爬杆机器人理论方案设计说明书_精品.doc

++ 爬杆机器人理论方案设计说明书 学校名称： 中国计量学院 学生队长： 学生队员： 指导教师： 联系方式： 二0 0五年一月 目录 一．方案构思---------------------------------------------1 二．机械部分---------------------------------------------3 三. 电控部分---------------------------------------------17 四．设计小结---------------------------------------------19 一 方案构思 我们通过三个手臂来抓紧杆件再通过手臂上的电机来实现机器人的爬升和下降。 原理上两个就能实现,但三个手臂是一作联结,二可起稳定作用。手臂上升下降是通过齿轮齿条来实现的。 二．机械部分 1．机器人的整体装配图如下： 图1 我们是通过三个手臂爬杆的，上手臂装在一个齿条的最上端，并且固定，在具体设计时我们可以使上手臂有一定的上下和左右转动范围,具体的设计将在下面介绍。下手臂装在下杆C上齿条的下端,中间手臂固定在滑槽上,上手臂的上升和下降是通过装在滑槽上端的电动机带动齿轮啮合齿条来实现的.下手臂的上升和下降是通过装在滑槽下端的电动机带动齿轮啮合齿条来实现的,中间手臂的升降是通过上下两对齿轮齿条反转来实现的。 2．路面行走结构 在地上行走，我们通过装在下手臂上的三个车轮来实现地面上的行走，动力由后车轮上的两个电机来提供，用两个电机主要是为了能实现走弯路，具体的三视图形如下： 图2 底部车轮结构 2 机器手臂的设计 图3 机械手的结构 我们设计的这个机器手采用了曲柄滑块机构，A，B，C点处安装了，1，2两点固定在支撑板上，当W向前移动时，根据杆子的结构，A，B，C点将向中心缩，产生一个收缩的趋势，就抓紧杆件。当滑W向后移动时，A，B，C点会张开，即松开杆件。再配合机构的移动构件，机械手就能很好的实现上升和下降。 3个与构件紧紧地接触。在接触的时间内实现另一个机械手的升降，在松开杆件的时间内实现自身的升降。这两段时间的长度很难控制，可以说光靠电机是不可能实现的70——80度之间为好具体的要计算后为准。 上手臂 中手臂 下手臂 地面行走过程 松开 松开 松开 上手臂上升 松开 抓紧 抓紧 中手臂上升 抓紧 松开 抓紧 下手臂上升 抓紧 抓紧 松开 上手臂上升 松开 抓紧 抓紧 表1 机械手臂工作的具体过程 为了实现抓不同直径的杆件，我们设计了使装在滑块上的两根杆的长度可以通过一个滑杆机构来改变，就是一根杆放在另一个滑筒内，可以抽动来无级改变杆的长度，然后用一个紧固螺钉来夹紧，结构如下： 图6 滑杆机构 但我们设计的手臂不能爬无限杆的直径，它是有一定的范围的，而我们设计的手臂是可以爬升直径40到50毫米的任何杆件，只要调节两根杆的长度就能实现，在这我设计了两个极限位置的杆件，设计如下： 考虑到我们设计机器人是从地面滑行的，因此我们手臂张开时要能够抓住杆件，即手臂B，C两点的距离必须大与杆的直径，否则就不能进行下一步的运动。还有我们设计的手臂上的三点，要分别抓在圆的三等分上，这样就能更加抓紧杆件，由于抓不同直径的杆件时，三个橡胶皮运动的距离是不一样的，因此每次都要调节滑块两端杆的长度，使三个橡胶皮能同时和杆件接触抓紧。根据图形我们知道滑块移动的距离就是电磁铁吸引铁块的距离，因此当杆件是40毫米时，滑块移动的距离是17.03毫米，则电磁铁和铁块之间的长度也是17.03毫米，杆1 的长度为19.07毫米；当直径是50毫米时滑快移动的距离是5.1毫米，则电磁铁和铁块之间的长度也是5.1毫米，杆1的长度为29.93毫米。具体图形如下： 图7 图8 图9 机器人原始、极限状态图 图10 机器人爬管的四个过程 主要任务：攀爬一个垂直距离L=68mm 运动过程：1、初始状态——杆A、杆C缩于杆A内至整体呈最短状态，为300mm长； 2、第一步运动——杆B、杆C的机械手抓牢攀爬物，杆A的机械手呈松弛状态。由电机通过齿轮齿条啮合的形式，驱动杆A上升一额定距离L=68mm，移动完毕，杆A的机械手抓牢攀爬物，同时，杆B的机械手松开； 3、第二步运动——此时，杆A、