机械创新设计课程考核

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1、机械创新设计课程考核方式考核方式平时出勤情况+课程设计课程设计题目：设计一机器，完成下列任务之一窗户玻璃清洁管道油烟清洗楼梯清扫餐具清洗要求：以不超过3人为一个设计小组，完成设计任务。设计任务1.设计说明书一份，应包括设计思想、功能实现、设计参数确定、必要的计算。2.3D虚拟样机动画（不超过3分钟）3.设计图纸（装配图和零件图各一张，内容和规格自定）。.指导教师：孔凡凯，佟岳军作品内容简介该楼梯清扫机器人基于阿基米德螺线、双摇杆结构制作，体现了一种上下楼梯自动化的全新理念，让困扰人类上千年的上下楼梯作业不在困难，也方便了给那些行动不便的残疾人上下楼。由于阿基米德螺线线形，该楼

2、梯清扫机器人拥有出奇的平稳性，可以提供一种爬楼梯的移动工作平台。与以往的爬楼机相比，三角轮形式的一般很难有一个安稳的工作平台，而靠辅助升降装置的爬楼机在上下楼梯时运动连续性很差。这么一比较，该爬楼机的优点也就更加明显了：这就是依靠阿基米德螺线轮形可以平稳的连续的前进。这样一来，由其支撑的装置就可以很好的工作，不产生太大的震荡及变速问题，也就是说，它的功能是提供稳定的工作平台，供其他装置或者试验使用，这也正是它的前景所在。比如说，该平台可以大大方便楼层间的搬运工作，也可以用于助残等领域，这次试验中用于楼梯清扫，也取得了很好的效果。1研制背景及意义随着社会的发展，科技的进步，一系

3、列新科技应用在人们的日常生活中。上下楼梯自动化的研究也趋于热门。现有的爬楼机大都是利用三角形复合轮子或利用专门的升降装置完成爬楼功能，存在运动不稳定或运动不连续的问题。我们受齿轮啮合原路启发，想到一种利用渐开线轮型爬楼的方法，后来又进一步改用阿基米德螺线轮型，进而设计了一种新型爬楼机，并在此基础上制作了楼梯清扫机器人。该类型爬楼机体现了一种上下楼梯自动化的全新理念，运动平稳连续，让困扰人类上千年的上下楼梯作业不在困难，也方便了给那些行动不便的残疾人上下楼。由于它出奇的平稳性，该爬楼机还可已提供一种爬楼梯的移动工作平台，也大大方便了上下楼梯搬运。用于楼梯清扫工作，正是该爬楼机的

4、应用方法之一。2设计方案爬楼方案如图1所示，线段AB的长度等于楼梯高度，而曲线ACB的长度等于楼梯面的宽度，自A点开始，沿着曲线ACB方向，与楼梯面接触，由于长度关系，当B点与楼梯接触时，正好该阶楼梯面的终了点接触，同时A点开始与下一阶楼梯面的开始点接触，如此循环，完成爬楼过程。此即基本爬楼原理。 图1模拟轮型-爬楼原理基本原理确定以后，剩下的问题是ACB段曲线的线型选择。在这个问题上，有过两种方案：渐开线和阿基米德螺线。由于一开始受渐开线型齿轮啮合原理启发，才想到这种爬楼原理，因此计划用渐开线做为轮子的外轮廓。但在后来研究中发现阿基米德螺线有一个特点是半径的增加与角度的增加

5、成正比关系，用在爬楼过程中，体现为：当轮子匀速转动时，轮子轴线位置匀速上升，即轮子运动时在竖直方向上实现匀速运动，这无疑增加了爬楼机运动的平稳性，因此改用阿基米德螺线作为爬楼机轮子的外轮廓。按照这个方案，轮子每转动一周，爬楼机爬过一阶楼梯，同理，也可以改为n阶楼梯，即将圆周分为n段，每段对应的拥有直线段AB和曲线段ACB，第i段分别记作AiBi,AiCiBi。此时当第i段的B点即Bi点与楼梯接触时，第i+1段的A点，即Ai+1点与下一阶楼梯开始点接触，继续爬楼过程。以此为基础，综合考虑，进一步改进该方案，确定方案为n=3，即每转动一周爬过三阶楼梯（如图2）。 图2阿基米德螺线

6、型三叶轮图纸3设计计算3.1阿基米德螺线轮型的尺寸设计基圆半径ρ０确定方法（以n=1为例）：曲线AB上任一点C（如图1），计OC的长度为ρ，OC与OA夹角为θ，则可设ρ＝ｃ×θ＋ρ０ｃ为一与ｎ有关的常数，由Ｂ处半径ρ的值计算得出：ｃ＝（ρ－ρ０）／２π＝ｈ／２π所以ρ＝h×θ/２π＋ρ０再对曲线AB积分得：∫0２π(h×θ/２π＋ρ０)dx=a解方程得ρ０=a/２π-h/2推广到n>1时可得：c=n×ｈ／２πρ＝n×h×θ/２π＋ρ０ρ０=n×a/２π-h/2本次创新实验设计尺寸为：a=180mm,h=80mm代入前边所的公式得：ρ０=90n/π-40由此式可知：ρ０是n的一

7、次函数，随着n值的增大而增大，所以为了方便试验，同时减小对动力的要求，n值应尽量取较小的值，但ρ０不可过小，以方便安装其他机构，兼顾平稳性；故取n=3，此时，c=3×80/2π=38.2mm/rad,ρ０=3×180/２π-80/2=45.9mmρ＝h×θ/π＋ρ０=12.2×θ+45.9mm轮形如图2所示。3.2辅助轮型及传动机构设计考虑到楼梯清扫机器人不可能一直在楼梯上运动，爬完楼梯必然会走上一个平面，因此考虑还需要给该作品增加可以实现平面运动的装置。这需要一种在爬楼时可以不起作用，而到平面上以后才