家用遙控机器人设计 说明 指导教师:杨家军 设计者:陈跃华魏博涛杨雁群 华中科技大学
家用遥控机器人设计 说明书 指导教师: 杨家军 设 计 者: 陈跃华 魏博涛 杨雁群 华中科技大学
目录 机功能用速简介交工作原理 机人图 瑷计方案,要非及尺宁选择 1)手臂部分 2)遗部分 3)內部结构 心得与体会
目 录 机器人功能用途简介及工作原理 机器人总图 设计方案，要求及尺寸选择 1) 手臂部分 2) 底盘部分 3) 内部结构 心得与体会
功能简介 该机器人使用电机驱动,用遥控器控制。机器人由轮子驱动可以在室内进 行简单的行走。机器人的手臂可以伸缩,并可以抓取小件物品。机器人 的身体可以上下升降,以抓取不同高度的物品。 用途简介 该机器人设计用于室内或较平整的场所,由遥控器控制来抓取小件物品; 主要用于老幼病弱在家中取水,药品,及毛巾等。该机器人设计用于室 内或较平整的场所,由遥控器控制来抓取小件物品;主要用于老幼病弱 在家中取水,药品,及毛巾等 工作原狸 该机器人主要由三部分组成:手臂部分,主体部分,底盘部分 手臂部分是该机器人设计的主要部分。其大致分为手臂连杆机构, 手爪部分,滑块及固定杆。滑块在固定杆上移动,推动手臂连杆机构作 相应的运动。连杆机构可以作前后伸缩,左右摆动。手爪部分用于抓取 物品,利用钢丝绳传动。 主体部分是利用马达传动,供给手臂部分以运动的动力。主体内部依靠 齿轮系变换传动比,并用丝杆与底盘相连,靠丝杆的转动来使主体部分 上升下降 底盘部分也是利用马达传动,靠轮子的运动使机器人相对于地面运动, 并能实现转弯。底盘通过导杆及丝杆与主体相连 目录
功能简介 该机器人使用电机驱动，用遥控器控制。机器人由轮子驱动可以在室内进 行简单的行走。机器人的手臂可以伸缩，并可以抓取小件物品。机器人 的身体可以上下升降，以抓取不同高度的物品。 用途简介 该机器人设计用于室内或较平整的场所，由遥控器控制来抓取小件物品； 主要用于老幼病弱在家中取水，药品，及毛巾等。该机器人设计用于室 内或较平整的场所，由遥控器控制来抓取小件物品；主要用于老幼病弱 在家中取水，药品，及毛巾等。 工作原理 该机器人主要由三部分组成：手臂部分，主体部分，底盘部分。 手臂部分是该机器人设计的主要部分。其大致分为手臂连杆机构， 手爪部分，滑块及固定杆。滑块在固定杆上移动，推动手臂连杆机构作 相应的运动。连杆机构可以作前后伸缩，左右摆动。手爪部分用于抓取 物品，利用钢丝绳传动。 主体部分是利用马达传动，供给手臂部分以运动的动力。主体内部依靠 齿轮系变换传动比，并用丝杆与底盘相连，靠丝杆的转动来使主体部分 上升下降。 底盘部分也是利用马达传动，靠轮子的运动使机器人相对于地面运动， 并能实现转弯。底盘通过导杆及丝杆与主体相连。 目录
机器人总图 头部(内置蓄电池及安放一照明灯) 主体部分,通过内部机构控制 手臂及丝杆的动作 手爪部分 连杆机构组成的手臂 丝杆(控制主体部分上下移动) 导杆(起固定作用) 底盘部分 目最
机器人总图 头部（内置蓄电池及安放一照明灯） 连杆机构组成的手臂 手爪部分 底盘部分 导杆（起固定作用） 丝杆（控制主体部分上下移动） 车轮 主体部分，通过内部机构控制 手臂及丝杆的动作 目录
设计方紊,要求及尺寸选择 手臂部分 团图 图图 目录
设计方案，要求及尺寸选择 手臂部分 目录
机构简介 手臂部分通过三个四杆机构并联组合来达到传动要求 AF,BC,DE,EJ四杆构成的四杆机构主要完成手臂的前后伸缩功能, 通过B点沿固定杆的上下移动来达到手臂协调地前后运动。而AH(固定杆, 垂直),HG,GF,AF四杆主要是控制GF杆在任何时候都为垂直,这样 可将GF杆也视为固定杆,通过GFJ这个平行四边形使得手爪永远都是水 平放置的 a构件为蜗杄,它通过与固连在固定杆上的蜗轮之间的传动来调节手臂的 左右摆动。 b构件为圆盘,实际为曲柄,他调节B点的上下移动 C构件也为曲柄,它通过钢丝绳来调节手爪的抓取动作。 设计方亲 1.手爪部分采用类似自行车刹的结构,用钢丝绳传动,减少了机构的复 杂度。也可采用油压传动控制手爪,则会增加制造成本和维护费用;或 采用连杆机构传动,由于手臂中间有一个弯曲,力的传动比较难以实现 并且这样机构就显得复杂得多。另外一个方案是用两根丝绳控制,一根 控制手爪的抓紧,另一根控制松开,但这样很明显会增加部件,且抓紧 时力度不易控制
机构简介 手臂部分通过三个四杆机构并联组合来达到传动要求。 AF，BC，DE，EJ四杆构成的四杆机构主要完成手臂的前后伸缩功能， 通过B点沿固定杆的上下移动来达到手臂协调地前后运动。而AH (固定杆， 垂直），HG，GF，AF四杆主要是控制GF杆在任何时候都为垂直，这样 可将GF杆也视为固定杆，通过GFJI这个平行四边形使得手爪永远都是水 平放置的。 a构件为蜗杆，它通过与固连在固定杆上的蜗轮之间的传动来调节手臂的 左右摆动。 b构件为圆盘，实际为曲柄，他调节B点的上下移动。 C构件也为曲柄，它通过钢丝绳来调节手爪的抓取动作。 设计方案 1.手爪部分采用类似自行车刹的结构，用钢丝绳传动，减少了机构的复 杂度。也可采用油压传动控制手爪，则会增加制造成本和维护费用；或 采用连杆机构传动，由于手臂中间有一个弯曲，力的传动比较难以实现， 并且这样机构就显得复杂得多。另外一个方案是用两根丝绳控制，一根 控制手爪的抓紧，另一根控制松开，但这样很明显会增加部件，且抓紧 时力度不易控制
2.手臂部分采用三个四杆机构。要实现手臂的上下转动,若采用齿轮实 现(见图)测则其力学性能不好 采用齿轮传动控制手 不能承受大的力矩。并且前臂 臂升降,力学性能不 的动作很难控制与后臂协调。 好,承受的力矩不能 太大。 从伞中得到启发,采用一个平 行四边形四杆机构,可以得到 很大的扭矩,并且前后手臂运 动非常协调 3.手爪要使其水平放置,才有 若将手爪直接焊接再前 利于抓取易打翻的物品。若将 臂上后臂转动时手爪 不能保持水平 手爪直接焊接在前臂上(见图), 显然不能保持水平。因此,采用 两个平行四边形机构实现其水平。 4.手臂的转动则是采用固定导杆 的转动实现,并且采用蜗轮蜗杆 传动,有良好的自锁性能,机构 简单且传动比合适
2. 手臂部分采用三个四杆机构。要实现手臂的上下转动，若采用齿轮实 现(见图）,则其力学性能不好， 不能承受大的力矩。并且前臂 的动作很难控制与后臂 协调。 从伞中得到启发，采用一个平 行四边形四杆机构，可以得到 很大的扭矩，并且前后手臂运 动非常协调。 3. 手爪要使其水平放置，才有 利于抓取易打翻的物品。若将 手爪直接焊接在前臂上（见图）， 显然不能保持水平。因此，采用 两个平行四边形机构实现其水平。 4.手臂的转动则是采用固定导杆 的转动实现，并且采用蜗轮蜗杆 传动，有良好的自锁性能，机构 简单且传动比合适。 采用齿轮传动控制手 臂升降，力学性能不 好，承受的力矩不能 太大。 若将手爪直接焊接再前 臂上 后臂转动时 手爪 不能保持水平
5B点处的滑块结构如右图所 滑块分为上下两部分,上下滑块间有磙子,上块可以上下动左右动 B点处的连杆为手臂部分的连杆在推杆的 作用下,下滑块将作上下移动,且推动上滑 块作上下移而上滑块还将随固定杆转动 下滑块,由曲柄推动 磙子起分离两滑块运动的作用 其推程为8CM。 设计尺寸 运动要求:设定手臂的运动范围 在如下图所示的120度范围内 机构尺寸:设定AC=10cm,BC=15cm,AF=HG=25cm CD=EF=5cm. CF=DE=15cm. GF=AH=5cm GI=F=20cm 蜗杆n=150min,蜗轮Z=25则n=6rmin 则,B点的运动范围为距离A点6cm至24cm范围内 △H=18cm因此,圆盘b的最小直径至少为18cm 手爪长度为10cm(内有橡皮),手爪上弹簧的强度系 数为k=0.5
5.B点处的滑块结构如右图所示. 滑块分为上下两部分,上下滑块间有磙子, B点处的连杆为手臂部分的连杆.在推杆的 作用下, 下滑块将作上下移动, 且推动上滑 块作上下移.而上滑块还将随固定杆转动. 磙子起分离两滑块运动的作用. 设计尺寸 运动要求: 设定手臂的运动范围 在如下图所示的120度范围内. 机构尺寸: 设定 AC=10cm, BC=15cm, AF=HG=25cm, CD=EF=5cm, CF=DE=15cm, GF=AH=5cm, GI=FJ=20cm, 蜗杆n=150r/min, 蜗轮Z=25,则n=6r/min. 则，B点的运动范围为距离A点6cm至24cm范围内。 ΔH=18cm. 因此,圆盘b的最小直径至少为18cm。 手爪长度为10cm（内有橡皮），手爪上弹簧的强度系 数为k=0.5. 上滑块，可以上下移动，左右摆动。 点 下滑块，由曲柄推动 ，其推程为18CM。 推杆
底盘部分 多 蜗轮5 4 世 图图 目录
底盘部分 目录 蜗轮 蜗轮
机构简介 多底盘是一个简化了的普通汽车底盘,它靠后轮驱动,前轮控制转向。动 力是由电动机提供的。后轮驱动系统主要是由一个行星齿轮系控制。它 能够使得两个轮胎的转角不同,从而能顺利实现转弯。并且它由蜗轮蜗 杆控制,使得转速稳定,且能够实现自锁,防止发动机停转后车轮继续 运动。前轮转冋系统主要是由一个等腰梯形机构控制。通过一系列齿轮 的减速作用,控制蜗轮缓漫转动,而通过蜗轮的转动来控制等腰梯形, 从而使得前轮两轮胎的转角不同,顺利实现转弯 设计方案 对于转向系来说,可以设计为矩形的转向机构,但矩 形机构转向两轮是平行的,因而轮子会产生滑动摩 转向时前轮法线延长线交点在后轮骗向 擦但等腰梯形转向机构则可以保证两轮法线交于 后轮的延长线上,只产生滚动摩擦。后轮采用差速∠ 园园 器也是考虑到防止轮子发生滑动摩擦,减少寿命 同时采用蜗轮蜗杆,而不直接采用齿轮传动,实现即停。设计参数 设计参数 1)底盘后轮的转速设计为30转/分,电机转速为750转/分。电机到后轮的 传动比为1:25,蜗轮6齿数为25。(差速器传动比均为1:1)2)转 弯时转速为5转/分,传动比为1:160。3)Z1=20;Z2=40;Z3=20 Z4=40,蜗轮5齿数为40
机构简介 底盘是一个简化了的普通汽车底盘，它靠后轮驱动，前轮控制转向。动 力是由电动机提供的。后轮驱动系统主要是由一个行星齿轮系控制。它 能够使得两个轮胎的转角不同，从而能顺利实现转弯。并且它由蜗轮蜗 杆控制，使得转速稳定，且能够实现自锁，防止发动机停转后车轮继续 运动。前轮转向系统主要是由一个等腰梯形机构控制。通过一系列齿轮 的减速作用，控制蜗轮缓漫转动，而通过蜗轮的转动来控制等腰梯形， 从而使得前轮两轮胎的转角不同，顺利实现转弯。 设计方案 对于转向系来说,可以设计为 矩形的转向机构,但矩 形机构转向两轮是平行的,因而轮子会产生滑动摩 擦.但等腰梯形转向机构则可以保证两轮法线交于 后轮的延长线上,只产生滚动摩擦。后轮采用差速 器也是考虑到防止轮子发生滑动摩擦，减少寿命。 同时采用蜗轮蜗杆 ，而不直接采用齿轮传动，实现即停。设计参数 设计参数 1） 底盘后轮的转速设计为30转/分，电机转速为750转/分。电机到后轮的 传动比为1：25，蜗轮6齿数为25。 （差速器传动比均为1：1） 2）转 弯时转速为5转/分，传动比为1：160。 3）Z1=20；Z2=40；Z3=20； Z4=40，蜗轮5齿数为40。 转向时前轮法线延长线交点在后轮轴向 延长线上
