“希望之光”设计说明书(慧鱼).doc

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1、第四届全国大学生机械创新设计大赛[希望之光]参赛学校：北京交通大学指导教师：洪建平组长：杨光联系方式：目录1.作品创意来源12.方案设计23.实物照片及必要的说明文字74.作品主要功能指标和工作原理135.作品运动分析和动力分析176.作品软件程序分析207.创新设计与已有或者相近产品的异同与创新之处288.实用化的可能性、成本分析及应用前景319.总结331.作品创意来源唐山大地震、汶川地震、海地地震、智利地震、玉树地震……残忍的灾难带来惨重的伤亡。从过去发生的一些地震灾难中，我们发现，除了地震带来塌方造成直接伤亡外，还有不少人都死于等待救援的过程。由于楼房塌方，救援人员往

2、往不能很快到达受困者所在地，受困者处于黑暗环境之中，空气不流通，没有饮水，没有食物，被沉重的石块压着也基本丧失了行动能力，很难维持自己的生命。大部分幸存者都是在靠精神意志维持着自己的生命，度过一个又一个极限，直至获救。如何激励受困者坚强地与困难情况斗争，维持生命，争取救援时间，就是我们设计产品的出发点。据此，引入“为受困者送去光明，让他们看到生的希望”这一理念。设想用废墟下的光亮点燃受困者生的希望，给予他们精神上的支撑，使他们始终充满希望，以至于可以暂时忘记身体的疼痛，顽强地与死神抗争，直到获救。此外，机体上还配备过氧化钠药品提供氧气。最大程度地为救援工作赢得时间，尽可能多地

3、抢救人民生命和财产。2.方案设计2.1方案设想2.1.1轮、足结合移动方案：结合足越障能力强和轮移动快速稳定的特点，采用轮式和足式结合的移动方式。这样，既可以在没有障碍或较小障碍的条件下，以较快的速度移动，又能通过废墟中常遇到的沟壑、陡坡以及洞口。2.1.2仿猫传感器方案：猫的胡须和耳朵可以感知洞口的大小。据此，采用仿猫的传感器设计，利用接触传感器模拟猫的胡须和耳朵的功能，可以探测洞口的大小和障碍物的高度。2.1.3多边形车轮方案：图1多边形前轮及圆形后轮传统圆轮与多变形轮结合（图1）。相较于圆轮，多边形轮作为前轮，机体在采用轮式移动方式时就可以越过一定高度障碍。2.1.4前

4、后车轮传动方案：利用连杆传动，该机构可简化为双曲柄机构。根据火车轮传动原理，设计两侧曲柄转动存在相位差以克服死点。2.1.5车体蜗轮蜗杆传动方案：利用电机带动蜗杆转动（图2），蜗杆带动固定在前车轴上的蜗轮转动，从而，车前轮转动。改变力传递方向的同时，增大力矩且具备自锁功能。图2涡轮蜗杆机构图2.1.6车体锥齿轮传动方案：仿照汽车后桥传动轴设计的锥齿轮传动。电机带动锥齿轮转动，利用齿轮啮合，带动固定于前轴上的锥齿轮转动，改变运动方向的同时实现两前轮的同轴转动。2.1.7猫腿齿轮系结构：利用锥齿轮啮合，采用如下图3所示结构，多套锥齿轮系结合到一起，实现“一机多动”。并且两组锥齿轮

5、采用不同的几何尺寸设计，以形成不同的传动比，从而控制大、小腿不同姿态。图3齿轮系结构设计2.1.8猫腿复合机构方案：将滑块摇杆机构（图4）运用于猫的后大腿，利用丝杠的转动（图5）带动螺母的滑动，从而实现后腿摆动，能够较为精确地控制运动，同时使运动较为稳定；前大腿采用曲柄摇杆机构（图6），通过曲柄的转动，带动摇杆摆动，完成迈腿的动作，并且可以增大腿的摆动幅度；小腿用电机带动直齿轮转动，该齿轮与固定于大腿的齿轮啮合（图7），完成小腿摆动动作。图5丝杠螺母机构图4后腿结构图7小腿齿轮啮合图6前腿结构2.1.9轮流迈腿方案：对角线迈腿行进方式与轮流迈腿方式结合，采用静态步态规划原理，

6、各种动作顺序如下（四条腿分别记为右后、右前、左后、左前，每条腿向前迈记为“↑”，向后迈腿记为“↓”）：前进：右后↑→左前↑→左后↑→右前↑；后退：右后↓→左前↓→左后↓→右前↓；左转：右后↑→右前↑→左前↓→左后↓；右转：右前↓→右后↓→左后↑→左前↑。2.2方案综合和介绍为了保证运动稳定性及功能实现，结合实验及慧鱼材料的特点，综合上述方案，采用了如下设计方案：使用轮足复合的移动方式，电机利用锥齿轮传动驱动车体运动，多边形轮与圆轮相结合，通过连杆传动，以实现轮前进；使用滑块摇杆和曲柄摇杆机构实现大腿的摆动，同时利用直齿轮啮合来控制小腿摆动；采用仿猫传感器设计用于障碍检测；四足

7、运动采用轮流迈腿的方案，只需使用前进程序，四足便依次前迈，然后再向后撑地，使机体向前移动。2.3方案设计机构结构方面，综合运用曲柄摇杆机构、滑块摇杆机构、齿轮齿条机构、双曲柄机构等机构，实现机体稳定的运动，满足其功能要求。控制系统方面，采用限位延时等原理控制运动的范围；并且利用接触传感器、超声波传感器感知障碍；将整个过程分块控制，使运动更稳定、顺畅。机电一体化设计，将检测与控制结合，利用传感器检测控制运动。2.4运动流程为了体现结构的创新和传感器的作用，设计机体运动包括机体以轮式移动方式行进、机体移动方