duang机器人

0合肥工业大学工程创新训练设计方案作品名称：搬运机器人院系：xxxxx专业班级：xxxx姓名：xxxx学号：xxxx1目录总论………………………………………………………02设计任务书………………………………………………03详细设计………………………………………………….06加工过程与方案改进……………………………………14性价比分析………………………………………………16不足及未来改进计划……………………………………17参考文献及资料………………………………………….18附录（图纸）…………………………………………….192总论创新目的：作为工科机械专业的学生，如何把课堂的知识应用于实践，如何在实践中创新，在创新中锻炼自己，提升自己从而更好的服务于社会，投身祖国的机械事业是我们十分关心的问题。因此，为了锻炼我们的自主设计创新能力，为了实检我们的课本知识，为了提高我们的动手能力，我参加了由我校工培中心开设的创新设计公共选修课.设计特点：1．应用图论（Graphtheory）进行初期概念设计2．CAD的完全应用及CAE的部分应用3．三个马达实现:行走、转向、旋转、提升四项动作4．空心轴引线实现360°无干涉旋转5．400跨度的双行星轮系（PlanetaryGearTrain）：设计的抓物机构运用了跨度400mm（因为棒长300mm）的两个行星轮系组成相向旋转的两瓣抓物框进行物料抓取。心得小结：从最初的方案产生到最后的设计成品出炉，我经过了较长的时间。在这期间，我遇到了很多困难也得到了很多指导和帮助，遭受了很多挫折也得到了很多启发。不断修改不断完善我们设计方案的过程，也是我们学习、总结再学习的循环过程。在工培中心的创新车间里，我们第一次深深的体会到了把所学用于实践的乐趣，这也使我们对所学专业更是产生了浓厚兴趣及主动学习的热情。3设计任务书设计题目：设计一种能够完成实物搬运机器人竞赛规则：1)试验场地尺寸竞赛场地尺寸10米×3米，统一起跑线；终点堆料区域的边界限制尺寸800*600；供搬运机器人行走的搬运通道每条宽1.2米。2)物料规格及堆放形式物料为32×300的棒料，棒料的堆放形式为三角形，自下而上为5、4、3、2、1的顺序堆放，共两堆，摆放位置距起始线5米。一、目的：本创新设计运用所学的《制图》、《公差与配合》、《力学》、《机械原理》等知识进行一次较全面的设计能力的训练，其基本目的是：1.锻炼解决工程实际问题的能力。2.熟悉和掌握一般机械传动装置、机械零件、的设计方法及设计步骤。3.基本技能的训练，例如：脑力风暴（Brainstorming）会议、计算、CAD绘图、CAE模拟、熟悉和运用设计资料（手册、标准、图册和规范等）、制作及加工的能力。二、要求:要求小组成员在设计及制作的过程中，充分发挥自己的独立工作能力及创造能力，对每个问题都应进行分析、比较，并提出自己的见解，反对盲从，杜绝抄袭。在创新过程中小组成员必须做到：1.服从组长工作分配，如有不满可以阐明原因说服组长重新分配或开小组会议举手表决。2.及时了解有关资料，做好准备工作，充分发挥自己的主观能动性和创造性。3.认真计算和制图，保证计算正确和图纸质量。44.按预定计划循序完成任务。三、设计内容：1.行进系统的设计：1)行进方式的选择及设计；2)行进电动机的选择及运动参数的计算；2.抓取系统的设计：1)抓取方式的选择及设计；2)抓取电动机的选择及运动参数的计算；3)齿轮传动的设计；4)轴的设计（低速轴）；5)滚动轴承的选择及验算（低速轴）；6)键的选择计算及强度校核（低速轴）；3.绘制零件的工程图和装配图1）绘制运动原理图（用AutoCAD绘制）；2）机器人的装配图及零件图（用Pro/E或Solidworks进行3D建模然后倒出工程图，标注尺寸及相关说明）；注：零件的工程图包括：(1)尺寸的标注；(2)公差；(3)精度；(4)技术要求装配图包括：（1）尺寸标注（2）技术特性（3）零件编号(4)编写零件明细表、标题栏。4.编写设计说明书（要求用word编制AdobeAcrobat排版打印）（1）目录；（2）设计题目：原始数据及工作条件，传动装置简图；（3）设计计算：要有详细的设计步骤及演算过程；（4）对设计后的评价；（5）参考文献资料。四、参考文献：（1）所用到的相关书籍及网络信息资源（2）《机械设计》（3）《机械设计手册软件版R2.0》（4）《电工手册》五、创新进程1、准备阶段（20天）5（1）设计前详细研究和分析设计任务书，明确设计内容和设计要求，根据原始数据和工作条件，确定一个较全面合理的设计方案。（2）复习有关课程，参考有关资料，对所设计项目进行方案比较选出最优方案。2、设计计算阶段（30~50天）（1）行进方式的选择及设计；（2）行进电机的选择及运动参数的计算；（3）抓取方式的选择及设计；（4）抓取电机的选择及运动参数的计算；（5）齿轮传动的设计；（6）轴的设计（低速轴）；（7）滚动轴承的选择及验算（低速轴）；（8）键的选择计算及强度校核（低速轴）；3、绘图阶段（30~50天）（1）运动原理图；（2）机器人的装配图及零件图；4、制作加工及调试（60~80天）；5、后期资料整理及电子幻灯片制作（20~30天）；六、注意事项：1、设计时发现问题，首先应自己考虑，查找资料，提出自己的看法和意见，与组员讨论或寻求指导老师的意见，不应直接向指导教师寻求答案。2、贯彻“三边”的设计方法，即边计算、边绘图、边修改的方法。6详细设计一、方案比较：经小组召开脑力风暴（Brainstorming）会议后得出两组设计方案，方案如下：方案1：整车分为行进系统、抓取系统、倒物系统三部分。行进系统由后轮驱动前轮导向，分别由一个支流电机完成行车状态调节；抓取系统由后轮提供动量组成曲柄摇杆机构完成抓取；倒物系统由独立直流电机控制拉门的开合完成物料倾倒。方案1图方案2：整车分为行进系统、抓取系统两部分。行进系统由左右两个独立直流电机控制履带的速度实现行进和差速转向；抓取部分用独立直流电机旋转两瓣勺抓取物料。方案2图1．行进系统比较：对于行进系统的选择我们通过转向、驱动方式、电机数量、机构复杂度5个比较项进行比较选择，如下图：方案比较项方案1方案2转向转角大，不太灵活可原地360旋转，较灵活驱动方式后轮驱动，前轮转向，前后不同步履带驱动，前后同步电机数量2个2个整体行进系统抓取系统左轮控制右轮控制后轮控制直流电机直流电机无需电机行进控制抓取控制控制整体行进系统抓取系统倒物系统速度控制方向控制后轮控制开合控制直流电机直流电机无需电机直流电机行进控制抓取控制7结构复杂度前后轮转向、驱动两种不同结构，较复杂左右对称的综合以上比较，本小组最终选择方案2的行进系统作为我们此次创新设计的行进系统。2．抓取系统比较：由于抓取系统是能否完成此次抓取任务的关键，因此我们决定通过图论（Graphtheory）、机构运动方式等项的比较，较全面的分析选择哪一方案作为最终设计方案。比较过程如下：机构运动方式比较：两方案的运动简图如下方案1方案2由上图可知，方案1是通过链杆组机构靠后轮转动为动力进行抓取的，并用一个独立的电机控制物料的倾倒过程。方案2是通过行星轮系和提升装置完成抓取动作。是靠一个独立的电机控制整个抓取过程。比较两方案不难看出方案1的缺点：首先方案1的抓取动力与行进动力不独立，就会出现不行进就不抓取的问题。其次，一个独立的电机只是带动的齿条运动控制倾倒，没有的得到充分利用，同时也就相当于浪费了两个输入通道（两个电磁继电器或单片机的两个输入端口）。而方案2的独立电机控制抓取和提升，得到了充分利用，并于行进系统独立，更容易操作。应用图论进行比较：下图分别为方案1和方案2的机构一般化后得到的一般化机械装置（Generalizedmechanicaldevice）图及相应的拓扑构造矩阵（Topologymatrix），由此可直观的看出方案1拓扑构造矩阵的阶数较多，为8个其中“0”较多及部件间的连接较松散不够紧凑，满足合机械设计及我们此次设计所追求的结构紧凑要求；同理可看出方案2结构较为紧凑。方案1方案2880000070000000600000050000400000030000002001ejJifhdgJJcJbJaJJJJJMGRPRPPRRRRT50400302001dgfJcJJbeJJaJJMGGRRROPT另外，下图列举了工程应用中常用的五杆一般化链的图谱（由于（8，10）一般化链的图谱较多就不列举了，但是没有找到与方案1相同或相近的图谱）。从图谱中可以看出方案2的一般化链是图谱中2行2列的简化形式（如图）。从而进一步证明了方案2的可行性。因此我们选择方案2作为本次设计的设计方案工程中常用的五杆一般化链方案2的一般化链由上面对行进系统和抓取系统的详细比较，我们最终选择了方案2作为我们本次创新设计的最终方案。下面是设计方案较详细的设计计算。9二、设计计算过程及分析1．行星轮系的设计1）目的：利用左右半勺的同轴相向转动将棒料挤入勺中。2）方案设计：采用如图所示的行星轮系其中所有的齿轮模数都为1.5,1Z=20'1Z=402Z=603Z=120则传动比计算：23i=160204012021'133232ZZZZHH即：2与3转速相同，方向相反，故达到目的要求。2．电动机选择1）目的：1、功率要足够的大以保证完成设计任务；2转速要适中。2）方案设计：1、行进电机的选择：由Pro/E建模可求出机器人总重（其中电机的重量按4种电机的平均重量估算），根据设计经验从工培中心所提供的4种电机中选择出与估算结论相金近的电机型号，其转矩为0.5mN、转速为min/20rad故全速前进速度V=smR/833.0602304.0机轮2、抓取电机的选择：根据设计经验从工培中心所提供的4种电机中选择出与估算结论相金近的电机型号，其转矩为1mN、转速为40rad/min故抓取时角速度：srad/4.1602403131机3．轴的设计：1、主轴（P-PartI）的设计1）目的：保证强度，使其能承受机体的重力。2）方案设计：a）强度设计：（1）静态时其力学模型如图：由于他的几何形状和载荷都对称分布所以可简化为如图结构（D点只有对称的内力）D点外加单位载荷mNxM1)(由单位载荷法得10CD段：xFMxME2)(1mNxM1)(BC段：21)(212)(CDxqxFMxMEmNxM1)(AB段：)2(2)(1BCCDxqBCxFMxMEmNxM1)(所以0)()(10dxxMxMEIADD即0)]2(2[)](212[)2(122.0204.01204.017.0117.00dxBCCDxqBCxFMdxCDxqxFMdxxFMEEE3967.022.0EMmNME8.1由于该轴是微小变形，所以轴力NF可以忽略不计故其固定端处2TTANqBCFFA4.821mNMMEA8.1对AD段进行强度计算：其剪力图、弯矩图、扭矩图如图：1）确定危险截面：由剪力图、弯矩图、扭矩图可知B点左侧截面，C点左侧截面为危险截面。2）正应力计算：对B截面MpaDDDDDMWMBBBBBBZBBB170][6251.1375)5(1[1032135.032)1(343343maxBD5.08mm对C截面MpaDDDDDMWMCCCCCCZCCC170][6255.6111)5(1[10326.032)1(343343maxCD5.35mm113)切应力计算：由于切应力NFQ4.8max，对该轴的影响很小，故可忽略不计，不加以考虑。4）主应力计算：对B点：MpaDDDWTMBBBZBBBBr170][6259.263732)1(