课程案例_29双曲柄机构应用—爬楼机器人(精)

基于双曲柄滑块机构的缆线爬行机器人机构本体设计

在 △ABC 中，由几何关系可知：
l1 sin φ1 = l2 sin φ2
（ 2）
即为：
φ2 = arcsin l1 sin φ1 l2
（ 3）
图 1b 中，滑块 C' 的位置及其位移分别为：
x C' = l2 cos φ2 － l1 cos φ1
（ 4）
故其对应滑块的位移为：
s' = x C' －（ l2 － l1 ） = （ l2 cos φ2 － l1 cos φ1 ）－（ l2 － l1 ）
则相应的行走轮 1 的位移为：
s' = （ l2 － l1 ）－ x C' = （ l2 － l1 ）－（ l2 cos φ2 － l1 cos φ1 ）
（ 5）曲柄转角在 180 ° ～ 360 ° 范围内，行走轮 3 固定为机架，行走轮 1 继续向前（左）移动，此时其运动状态和图 1 机构中相同曲柄转角范围内的滑块 C 的运动状态同样可对图 1 中相同曲柄转角范围内的滑块 C 相反，
l1 ω1 sin（ φ1 + φ2 ） v = cos φ2
（ 12 ）
（ φ1 ∈ （ π ， 2 π））
由式（ 11 ）和式（ 12 ）可知，该爬行机构的速度只跟曲柄、连杆的长度有关，可以根据具体需求改变其尺寸，从而控制机构的速度就显得十分方便；对称式机构和非对称式机构对其速度影响很小，在相同转角范围内其对应的速度极值相等。加速度分析同样，将式（ 11 ）和式（ 12 ）分别对时间求导，得到该爬行机构本体行走轮 1 的加速度：对称式爬行机构本体：
University of Defense Technology，Changsha， 410073 ，China） Abstract ： A new type of central airconditioning duct cleaning robot that can clean ducts with different sizes is designed to solve the problem that the central airconditioning ducts are variable in specifications and not easy to be cleaned． The robot is composed of a cleaner， inspecting instruments and disa locomotion mechanism， infecting devices． The problem as the remained dead angle during （ b）非对称式双曲柄滑块机构图1 对心式双曲柄滑块机构

课程案例_04双曲柄机构应用—机车车轮联动机构_(精)

双曲柄机构应用—机车车轮联动机构
1.课程案例基本信息
课程案例名称
双曲柄机构应用—机车车轮联动机构
课程案例编号
关键词
双曲柄机构
车轮联动
平行四边形机构
对应知识点
连杆机构类型
2.课程பைடு நூலகம்例
火车机车的联动车轮(图1)采用平行四边形机构，运动时两曲柄转向、转速、角速度相同，使被联动的各从动车轮与主动车轮运动相同，但由于该机构具有运动的不确定性，所以运用第三个平行曲柄来消除运动不确定状态(如图2)。
图1联动车轮图2联动车轮机构简图

爬行机器人课程设计

爬行机器人课程设计一、教学目标本课程旨在通过学习爬行机器人的设计和制作，让学生掌握基础的机械原理和电子技术，培养学生的创新思维和动手能力。

具体目标如下：1.了解爬行机器人的基本原理和结构。

2.掌握简单的机械制图知识。

3.学习基本的电子电路知识。

4.能够使用常用机械工具和电子仪器。

5.能够读懂简单的机械制图和电子电路图。

6.能够设计和制作一个简单的爬行机器人。

情感态度价值观目标：1.培养学生对科学的兴趣和好奇心。

2.培养学生团队合作和解决问题的能力。

3.培养学生爱护工具和设备，安全第一的意识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括爬行机器人的基本原理、机械结构设计、电子电路设计等。

具体安排如下：1.第一章：爬行机器人的基本原理，介绍爬行机器人的定义、分类和应用。

2.第二章：机械结构设计，介绍机械制图知识，如何设计和绘制爬行机器人的机械结构。

3.第三章：电子电路设计，介绍基本的电子电路知识，如何设计和制作爬行机器人的电子电路。

三、教学方法为了提高教学效果，我们将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。

1.讲授法：用于讲解基本原理和理论知识。

2.讨论法：用于讨论爬行机器人的设计和制作过程中的问题。

3.案例分析法：通过分析成功的爬行机器人案例，帮助学生理解和掌握知识。

4.实验法：通过动手制作和测试爬行机器人，培养学生的实践能力。

四、教学资源为了支持教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用《爬行机器人设计与制作》作为主要教材。

2.参考书：提供相关的机械制图和电子电路参考书籍。

3.多媒体资料：制作相关的教学PPT和视频资料。

4.实验设备：准备必要的实验设备和工具，如显微镜、电路测试仪等。

五、教学评估本课程的评估方式将包括平时表现、作业、考试等多个方面，以全面、客观、公正地评估学生的学习成果。

1.平时表现：包括课堂参与度、小组讨论表现等，占总成绩的30%。

2.作业：包括课后练习和小项目，占总成绩的20%。

爬杆机器人课程设计

爬杆机器人课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解爬杆机器人的基本构造和原理，掌握相关的物理和机械知识。

2. 学生能描述爬杆机器人的功能和应用，了解其在现实生活中的重要性。

3. 学生能解释爬杆机器人设计中涉及的科学概念，如力、运动、能量等。

技能目标：1. 学生能运用所学的知识，设计并制作一个简单的爬杆机器人。

2. 学生能在团队中合作，进行问题分析、方案设计和实验操作。

3. 学生能通过实际操作，掌握基本的编程和控制技巧，使爬杆机器人完成特定任务。

情感态度价值观目标：1. 学生能培养对科学技术的兴趣和好奇心，激发创新意识和探索精神。

2. 学生能在设计和制作过程中，体会到团队合作的力量，增强沟通与协作能力。

3. 学生能认识到科技对社会进步的推动作用，培养热爱科学、服务社会的情感。

课程性质：本课程为实践性较强的综合课程，结合物理、机械、编程等多学科知识，注重培养学生的动手能力、创新能力和团队协作能力。

学生特点：六年级学生具有较强的观察力、动手能力和好奇心，对新鲜事物充满兴趣，但注意力集中时间较短，需要激发学习兴趣和参与度。

教学要求：教师应注重理论与实践相结合，采用启发式教学，引导学生主动探索，提高学生的实践操作能力和解决问题的能力。

同时，关注学生的个体差异，给予个性化指导，确保课程目标的实现。

通过课程学习，学生能够将所学知识转化为具体的学习成果，为后续学习奠定基础。

二、教学内容本课程以《科学》教材中“机械世界”单元为基础，结合以下内容进行教学：1. 爬杆机器人原理介绍：讲解爬杆机器人的基本构造、运动原理和功能应用，涉及教材中“简单机械”和“力的作用”等章节内容。

2. 爬杆机器人设计制作：a. 材料选择：介绍爬杆机器人制作所需的材料，如塑料、木材、金属等，与教材中“材料分类”章节相关。

b. 结构设计：引导学生学习爬杆机器人的结构设计，包括传动系统、控制系统等，涉及教材中“机械结构”章节内容。

c. 编程控制：教授爬杆机器人的基本编程方法，使学生在实际操作中掌握编程技巧，与教材中“计算机编程”章节相关。

爬楼梯机器人设计

爬楼梯机器人设计摘要机器人是一门涉及计算机科学、机械、电子、自动控制、人工智能等多个方面的科学。

步行者机器人是一台在四连杆机构的基础上而设计出来的爬楼梯机器人。

它最大的特点是能够始终保持自身重心，实现爬上楼梯的目的，动作稳定，优美。

虽然该作品结构较为简单，但是其中采用了模块化设计，使其可以随时更新、升级（这是现今机电一体化工程中鲜有的设计方法）；使机器不仅能适应不同的楼梯，更可以在不同情况的路面上发挥其作用。

其中利用的仿生学原理使该机器人即使在路况不是很好的情况下也可以稳定的进行工作。

1、进行了较完善和全面的方案设计而后分析论证。

重点分析讨论了其中具有代表性的三个方案。

并从中选取一个作为设计方案。

2、对于机器人运动方式，系统设计及其驱动要求进行了认真仔细的分析，对比和计算校核。

3、针对已定方案的设计计算，进行了实际制作从而验证了机构的可行性。

关键词：机器人爬行台阶目录前言 (1)第一章机械的功能原理设计1．1 实现功能 (2)1．2 原理设计 (2)第二章运动方案设计分析2．1 方案设计 (3)2．1．1 方案一 (3)2．1．2 方案二 (3)2．1．3 方案三 (3)2．2 方案的对比和分析 (4)第三章零件的选定与基本计算3．1 材料选取与电机选取 (4)3．2 驱动系统技术参数的计算 (5)3．2．1 功率的计算 (5)3．2．2 死点位置的计算与处理 (6)第四章制作与改进4．1 制作过程遇到的问题及改进方案 (7)4．2 调试及改进结果 (7)4．3机械运动方案图 (9)第五章总结5．1总结和设计制作感受 (10)参考文献及相关网址 (11)前言在一个学期的《机械原理》课程学习中，我们学到了有关机械原理的基本概念、基本理论和基本方法。

老师授课深入浅出，很适合我们学习专业课的认识规律，便于我们理解和掌握，在整个课程的学习中取得了良好的效果和成绩。

通过一个学期的学习，我们有了基本的机构分析方面的能力，包括机构结构分析、运动分析、力分析和动力学分析。

机械系统设计课程论文爬楼机器人设计

2012机械系统设计课程论文爬楼机器人设计一、设计要求设计一台能够转向和平地上行走的爬楼机器人，要求机器人从四个方位都能攀爬楼梯，在攀爬过程中机器人要保持水平姿态。

从机械系统观念出发，提出不少于二套设计设计方案，并进行必要的方案评价和技术论证。

二、设计背景与意义在城市里, 楼梯是人造环境中最常见的障碍，也是最难跨越的障碍之一。

因此, 机器人的爬梯能力是移动机器人的重要越障性能指标。

通过加载不同的仪器设备，机器人可广泛用于危险环境探查、救灾、助残、搬运等作业, 其应用价值巨大[1][2]。

三、爬楼机器人研究现状总结目前国内外现有的爬楼梯装置和专利，按爬楼梯功能实现的原理主要分为履带式、轮组式、步行式爬楼梯装置[3]。

(l)履带式履带式爬楼梯装置的原理类似于履带装甲运兵车或坦克，其原理简单，技术也比较成熟。

履带式结构传动效率比较高，行走时重心波动很小，运动非常平稳，且使用地形范围较广，在一些不规则的楼梯上也能使用。

它除了具备爬楼梯功能外，也能作为普通的电动轮椅使用。

但是这类装置仍存在很多不足之处:重量大、运动不够灵活、爬楼时在楼梯边缘造成巨大的压力，对楼梯有一定的损坏；且平地使用所受阻力较大，而且转弯不方便，这些问题限制了其在日常生活中的推广使用。

(2)轮组式轮组式爬楼梯装置按轮组中使用小轮的个数可分为两轮组式、三轮组式以及四轮组式。

单轮组式结构稳定性较差，在爬楼过程中需要有人协助才能保证重心的稳定；而双轮组式虽能实现自主爬楼，但由于其体积庞大且偏重，影响了它的使用范围。

轮组式爬楼梯装置的活动范围广，运动灵活，但是上下楼梯时平稳性不高，重心起伏较大，会使乘坐者感到不适。

此外，轮组式爬楼梯装置体积较大，很难在普通住宅楼梯上使用。

(3)步行式早期的爬楼梯装置一般都采用步行式，其爬楼梯执行机构由铰链杆件机构组成。

上楼时先将负重抬高，再水平向前移动，如此重复这两个过程直至爬完一段楼梯。

步行式爬楼梯装置模仿人类爬楼的动作，外观可视为足式机器人，采用多条机械腿交替升降、支撑座椅爬楼的原理。

课程案例_29双曲柄机构应用—爬楼机器人(精)

职业教育机电一体化专业教学资源库
双曲柄机构应用—爬楼机器人
1.课程案例基本信息
2.课程案例
图1所示为爬楼机器人，机器人本体与平行四边形机构用铰链相连，前轮上安装有二个电动机，一个驱动转向，另一个驱动小车的前进和后退；中间轮和后轮上各安装有一个电动机，驱动小车前进和后退；四个电动机具有相同的功率。

图2为爬楼状态，利用平行四边形变形特点，改变与主体相连平行四边形机构的角度，可使前车轮、中间车轮分别抬起和落下，来实现自适应在楼梯面的爬行。

图1 爬楼机器人
(a) 爬楼状态A
(b) 爬楼状态B
《机械设计与创新》课程案例
2
(c)爬楼状态C
图2 平行四杆机构运动简图。

爬楼梯机器人

在第一种方案中，预计通过活塞气缸实现双腿的伸缩，通过机器人身体的扭转实现爬楼梯动作，但我们考虑到爪子设计中的加紧与放松以及机器人在爬楼梯过程中的稳定性时，现成的参考方案较少，没有找到较理想的方案，实现较为困难。
第二种方案是旋转爬楼梯机器人，通过控制机身的旋转角度以及爪子的加紧与放松实现它的向上攀爬过程，同样的在它的设计准确性方面遇到了困难，我们很难确定机器人在攀爬一步的过程中所需要转过的角度，并且在抓梯子过程也是遇到了瓶颈。
部件设计与选型
电机选型
在电机的选择中，通过分析各种电机的优缺点，结合我们自己的需求：我们用的螺杆传动，需要比较精确的角度控制，步进电机每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性，能够满足要求；通过控制它的脉冲数即可控制它的旋转角度，因此在爬楼梯的过程中能够很准确地控制机器人的行程；步进电机具有优秀的起停和反转响应，而我们所设计的爬楼梯的过程正是通过通过点击的起停和反转来实现的；由于步进电机在整步状态时振动大，为了减小震动我们选择半步状态；
SIMULATION
SIMULATION
小组分工
TEAM WORK 感想
• 问题 • 经验总结 • 关于Work in a Team
THANKS !
我们借鉴的他们的上下两排的钩型爪子结构，并根据我们的需要作出了改进。
参考方案
气动爬梯机器人的实物
参考方案
乐高机器人爬梯子：爪子部分运用的是曲柄滑块机构，虽然我们并没有采用，但是他的动作过程对我们自己的设计也有不少的帮助。
设计方案
上梯运动主要有三部分
下级台阶的固定运动到上一级台阶二者的交替方式