弹跳机器人设计

1、提供全套毕业论文图纸，欢迎咨询第1章 概述1.1 选题背景和选题意义灾难的来临无法预测，但是救援的快、及时、有效是我们的希望，让受灾之人及时脱离危险是我们的职责。为救援而采用先进科学技术研制的小车，如地震救援专门用于大地震后在地下商场的废墟中寻找幸存者执行救援任务的小车。这种小车配备了彩色摄像机，热成像仪和通讯系统。这些小车在模拟现实的环境中完成了移动、定位、目标搜索、救援等行动。在煤矿事故的抢险救援中，研制的小车采用履带式的走行机构，具有一定越障能力。该小车具有环境侦察能力，可以通过在小车上安装光学监视装置，查看井下巷道的破坏情况，通过无线或有线网络传输实时视频图像。身上安装了井下有毒气体、

2、压力、温度等检测仪，对现场危险气体进行检查，确保救援人员的安全。通过双向语音传送系统，小车可发挥“电话”功能，救援人员可及时了解被困人员的信息与周围环境，帮助井下人员树立信心，实现互助自救为救援研制的小车举不胜数，并且随着小车的飞速发展，小车的功能日新月异，但目前大部分小车都存在翻越障碍等问题，因此救援弹跳小车应运而生。基于上述背景，我们小组共同设计制作这地震搜救弹跳小车。它主要利用车体上的弹簧压缩产生弹性势能，弹簧释放时，作用于地面的力反作用于小车，使小车向前跳跃前进，更好的解决了越障问题，并且当小车在行驶或翻越障碍物时发生翻车现象的情况下，我们的小车照样能够行驶以及跳跃。这些功能使我们小车

3、具有广泛的应用前景。1.2 国内外目前研究状况1.2.1 国内外现状目前国内外的产品早已是多种多样：1.2.1.1 搜救“蛇眼”作用：到瓦砾深处救援的第一步是搜索。幸存者埋在瓦砾堆中，用手去一点点地挖开瓦砾显然太慢，用重型机械去移动又有可能伤着人。各种搜索仪器可以帮上忙。“蛇眼”就是一种搜索仪器，它的学名叫“光学生命探测仪”，是利用光反射进行生命探测的。仪器的主体非常柔韧，像通下水道用的蛇皮管，能在瓦砾堆中自由扭动。仪器前面有细小的探头，可深入极微小的缝隙探测，类似摄像仪器，将信息传送回来，救援队员利用观察器就可以把瓦砾深处的情况看得清清楚楚。很多博物馆和超市用的防盗装置就是这种光学探头加观察

4、器的仪器。热红外生命探测仪作用：通过感知温度差异来判断不同的目标，因此在黑暗中也可照常工作。王教授说，这种仪器有点像现在商场门口测体温的仪器，只是个头比那个大多了，而且带有图像显示器。声波振动生命探测仪作用：靠的是识别被困者发出的声音。人类有两个耳朵，这种仪器却有36个耳朵，它的耳朵叫做“拾振器”，也叫振动传感器，它能根据各个耳朵听到声音先后的微小差异来判断幸存者的具体位置。说话的声音对它来说最容易识别，因为设计者充分研究了人的发声频率。如果幸存者已经不能说话，只要用手指轻轻敲击，发出微小的声响，也能够被它听到。关键是噪声的影响不能太大。1.2.1.2 救援液压钳作用：如果现场钢筋交错，就要看

5、液压钳的本事了。这种钳子的体积并不大，但是由于应用了液压原理，一把小小的钳子就能把钢筋一根根剪断，为营救工作赢得宝贵的时间。救援小车作用：前不久，日本科学家研制了一种蛇形小车，并称它不久就能在地震救援中发挥作用。这种小车的原理类似于前面提到的“蛇眼”搜索仪器。跟“蛇眼”相比，蛇形小车更灵活，它的每一个关节都有一个微型马达为其提供动力，活动更为便捷。月球灯作用：天色暗下来，但抢救不能停。 月球灯的作用非常抢眼。月球灯由高达2000瓦的电力支持，据说，两个月球灯就能照亮一个足球场。小气垫作用：找到了幸存者就该施救了。这可是个力气活，有时要抬起沉重的楼板。很难想象一个小小的气垫就能完成这个工作。这种

6、气垫比枕头大不了多少。没充气时瘪瘪的，只要有5厘米的缝隙就能把它塞进去。然后用气瓶把里面的气压加到8个大气压，“气鼓鼓”的垫子就能顶起楼板了。气垫的材料相当讲究，最早人们用钢丝网添加橡胶来做，后来改用新型材料高强度芳族聚酰胺，这种材料非常坚韧，防暴警察用的手套也是用它做的，带上这种手套，警察就能面不改色地握住锋利匕首的刀刃。生存工具箱作用：准备一个生存百宝箱也是非常重要的。军用飞机通常都会随机带着生存工具箱，工具箱的内容根据他们要飞往的地区而定，有为水上求生准备的，有为酷热气候准备的，有为严寒气候准备的，还有一个飞行员救生背心。1.2.2 发展趋势结构简单化结构复杂的设备不见的更可靠，相反，越

7、简单的结构越有可能可靠，关键是要有合理的设计。体积缩小体积大的设备要求足够大的安装空间，要是需要搬运的设备就显得太多的不便，缩小体积不但可以减轻重量，而且便于调用。使用简单、灵活如果装置操作稍有复杂，在搜救情况下操作简单可行。1.3 本项目研究内容1.3.1 弹跳小车的用途与规格灾难的来临无法预测，但是救援的快、及时、有效是我们的希望，让受灾之人及时脱离危险是我们的职责。为救援而采用先进科学技术研制的小车，如地震救援专门用于大地震后在地下商场的废墟中寻找幸存者执行救援任务的小车。这种小车配备了彩色摄像机，热成像仪和通讯系统。这些小车在模拟现实的环境中完成了移动、定位、目标搜索、救援等行动。在煤

8、矿事故的抢险救援中，研制的小车采用履带式的走行机构，具有一定越障能力。该小车具有环境侦察能力，可以通过在小车上安装光学监视装置，查看井下巷道的破坏情况，通过无线或有线网络传输实时视频图像。身上安装了井下有毒气体、压力、温度等检测仪，对现场危险气体进行检查，确保救援人员的安全。通过双向语音传送系统，小车可发挥“电话”功能，救援人员可及时了解被困人员信息与周围环境，帮助井下人员树立信心，实现互助自救为救援研制的小车举不胜数，并且随着小车的飞速发展，小车的功能日新月异，但目前大部分小车都存在翻越障碍等问题，因此救援弹跳小车小车应运而生。基于上述背景，我们小组共同设计制作这地震搜救弹跳小车。它主要利用

9、车体上的弹簧压缩产生弹性势能，弹簧释放时，作用于地面的力反作用于小车，使小车向前跳跃前进，更好的解决了越障问题，并且当小车在行驶或翻越障碍物时发生翻车现象的情况下，我们的小车照样能够行驶以及跳跃。这些功能使我们小车具有广泛的应用前景。1.3.2 设计目标双向行驶。小车可实现双向均能行驶以及弹跳的功能。手动控制。安全裕度高，使用寿命长。灵活实用。该装置研发出小车行驶灵活和控制安全简便。设计先进，结构紧凑。第二章 弹跳小车方案（一）分析与设计2.1 弹跳小车的基本功能及其展开分析灾难的来临无法预测，但是救援的快、及时、有效是我们的希望，让受灾之人及时脱离危险是我们的职责。为救援研制的小车举不胜数，

10、并且随着小车的飞速发展，小车的功能日新月异，但目前大部分小车都存在翻越障碍等问题，因此救援弹跳小车应运而生。基于上述背景，我们小组共同设计制作这地震搜救弹跳小车。它主要利用车体上的弹簧压缩产生弹性势能，弹簧释放时，作用于地面的力反作用于小车，使小车向前跳跃前进，更好的解决了越障问题，并且当小车在行驶或翻越障碍物时发生翻车现象的情况下，我们的小车照样能够行驶以及跳跃。2.2 结构方案的设计2.2.1 动物的弹跳机理（以袋鼠为例）袋鼠的跳跃运动的奥秘就在于袋鼠后腿强大的跟腱里。通过实时动态地调整重心、起跳受力点以及起跳力度三者之间的关系，使身体保持向前运动的状态。该方案节约能量、跳跃方式灵活机动，

11、但是，其结构复杂，控制过程复杂，在小型小车上很难实现理想的效果。因此无法采用动物的弹跳机理。2.2.2 大炮的发射原理确定好着弹点之后，直接计算出射击诸元如仰角、装药量等，然后发射炮弹，是一个静态过程。其结构简单，控制过程简单，易于实现。图1 弹跳小车俯视图2.3 弹跳小车的主要技术性能及特点2.3.1 主要技术参数：弹跳高度:0.5m弹跳角度:45自身重量:5kg2.3.2 主要性能、特点能够实现基本的小车行驶功能，并且小车翻车后小车亦能前进无阻；弹簧压缩蓄能以致能够实现弹跳的能力；能够实现支撑小车形成一定的角度，小车翻车后亦能支撑一定的角度，再次弹跳。第三章 弹跳小车方案（一）动力设计计算

12、3.1 电机功率的确定3.1.1 车轮电机的选择DC12V直流减速电机功率：15W 型号：LJ555扭力：1kgfcm 转速：120r/min电机外型尺寸：图2 电机尺寸图3.1.2 弹簧压缩电机的选择要求：快速停止，准确定位表1 电动机选择选择J24SY004-J1电机3.2 舵机的选择3.2.1 驱动舵机选择此舵机的作用是要驱动螺杆转动，螺母向前运动，从而压缩弹簧蓄力，最后在触发开关打开的一瞬间，尾座蹬地，同时反作用于小车，使小车离地而弹起一定的高度和距离。所以，所选舵机型号为：HS-60。其参数如下表。 表2 驱动舵机参数3.2.2 支撑小车的舵机此舵机的作用是在小车要弹跳时，带动摆杆支

13、起小车到达一定角度。舵机的型号为Hitec HS225MG，共两件。其参数如下表。表3 支撑舵机选择第四章 弹跳小车方案（一）结构设计4.1 机构及主要零件空间布置方案的确定4.1.1 弹射机构部分4.1.1.1 弹簧1) 设计要求安装载荷(要求) F1=300 (N)安装高度 H1=100 (mm)工作载荷(要求) F2=1081 (N)工作行程 h=30 (mm)要求刚度 k=26.03 (N/mm)载荷作用次数 N=10000 (次)载荷类型 NType=类2) 材料名称 阀门用油淬火回火碳素弹簧钢丝切变模量 G=79000 (MPa)弹性模量 E= (MPa)抗拉强度 b=1324 (

14、MPa)许用切应力 b=455 (MPa)3) 端部型式端部型式 sType=Y压并圈取值范围 n2=1.52压并圈数 n2=1.54) 弹簧基本参数钢丝直径 d=6.0 (mm)弹簧中径 D=31.98 (mm)旋绕比 C=5.33曲度系数 K=1.29有效圈数 n=16压并圈数 n2=1.5弹簧总圈数 n1=17.5实际刚度 k=24.46 (N/mm)5) 校核与分析要求刚度 k=17 (N/mm)实际刚度 k=16.38 (N/mm)刚度相对误差 k=3.66 (%)安装变形量 f1=18.32 (mm)安装载荷(设计) F1=300 (N)工作变形量 f2=49.45 (mm)工作载

15、荷(设计) F2=810 (N)试验变形量 fs=82.43 (mm)最小变形比 f1/fs=0.22弹簧特性(安装) Tf1=满足要求最大变形比 f2/fs=0.6弹簧特性(工作) Tf2=满足要求最小切应力 min=240.55 (MPa)最大切应力 max=649.49 (MPa)切应力特性系数 =0.37最大切应力比抗拉强度 max/b=0.39弹簧疲劳强度 Tq=满足要求稳定性要求 Tw=满足要求安全系数 S=1.43强迫机械振动频率 r=0 (Hz)弹簧自振频率 n=151.15 (Hz)是否为减振弹簧 JZ=否承载 W= (N)共振要求 Tg=满足6) 其余尺寸参数自由高度 H0

16、=150.68 (mm) 安装高度 H1=100 (mm) 工作高度 H2=101.23 (mm)压并高度 Hb=65 (mm) 试验高度 Hs=68.25 (mm) 节距 p=12.67 (mm) 螺旋角 =7. (度)弹簧材料展开长度 L=1306.9 (mm)4.1.1.2 滑动螺旋传动1) 初始条件 轴向载荷F为：810N 螺母形式为：剖分式 滑动速度范围为：2.4m/min 螺杆材料为：20CrMnTi 螺母材料为：ZCuSn10Zn22) 耐磨性计算 的值为：0.65 的值为：2.5 许用压强p为：18MPa 螺纹中径d2的值为：2.758mm 螺纹中径d2(选取值)为：4mm 公

17、称直径为：16mm 外螺纹小径d1为：4mm 内螺纹大径d为：4mm 螺距P为：4mm 导程L为：4mm 螺母高度H的值为：10mm 旋合圈数z的值为：2.5 螺纹的工作高度h的值为：3mm 工作压强p的值为：8.594MPa3) 验算自锁 螺旋副摩擦系数s为：0.14 螺纹升角为：0.3084) 计算驱动转矩 驱动转矩T为：205.088(N*mm)5) 计算螺杆强度 螺杆当量应力的值为：70.178MPa6) 螺纹牙强度计算 螺纹牙底宽度为：2.96mm 螺杆抗剪强度为：8.711MPa 螺杆抗弯强度为：26.485MPa 螺母抗剪强度为：8.711MPa 螺母抗弯强度为：26.485MP

18、a7) 螺杆的稳定性计算 螺杆的最大工作长度l为：80mm 一端固定，一端不完全固定长度系数为：0.6 螺杆材料的弹性模量E为：MPa 临界载荷Fc的值为：4129.147N8) 螺杆的刚度计算 螺杆材料的切变模量G为：83000MPa 轴向载荷使导程产生的变形量LF为：0.00125mm 转矩使导程产生的变形量LT为：0.00025mm 导程的总变形量L为：0.001mm9) 计算横向振动 螺杆两支承间的最大距离lc为：50mm 一端固定，一端不完全固定的系数1为：4.730 临界转速nc为： .338(r/min)10) 计算效率 轴承效率为：0.96效率为：0.572 图 3 螺杆 图

19、4 螺杆三维模型4.1.1.3 螺母螺母材料为：ZCuSn10Zn2 图5 螺母 图6 螺母尺寸4.1.1.4 联轴器图7 圆柱销套筒联轴器图8 圆柱销套筒联轴器4.1.1.5 套筒 图9 套筒尺寸图4.1.1.6 卡笋图10 卡笋尺寸图4.1.1.7 弹射尾座图11 弹射尾架4.1.2 车体部分的设计4.1.2.1 车架设计图12 车架三维模型 图13 车架三视图4.1.2.2 轮轴设计1） 轴的总体设计信息如下： 轴的转速：120r/min 功率:0.01kW 转矩：800Nmm 所设计的轴是实心轴 材料牌号：45调质 硬度(HB)：230 抗拉强度：650MPa 屈服点：360MPa 弯

20、曲疲劳极限：270MPa 扭转疲劳极限：155MPa 许用静应力：260MPa 许用疲劳应力：180MPa 2） 确定轴的最小直径如下： 所设计的轴是实心轴 A值为：118 许用剪应力范围：3040MPa 最小直径的理论计算值：6mm 满足设计的最小轴径：8mm 图14 轮轴尺寸图4.1.2.3 车轮轴段键的设计校核传递的转矩 T =800 Nmm 轴的直径 d =8 mm键的类型A型 键的截面尺寸bh =3x3 mm键的长度L =10 mm 键的有效长度L0 =7.000 mm接触高度k =1.200 mm 最弱的材料 钢载荷类型冲击载荷 许用应力p =68 MPa计算应力p =23.810

21、 MPa校核计算结果： 满足4.1.2.4 带轮轴段键的设计校核传递的转矩 T =800 Nmm 轴的直径 d =12 mm键的类型 A型 键的截面尺寸bh =5x5 mm键的长度L =8 mm 键的有效长度L0 =3.000 mm接触高度k =2.000 mm 最弱的材料 钢载荷类型 冲击载荷 许用应力p =68 MPa计算应力p =22.222 MPa校核计算结果： 满足4.1.2.5 带轮型号：Z型带轮 直径：dd=50mm4.1.2.6 带的选择型号：普通V带 基准长度：L0560mm4.1.2.7 车轮图15 车轮三维模型4.1.3 支撑部分通过舵机驱动支撑杆件的开合来实现控制支撑小

22、车与地面的角度。图16 支撑杆三维模型图17 支撑杆三维模型第五章 弹跳小车方案（一）三维建模与实物模型图18 弹射装置 图19 卡笋 图20 弹射装置三维模型图21 小车三维模型图22 小车主视图图23 小车支撑的效果图图24 小车弹射的效果图第六章 弹跳小车方案（一）的评价方案（一）的原理确实很具创新性，但是由于驱动部分的设计和卡笋部分的设计还有些许欠佳。所以，弹跳小车的最终方案用方案（二）。第七章 弹跳小车方案（二）分析与设计7.1 弹跳小车的基本功能及其展开分析灾难的来临无法预测，但是救援的快、及时、有效是我们的希望，让受灾之人及时脱离危险是我们的职责。为救援研制的小车举不胜数，并且随

23、着小车的飞速发展，小车的功能日新月异，但目前大部分小车都存在翻越障碍等问题，因此救援弹跳小车应运而生。基于上述背景，我们小组共同设计制作这地震搜救弹跳小车。它主要利用车体上的弹簧压缩产生弹性势能，弹簧释放时，作用于地面的力反作用于小车，使小车向前跳跃前进，更好的解决了越障问题，并且当小车在行驶或翻越障碍物时发生翻车现象的情况下，我们的小车照样能够行驶以及跳跃。7.2 结构方案的设计7.2.1 动物的弹跳机理（以袋鼠为例）袋鼠的跳跃运动的奥秘就在于袋鼠后腿强大的跟腱里。通过实时动态地调整重心、起跳受力点以及起跳力度三者之间的关系，使身体保持向前运动的状态。该方案节约能量、跳跃方式灵活机动，但是，

24、其结构复杂，控制过程复杂，在小型小车上很难实现理想的效果。因此无法采用动物的弹跳机理。7.2.2 大炮的发射原理确定好着弹点之后，直接计算出射击诸元如仰角、装药量等，然后发射炮弹，是一个静态过程。其结构简单，控制过程简单，易于实现。7.2.3 最终小车采用的原理为了小车能够有更好的应用前景，以及为了有更好的创新性，综合考虑，弹跳小车的跳跃方式模仿大炮原理。不过大炮由用压缩弹簧积聚的能量代替火药产生的能量，如下图所示。图25 弹跳小车方案7.3 弹跳小车的主要技术性能及特点7.3.1 主要技术参数：弹跳高度:0.5m调节角度:90自身重量:5kg7.3.2 主要性能、特点能够实现基本的小车行驶功

25、能，并且小车翻车后小车亦能前进无阻弹簧压缩蓄能以致能够实现弹跳的能力能够实现支撑小车形成一定的角度，小车翻车后亦能支撑一定的角度第八章 弹跳小车方案（二）动力设计计算8.1 电机功率的确定8.1.1 车轮电机的选择小车装有两个车轮电机，有控制电路控制，分别驱动四轮，完成小车平地行走。设小车的行走速度v为0.2m/s，车轮与地面的摩擦系数f取0.5，小车自重m为5kg，电机功率为0.8，车轮半径R为50mm小车所需功率=5*9.8*0.5*0.2=4.9W则单个电机所需功率=3W8.1.2 弹簧压缩电机的选择电机的作用驱动丝杠螺母，压缩弹簧，积聚能量，准备弹射。由上可知电机的推力F等于弹簧压力加

26、上解脱卡笋的推力，取丝杠与螺母之间的静摩擦系数f为0.5，丝杠中径d为15mm，摩擦面最大正压力Fmax=117.72+1304=1540N则所需电机扭矩=5.8Nm根据公式电机的功率P= 60w ，转速N= 100rpm的电机 。8.2 舵机的选择舵机的作用是在小车要弹跳时，带动摆杆支起小车到达一定角度。舵机的型号为TowerPro MG995，共两件。第九章 弹跳小车方案（二）结构设计9.1 机构及主要零件空间布置方案的确定9.1.1 弹力产生机构弹力产生机构该部分主要由1个电机，丝杆螺母以及弹簧组成，电机与丝杆通过固定件连接，当电机转动时带动丝杆旋转，同时装配在丝杆上的螺母会向前移动，弹

27、簧被压缩，卡笋能量释放板与螺母通过螺钉固定连接，卡笋能量释放板会随着螺母前进并压缩弹簧以积蓄能量。实现其他运动方式不能越过的障碍。总图如图9所示 图26 弹力产生机构总图9.1.1.1 弹射套筒导向装置，起导向作用的大套筒里联接一个导向键，并且这个键是弹射装置的导向件如图10所示。图27 弹射套筒导向装置9.1.1.2 弹射套筒联接装置，电机通过联轴器与丝杆相联，卡笋能量释放板与螺母固定连接，并且螺母的前进导致弹簧压缩，起到蓄能的作用。并且弹簧在套筒的导向孔里，如图11所示。 图28 弹射套筒内部装置9.1.2 驱动部分设计9.1.2.1驱动装置两个电机通过联轴器的联接，带动左右前轮的旋转以带

28、动后轮旋转，达到前进的目的。如下图所示 图29 驱动装置9.1.2.2 卡笋机构由卡笋套筒、弹簧、卡笋轴组成，弹簧在卡笋套筒的孔内，并且顶住卡笋轴，而卡笋轴的的一端与弹射套筒联接，使弹射套筒能够积蓄能量。并且被弹簧顶住的卡笋轴有向小车中心运动的趋势，这使小车能够实现多次弹跳。如下图所示。 图30 卡笋机构9.1.2.3 倾斜机构：利用舵机与支撑杆连接，通过控制舵机的旋转角度来实现小车的倾斜角度。9.2 结构工艺性的考虑（铸、锻、切削、热处理、检测及装配的工艺性等）9.2.1 底板是用来支撑、固定和承载以上机构，考虑到公益性，此处采用4mm的铝板，并且将其窝边以增强强度。9.2.2 大套筒是用来

29、作为弹射套筒的导向装置，其由铝制作而成。如图14所示。1、将铝件车成82的圆筒2、将圆筒铣成尺寸为55mm*60mm*87mm3、钻孔图31 大套筒9.2.3电机套筒是用来作为固定电机以及安放轴承与联轴器的装置，其由铝制作而成。如下图所示。图32 电机套筒9.2.4 支撑杆是用来支撑小车的功能因此支撑杆需进行热处理。1、将支撑杆加工到预定尺寸。2、进行正火处理。9.3 轴承的布局1、前置电机的传动轴的轴承是通过轴承座固定，轴承座的一边挡住轴承，另一边通过螺钉将其固定；2、中央伺服电机是通过电机套通固定，电机套通一边挡住轴承，并且利用螺钉将轴承另一边挡住，以致固定轴承。9.4 润滑与密封方式的选

30、择需要润滑的地方是轮轴与滚动轴承配合处以及丝杠与滚动轴承配合处，应选用定期油润滑；考虑结构尺寸与散热的因素，无需密封。第十章 弹跳小车方案（二）主要零配件的设计与计算10.1 传动轴直径的估算及验算（包括弯曲刚度、扭转刚度、花键键侧挤压力及危险断面的强度等）10.1.1 前后轴的计算小车行走时：轴的材料选用45钢，许用切应力=40Mpa ,许用应力 =130Mpa ,由此可知电机要输出的扭矩(轴的扭矩)=0.75Nm预设轴的外伸量L=30mm，小车的整体重量m=5kg，则每个轴受到的弯矩=0.37Nm由第三强度理论： 抗弯截面系数带入数据，解之得最小轴径d=4mm。弹起后，落地：设计小车最高跳

31、H=100mm ,落地瞬间到停止的时间T=0.1s ，由 公式 ，最后速度 Vt=0V0=1.4m/s由 小车着地后的平均冲击力F=5*1.4/0.1=70N此时轮轴受到的只有弯矩，每根轴的弯矩M=70*0.03/4=0.525Nm由公式 最小直径 d=3.5mm。因为在设计过程中要考虑轴与其它标准件间的配合，四轴的尺寸有所变化；前轴为两驱动轴，后轴不同，前后轴的结构也有所不同，两轴的结构尺寸如下图所示。 图33 前轮轴（左）与后轮轴（右）10.2 滚动丝杠、螺母副的验算丝杠螺母传递的最大力F为1540N，最大扭矩T为5.8Nm，丝杠小径d为12mm，材料为45钢，表面硬化处理，许用抗拉强度=

32、160Mpa，则丝杠的拉应力 =13.6Mpa丝杠的扭转切应力=17.1Mpa由于丝杠不受弯矩 主应力=17.1Mpa则丝杠的最大应力30.710.3 设计要求计算设小车m为5kg，弹跳高度h为100mm，弹射角度为60，竖着方向的速度vt由 有Vt=1.4m/s则沿着弹射方向的速度 =1.62m/s小车所需动量 =8.1kg.m/s弹簧在释放过程中，弹射筒与地面接触，所以动量不守恒。小车所需动能 =6.53J设弹射时的能量利用率 75%，弹簧压缩量L=40mm ，弹簧刚度系数为k，则小车实际所需总能量 =26.1J由 有弹簧刚度系数为 k=32.6N/mm弹簧的最大压缩力 =1304N10.

33、4 弹簧的选择与校核 弹簧为储能元件，动作过程中通过电机带动丝杠螺母压缩弹簧，储存能量，最后释放使带动撞击块冲击地面，以此给小车一个冲量，实现跳高。材料直径d=3mm， 弹簧中径D=14mm ， 许用应力=685Mpa ，一圈弹簧刚度=291Nmm-1 ，有=8.93有效圈数 N=9实际弹性系数 =32.3实际的最大压缩力 F=1293N弹簧的校核公式 式中： 曲线系数 旋绕比 由K=1.33 ，C=4.67， 得 2271.8Pa （合适）。10.5 卡笋的设计与校核卡笋的作用是在弹簧压缩时，阻挡套筒弹射，要发射时能在外力作用下弹开，实现弹射，两件。材料45钢，如下图所示为卡笋轴。图34 卡

34、笋轴取其横截面为圆形，许用挤压应力，压入长度L=5mm，压力F=1304N，许用应力=30Mpa。由= D=3.8mm=/1.57=30Mpa/1.5 d=9.1mm取卡笋轴直径 D=10mm。10.6 卡笋能量释放板的设计与校核其与螺母固性联接，并与螺母一起随丝杆的转动前后运动，到达预设位置后，压缩卡笋机构的弹簧，使卡笋向车体两侧滑动，以致释放能量，达到弹射套筒弹射的目的。材料45钢，如下图所示。图35 卡笋能量释放板弹簧的总压力为1293N，则每个卡笋的受力F=646.5N 摩擦系数f=0.5，斜面角度=70，则=323.25N解脱臂爪单臂垂直与斜面的受力=888N垂直水平方向的分力 =1

35、17.7N根据结构要求，取臂的最外端到中心的距离L=41mm ，板的厚度h=5mm，两同心圆半径R=20mm，r=10.5mm ，小臂的长度为24mm，取许用弯曲应力=100Mpa，则最大弯矩 = 2.9Nm抗弯截面系数 =则=36.6Mpa(合适)10.7 丝杠螺母的选取 在此滚珠丝杠螺母的作用是通过一个滑键轨道的引导，使螺母移动，进而压缩弹簧。压缩过程中丝杠受压力，材料为45钢，如下图所示。图36 滚珠丝杠丝杠的最小直径为6mm，受最大压力为F0 。取许用压应力为100Mp，则=54.5Mp (安全)10.8 弹射筒及其保持架的设计校核 弹射筒的作用是在小车准备弹跳时，在丝杆驱动螺母积蓄能

36、量后冲击地面，在小车离地过程中能提供小车足够大的冲力，材料为45钢，如下图所示。图37 弹射筒 弹射筒与其保持架之间的链接为一槽与一导向件，如下图所示。图38 导向件键宽b为5mm，键高为h为8mm，键长L为78mm，两端为半圆，材料为45钢，许用切应力40Mpa，套筒直径D为50mm，扭矩T最大为1.6Nm=0.17Mpa (合适)10.9 电机保持架的设计电机保持架的作用为架起电机，使电机保持良好的位置精度，并作为轴承座使用，材料为铝合金，如下图所示。图39 电机保持架10.10 车轮轴的设计及其保持架 车轮轴的作用是连接车轮和电机（之间还有联轴器，并有轴承支承)，考虑到其它选购件的尺寸，

37、设计的较大，材料为铝合金，车轮轴如下图所示 图40 前轮轴（左）与后轮轴（右）10.11 小车底板的设计小车底板为一块厚度为2mm的铝合金板，起固定零件与支撑整个车体的作用。图41 底板第十一章 弹跳小车方案（二）的三维建模与实物模型图42 proe模型图43 实物模型第十二章 弹跳小车方案（二）控制部分的设计弹跳小车采用一个Arduino Duemilanove 328控制板，一个DFduino传感器扩展板，两个直流电机驱动模块DF-MD V1.3， 一套APC220无线数传，两个行走驱动电机，一个弹射驱动电机，两个TowerPro MG995舵机。图44 Arduino Duemilano

38、ve 328控制板图45 DFduino传感器扩展板 图46 直流电机驱动模块DF-MD V1.3 图47 一套APC220无线数传 图48 TowerPro MG995舵机电机驱动DFMD V1.3的调试图 图49 电机驱动DFMD V1.3的调试图电机控制程序/PWM调速代码：int E1 = 6; /电机使能1int M1 = 7;int E2 = 5; /使能2int M2 = 4; void setup() pinMode(M1， OUTPUT); pinMode(M2， OUTPUT); void loop() int value; for(value = 0 ; value =

39、255; value+=5) digitalWrite(M1，HIGH); / 高正转 低反转 E=0，电机停止 digitalWrite(M2，HIGH); analogWrite(E1， value); /PWM调速 analogWrite(E2， value); /PWM调速 delay(30); 舵机图图50 舵机图单独控制舵机程序如下：#include Servo myservo1; / 定义舵机对象，Servo myservo2; int pos = 0; void setup() myservo1.attach(4); /舵机接到Pin4上 myservo2.attach(12)

40、;/舵机2接到Pin12上 void loop() /张开小车支架 for(pos = 0; pos 90; pos += 1) /从0度转到180度，步进1度 myservo1.write(90+pos); /改变舵机度数 myservo2.write(90-pos); /改变舵机度数 delay(15); / 延时 /收起小车支架 for(pos = 0; pos 90; pos += 1) /从180度转到1度，步进1度 myservo1.write(180-pos); /改变舵机度数 myservo2.write(0+pos); /改变舵机度数 delay(15); / 延时 无线控制

41、舵机程序：#include Servo servo1; / 定义舵机1Servo servo2; / 定义舵机2void setup() servo1.attach(8); /定义舵机控制口 servo1.setMaximumPulse(2200); /定义旋转的时间 servo2.attach(9); servo2.setMaximumPulse(2200); Serial.begin(19200); /设置波特率 Serial.print(Ready);void loop() static int v = 0; if ( Serial.available() char ch = Seria

42、l.read();/读取串口数据 switch(ch) case 0.9: v = v * 10 + ch - 0;/字符换算成10进制 break; case a: servo1.write(v); /如果数据后带a，则表示是servo1的数据，比如串口发送85a v = 0; break; case b: servo2.write(v); /如果数据后带b，则表示是servo2的数据，比如串口发送90b v = 0; break; 小车的控制主要由人通过小车上的微型摄像头来观察外围环境，实施远程无线遥控，自备能源，到各类不适合人进入的场景，主要完成侦察任务。综上所述，小车结构简单，结实可靠

43、，操作方便，实用性很强。完成制作后，作品实物外形照片见下图。图51 实物图第十三章 弹跳小车方案（二）技术经济分析13.1 产品功能设计的经济性 当前，移动小车的应用范围日益广泛，比如考古探测、星际探索、军事侦察以及反恐行动等。移动小车主要有两种运动方式，一种靠轮子或履带驱动；另外一种是仿生的爬行或步行方式，如国防科技大学研制成功的蛇形小车。一旦地势凹凸不平，轮子或履带驱动的小车将无法发挥应有的作用。而步行或爬行小车自由度多，控制复杂，运动缓慢，遇到障碍同样无能为力。此创新设计产品具有多功能性，在军用和民用都有很好的前景，很大程度上提升了小车的应用范围，为未来小车的研究提供了全新的思考角度，在

44、探测方面，具有很高的价值，与现阶段市场上的小车相比，具有更高的实用性，更好的市场的前景。13.2 产品结构设计的经济性纵观本产品的设计：（1）以保证强度，减轻质量为前提，本产品大量采用铝合金材料，譬如大套筒、电机支架等，简化结构、质量，在耐用性和降低成本之间确定合理的平衡点；（2）为了减轻质量，许多零部件都在受力较弱的地方开有孔；（3）多处采用标准件，例如轮子、轴承、联轴器等，以便于修理和替换，同时加工经济，质量可靠；（4）所有固定连接为螺钉连接，可拆卸，一方面降低产品报废后的拆卸成本，另一方面也便于产品的分类回收再利用。 本产品合理的结构设计，提高产品的结构工艺性，有助于节约材料，缩短加工工

45、时、提高劳动生产率，保证产品质量，即有利于降低产品的成本。可见产品结构设计的经济性很不错。13.3 产品造型设计的经济性由于要亲自制造产品，造型设计时没有充分顾及产品的美感，不过最为物理模型可以接受，相信如果设计能够投产，造型稍加改变，必将使产品“物美价廉”，以美的视觉感受影响人的生活质量，获得市场高效率的回报。13.4 产品材料选择设计的经济性设计时为了减轻质量，大量采用铝合金，在资源缺乏的今天，可能会在无形中增加成本。但实践表明，有时选用成本虽高但性能更优的材料，由于其产品使用寿命更长、维修费用更低、能耗少等多方面优点，从产品总成本的角度来考虑，反而是经济的。这里我们以寿命周期的最低成本为

46、经济目标，而不是单纯考虑生产成本的降低。可见产品材料选择设计的经济性还是不错的。13.5 产品设计的制造成本分析产品的制造是由本小组成员亲手完成的，虽然在加工质量上有所欠缺，但制造起来很简单。材料基本上选用型材，只需简单车削、刨铣，材料利用率高；对加工精度不高，降低了加工成本；结构多为简单的几何形，普通机床就能完成。最大的遗憾就是几乎没有使用高分子材料（除了两块摩擦片），其加工工序短、材料利用率高、表面效果好，加工成本低，应用越来越广泛，倘若将装置的大部分零部件都用高分子材料，造型方面再加以完善，制作过程必定简化，再加上其自救功能，必定将诞生一种“物美价廉”，人人抢购的得意制作。结束语经过将近

47、半个学年的努力，今天终于将这一具有自救功能的晾衣架设计完成。此项设计具有以下创新点：创新点1：实现弹跳功能 弹跳小车却可以越过数倍至数十倍于自身尺寸的障碍物，将大大的提高小车的活动范围和对地形的适应能力.正是由于这个特性， 极大地提高了此产品的适用范围，弹跳小车亦可将在星球探索和军事中发挥重要的作用很多星球的这是本产品的最大竞争优势。创新点2：实现双面行驶与弹跳功能当前，移动小车行驶过程一旦遇到地势凹凸不平，轮子或履带驱动的小车将无法发挥其应有的作用，并且在遇到障碍车子翻转之后，将无法有效实现自身功能，需要人工将其翻身后才能继续发挥其作用。弹跳小车在翻转之后亦可执行自身原有功能，实现双向行驶并且弹跳功能。这也是本产品的竞争优势。通过此次对本课题的设计研究以及最后的模型加工，本小组成员大家激烈的讨论，认真的校核计算，反复推敲每个尺寸，仔细的三维建模，辛苦而高兴的亲手加工，大家齐心协力一起完成了整个课题的设计，看着模型，心里说不出的高兴。在课题设计过程中，我主要负责的是三维建模和动画演示，以及部分二维图的绘制与修改。原以为三维建模很简单，设计时才发现，由于方案的不确定，所以要先定方案，这就要对每个可行的方案进行建模，然后还要对