)械手分析 報(bào) 告 人： 馮江濤 專業(yè)班級(jí)： 10級(jí)機(jī)制4班 指導(dǎo)教師： 周殿春 柴寶明 報(bào)告日期： 2012.1.12 成 績： 一、項(xiàng)目簡介：1項(xiàng)目內(nèi)容：爬樓梯機(jī)器人。2.項(xiàng)目研究的意義：了解爬樓梯機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)原理；提升觀察能力和動(dòng)手能力；可以幫助進(jìn)一步理解“機(jī)械原理”課，使其真實(shí)可見。3.項(xiàng)目成果預(yù)期：真正弄懂爬樓梯機(jī)器人的構(gòu)造，做個(gè)模型，會(huì)畫三維實(shí)體圖，了解其動(dòng)力系統(tǒng)。二、工作過程簡述 1.認(rèn)真完成老師分配的任務(wù)；2.結(jié)合所學(xué)課程研究爬樓機(jī)器人；3.認(rèn)真查閱機(jī)械手相關(guān)資料；4.

2、業(yè)余時(shí)間學(xué)習(xí)畫圖軟件，看畫圖書。三、CDIO工作成果 1.進(jìn)一步分析爬樓梯機(jī)器人的結(jié)構(gòu)；2.對機(jī)械手進(jìn)去結(jié)構(gòu)功能分析；3.初步了解液壓；4.學(xué)習(xí)PLC。5.了解現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與技術(shù)。四、能力提升結(jié)合課程教學(xué)，學(xué)習(xí)能力提升，設(shè)計(jì)能力提升，工程能力提高。五、學(xué)期小結(jié) 1.學(xué)習(xí)要認(rèn)真對待，一分耕耘，一分收獲；2.機(jī)器人相關(guān)知識(shí)博大精深，我們現(xiàn)在所學(xué)的知識(shí)冰山一角，需更加努力學(xué)習(xí)；3.今后首先將三維畫圖工具學(xué)好，學(xué)會(huì)畫實(shí)體圖，裝配和仿真；4.建議：小組內(nèi)討論，多互動(dòng)，互相學(xué)習(xí)，互相幫助。1、 關(guān)于爬樓機(jī)器人的進(jìn)一步分析爬樓機(jī)器人傳動(dòng)設(shè)計(jì)1.輪組單元的傳動(dòng)設(shè)計(jì)及基本原理如圖1所示，輪組采用行星輪式結(jié)構(gòu)

3、，包括傳動(dòng)軸，過渡齒輪，中心齒輪，小車輪和驅(qū)動(dòng)齒輪輪組的機(jī)械原理:車體重量通過軸承間接承載在四個(gè)輪組上，輪組中的所有齒輪都繞轉(zhuǎn)臂上的小軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)電機(jī)動(dòng)力傳到傳動(dòng)軸時(shí)，軸帶動(dòng)中心齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，中心齒輪帶動(dòng)過渡齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再傳給驅(qū)動(dòng)齒輪，由于小車輪與驅(qū)動(dòng)齒輪固連，機(jī)器人前進(jìn)。當(dāng)車輪組機(jī)構(gòu)運(yùn)行在平直的路面上時(shí)，受兩個(gè)車輪同時(shí)著地的約束限制，轉(zhuǎn)臂不能轉(zhuǎn)動(dòng)只能隨車沿路面平動(dòng)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)輪系為定軸輪系，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)在平直面上的快速行駛; 當(dāng)小車遇上臺(tái)階時(shí)，由于臺(tái)階與車輪的摩擦力，行星輪的齒輪系都被鎖住，無法轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)整個(gè)行星輪板在中心齒輪的驅(qū)動(dòng)下，變成一個(gè)類輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小車爬上臺(tái)階。圖1輪組機(jī)構(gòu)示意圖 2.爬

4、樓機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)輪組單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 輪組的結(jié)構(gòu)尺寸范圍根據(jù)樓梯的踏步高a和踏步寬b兩個(gè)參數(shù)來確定。建筑樓梯模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定樓梯踏步高度不宜大于210mm，并不宜小于140mm;樓梯踏步寬度，應(yīng)采用220, 240, 260, 280, 300, 320mm;樓梯踏步高與寬的關(guān)系式:2a + b <_ 600 ( a一踏步高b一踏步寬)。 根據(jù)以上條件可知:bmin =220, a min =140, a max =190mm;如圖2.4所示，有以下關(guān)系L=取b，a則rx220得到184.4mm同理取得b，a，有134.4m輪組結(jié)構(gòu)的最大值r可通過a和b得到，如圖2.5所示 ，得到1

5、30.4根據(jù)以及的范圍，取恰當(dāng)?shù)闹?，可以得到輪組結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)臂寬，如圖.所示綜合上述條件公式可以得到輪組結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)（R，r以及t）所設(shè)計(jì)出來的輪組是以最小樓梯為基礎(chǔ)，并滿足最高樓梯尺寸的要求，當(dāng)在更寬尺寸樓梯行駛時(shí)，一次翻滾發(fā)生滑移便接著進(jìn)行二次翻滾爬行，所以能夠自動(dòng)適應(yīng)各種規(guī)格的樓梯，具有強(qiáng)適應(yīng)性。 二、對機(jī)械手的相關(guān)分析 1、直角坐標(biāo)式機(jī)械手直角坐標(biāo)式機(jī)械手是適合于工作位置成行排列或與傳送帶配合使用的一種機(jī)械手。它的手臂可作伸縮、左右和上下移動(dòng)，按直角坐標(biāo)形式X、Y、Z三個(gè)方向的直線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。其工作范圍可以是一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)；兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)或三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。如在X、Y、Z三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)方向上個(gè)具有A、

6、B、C三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即構(gòu)成六個(gè)自由度。直角坐標(biāo)式機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)：（1） 產(chǎn)量大，節(jié)拍短，能滿足高速的要求； （2） 容易與生產(chǎn)線上的傳送帶和加工裝配機(jī)械相配合；（3） 適于裝箱類、多工序復(fù)雜的工作，定位容易變更；（4） 定位精度高，載重發(fā)生變化是不回影響精度；（5） 易于實(shí)行數(shù)控，可與開環(huán)或閉環(huán)數(shù)控機(jī)械配合使用。缺點(diǎn)：機(jī)械手的作業(yè)范圍較小。 2、液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮液體的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。液壓技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn): （1）體積小、重量輕，因此慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時(shí)，不會(huì)發(fā)生大的沖擊； （2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速； （3）換向容易，在不改變電機(jī)旋

7、轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換； （4）液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制； （5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對運(yùn)動(dòng)表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長； （6）操縱控制簡便，自動(dòng)化程度高； （7）容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成工業(yè)機(jī)械手的執(zhí)行系統(tǒng)主要以下機(jī)械部分組成：手部 是機(jī)械手直接握持工件或工具的部分。臂部 是機(jī)械手用來支持腕部與手部實(shí)現(xiàn)較大的運(yùn)動(dòng)范圍的部件。立柱 支承手臂并帶動(dòng)它升降、擺動(dòng)和移動(dòng)的機(jī)構(gòu)。機(jī)座 是機(jī)械手用來支撐臂部，并安裝驅(qū)動(dòng)裝置及其他裝置的部分。4、手部形式夾持式夾持式手部的結(jié)構(gòu)與人手類似，是工業(yè)機(jī)械

8、廣泛應(yīng)用的一種手部形式。它主要由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其又可分為內(nèi)撐式、外夾式和內(nèi)外夾持式，區(qū)別在于夾持工件的部位不同，手爪動(dòng)作方向相反。夾持式手部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：手指應(yīng)有一定的開閉范圍。手指應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力。要保證工件在手指內(nèi)的定位精度。結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高。通用性和可換性。5、機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由液壓缸來實(shí)現(xiàn)。6、 機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理及組成機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理框圖如圖1-1所示。 控制系統(tǒng)（PLC）位置檢測裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

9、（液壓傳動(dòng)）執(zhí)行機(jī)構(gòu)立柱手臂手腕手部7、機(jī)械手的手臂，手夾運(yùn)動(dòng)分析8、執(zhí)行機(jī)構(gòu)3、 CDIO教學(xué)對課程學(xué)習(xí)的促進(jìn)通過進(jìn)一步學(xué)習(xí)CDIO，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)CDIO的學(xué)習(xí)方法，在學(xué)習(xí)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自動(dòng)手制作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。在學(xué)習(xí)中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會(huì)的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能

10、在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會(huì)及他人對你的認(rèn)可！通過對CDIO的學(xué)習(xí)對本學(xué)期的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)有很大的幫助，給我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，同時(shí)又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時(shí)，設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。我認(rèn)為，在這學(xué)期的實(shí)驗(yàn)中，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實(shí)驗(yàn)課上，我們學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后變的更加成熟，會(huì)面對需要面對的事情。學(xué)習(xí)中從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是