过桥机器人设计说明书

“勇气号”过桥机械车的方案设计

摘要

本方案设计了机器人的“几”字型总体方案，实现了“骑桥”的过河方式；采用履带式行进方式，实现机器人本体的行进与转弯；选取了“丝杆+气爪”的动作装置，实现机器人对目标的抓取和拧紧。综上所述，本方案最终实现了机器人所有任务的完成。

本设计运用Solid Works软件，通过三维实体造型进行方案设计，反复优化零部件结构，调整尺寸，确保无干涉情况，再导出零件图进行加工制作，再根据出现的问题修改完善，最后导出装配图和部分零件的二维图。

关键词：机器人设计竞赛Solid Works

目录

目录 (1)

第一章设计题目及设计要求 (2)

1.1 竞赛题目 (3)

1.2 参赛作品的总体要求与设计分析 (4)

1.2.1参赛作品的总体要求 (5)

1.2.2场地分析与方案初设 (6)

第二章设计方案拟定与结构设计 (7)

2.1概述 (8)

2.2机械部分 (9)

2.2.1机械车行走部分的结构设计 (10)

2.2.2机械车身体的结构设计 (11)

2.2.3机械臂的结构设计 (12)

2.2.4抓取和拧紧装置的机构设计 (13)

2.2.5各机械部件的连接设计 (14)

2.3控制部分 (15)

第三章详细设计、计算与校核 (16)

3.1车的动力与传动方案设计、计算与分析 (17)

1. 车的过桥和转动部分 (18)

3.2机械臂的动力与传动方案设计、计算与分析 (19)

1. 机械臂的关节部分 (20)

2. 气爪的抓取和拧紧部分 (21)

第四章方案的创新点 (22)

1.机械机构方面的创新设计 (23)

2.机械手臂的创新设计 (24)

3.抓取机构的创新设计 (25)

4.拧紧机构的创新设计 (26)

5.本方案的设计有点 (27)

第五章其它设计计算与说明，设计总结 (28)

5.1本设计方案的优点 (29)

5.2设计总结 (30)

第一章竞赛题目及设计要求

1.1竞赛题目

设计一台可完成竞赛规定动作的简易机器人（以下简称机器人），提交机械设计资料，完成模型制作，参加答辨和现场竞赛。

1.2 参赛作品的总体要求与设计分析

1.2.1参赛作品的总体要求

（1）机器人在收缩状态时，其长宽高均应≤300mm；展开状态时尺寸不限。

（2）机器人重量不限，但应尽可能轻。

（3）机器人造价不限，但应尽可能低。

（4）机器人操控可采用线控、自动控制、智能控制。

（5）机器人行进方式不限。

（6）机器人驱动可采用各种形式的原动机，但不允许使用人力直接驱动；若使用电动机驱动，其电源应为安全电源。（注：动力设备自备，比赛现场仅提供220V 交流电源）。

1.2.2场地分析与方案设计

竞赛场地（如图1.2.1）所示，地面采用木质地板，表面铺设喷绘广告布，场地尺寸为4000mm×2000mm，出发区尺寸为300mm ×300mm×300mm，四周围板高50mm。

竞赛用滚动轴承分别为：6310,6308,6306；竞赛用垫圈分别为：

36,30,20 GB/T97.1-2002；竞赛用螺母分别为：M30，M24，M16 GB/T6170-2000。

图1.2.1

从上面CAD图中可以看出，比赛场地是分成四个部分的。起点部分、过河部分、物品放置部分、抓取部分。

○1在起点处有300×300×300的挡板，所以这样就限制了机器人的车身，最终根据以上本方案的初步设计数据综合考虑机器人的车身为长250mm，宽230mm，高280mm。这样的车身设计也是考虑到下车后的转弯。

○2在桥支座处，总宽为90mm，最低高度为4mm，所以本方案将两侧身板的初步设宽度为72mm，抬高>13mm，这样车子就能上桥了。桥为30宽，所以设计两挡板之间的距离为32mm。

○3在抓取部分挡板到细杆的距离为220mm，杆高200mm，所以本方案初步设计的大臂伸长水平距为230mm，气爪抬高210mm。都是留有余量的。

被抓取物是:轴承○1D=110.1mm，d=45mm；○2D=90mm，d=45mm；

○3D=72mm，d=25mm。垫圈○1D=66mm，d=30mm，B=5.1mm；○2D=56.1mm，d=24mm，B=3.9mm；○3D=36.9mm，d=16mm，B=3mm。

螺母○1M30；○2M24；○3M16。根据这些数据用来设计本方案的抓取装置和拧紧装置

第二章竞赛的总体设计方案

2.1概述

为实现设计任务和达到设计要求，本课题小组经认真分析研究后认为，本课题的关键在于：

1.机械车的尺寸规格，长宽高都不能超过300mm。

2.机械车的过河方式。

3.机械车能否顺利的抓取区域三的轴承、垫圈、螺母。

4.机械车能否顺利的将轴承、垫圈、螺母按顺序放到区域二的固定螺栓上，并将螺母拧到底。

5.机械车怎样拉下胜利的旗帜。

6.就是完成时间不能超过8分钟

所以针对以上问题，我们经分析以后决定：

从场地的布置上看，有三种方式可以使小车从区域一到区域二。分别是：○1走最右边的宽150mm的窄道；○2从中间过宽为30mm，高为200mm的桥；○3走楼梯，下三阶，上二阶的楼梯。

首先，考虑到行径、转弯的灵活性，本方案选用履带式行进方式，既高效有平稳。然后就是时间问题，因为总共完成任务的时间规定不能超过8分钟，所以为此决定尽量不要将时间浪费在过河上。由于桥的铺设是在起点的正对方向，车子可以直接走直线上桥来实现过河。所以介于时间的节省，本方案最终决定是过桥方案。过完桥之后就转弯直接去抓取，先将大垫圈抓取放到大轴承上，再将大螺母放在大垫圈上。再一起将这三样同时抓取往回放到指定地点。这样机器人只要往返三次就能实现抓取和拧紧，最后拉旗完成任务。

这是大概的方案。

2.2 机械部分

2.2.1 机械车行走部分的结构设计

由场地的模型可以知道，场地是有广告纸铺成的，所以为了不让机器人在行走和转弯的时候发生打滑现象，本方案一致认为用皮带作为传动，即为履带式的行走方式。

作为行走部分的主体，底部四个皮带轮都是靠放在车顶的两个大