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(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)題目:爬桿機(jī)器人 學(xué)院: 機(jī)械工程學(xué)院 班級(jí): 機(jī)電0902 設(shè)計(jì)者: 指導(dǎo)老師: 王勁松 目錄 1.設(shè)計(jì)題目……………………………………………3 1.1設(shè)計(jì)目的………………………………………………3 1.2設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介…………………………………………3 1.3設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)要求…………………………………3 2.運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)……………………………………4 2.1機(jī)械預(yù)期的功能要求…………………………………4 2.2功能原理設(shè)計(jì)………………………………………
2、…4 2.3運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)…………………………………………5 2.3.1工藝動(dòng)作分解……………………………………………5 2.3.2運(yùn)動(dòng)方案選擇……………………………………………6 2.3.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì)………………………………………7 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……………………………………………9 4.應(yīng)用前景……………………………………………19 5.個(gè)人小結(jié)……………………………………………19 6.參考資料……………………………………………19
3、1.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(guò)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(guò)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(wèn)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(chóng)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
4、與連桿鉸接,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(jiàn)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(guò)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(shuō)明書(shū)及相關(guān)的軟件分析圖表和文件并由三維動(dòng)畫(huà)模擬出該機(jī)器
5、人的運(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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)討論
6、提出了一套設(shè)計(jì)方案。 首先,讓我們來(lái)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(chēng)為曲柄。而通過(guò)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(guò)增加鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中搖桿的長(zhǎng)度至無(wú)窮大而演變過(guò)來(lái)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) 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
7、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: 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(kāi)或收攏,再在它們套住圓桿之后用銷(xiāo)釘在鉸支端對(duì)邊銷(xiāo)住,這樣方便裝配和安裝到圓桿上,也方便我們?cè)谡{(diào)試過(guò)程中不斷調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)
8、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、上拉;與此同時(shí),上自鎖套受的卻是往下的拉力,與上面的相反,其具有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),內(nèi)部的小球脫離自鎖套的底部,又因d球>l梯頂,那么小球就被卡在了梯形空間中,此時(shí)由于小球的被固定而使整個(gè)自鎖套看作是一個(gè)機(jī)架鉸接曲柄一般。(見(jiàn)左下圖)
2)曲柄由頂端向底端逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),上下滑塊的受力情況恰與第一種情況相反,下自鎖套因受力自鎖而被固定,此時(shí)上自鎖套仍向上運(yùn)動(dòng),在曲柄過(guò)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(jiàn)中下圖)
2.3.2運(yùn)動(dòng)方案選擇
上面所設(shè)計(jì)的爬桿過(guò)程都是在理想的情況下,很多實(shí)際因素都沒(méi)有考慮進(jìn)去:如摩擦力的大?。垂鼙谂c小球接觸 10、面的摩擦系數(shù)),在曲柄過(guò)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)的功率、轉(zhuǎn)動(dòng)速度等等。
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,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,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(jiàn)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 11、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(jiàn)下表
機(jī)構(gòu)名稱(chēng)
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、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 12、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(chēng)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,這樣自鎖套就能開(kāi)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(xiāo),完整的一個(gè)自鎖套就套在了圓桿上。聯(lián)結(jié)銷(xiāo)的形狀見(jiàn)圖4。
對(duì)于此類(lèi)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(guò)篩選,我們決定曲柄、連桿與錐管用鋁板來(lái)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 13、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(lái)的形狀,不會(huì)因無(wú)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(lái)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(guò)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)
14、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(wú)缺的。首先,我們?cè)O(shè)計(jì)的自鎖套的形狀還無(wú)法適應(yīng)此機(jī)構(gòu)爬各種桿。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。
上自鎖套自鎖,下滑塊向上爬行。
下自鎖套自鎖,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)=3×3-(2×4-0)=1
3.計(jì)算內(nèi)容
15、Ⅰ.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):
a×cos(φ0+φ)+b×cosδ=d+c×cos(Ψ0+Ψ)
a×sin(φ0+φ)+b×cosδ=d+c×sin(Ψ0+Ψ)
將上式移項(xiàng)后平方相加,消去δ得:
-b2+d2+c2+a2+2cd×cos(Ψ0+Ψ)-2ad×cos(φ0+φ)=2ac×cos[(φ0+φ)-(Ψ0+Ψ)]
令R1=(a2-b2+c2+d2)/2ac R2=d/c 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 16、+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)=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 17、、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(wú)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(lái)說(shuō),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(chēng)為滑塊的極限位置,它是以O(shè)2為中心而分別以長(zhǎng)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 18、時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(即曲柄為逆時(shí)針,見(jiàn)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=2×60=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=2×60=120mm。
這樣:當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一周時(shí)上下兩滑塊相互配合地走過(guò)S=S1+S2=120+120=240mm。
對(duì)于我們這里的具體的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有:
1. 求連桿2的轉(zhuǎn)角,角速度和角加速度.
由第二式得:
(b)
為曲柄與連桿的長(zhǎng)度比,可由上式得出.
將(b)式對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)得:
(c)
將 19、(c)式對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)得:
2.求滑塊3的位移, 速度, 加速度.
具體計(jì)算:
(1) 當(dāng)時(shí)
已知條件:
rad/s
mm
=-14.2
同理當(dāng)時(shí)可計(jì)算出連桿2的轉(zhuǎn)角,角速度和角加速度.滑塊3的位移, 速度, 加速度.
Ⅱ. 瞬心法
1. 瞬心的概念
瞬心是瞬時(shí)等速重合點(diǎn)。瞬時(shí),是指瞬心的位置隨時(shí)間而變;等速,是指在瞬心這一點(diǎn),兩構(gòu)件的絕對(duì)速度相等(包括大小和方向)、相對(duì)速度為零;重合點(diǎn),是指瞬心既在 20、構(gòu)件1上,也在構(gòu)件2上,是兩構(gòu)件的重合點(diǎn)
2. 瞬心的種類(lèi)
1. 絕對(duì)瞬心:構(gòu)成瞬心的兩個(gè)構(gòu)件之一固定不動(dòng),瞬心點(diǎn)的絕對(duì)速度為零 。
2. 相對(duì)瞬心:構(gòu)成瞬心的兩個(gè)構(gòu)件均處于運(yùn)動(dòng)中,瞬心點(diǎn)的絕對(duì)速度相等、相對(duì)速度為零 。
由此可知,絕對(duì)瞬心是相對(duì)瞬心的一種特殊情況。
3. 機(jī)構(gòu)中瞬心的數(shù)目
設(shè)機(jī)構(gòu)中有N個(gè)(包括機(jī)架)構(gòu)件,每?jī)蓚€(gè)進(jìn)行組合,則該機(jī)構(gòu)中總的瞬心數(shù)目為 K= N(N-1) / 2
3. 機(jī)構(gòu)中通過(guò)運(yùn)動(dòng)副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件瞬心位置的確。
1.兩構(gòu)件作平面運(yùn)動(dòng)時(shí) :
如圖4-1所示,作VA2A1 和VB2B1 兩相對(duì)速度 21、方向的垂線,它們的交點(diǎn)(圖中的P21)即為瞬心。
2.兩構(gòu)件組成移動(dòng)副:
因相對(duì)移動(dòng)速度方向都平行于移動(dòng)
副的導(dǎo)路方向(如圖a所示),故
瞬心P12在垂直于導(dǎo)路的無(wú)窮遠(yuǎn)處。
4.兩構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動(dòng)副:
兩構(gòu)件 繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心相對(duì)轉(zhuǎn)
動(dòng),故該轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心便是
它們的瞬心 如圖(b)
5.兩構(gòu)件組成純滾動(dòng)的高副
其接觸點(diǎn)的相對(duì)速度為零,所
以接觸點(diǎn)就是瞬心。如圖(c)
6.三心定理
作平面運(yùn)動(dòng)的三個(gè)構(gòu)件共有三個(gè)瞬心,它們位于 22、同一直線上。設(shè)構(gòu)件1為機(jī)架,因構(gòu)件2和3均以轉(zhuǎn)動(dòng)副與構(gòu)件1相聯(lián),故P12和P13位于轉(zhuǎn)動(dòng)中心,如圖所示。為了使P23點(diǎn)的構(gòu)件2和3的絕對(duì)速度的方向相同,P23不可能在M點(diǎn),只能與P13和P12位于同一條直線上
對(duì)于這里的爬桿機(jī)器人中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的位置6()
同理可求滑塊在位置7()的速度
Ⅲ. 圖解法
同一構(gòu)件上兩點(diǎn)間的速度和加速度關(guān)系:
構(gòu)件AB作平面運(yùn)動(dòng)時(shí),可以看作隨其上任一點(diǎn)(基點(diǎn))A 的牽連運(yùn)動(dòng)和繞基點(diǎn)A 的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 C的絕對(duì)速度可用矢量方程表示為 :
式中, 牽連速度; 是C點(diǎn)相對(duì)于A 23、點(diǎn)的相對(duì)速度 .
其大小為: 方向如圖.
C點(diǎn)的加速度可用矢量方程式表示為:
是牽連加速度, 是C點(diǎn)相對(duì)于A點(diǎn)的相對(duì)加速度 , 是法向加速度, 是切向加速度 。的方向如圖, 方向平行于AC且由C指向A。
對(duì)于這里的爬桿機(jī)器人中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的位置6()畫(huà)出速度與加速度多邊形(見(jiàn)圖紙),取適當(dāng)?shù)谋壤摺=?jīng)測(cè)量得當(dāng)時(shí),
(方向如圖所示)
(方向如圖所示)
當(dāng)時(shí),
(方向如圖所示)
(方向如圖所示)
Ⅳ.仿真法
利用ADAMS進(jìn)行運(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 24、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
我們所截取滑塊的位移,速度與加速度的曲線圖
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(guò)程中遇到的問(wèn)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 25、設(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(guò)彎曲的管道。
5.個(gè)人小結(jié)
經(jīng)過(guò)一周的課程設(shè)計(jì),我第一次體會(huì)到了學(xué)以致用的快樂(lè),發(fā)現(xiàn)書(shū)本知識(shí),以前總覺(jué)得書(shū)本知識(shí)根本不能解決日常問(wèn)題,無(wú)法把所學(xué)的只是靈活的運(yùn)用到實(shí)際之中,而現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)只要肯動(dòng)腦筋,就能夠把所學(xué)的知識(shí)用來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題,不僅如此我還學(xué)到很多書(shū)本上沒(méi)有的知識(shí),總之此次課程設(shè)計(jì)使我獲益匪淺。
6.參考資料
[1]馬履中主編,《機(jī)械原理與設(shè)計(jì)》,北京 機(jī)械工業(yè)出版社,2009年。
19
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