機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)爬桿機(jī)器人
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1、 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目:爬桿機(jī)器人 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程及自動(dòng)化系014班 目錄 1.設(shè)計(jì)題目……………………………………………1 1.1設(shè)計(jì)目的………………………………………………1 1.2設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介…………………………………………1 1.3設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)要求…………………………………1 2.運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)……………………………………2 2.1機(jī)械預(yù)期的功能要求…………………………………2 2.2功能原理設(shè)計(jì)…………………………………………2 2.3運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)……………………………………
2、……3 2.3.1工藝動(dòng)作分解……………………………………………3 2.3.2運(yùn)動(dòng)方案選擇……………………………………………5 2.3.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì)………………………………………6 2.3.4運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析…………………………………………7 2.3.5執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖………………………………………8 3.計(jì)算內(nèi)容……………………………………………8 4.應(yīng)用前景……………………………………………10 5.個(gè)人小結(jié)……………………………………………11 6.參考資料……………………………………………12 附錄………………………………………………………13 1.
3、設(shè)計(jì)題目 1.1設(shè)計(jì)目的 機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸以及潤(rùn)滑方式等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算,并將其轉(zhuǎn)化為制造依據(jù)的工作過程。 機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的第一步,是決定機(jī)械產(chǎn)品性能的最主要環(huán)節(jié),整個(gè)過程蘊(yùn)涵著創(chuàng)新和發(fā)明。 為了綜合運(yùn)用機(jī)械原理課程的理論知識(shí),分析和解決與本課程有關(guān)的實(shí)際問題,使所學(xué)知識(shí)進(jìn)一步鞏固和加深,我們參加了此次的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)。 1.2設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介 我們此次做的課程設(shè)計(jì)名為爬桿機(jī)器人。 該機(jī)器人模仿蟲蠕動(dòng)的形式向上爬行,其爬行運(yùn)用簡(jiǎn)單的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。其中電機(jī)與曲柄固接,驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)。曲柄與連
4、桿鉸接,其另一端分別鉸接一自鎖套(即上下兩個(gè)自鎖套),它們是實(shí)現(xiàn)上爬的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。當(dāng)自鎖套有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí),由力的傳遞傳到自鎖套,球、錐管與圓桿之間形成可靠的自鎖,阻止構(gòu)件向下運(yùn)動(dòng),而使其運(yùn)動(dòng)的方向始終向上(運(yùn)動(dòng)示意見右圖)。 1.3設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)要求 首先確定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)原理及所爬行管道的有關(guān)數(shù)據(jù),制定多套運(yùn)動(dòng)方案。再查閱相關(guān)資料,通過精確的計(jì)算和運(yùn)用相關(guān)應(yīng)用軟件(例如CAXA,Solidworks,ADAMS等造型、分析軟件)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬,對(duì)設(shè)計(jì)題目進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真,最后在多方面的考慮下確定一套方案并完成整套課程設(shè)計(jì)說明書及相關(guān)的軟件分析圖表和文件并由三維動(dòng)畫模擬出該機(jī)器人的
5、運(yùn)動(dòng)。 2.運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 該機(jī)器人模仿的動(dòng)作是沿桿向上爬行,整個(gè)機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu),而且我們目前所設(shè)計(jì)機(jī)器人爬行的桿是圓桿。 2.1機(jī)械預(yù)期的功能要求 通過電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和減速,給予曲柄一個(gè)繞定軸旋轉(zhuǎn)的主動(dòng)力,在該力的驅(qū)使下帶動(dòng)連桿及相應(yīng)的自鎖裝置,由兩個(gè)自鎖套的先后自鎖和曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)機(jī)器人向上爬行。 2.2功能原理設(shè)計(jì) 通常情況下,一部的機(jī)器需要通過電機(jī)帶動(dòng)一系列復(fù)雜的機(jī)構(gòu)使其正常運(yùn)轉(zhuǎn),這其中涉及到很多簡(jiǎn)單且基本的機(jī)械機(jī)構(gòu)。當(dāng)然,也可以直接通過電機(jī)帶動(dòng)整部機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn),這完全取決于機(jī)器所需完成的工作以及設(shè)計(jì)該機(jī)器時(shí)所面臨的種種實(shí)際情況。 針對(duì)該爬桿機(jī)器人,我們小組通過討論提出
6、了兩套設(shè)計(jì)方案,分別是:由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)和由氣壓元件直接驅(qū)動(dòng)。 首先,讓我們來看一下曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是如何工作的。 在平面連桿機(jī)構(gòu)中,能繞定軸或定點(diǎn)作整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件被稱為曲柄。而通過改變平面四桿機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸能將其演化為不同的機(jī)構(gòu)形式,就曲柄滑塊機(jī)構(gòu)而言,它是通過增加鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中搖桿的長(zhǎng)度至無窮大而演變過來的。改機(jī)構(gòu)實(shí)際上是由一曲柄一端鉸接在機(jī)架上,另一端鉸接一連桿,連桿的另一端聯(lián)結(jié)一滑塊,在曲柄為主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)連桿,連桿又帶動(dòng)滑塊,使其在平面某一范圍內(nèi)做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)(圖1)。 其次是氣動(dòng)的原理。 該運(yùn)動(dòng)原理與上述的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)相比,在保留兩滑塊作為自鎖裝置的前提下,
7、省略了聯(lián)結(jié)兩滑塊的傳動(dòng)裝置,轉(zhuǎn)而用兩個(gè)汽缸直接帶動(dòng)兩個(gè)滑塊的上下移動(dòng)。這樣的設(shè)計(jì)更直接也更簡(jiǎn)潔,至于兩者到底哪個(gè)更合理呢? 2.3運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì) 2.3.1工藝動(dòng)作分解 首先,我們基于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的啟示,想到了在曲柄與連桿的兩端分別鉸接上兩個(gè)滑塊(即作為自鎖套),使兩個(gè)滑塊分別作為機(jī)架交替上升,從而實(shí)現(xiàn)爬桿動(dòng)作。其中上滑塊與曲柄相連,相應(yīng)的連桿接下滑塊。當(dāng)機(jī)構(gòu)具有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí),下自鎖套因受到自鎖機(jī)構(gòu)的限制而固定不動(dòng),把其受到的向下的力轉(zhuǎn)化為向上的動(dòng)力,推動(dòng)機(jī)構(gòu)反而向上運(yùn)動(dòng)。 于是,我們就把電機(jī)與曲柄固接作為驅(qū)動(dòng)裝,連桿作為傳動(dòng),兩滑塊作為自鎖裝置。該爬桿機(jī)器人的設(shè)計(jì)裝配圖如圖2:
8、那上下自鎖套又是怎樣自鎖的呢?
我們做成了如圖3所示的形狀(主視、俯視):
我們?cè)O(shè)計(jì)了兩個(gè)如圖3所示的構(gòu)件,兩者用鉸鏈鉸接,能使其自如地打開或收攏,再在它們套住圓桿之后用銷釘在鉸支端對(duì)邊銷住,這樣方便裝配和安裝到圓桿上,也方便我們?cè)谡{(diào)試過程中不斷調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)的具體尺寸。
可這僅僅只是一個(gè)滑塊,那要怎樣才能實(shí)現(xiàn)它所要起到的自鎖作用呢?其實(shí)很簡(jiǎn)單,想想為什么當(dāng)初要把一個(gè)原本簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的矩形滑塊做成如我們上圖示的這樣的形狀:套住圓桿的兩端多出了兩個(gè)梯形狀的“耳朵”,而且這“耳朵”還是中空的。玄機(jī)就在于此,我們?cè)谶@中空的空間里分別放置兩個(gè)小球,此小球的直徑小于梯形底邊而大于梯形頂邊(l梯頂 9、l梯底)。言外之意,此小球是能夠卡在這梯形的空間里的。這樣也就形成了真正意義上的自鎖。
若電機(jī)固接的曲柄是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。
1)曲柄在底端轉(zhuǎn)至頂端的過程中,經(jīng)力的分析,下自鎖套受到向上的拉力,自鎖套內(nèi)的兩小球因重力掉至梯形底部,d球 10、上自鎖套仍向上運(yùn)動(dòng),在曲柄過最底端時(shí)又出現(xiàn)了第一種情況。于是,兩滑塊周而復(fù)始交替向上爬。(見中下圖)
在氣動(dòng)方面,由于沒有聯(lián)結(jié)用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),因而直接由氣動(dòng)元件帶動(dòng)兩自鎖套往上移動(dòng)。我們選用兩個(gè)汽缸作為主要的氣動(dòng)元件,利用作用力與反作用力的原理,由其帶動(dòng)上下兩個(gè)自鎖套分別自鎖,達(dá)到機(jī)器人爬桿的最終目的。(見右上圖)
2.3.2運(yùn)動(dòng)方案選擇
上面所設(shè)計(jì)的爬桿過程都是在理想的情況下,很多實(shí)際因素都沒有考慮進(jìn)去:如摩擦力的大小(即管壁與小球接觸面的摩擦系數(shù)),在曲柄過上下兩滑塊極限位置時(shí),自鎖套內(nèi)由于小球在內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,自鎖套所要進(jìn)行的向下運(yùn)動(dòng)的位移,以及上下自鎖套、曲柄和連桿的質(zhì)量,還有電機(jī) 11、的功率、轉(zhuǎn)動(dòng)速度,汽缸的推程大小、自重,所需氣包的容量及連接方式等等。
現(xiàn)在我們結(jié)合兩者的利弊,著重分析一下各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
就采用汽缸驅(qū)動(dòng)而言,它形式簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便,從機(jī)械設(shè)計(jì)角度而言講究盡量采用基本機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)要簡(jiǎn)單、可靠。而汽缸則融會(huì)了上述的優(yōu)點(diǎn),它由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)直接帶動(dòng)兩個(gè)自鎖滑塊,避免了兩者間的連接機(jī)構(gòu),精簡(jiǎn)了構(gòu)件之間的連接。此外,該機(jī)構(gòu)具有環(huán)保等特點(diǎn),它利用空氣作為動(dòng)力源,無污染、運(yùn)動(dòng)時(shí)無噪音,而且運(yùn)行速度快,可以在短時(shí)間內(nèi)使機(jī)器人爬到桿的頂端,它還能夠隨身攜帶氣包作為動(dòng)力源,可以做到無線操作。
就采用曲柄滑塊結(jié)構(gòu)而言,它屬于平面連桿機(jī)構(gòu),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)動(dòng)副為低副, 12、能承受較大載荷;但平衡困難,不易用于高速。我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是由電機(jī)經(jīng)減速直接驅(qū)動(dòng)的,和利用氣動(dòng)原理相比它多了一套傳動(dòng)和連接機(jī)構(gòu),但該機(jī)構(gòu)運(yùn)用的原理簡(jiǎn)單,設(shè)計(jì)合理,而且它不僅能在自桿上爬行,更能在彎曲的管道外爬行,具體的示意圖見下。
綜上所述,我們小組經(jīng)討論決定:選取“曲柄滑塊機(jī)構(gòu)”作為該爬桿機(jī)器人的最終運(yùn)動(dòng)方案。
2.3.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì)
針對(duì)上述的種種實(shí)際情況,我們小組在設(shè)計(jì)此爬桿機(jī)器人的時(shí)候就全面考慮了各方面的因素,從而確定各構(gòu)件的尺寸與制造構(gòu)件的材料。祥見下表
機(jī)構(gòu)名稱
構(gòu)件尺寸
所選材料
選用理由
曲柄滑塊
曲柄
60mm(軸距)
2mm鋁板
價(jià)格便宜、材質(zhì)輕便 13、、成型后具有時(shí)效強(qiáng)化性
連桿
150(軸距)
2mm鋁板
價(jià)格便宜、材質(zhì)輕便、成型后具有時(shí)效強(qiáng)化性
錐管(4個(gè))
2mm鋁板
價(jià)格便宜、材質(zhì)輕便、成型后具有時(shí)效強(qiáng)化性
自鎖機(jī)構(gòu)
圓球(4個(gè))
Φ50mm
成品橡膠球
取材方便、具有高韌性、材質(zhì)輕盈
上述構(gòu)件全部采用鈑金造型,然后由焊接連接,使其加工制造簡(jiǎn)單,易保證較高配合精度。
可是這樣一個(gè)爬桿機(jī)構(gòu)是一個(gè)封閉的機(jī)構(gòu),那怎樣才能把機(jī)器人安裝到所要爬的管壁上呢?由此,我們?cè)O(shè)計(jì)的自鎖套就多了一個(gè)連接裝置,我們?cè)趦蓚€(gè)形狀對(duì)稱的錐管對(duì)接處裝上鉸鏈,就像在ADAMS里給兩構(gòu)件用一個(gè)鉸鏈連接,然后在屏幕上顯示的那種鉸鏈裝置一樣,這 14、樣自鎖套就能開合,自如地包攏住爬桿,然后在自鎖零件的對(duì)面接口處插上一個(gè)聯(lián)結(jié)銷,完整的一個(gè)自鎖套就套在了圓桿上。聯(lián)結(jié)銷的形狀見圖4。
對(duì)于此類機(jī)構(gòu),一定的摩擦力也是保證自鎖發(fā)生作用的關(guān)鍵。因此對(duì)各構(gòu)件的材料也是有相當(dāng)?shù)囊?。?jīng)過篩選,我們決定曲柄、連桿與錐管用鋁板來制造,小球的材料則用橡膠。橡膠的表面比較粗糙,且彈性性能較好,那么小球在自鎖套作用時(shí)能卡得比較牢靠,不會(huì)發(fā)生自轉(zhuǎn)等打滑現(xiàn)象,使整個(gè)機(jī)構(gòu)下滑而影響上爬的效果。在自鎖套需解鎖時(shí),由于橡膠具有很高的韌性,它能立刻恢復(fù)原來的形狀,不會(huì)因無法恢復(fù)形變而使下一步上爬動(dòng)作失效。
2.3.4運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析
在我們?cè)O(shè)定了曲柄與連桿的長(zhǎng)度后,每一步 15、機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的上升位移便也能自然而然地計(jì)算出來了。
當(dāng)曲柄逆時(shí)針由最底端轉(zhuǎn)至最頂端時(shí),下滑塊上升2倍曲柄的長(zhǎng)度位移,即120mm。同樣,曲柄逆時(shí)針由最頂端轉(zhuǎn)動(dòng)到底端時(shí),上滑塊也走過120mm(自鎖套在自鎖時(shí)的下滑距離不計(jì))。
下面我們就該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)一周的情況列表作一下分析(此時(shí)曲柄處于頂端):
曲柄旋轉(zhuǎn)角(逆時(shí)針)
上自鎖套運(yùn)動(dòng)情況
下自鎖套運(yùn)動(dòng)情況
0-90
向上運(yùn)動(dòng)120mm
自鎖(固定)
90-180
自鎖(固定)
向上運(yùn)動(dòng)120mm
180-270
向上運(yùn)動(dòng)120mm
自鎖(固定)
當(dāng)然,這樣的機(jī)構(gòu)絕非完美無缺的。首先,我們?cè)O(shè)計(jì)的自鎖套的形狀還無法適應(yīng)此機(jī)構(gòu)爬 16、各種桿。若所要爬的桿直徑大小稍有變化,隨著它的變動(dòng)自鎖套也必須相應(yīng)地改變它外伸包攏桿部分的形狀大小。但是,我們?cè)O(shè)計(jì)的自鎖套可以根據(jù)不同需要換取不同大小、材質(zhì)的小球。
上文中我們還提到了軟件的運(yùn)用,特別是ADAMS運(yùn)動(dòng)分析軟件。我們使用該軟件對(duì)爬桿機(jī)器人進(jìn)行造型,并在連接處添加了一定的轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副,并固定了機(jī)架,在這個(gè)基礎(chǔ)上,我們使用軟件中的各種插件對(duì)我們的爬桿機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)模擬和運(yùn)動(dòng)分析。
下面就是我們所截取各構(gòu)件的速度位移圖。
圖5——曲柄位移速度圖
圖6——連桿位移速度圖
圖7——錐管(上)位移速度圖
上自鎖套自鎖,下滑塊向上爬行。
下 17、自鎖套自鎖,上滑塊向上爬行。
2.3.5執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
自由度F的計(jì)算:
n=3 Pl=4 Ph=0
F=3n-(2Pl+Ph)=33-(24-0)=1
3.計(jì)算內(nèi)容
解析法設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu):
實(shí)現(xiàn)兩連架桿對(duì)應(yīng)位置的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì):
acos(φ0+φ)+bcosδ=d+ccos(Ψ0+Ψ)
asin(φ0+φ)+bcosδ=d+csin(Ψ0+Ψ)
將上式移項(xiàng)后平方相加,消去δ得:
-b2+d2+c2+a2+2cdcos(Ψ0+Ψ)-2adcos(φ0+φ)=2accos[(φ0+φ)-(Ψ0+Ψ)]
令R1=(a2-b2+c2+d2)/2ac R2=d/c 18、 R3=d/c 則:
R1+R2 cos(Ψ0+Ψ)-R3 cos(φ0+φ)=cos[(φ0+φ)-(Ψ0+Ψ)]
將給定的五個(gè)對(duì)應(yīng)位置代入:
R1+R2 cosΨ0-R3 cosφ0=cos[φ0-Ψ0]
R1+R2 cos(Ψ0+Ψ1)-R3 cos(φ0+φ1)=cos[(φ0+φ1)-(Ψ0+Ψ1)]
R1+R2 cos(Ψ0+Ψ2)-R3 cos(φ0+φ2)=cos[(φ0+φ2)-(Ψ0+Ψ2)]
R1+R2 cos(Ψ0+Ψ3)-R3 cos(φ0+φ3)=cos[(φ0+φ3)-(Ψ0+Ψ3)]
R1+R2 cos(Ψ0+Ψ4)-R3 cos(φ0+φ4)= 19、cos[(φ0+φ4)-(Ψ0+Ψ4)]
求出R1、R2、R3、Ψ0、φ0
若已知Ψ0、φ0,則只需三對(duì)對(duì)應(yīng)位置。
一般,先取d=1,然后根據(jù)R1、R2、R3、求出在d=1情況下各構(gòu)件相對(duì)d的長(zhǎng)度a、b、c,至于各構(gòu)件的實(shí)際長(zhǎng)度,可根據(jù)機(jī)構(gòu)的使用條件按比例放大后得到所需值。
若將圖1中搖桿的長(zhǎng)度增至無窮大,則B點(diǎn)的曲線導(dǎo)軌將變成直線導(dǎo)軌,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)就演化成我們這爬桿機(jī)器人所運(yùn)用的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(如圖3)。
對(duì)于曲柄滑塊的解析式來說,相較于它的“前身”——鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的要簡(jiǎn)單許多:
滑塊的行程B1B2為曲柄半徑r2的兩倍,兩端點(diǎn)B1和B2稱為滑塊的極限位置,它是以O(shè)2為中心而分別以長(zhǎng) 20、度r3-r2和r3+r2為半徑作圓弧求得的。
我們這個(gè)爬桿機(jī)器人,由于它還運(yùn)用了自鎖原理,故當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到與桿成一直線時(shí),運(yùn)動(dòng)的滑塊就將相應(yīng)地?fù)Q一次,若電機(jī)為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(即曲柄為逆時(shí)針,見圖4):
a)當(dāng)A→B時(shí),下滑塊向上滑動(dòng)位移是2r2,即等于曲柄長(zhǎng)度的2倍,為120mm,(S1=2r2=260=120mm)
b)當(dāng)B→A時(shí),上滑塊向上滑動(dòng)的位移也是2r2,即S2=2r2=260=120mm。
這樣:當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)過一周時(shí)上下兩滑塊相互配合地走過S=S1+S2=120+120=240mm。
4.應(yīng)用前景
該機(jī)器人運(yùn)用了簡(jiǎn)單的曲柄滑塊機(jī)構(gòu),原動(dòng)力采用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng),兩者在選材上都很方便,而且 21、我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)選用了材質(zhì)較為輕盈的鋁材作為結(jié)構(gòu)材料,減輕了該機(jī)器人的重量,使其更大效率的發(fā)揮電機(jī)的功率,提高了機(jī)器人的爬行速度。
此外,該爬桿機(jī)器人的設(shè)計(jì)方便了操作人員安裝到圓桿上和調(diào)試,對(duì)于在調(diào)試過程中遇到的問題也可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的情況做出及時(shí)、相應(yīng)的修改。而且,我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器人不僅能在直桿外爬行,更能適應(yīng)不同彎曲度的圓桿對(duì)我們機(jī)器人的挑戰(zhàn),正是由于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的合理應(yīng)用,我們的機(jī)器人才可以在提高機(jī)械運(yùn)動(dòng)效率的前提下克服不同彎曲度的圓桿,使其像爬直桿一樣爬行過彎曲的管道。
5.個(gè)人小結(jié)
這次課程設(shè)計(jì),我們組拿到的題目是爬桿機(jī)器人。其實(shí)所謂的爬桿就是運(yùn)用機(jī)械原理課上所學(xué)過的曲柄滑塊與自鎖原理, 22、使整個(gè)機(jī)構(gòu)在豎直平面煙y軸向上運(yùn)動(dòng)。
平日里,我在機(jī)械原理課上所學(xué)的知識(shí)是比較理論化的,通過這些理論我了解了一些機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方案與運(yùn)動(dòng)軌跡,至于這些構(gòu)件、這些機(jī)構(gòu)真正要派些什么用場(chǎng),在我腦中的概念還是挺模糊的,但是在這次為完成課程設(shè)計(jì)的任務(wù)當(dāng)中,我開始對(duì)傳授機(jī)械原理這門課的真正意義所在有了初步了解。換句話說,因這次課程設(shè)計(jì)我把理論與實(shí)踐運(yùn)用結(jié)合了起來,達(dá)到了學(xué)以致用的目的。
也因這次設(shè)計(jì)的要求,我開始學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)ADAMS軟件來繪制機(jī)構(gòu)圖,并且用它來實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)虛擬運(yùn)動(dòng)演示。
以前,我從未接觸過ADAMS,一開始用它時(shí)我只能一點(diǎn)點(diǎn)摸索著做,由于菜單中很多工具我都不太清楚,所以在畫機(jī)構(gòu)時(shí)總覺得與自己 23、所要求的效果相距甚遠(yuǎn),但我還是硬著頭皮畫下去,為的就是想看看自己所畫的機(jī)構(gòu)能否能動(dòng)。果然,我繪制的無規(guī)無矩的機(jī)構(gòu)演示時(shí)它動(dòng)了,而且是有了順著圓桿向上爬的雛形。看著自己用起始對(duì)它一無所知的ADAMS繪出的機(jī)構(gòu)能演示了,這使我的信心大增。我想接下來的就是要用它來繪出盡量與我們?cè)O(shè)計(jì)的構(gòu)件相一致的圖形,而且還要達(dá)到上下兩滑塊在上爬時(shí)能交替自鎖的目的。于是我請(qǐng)教了老師與同學(xué)之后,我知道了例如菜單中如何平移構(gòu)件、構(gòu)件的聯(lián)結(jié)與分離,還有視圖角度的變換和幅面的擴(kuò)大縮小等功能。知道了更多的繪制方法,那么我就能更好地做有自己組風(fēng)格的機(jī)構(gòu)圖形了。那時(shí)曲柄與連桿竟能穿過圓桿與滑塊做圓周運(yùn)動(dòng),就好象兩把刀在切香腸一樣, 24、對(duì)圓桿插進(jìn)插出,好似桿根本不存在,但實(shí)際中是根本不可能出現(xiàn)的,在知曉了上述工具運(yùn)動(dòng)后,這個(gè)難住我很久的問題也就迎刃而解了。
光讓機(jī)構(gòu)像我們?cè)O(shè)計(jì)的外形是不行的,要讓它動(dòng),還要讓它按照所設(shè)計(jì)的方案動(dòng)。我們似乎無法讓爬行機(jī)器人的兩滑塊具有自鎖功能地運(yùn)動(dòng),想了許久,只能用給滑塊加向上力的方法來使它看上去似乎運(yùn)動(dòng)時(shí)滑塊一塊動(dòng),另一塊則是相對(duì)圓桿靜止的。結(jié)果請(qǐng)教老師后,才知道按照我們目前這些天內(nèi)學(xué)習(xí)的皮毛功夫也只能這樣去做,但我們都知道這是“作弊”的假方法。
在為課程設(shè)計(jì)寫說明書時(shí),為了讓說明書內(nèi)容更充實(shí),使自己的書面語言更趨向于專業(yè)化,我們組到圖書館去借了相關(guān)的書籍來翻閱。在查找資料、閱讀資料的同時(shí) 25、,我還知道了更多以前課本上沒有學(xué)到過的知識(shí)(尤其在為“計(jì)算公式”找資料時(shí))。不僅把曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的有關(guān)知識(shí)復(fù)習(xí)了一遍,還把最基本的四連桿機(jī)構(gòu)普遍方程,四連桿機(jī)構(gòu)的位置確定等通看了一次。這次我們所要用到的是無偏心的曲柄滑塊機(jī)構(gòu),是特較特殊的,那么在知道此機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方案時(shí),還必須了解一下普通也就是偏心曲柄滑塊,因此也知道了它所包含的更多的方面,就像改變偏心距e的大小可以獲得某種特定的效果,有偏心距滑塊的行程就要比原先的大(大于曲柄半徑的兩倍),同時(shí),進(jìn)行程與回程的速度也不一樣(課本知識(shí))等等。
通過這次大作業(yè),我知道其實(shí)要做一項(xiàng)課程設(shè)計(jì)并不簡(jiǎn)單,要把它做好就更不易了,從中我也感到自己的知識(shí)面其實(shí)是很狹隘的。在理論知識(shí)的貫穿上和用理論解決實(shí)際問題的能力上也亟待提高,可以說這次的設(shè)計(jì)就像是一面鏡子,照出了我的不足之處。但也因此而小小地鍛煉了一下自己,為大四的畢業(yè)設(shè)計(jì)做了一個(gè)準(zhǔn)備。
6.參考資料
[1]羅洪量主編,《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》(第二版),北京:高等教育出版社,1986年。
[2]JJ.杰克(美)主編,《機(jī)械與機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理》(第一版),北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1985年。
[3]王玉新主編,《機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法學(xué)》(第一版),天津:天津大學(xué)出版社,1996年。
[4]孫恒、陳作模主編,《機(jī)械原理》(第六版),北京:高等教育出版社,2001。
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