机械创新设计小论文-爬杆机械猫.pdfVIP

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1.设计目标

设计题目：爬杆机械猫。

主要机械系统为曲柄连杆机构。因此保证机器人能顺利完成爬杆的功能，并

在上升时完成伸头以及摆尾的动作。

2.设计特点和创新点

搜集同类设计通过比较可知，普通爬杆机器人是在直杆上爬行，原理图如下

所示，而我本次设计的执行机构为弯杆，与同类爬行机器人相比，我本次设计的

爬行机器人不但能在直杆上爬行，并能在弯杆上爬行，极大的提高了爬行机器人

的应用场合。

3.运动原理与功能模块划分

我们此次做的课程设计名为爬杆机器人。该机器人模仿虫

蠕动的形式向上爬行，其爬行运用简单的曲柄滑块机构。其中上自锁

套曲柄

电机与曲柄固接，驱动装置运动。曲柄与连杆铰接，其另一端

分别铰接一自锁套（即上下两个自锁套），它们是实现上爬的

关键结构。当自锁套有向下运动的趋势时，由力的传递传到自

连杆

锁套，球、锥管与圆杆之间形成可靠的自锁，阻止构件向下运圆杆

下自锁套

动，而使其运动的方向始终向上（运动示意见右图）。

功能模块：爬杆功能、伸头功能、摆尾功能。

设计方案主要分为：曲柄滑块机构和气功驱动两种形式。

4.设计方案的分析、比较与评价

通常情况下，一部的机器需要通过电机带动一系列复杂的机构使其正常运

转，这其中涉及到很多简单且基本的机械机构。当然，也可以直接通过电机带动

整部机器的运转，这完全取决于机器所需完成的工作以及设计该机器时所面临的

种种实际情况。针对该爬杆机器人，提出两套设计方案，分别是：由曲柄滑块机

构带动和由气压元件直接驱动。

曲柄滑块机构工作原理如下：

精品doc

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在平面连杆机构

中，能绕定轴或定点作

整周回转的构件被称

为曲柄。而通过改变平

面四杆机构中构件的

形状和运动尺寸能将

其演化为不同的机构

形式，就曲柄滑块机构

而言，它是通过增加铰

链四杆机构中摇杆的长度至无穷大而演变过来的。改机构实际上是由一曲柄一端

铰接在机架上，另一端铰接一连杆，连杆的另一端联结一滑块，在曲柄为主动件

运动时带动连杆，连杆又带动滑块，使其在平面某一范围内做直线往复运动（图

1）。

其次是气动的原理：该运动原理与上述的曲柄滑块机构相比，在保留两滑块作为

自锁装置的前提下，省略了联结两滑块的传动装置，转而用两个汽缸直接带动两

个滑块的上下移动。这样的设计更直接也更简洁至，于两者到底哪个更合理呢？

现在我们结合两者的利弊，着重分析一下各自的优缺点：

就采用汽缸驱动而言，它形