深海探宝机器人的研制

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1、一、设计题目与内容1二、机器装置的原理方案构思和拟定2①上下楼梯方案的构思和拟定2②机械手以及存环方案的构思和拟定2三、原理方案的实现、传动方案的设计2①针对上下楼梯的方案，采用了两节履带的方式2②取环、存环和套环功能的实现5③传动方案的设计8四、关键技术的分析与实现、主要结构的设计简图9①三舵机结构9②控制模块9五、设计计算与说明11①驱动电机的计算11②翻转电机的计算11③同步带和同步带轮的设计计算12④机械手臂电机的设计计算12⑤设计小结13六、附录14一、设计题目与内容木次竞赛的题目是深海探宝机器人的研制。目前国

2、内的海底探测机器人的研究现状。小国水下机器人的研究发展起步较晚。1986年“863”计划实施Z前，我国研制的都是有缆遥控水下机器人，工作深度仅为300米。现在研究的重点是无缆机器人，这种机器人不依赖人的控制，摆脱了屯缆的限制，为水下机器人向深海发展提供了条件。1997年6月，中国第一套6000米水下机器人试验获得成功，而这一次出海的第二套6000米水下机器人，担负的任务更为艰巨。本次竞赛项n的研究内容是设计一•探宝车的原理样机。该样机需要完成竞赛规定的动作，并实现预定的功能。规定比赛的总时间为10分钟，若在此时间内，没有

3、完成所有动作，则以10分钟内完成的动作进行计分。探宝车的机械尺寸也有限制，其长、宽、高都必须在300mmZ内。探宝车需实现的功能要求如下：竞赛前，探宝车位于起始位置（见图1比赛场地示意图，一区），待裁判示意竞赛开始后进行竞赛并开始计时，首先探宝车从起始位置开始运动，完成下楼梯的动作后，到达二区；然后在探宝车的主体不进入三区的前提下，取出位于三区内分别套在9个

4、员

5、柱上的PVC环，完成取环的动作，根据PVC环所套圆柱与二区的距离远近，得分不同；接着探宝车由二区向四区进发，完成上楼梯的动作，在到达四区后，需将从三区所取的环套

6、在五区内的圆柱上，五区小共有6个圆柱，根据圆环所套圆柱的直径及其与四区距离的不同，得分也不相同。将三区内的9个环都套在五区的圆柱后，既完成了竞赛规定的所有内容。三区-T—prp四区QG1■TX区一区起始二区位置mi、机器装置的原理方案构思和拟定根据竞赛要求，设计探宝车总体结构，如图2-1所示。探宝车结构由两部分组成:行走车身和机械臂。行走车身用于实现探宝车的行走和上下楼梯。机械臂的主要功能是实现取环、存环和套环。驱动电机转电机机械臂基座一图2-1探宝车简图1.上下楼梯方案的构思和拟定履带式结构很容易翻越各种障碍，拟定车身

7、为双履带结构，双履带具有上下楼梯稳定、结构简单的特点。车身展开时，车身上面积大，设计时就有比较大的空间，有利于设计机械手臂以及存储9个圆环的机构。2・机械手以及存环方案的构思和拟定根据竞赛规则对年身尺寸的限制以及所需抓取圆坏的最远距离，考虑将手臂分为多节，这样手臂折叠吋符合尺寸的限制，展开时又能抓取9个圆环。为了存环和套环方便，将机械手臂和存环机构结合。拟定方案：将手臂分为三节，手臂的最前端连接由三个舵机组成的机械手和存环机构，抓取圆环后就可以将圆环直接放入存环机构小。二、原理方案的实现、传动方案的设计(-)上下楼梯的方

8、案的实现由屮轴上两组齿轮来实现前节履带的上下翻转。1.下楼梯的实现探宝车在下楼梯的时候大致可以分解为4个动作:①选择一个恰当的位置，准备下楼梯。图3-1-a②控制翻转电机转动，带动前节履带紧紧贴住楼梯。①利用履带和楼梯接触部分的摩擦力，使车身继续爬下楼梯。②当年身最前端接触平地时，控制翻转电机转动，使年身平稳到达地面。图3-1-d2.上楼梯的实现上楼梯是下楼梯的一个逆过程，大致也可以分解为4个动作:①探宝车靠近楼梯时，控制翻转电机抬起前节履带贴住楼梯。图3-2-a②利用履带和楼梯的摩擦力使车身向上运动。①当到达图3-2-

9、c位置时，翻转电机转动将前节履带放下。②探宝车继续向上运动,到达图3-2-d位置。()()(〉图3-2-d（―）取环、存环和套环功能的实现如图3-3所示，电机1电机2控制机械臂在水平方向内转动，电机3控制垂宜水平面方向的转动。图3-3机械于臂简图如图3-4为机械手以及存环结构，舵机1控制在水平面上进行每次9。的微调。舵机2控制机械手的开合，抓取圆环，舵机3连接一个挡板，弧形柱用來存储9个圆环。图3-4机械手三维图1）取环、存环的实现在二区取环时，调整车身至图3-5位置，机械手在二区抓取圆环，当抓紧圆环时,控制电机3使机械

10、手抬起到一定位置（图3-7）,将舵机3控制的挡板移开，已抓取的圆环顺着弧形柱下滑，这时将挡板再次移到机械手上方，已抓取的圆环就不会掉出了,接下來就叮以抓取其它圆坏直到将9个圆坏全部取完。探宝车在如图3-5位置，依靠机械手抓取9个圆环，不必调整车身。图3-5取环示意图①抓环，此时舵机3上挡板在机械手上方（挡板未画岀，具