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机械创新设计作业

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2024-10-30 21:27

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机械创新设计作业课题：爬杆机器人学号： 200813090109 专业班级：机械设计0881 姓名：同组人员：指导老师：联系方式：爬杆机器人发明内容模仿尺蠖（“尺蠖之屈，以求伸也”）向上爬行动作， . 爬杆功能的实现爬行机构是简单的曲柄滑块机构，其中电机与曲柄固连，驱动装置运动。上下四个自锁套是实现上爬的关键机构。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，由力的传递传到自锁套，球、锥管与圆杆之间形成可靠的自锁，阻止构件向下运动，而使其运动的方向始终向上（运动示意见下图）。通过电动机的驱动与减速，给予曲柄一个绕定轴旋转的主动力，在该力的驱动下带动连杆机构以及相应的自锁装制，由二个自锁套先后自锁和曲柄连杆机构带动机器人向上爬行。功能原理设计在平面连杆机构中，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）。 1.上自锁套 2.电机3.曲柄4.圆杆5.连杆6.下自锁套基于曲柄滑块机构的启示，想到了在曲柄与连杆的两端分别铰接上两个滑块（即作为自锁套），使两个滑块分别作为机架交替上升，从而实现爬杆动作。其中上滑块与曲柄相连，相应的连杆接下滑块。当机构具有向下运动的趋势时，下自锁套因受到自锁机构的限制而固定不动，把其受到的向下的力转化为向上的动力，推动机构反而向上运动。自锁装制结构图我们在这中空的空间里分别放置两个小球，此小球的直径小于梯形底边而大于梯形顶边（l梯顶d球l梯底）。言外之意，此小球是能够卡在这梯形的空间里的。这样也就形成了真正意义上的自锁。电机固接的曲柄是逆时针转动,曲柄在底端转至顶端的过程中，下自锁套受到向上的拉力，自锁套内的两小球因重力掉至梯形底部，d球l梯底，它将无阻碍地由连杆往上拉；与此同时，上自锁套受的却是往下的拉力，与上面的相反，其具有向下运动的趋势，内部的小球脱离自锁套的底部，又因d球l梯顶，那么小球就被卡在了梯形空间中，此时由于小球的被固定而使整个自锁套看作是一个机架铰接曲柄一般。曲柄由顶端向底端逆时针转动时，上下滑块的受力情况恰与第一种情况相反，下自锁套因受力自锁而被固定，此时上自锁套仍向上运动，在曲柄过最底端时又出现了第一种情况。于是，两滑块周而复始交替向上爬。（见中下图） 2爬杆运动示意简图图为初始状态，上下自锁套处于最远极限位置同时锁紧图为状态曲柄逆时针方向转动，上自锁套锁紧，下自锁套松开，被曲柄连杆带动上爬。图为状态曲柄已越过最高点，下自锁套锁紧，上自锁套松开，被曲柄带动上爬，如此周而复始，实现自动爬行。曲柄旋转角（逆时针）上自锁套运动情况下自锁套运动情况0°-90°向上运动自锁（固定）90°-180°自锁（固定）向上运动180°-270°向上运动自锁（固定）3.应用前景该机器人运用了简单的曲柄滑块机构，原动力采用电机作为驱动，两者在选材上都很方便，在设计时选用材质较为轻盈的铝材作为结构材料，减轻了该机器人的重量，使其更大效率的发挥电机的功率，提高了机器人的爬行速度。此外，该爬杆机器人的设计方便了操作人员安装到圆杆上和调试，对于在调试过程中遇到的问题也可以根据当时的情况做出及时、相应的修改。而且，该机器人不仅能在直杆外爬行，更能适应不同弯曲度的圆杆对机器人的挑战，正是由于曲柄滑块机构的合理应用，该机器人才可以在提高机械运动效率的前提下克服不同弯曲度的圆杆，使其像爬直杆一样爬行过弯曲的管道。