凌空采果机器人设计说明书

凌空采果机器人 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 说明 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf “凌空采果机器人”设计说明书 作品内容简介 本作品主要由车座、抬升机构、举升机构、机械爪和果实收集装置组成。该机器人采用履带行进，驱动轮由一前一后直流减速电机直接驱动，控制电机的正反转即可控制机器人的转向。举升机构设计构思源于雨伞的机构，雨伞上的骨架折叠起来的时候体积很小，撑开时能展开得很长。由此我们想到以雨伞的骨架结构构为基础设计举升机构。根据类似平行四边形原理设计，由电动伸缩杆推拉举升机构的一端来实现举升机构的伸缩，电动伸缩杆和举升机构的行程比例达到1:12.6。装在举升机构最顶端的是套筒式的机械爪，当机械爪套住“果实”的时候，利用机器人的移动将“果实”摘下。在机械爪的下端装有果实收集装置。该装置是由网袋、收集桶和小型电动机组成，当 “果实”采摘下来后，“果实”就顺着网袋直接掉在收集桶里。网袋起到缓冲和输导的作用，即减小“果实”的损伤，又能节省放置“果实”的时间——自动把果实传送到收集果实的小塑料桶里。 本机器人主要创新点有: (1)机器人的举升机构采用类似平行四边形结构，在该机构底端两支点距离变化1mm,举升机构顶端高度就可以变化12.6mm左右的距离。与平常机器人举升机构的每个旋转关节都使用一个驱动电机的风格不同，该机构只采用单一的驱动力就能实现举升机构的升降，大大的降低了操纵人员对机器人控制的复杂性。这样完成相同的动作所花的时间就更少，提高工作效率。 (2)抬升装置采用机器人前端直接安装一个由直流电动机驱动的小机械叉来实现，不仅方便机器人总体空间结构的布局，而且又可以作为机器人前端的配重，更有利于爬楼梯。 (3)在放置“果实”时，收集装置中的伸缩网袋起到缓冲作用，即减小“果实”的损伤，又能节省放置“果实”的时间。在不进行采果时，伸缩网袋可以折叠起来，同样能减小机器人的体积。收集装置卸果部分是一个塑料小电机拉动一个自制销使收集装置底部挡板打开来实现“卸果”。这种控制方式新颖独特，方便放置“果实”。 (4)将举升机构和电动伸缩杆的位置置于轮子轴心的下方，使机器人总体的重心下降，这样机器人在爬坡和下坡的时候不易翻到。同时减小机器人高度，使整体的结构更紧凑合理。 (5)机器人的的驱动方式不同于常见的并排驱动方式，而是采用一前一后的驱动方式，不仅不影响机器人的转向的灵活，而且能平衡机器人的重心位置、减小机器人宽度。 (6)本机器人小车总体结构构思巧妙，机构简单实用。使用较少数量的电机，就能实现灵活的运动模式，各个机构的利用率高。 1、设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的拟定 作品的设计初期，我们主要是把机器人分成三个部分去考虑:爬台阶和下坡、机械手臂的举升、采摘收集果实和卸果实。 1.1举升机构方案设计 控制该机构高度是的用行程100mm、速度是23mm/s,推、拉力75Kg的电动伸缩杆来驱动。只需要单一驱动源就可以实现举升机构的升降。虽然该类似平行四边形的结构每节都是费力杠杆，但是用推、拉力75Kg的电动伸缩杆足以把它驱动起来。 1.2.机器人底座设计 1.2.1机器人的行进方式——履带行进 1 如图1.1，两履带张紧，利用轮子与履带的摩擦力，履带与接触面的摩擦力，由电动机带动轮子、轮子带动履带，从而使机器人前进。两履带同时与接触面接触，接触面积大，在机器人重心升高时，能较好的保持机器人的平衡。在阶梯上行进时，能有多个接触点与阶梯接触，使机器人不易翻倒。 图1.1 履带行进方式示意图 1.2.2.电动机的安装方式 如图1.2所示，机器人的的驱动方式不同于常见的并排驱动方式，而是采用一前一后的驱动方式，不仅不影响机器人的转向的灵活，而且能平衡机器人的重心位置、减小机器人宽度。 图1.2 电机安装位置示意图 1.3机械爪设计 本机器人的机械爪设计成套筒式的，采摘的过程是:对准果实?套住果实?把果实拉到集果箱里。 该机械爪的示意图如图1.3所示(其中包括了收集果实用的网兜，采摘过程详见后面) 2 图1.3 机械手示意图 2、动作执行机构的设计、计算与分析 2.1车架底盘下沉设计 为了尽量降低机器人在收缩状态下的高度，我们把机器人的底盘下沉的很低。机器人的驱动轮的直径 d1hD=120mm，皮带的厚度t=5mm，即驱动轮中心距地面的距离为=65mm。而驱动电机的直径=40mm，1 装在驱动电机正下方的电动伸缩杆尺寸最大处为δ=40mm，故从电机中心处距离电动伸缩杆最低处的长度hhh为=60mm。而驱动电机的中心与驱动轮的中心处等高，两者的高度差为=-=5mm，所以机器人的,h212底盘不会接触地面，但又最大限度的降低了整车在收缩状态下的高度。详见示意图2.1 图2.1 车架结构示意图 2.2机械手臂伸缩 2.2.1伸缩手臂的设计 3 为了能摘到果树顶部的果实，手臂必须能伸出很长并能保证高度，根据杠杆原理，手臂底部受到很大的扭转力矩，同时手臂也受到很大的弯矩。所以手臂的制作非常关键:每一层的支撑杆采用M8的螺杆，伸缩杠工作原理见图。 除底层用8mm厚的铝片来做稳固的支撑臂底座外，其余每层机械臂的主体材料都用轻质铝合金，并把它铣成槽型，这样即能保证机械臂的强度，同时减轻了机械臂的重量。 手臂的最上层的仰角方向的转动是以直流电动机来控制，这样就增加机器人的自由度。 2.2.2手臂长度计算 根据场地要求，和已经确定的支架位置和高度，手臂的最短需要长度为:1550-底盘高度(本机器人的底盘上表面距离地面的高度h=60mm)-机械手高度(本机器人的机械手距离手臂最高点的l=10mm)，所以机械臂最短所需长度为1550-60-100=1390mm。 机械臂的各层由于是近似于平行四边形，并不是完全的平行四边形，所以每节的角度都不完全相同，按平均值区机械臂每层之间能成的最大角度都是52?，所以机械臂所能达到的高度为:各层机械臂的长度 ::和×=(40+40+40+40+20)×=141.8mm.故机械手臂的长度足够。机械手臂示意图见图2.2 sin52sin52 图2.2 机械臂结构示意图 2.2.3手臂伸缩过程中伸缩杆的可靠性 类似平行四边形机构从收缩状态到撑开的一瞬间所需力最大，而撑开时是最底下的一层先打开，所以只要电动伸缩杆在启动的时候能把类似平行四边形的底下一层打开，那么之后电动伸缩杆所提供的力就满足机械臂伸缩所需的力。 电动伸缩杆的参数: 额定电压:12V 4 空载电流:0.5A 行程:100MM 速度:23mm/s 推、拉力:75kg 原始尺寸:225*75*40mm 伸缩部分直径:20mm 自重:779g 在机械手实际测试过程中，该电动伸缩杆的力和功率都符合要求。 2.3机械手及收集装置 2.3.1机械手 本机器人机械手采用套筒,在套筒的正下方7cm的地方固定一个网兜的方法来采摘果实,采摘果实的 具体示意图如下: 图2.3 摘果实步骤一:水平方向对准果实 图2.4摘果实步骤二:竖直方向对准果实 5 图2.5摘果实步骤三:套住果实 图2.6摘果实步骤四:果实与树干分离 图2.7摘果实步骤五:收集果实 6 由于机械臂只有一个竖直方向上的自由度,为了使机械手更加灵活,所以本机器人的机械臂与机械手之间通过一个电机连接,这样增加了机械手的灵活性. 电机功率的核算: 旋转电机的最大转矩M=30Kg.cm=300N.cm , 机械手的质量为0.6,1Kg(已经加上装满乒乓球的裕量) 连接机械手的臂长为20cm T==(0.6,1Kg) g20cm=120,200N ，，GL,臂机械手 T 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 得同步带分度圆的直径为=425×25.4?10?3.14=343.79mm d得同步带内圈的直径为=d-2×1.694=340.40mm f d驱动轮的中心距L=(×3.14-120×3.14)?2=346mm f 3.2机器人的速度分析 7 使用开关电源将220V交流电转换成24V直流电(变压、整流、滤波)驱动直流减速电机。机器人采用前后异侧两个驱动论，采用这种电机前后错开安装方法的最大优点是机器人的结构紧凑。 同时由于机器人的同侧前后轮是由同一条同步带连接的，所以电机的前后错开安装对于低速运行的机器人运动影响不大。同侧前后两轮间有4个小轮，作为支撑作用。 3.2.1直线运动速度分析 驱动电机的参数: 额定电压24V 输出功率15W 空载转速 33r/min 减速比 1:91 额定转矩 30Kg.cm 最大负载 60Kg.cm FM/,,R电机驱动力: =90%600/6=90N ，jj ,(传动系统的效率系数=90%,电机的最大输出扭矩600N.cm,驱动轮半径R=6cm) Mj ff铝与橡胶(同步带)的摩擦系数=0.7;橡胶与木材的摩擦系数=0.5 12 FF皮带的牵引力 = 或 =中较小的一个,而 机器人在行进的过程中,一定要保fF,fn,G/1212张车 FF证驱动轮与皮带之间打滑,故> ,即皮带的牵引力 12 FF= ==0.5，118.0/2=29.5N fn,G/22车 G(机器人的重力=118.0N,驱动电机数n=2，注:假设各电机工作互不干涉) 车 F所以, >F,驱动电机的功率足够。 j 机器人前进由于履带的特殊性，使得对其分析比较复杂，为了简化起见，假定机器人的履带为不可拉 V伸的而且十分柔软的带子，带子上的所有点都位于同一个平面内，设履带相对于机器人的卷绕速度为,，x VV履带随车体一起前进的牵连速度为.履带上的某一点的绝对速度应为相对速度和牵连速度的向量和。qj 如图3.1所示。 图3.1 机器人前进时履带受力分析图 VVV=+ jqx 8 理论状态下，履带接地段的绝对速度为0，而履带上半部的绝对速度为2v,。然而，机器人在实际行驶过程中，总是伴随着滑移和滑转现象。 V当履带的卷绕速度不等于坦克车体的牵连速度时，接地段产生滑动，其绝对速度不等于0，即:= j ,VV-0 qx VVV在自动推进的履带中，<，< 0 ，此时履带接地段沿机器人相反的方向滑动，称为滑转。 qjx V在靠惯性运动的履带中,> 0 此时履带接地段沿机器人行驶相同方向滑动，称之为滑移。 j 3.2.2转向运动分析 履带车辆的转向运动通过转向机构使两侧履带产生转速差而形成。转向时，履带接地段要横向刮动地面，地面将对车辆产生较大的横向阻力。转向轨迹不完全取决于操纵输入，与地面性质、车辆的行驶状态、转向机构的类型有关，故履带车辆转向轨迹的可控性较差。转向过程中履带接地段相对于地面在车辆的纵向和横向同时存在相对运动，这种复杂的运动使地面和履带之间既有纵向作用力(推动力、制动力)，又存在横向阻力(转向阻力)，在以上各作用力的共同作用下，车辆产生一定的转向运动. 本机器人采用的是两侧履带正反转，如图3.2所示， 当V1>V2时，机器人向右转，机器人在右转时V2=-V1， V1<0 V1 小结 学校三防设施建设情况幼儿园教研工作小结高血压知识讲座小结防范电信网络诈骗宣传幼儿园师德小结 该凌空采果机器人结构简单实用，设计新颖，性能可靠，成本低，转弯灵活，易于操作，通过各个机构的巧妙组合，使每个机构的效用达到最大。 简单实用、高效是我们设计追求的主要目标。 无论是在理论方案的选择还是在后期的加工改进中，我们始终围绕着这一设计思想，用简单实用的机构，实现灵活快速、准确的运动。 在理论方案设计初期，我们查阅了大量资料文献，对零部件的受力分析、材料的强度、重量，各个配合件的位置关系，机构的可行性、可靠性，电子元器件的抗干扰性等进行了充分的考虑。同时走访了许多材料市场，对材料进行细心的挑选。尤其是举升机构机械臂部分的材料，由于要求它展开的比较长，却又要保证它的刚度，这就需要所选材料质地要轻、刚度符合要求，加工少。由于市场上材料的限制，很多现有的材料都达不到我们预期的效果，本作品现使用的材料也是经过多次对比得出的结果。 在设计方案时，我们最有特色的就是举升机构的机械手臂结构来源于生活中使用的雨伞骨架结构，在一开始对雨伞结构的模仿并不顺利，平行四边形结构是我们一开始就设计出来的结构，但是这样的结构在收缩时状态打开就会遇到死点。为了解决这个问题，我们花了不小的心思:每节之间的转动副改成“L”型或“T”型块，这样使得机构无论什么时候总不会出现卡死现象，但是经过这样改进以后在举升机械手臂的时候还是比较费力的，于是我们把贴在机械手臂上的贴片的孔的位置往下移，这样类似平行四边形的就省力很多。该机构的动作效果完全符合了我们预期的效果，唯一不足的地方就是能买到的现成的铝合金材料尺寸比我们之前所设计的要大。这就迫使我们不得不考虑车架结构需要改动的更加紧凑的问题。 经过改动后的车架也变成了该机器人的一个亮点:驱动电机前后安装使机器人在宽度方向上的尺寸减 13 小，电动伸缩杆安装在驱动电机的下方，这使得机器人在长度方向上的尺寸减小了10mm左右。在高度方向上，驱动电机的半径加上电动伸缩杆的高度，刚好等于驱动轮的半径。这样一来电动伸缩杆的下平面距离地面刚好是同步带的厚度，车架底座下沉到了最大的限度，结构上达到最紧凑。 机械手部分我们本来是做成是实实在在的机械手，但是经过试验后发现机械手装到我们的机器人上不合适，因为类似平行四边形的机械臂每层都是费力杠杆，机械手臂顶端一装厚实的机械手，无形之中给机器人底下车架带来了不小的负荷。所以最后我们决定机械手直接做成套筒式的，这样机械手部分的结构做到了最简单化，经过对比，不仅能减少机械手的质量，同时提高“果实”采摘的效率。 回头看看这两个月，我们的确掌握了很多知识，尤其是深深的体会到理论上的设计不一定能符合实际上的制作。很多时候我们设计出来的零件感觉是没问题，三维软件上模拟也是没问题，但是到了实际制作、安装的时候就不一定能实现。这恐怕就是理论需要结合实践的硬道理吧。 一个好的团队是非常重要的，在整个机器人的制作过程中，我们真的遇到了很多很多的困难，譬如比赛日期临近了，但我们却发现之前一直在用的电机的功率不够。好多时候我们之所以能在连续的通宵达旦，高强度的工作环境中坚持下来，这与我们大家互相鼓励互相打气是分不开的。 成功只是一个目标，能否遇到以个好的团队，好的队友，那才是决定人的一生能走多远的关键。 5(参考文献 [1]吴宗泽(机械零件设计手册[M].北京:机械工业出版社，2004. [2]机械设计手册编委会(机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2004. [3]濮良贵，纪名刚.机械设计.8版.北京:高等教育出版社,2006 14