全国大学生机械产品数字化设计大赛作品说明书概要

全国大学生数字化机械产品设计大赛作品说明书

聚会用快速布场机器人

作者:王腾丁振宇时贝超(排名不分先后指导老师:朱衍飞

学校:合肥工业大学

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目录

作品背景 (4

作品特点 (4

作品结构 (5

作品工作原理 (5

1.攀爬系统工作原理 (6

①爬壁机构工作原理 (6

②跨墙壁攀爬工作原理 (9

2.悬挂横幅系统工作原理 (9

3.控制系统工作原理 (9

4.供电系统工作原理 (12

5.传感器系统工作原理 (13

6.电机系统工作原理 (15

7.功能系统工作原理 (15

作品主要创新点 (16

作品市场潜在价值 (17

参考文献 (18

附录 (19

一,作品背景

现代社会,人与人之间交流越来越频繁,交流的形式也多种多样,其中,聚会作为极为重要的一种形式,已越来越被人们青睐。

聚会,就要有聚会的场合。聚会的场合不同于教学,办公场合那样有固定的场合,它是随着聚会的内容,聚会的人员,聚会的时间,聚会的地点而决定的。而日常生活中所能提供的场所又相对固定,那么可以解决人们与日俱增的聚会次数,多种多样的聚会形式和固定单调的聚会场所之间的矛盾么?

答案是肯定的。随着科技的飞速发展,机器人技术正在悄悄改变着我们的生活。爬墙机器人作为机器人家族中重要的分支,已被越来越多的人所重视。我们将先进的机器人技术用于解决实际生活中的问题,基于爬墙机器人工作原理,设计出聚会用快速布场机器人,可以很好的解决这样的问题。

二,作品特点

1.内置储存卡和音响,用户可将聚会时所需的音乐拷贝至储存卡中,再由机器人沿室内墙壁爬至天花板,用机器人强大的吸力将自己牢牢固定在天花板上,这时机器人就成为了一个高品质的音响,可为用户聚会时提供全环绕,堪比舞厅的音乐环境。

2.可平稳地在各种墙壁上自由移动,遇墙角可自动翻转,由一墙壁跨至另一墙壁。

3.拥有强大的灯光辅助系统,在需要进行聚会时,由机器人附着在天花板上,启动灯光辅助系统,可迅速营造出用户所想要的聚会气氛。

4.在聚会时,有时需要悬挂横幅。本机器人自带挂横幅支持功能。自带伸缩臂和横幅挂钩。从此悬挂横幅无局限。

5.具有长时间续航功能,来自于本身所用的大容量锂电池包。连续工作6小时以上没有问题,可支持几场聚会的连续使用。同时电池可拆卸,聚会时更无后顾之忧。

6.产品拆卸方便,安装便捷,配有专用防尘塞,机器不用时,可将腿部拆下,装上防尘塞,保护机器且易于储存。

7.体积小,便于携带,且防水抗风防尘,经久耐用。

8.预留功能接口,用户可根据自己的实际需要加装其他工具(如加装摄像头,可在聚会时

进行全程录像等。

9.用户可用手柄进行远程操控,操作方便。

三,作品结构

本作品主要包括攀爬系统,供电系统,悬挂横幅系统,功能系统(包括灯光辅助系统,用户预留功能接口,照相机,音响等,传感器系统,控制系统,电机系统七大系统组成。

作品三维效果图如图所示:

四,作品工作原理

1.攀爬系统工作原理

①爬壁机构工作原理

使用在履带上装吸盘来实现机器在墙壁上攀爬。使用履带是为了保证爬行的速度。使用吸盘是为了保证足够的吸力。吸盘由真空泵加单片机进行控制。当机器在墙壁上进行攀爬时,履带保持不停转动,真空泵在单片机的控制下,控制履带前端的吸盘的吸力逐渐变小,在履带后端的吸盘履带的吸力逐渐变大,这样,保证吸盘吸附和履带移动互不影响,同时进行。

关于吸盘的设计:

本作品吸盘使用真空式吸盘。真空吸盘又称真空吊具或真空吸嘴。真空吸盘品种多样,橡胶制成的吸盘可在高温下进行操作,由硅橡胶制成的吸盘非常适于抓住表面粗糙的制品;由聚氨酯制成的吸盘则很耐用。另外,为避免制品的表面被划伤,还可以选择由丁腈橡胶或硅橡胶制成的带有波纹管的吸盘。用户可根据实际情况选择吸盘的种类。

真空吸盘的工作原理:

首先将真空吸盘通过接管与真空设备(本作品选择真空泵接通,然后与待提升物接触,起动真空设备抽吸,使吸盘内产生负气压,从而将待提升物吸牢,即可开始搬送待提升物。当待提升物搬送到目的地时,平稳地充气进真空吸盘内,使真空吸盘内由负气压变成零气压或稍为正的气压,真空吸盘就脱离待提升物,从而完成了提升搬送重物的任务。

真空吸盘的特点:

①易使用。不管被吸物体是什么材料做的,只要能密封,不漏气,均能使用。相比较而言,电磁吸盘就不行,它只能用在磁性材料上。

②无污染。真空吸盘特别环保,不会污染环境,没有光、热,电磁等产生。

③不伤工件。真空吸盘由于是橡胶材料所造,吸取或者放下工件不会对工件造成任何损伤。而挂钩式吊具和钢缆式吊具就不行。在一些行业,对工件表面的要求特别严格,他们只能用真空吸盘。

真空吸盘吸力计算:

一个吸盘产生的吸附力:

公式:

式中:W--吸附力,N

P--吸盘内真空度(相对压力,Pa

A--吸盘的有效吸附面积,m³

f--安全系数

通常取吸盘的有效吸附面积为吸盘面积的80%左右,真空度取最大值的90%左右。安全系数随使用条件而异。水平吸附时取f≥4,垂直吸附时取f≥8.安全系数除上述条件之外,还应该考虑以下因素:

(1工作吸附表面的粗糙度。

(2工作表面是否有油脂附着。

(3工作移动的加速度。

(4工作重心与吸附作用线是否重合。

(5工件的材料。

要根据实际情况再增加1-2倍。

根据本产品实际需要,我们选择真空度最大值可达91%,使用压力为3MPa的真空发生器。由实际情况可知,本产品工作时一部分时间为水平吸附,一部分时间为垂直吸附,f取8,整体机身重取3Kg,有效吸附面积取吸盘面积的80%,真空度取90%,吸盘有效吸附面积取48mm²,g取9.8m/s²,将有关数据带入公式可得需要同时起作用50个吸盘。而本产品为了保证安全性,同时起作用的真空吸盘数量是大于50个的。在同一墙面上攀爬时同时起作用吸盘可达到100个以上,在跨墙壁攀爬时,最小吸力情况下同时作用吸盘可达50个以上,既满足的了对吸力的要求又符合对经济性的要