毕业设计之爬楼机器人传动设计

机电学院CDIO工程教学一级工程期末报告书〔2012-2013学年第一学期〕工程名称：爬楼梯机器人及机械手分析报告人：冯江涛专业班级：10级机制4班指导教师：周殿春柴宝明报告日期：2012.1.12成绩：一、工程简介：1．工程内容：爬楼梯机器人。2.工程研究的意义：了解爬楼梯机器人的结构及其运动原理；提升观察能力和动手能力；可以帮助进一步理解“机械原理”课，使其真实可见。3.工程成果预期：真正弄懂爬楼梯机器人的构造，做个模型，会画三维实体图，了解其动力系统。二、工作过程简述1.认真完成老师分配的任务；2.结合所学课程研究爬楼机器人；3.认真查阅机械手相关资料；4.业余时间学习画图软件，看画图书。三、CDIO工作成果1.进一步分析爬楼梯机器人的结构；2.对机械手进去结构功能分析；3.初步了解液压；4.学习PLC。5.了解现代机械设计理论与技术。四、能力提升结合课程教学，学习能力提升，设计能力提升，工程能力提高。五、学期小结1.学习要认真对待，一分耕耘，一分收获；2.机器人相关知识博大精深，我们现在所学的知识冰山一角，需更加努力学习；3.今后首先将三维画图工具学好，学会画实体图，装配和仿真；4.建议：小组内讨论，多互动，互相学习，互相帮助。关于爬楼机器人的进一步分析爬楼机器人传动设计1.轮组单元的传动设计及根本原理如图1所示，轮组采用行星轮式结构，包括传动轴，过渡齿轮，中心齿轮，小车轮和驱动齿轮轮组的机械原理:车体重量通过轴承间接承载在四个轮组上，轮组中的所有齿轮都绕转臂上的小轴转动，当电机动力传到传动轴时，轴带动中心齿轮转动，中心齿轮带动过渡齿轮转动，再传给驱动齿轮，由于小车轮与驱动齿轮固连，机器人前进。当车轮组机构运行在平直的路面上时，受两个车轮同时着地的约束限制，转臂不能转动只能随车沿路面平动，此时驱动轮系为定轴轮系，实现机构在平直面上的快速行驶;当小车遇上台阶时，由于台阶与车轮的摩擦力，行星轮的齿轮系都被锁住，无法转动，这时整个行星轮板在中心齿轮的驱动下，变成一个类轮机构转动，从而带动小车爬上台阶。图1轮组机构示意图2.爬楼机器人结构设计(1)轮组单元的结构设计轮组的结构尺寸范围根据楼梯的踏步高a和踏步宽b两个参数来确定。《建筑楼梯模数协调标准》规定楼梯踏步高度不宜大于210mm，并不宜小于140mm;楼梯踏步宽度，应采用220,240,260,280,300,320mm;楼梯踏步高与宽的关系式:2a+b<_600(a一踏步高b一踏步宽)。根据以上条件可知:bmin=220,amin=140,amax=190mm;如图2.4所示，有以下关系QUOTEL=QUOTE取b＝QUOTE，a＝QUOTE那么r＋xQUOTE220得到QUOTE＝184.4mm同理取得b＝QUOTE，a＝QUOTE，有QUOTE＝134.4m轮组结构的最大值r可通过a和b得到，如图2.5所示QUOTE＝QUOTE，得到QUOTE＝130.4根据Ｒ以及ｒ的范围，取恰当的值，可以得到轮组结构转臂宽QUOTE，如图２.６所示综合上述条件公式可以得到轮组结构的主要参数〔R，r以及t〕所设计出来的轮组是以最小楼梯为根底，并满足最高楼梯尺寸的要求，当在更宽尺寸楼梯行驶时，一次翻滚发生滑移便接着进行二次翻滚爬行，所以能够自动适应各种规格的楼梯，具有强适应性。二、对机械手的相关分析1、直角坐标式机械手直角坐标式机械手是适合于工作位置成行排列或与传送带配合使用的一种机械手。它的手臂可作伸缩、左右和上下移动，按直角坐标形式X、Y、Z三个方向的直线进行运动。其工作范围可以是一个直线运动；两个直线运动或三个直线运动。如在X、Y、Z三个直线运动方向上个具有A、B、C三个回转运动，即构成六个自由度。直角坐标式机械手的优点：〔1〕产量大，节拍短，能满足高速的要求；〔2〕容易与生产线上的传送带和加工装配机械相配合；〔3〕适于装箱类、多工序复杂的工作，定位容易变更；〔4〕定位精度高，载重发生变化是不回影响精度；〔5〕易于实行数控，可与开环或闭环数控机械配合使用。缺点：机械手的作业范围较小。2、液压传动机械手是以压缩液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。液压技术有以下优点:〔1〕体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；

〔2〕能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速；

〔3〕换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换；

〔4〕液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；

〔5〕由于采用油液为工作介质，元件相对运动外表间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；

〔6〕操纵控制简便，自动化程度高；

〔7〕容易实现过载保护。3、执行机构的组成工业机械手的执行系统主要以下机械局部组成：手部是机械手直接握持工件或工具的局部。臂部是机械手用来支持腕部与手部实现较大的运动范围的部件。立柱支承手臂并带动它升降、摆动和移动的机构。机座是机械手用来支撑臂部，并安装驱动装置及其他装置的局部。4、手部形式夹持式夹持式手部的结构与人手类似，是工业机械广泛应用的一种手部形式。它主要由手指、传动机构、驱动机构组成。其又可分为内撑式、外夹式和内外夹持式，区别在于夹持工件的部位不同，手爪动作方向相反。夹持式手部设计时应注意以下事项：手指应有一定的开闭范围。手指应具有适当的夹紧力。要保证工件在手指内的定位精度。结构紧凑，重量轻，效率高。通用性和可换性。5、机械手的手臂结构本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和降(或俯仰)运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由液压缸来实现。6、机械手的系统工作原理及组成机械手的系统工作原理框图如图1-1所示。控制系统控制系统〔PLC〕位置检测装置驱动系统位置检测装置驱动系统〔液压传动〕执行机构执行机构立柱手臂手腕手部立柱手臂手腕手部7、机械手的手臂，手夹运动分析8、执行机构CDIO教学对课程学习的促进通过进一步学习CDIO，使我更加扎实的掌握了有关CDIO的学习方法，在学习过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验缺乏。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。在学习中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的开展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！通过对CDIO的学习对本学期的机械设计课程设计有很大的帮助，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。学习中从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以稳固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会效劳，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计