利用电动机爬杆机器人设计说明书

利用电动机爬杆机器人设计说明书内容摘要：

较好，那么小球在自锁套作用时能卡得比较牢靠，不会发生自转等打滑现象，使整个机构下滑而影响 上爬的效果。 在自锁套需解锁时，由于橡胶具有很高的韧性，它能立刻恢复原来的形状，不会因无法恢复形变而使下一步上爬动作失效。 ２ .３ .4 运动和动力分析 ９ 在我们设定了曲柄与连杆的长度后，每一步机构各构件的上升位移便也能自然而然地计算出来了。 当曲柄逆时针由最底端转至最顶端时，下滑块上升 2 倍曲柄的长度位移，即120mm。 同样，曲柄逆时针由最顶端转动到底端时，上滑块也走过 120mm（自锁套在自锁时的下滑距离不计）。 下面我们就该机构运动一周的情况列表作一下分析（此时曲柄处于顶端）： 曲柄旋转角（逆时针） 上自锁套运动 情况 下自锁套运动情况 0176。 90176。 向上运动 120mm 自锁（固定） 90176。 180176。 自锁（固定） 向上运动 120mm 180176。 270176。 向上运动 120mm 自锁（固定） 当然，这样的机构绝非完美无缺的。 首先，我们设计的自锁套的形状还无法适应此机构爬各种杆。 若所要爬的杆直径大小稍有变化，随着它的变动自锁套也必须相应地改变它外伸包拢杆部分的形状大小。 但是，我们设计的自锁套可以根据不同需要换取不同大小、材质的小球。 ２ .３ .5 执行系统运动 简图 自由度 F的计算： 下自锁套自锁，上滑块向上爬行。 上自锁套自锁，下滑块向上爬行。 １０ n=3 Pl=4 Ph=0 F=3n(2Pl+Ph)=3 3(2 40)=1 Ⅰ .解析法 设计铰链四杆机构： 实现两连架杆对应位置的铰链四杆机构设计： a cos（ φ0+φ） +b cosδ=d+c cos（ Ψ0+Ψ） a sin（ φ0+φ） +b cosδ=d+c sin（ Ψ0+Ψ） 将上式移项后平方相加，消去 δ 得： b2+d2+c2+a2+2cd cos（ Ψ0+Ψ） 2ad cos（ φ0+φ） =2ac cos[（ φ0+φ） （ Ψ0+Ψ） ] 令 R1=（ a2b2+c2+d2） /2ac R2=d/c R3=d/c 则： R1+R2 cos（ Ψ0+Ψ） R3 cos（ φ0+φ） =cos[（ φ0+φ） （ Ψ0+Ψ） ] 将给定的五个对应位置代入： R1+R2 cosΨ0R3 cosφ0=cos[φ0Ψ0] 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） ] １１ 求出 R R R Ψ0、 φ0 若已知 Ψ0、 φ0，则只需三对对应位置。 一般，先取 d=1，然后根据 R R R 求出在 d=1 情况下各构件相对 d 的长度 a、 b、 c，至于各构件的实际长度，可根据机构的使用条件按比例放大后得到所需值。 若将图 1 中摇杆的长度增至无穷大，则 B 点的曲线导轨将变成直线导轨，铰链四杆机构就演化成我们这爬杆机器人所运用的曲柄滑块机 构（如图 3）。 对于曲柄滑块的解析式来说，相较于它的“前身” —— 铰链四杆机构的要简单许多： 滑块的行程 B1B2 为曲柄半径 r2 的两倍，两端点 B1 和 B2称为滑块的极限位置，它是以 O2 为中心而分别以长度 r3r2和 r3+r2 为半径作圆弧求得的。 我们这个爬杆机器人，由于它还运用了自锁原理，故当曲柄转到与杆成一直线时，运动的滑块就将相应地换一次，若电机为逆时针转动（即曲柄为逆时针，见图 4）： １２ a）当 A→B 时，下滑块向上滑动位移是 2r2，即等于曲柄长度的 2倍，为 120mm，（ S1=2r2=2 60=120mm） b）当 B→ A 时，上滑块向上滑动的位移也是 2r2，即 S2=2r2=2 60=120mm。 这样：当电机转过一周时上下两滑块相互配合地走过S=S1+S2=120+120=240mm。 对于我们这里的具体的曲柄滑块机构有 : 121 1 2 21 1 2 2c ossinc os ()si n 0cl l xl l x all  1. 求连杆 2 的转角 2 ,角速度 2 和角加速度 2 . 由 ()a 第二式得 : 12 1 12sin sin sinll       (b)。