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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 機(jī)器螃蟹 上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 機(jī)械與自動(dòng)化 專業(yè) F0502007班 設(shè)計(jì)者: 姓名曹 睿 姓名胡 楊 姓名賈 睿 指導(dǎo)老師: 郭為忠 2008年1月10日 目錄 一、背景資料................................................................................………….4 二、設(shè)計(jì)分析.......................

2、.............................................................……….5 三、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)......................................................................................6 3.1 蟹腿的設(shè)計(jì)……………………………………………………………..6 3.2 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)………………………………………………………………13 3.3 上下機(jī)架的設(shè)計(jì)………………………………………………………..14 3.4 傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)…………

3、………………………………………………….16 四、零件的設(shè)計(jì)…………………………………………………………….21 五、Unigraphics NX軟件運(yùn)動(dòng)仿真..……………………………………23 六、方案的比較…………………………………………………………….27 七、心得體會(huì)……………………………………………………………….30 摘要 我們組設(shè)計(jì)的是一個(gè)六足機(jī)械螃蟹。此機(jī)械螃蟹由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，完全由機(jī)械結(jié)構(gòu)控制，可以實(shí)現(xiàn)橫向爬行、行進(jìn)中左右轉(zhuǎn)向及原地轉(zhuǎn)向，并且可以適應(yīng)多種路面狀況，有較強(qiáng)的適應(yīng)性、穩(wěn)定性。本文將

4、首先對(duì)自然中螃蟹的結(jié)構(gòu)以及行走方式進(jìn)行分析、研究，然后提出總體的設(shè)計(jì)方案，再對(duì)機(jī)械螃蟹各個(gè)機(jī)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)方案、制作方法和Unigraphics NX軟件仿真展開詳細(xì)的介紹，最后對(duì)機(jī)械螃蟹做出總結(jié)、評(píng)價(jià)與比較。 關(guān)鍵詞：機(jī)械螃蟹，設(shè)計(jì)，Unigraphics仿真 設(shè)計(jì)成員及分工 分工 由于我們的計(jì)劃方案比較復(fù)雜，工作量很大，而我們只有三個(gè)人，如果把工作簡(jiǎn)單清晰地劃分開是不明智的，所以我們?nèi)潭际枪矎膮⑴c、共同工作的。只是在具體的工作上才分開工作，比如說各個(gè)零件的制作。一起工作可以讓我們可以方便地交流思想，互相取其精華，共

5、同攻克難題，從而大大提高了工作效率。 一、 背景資料 一般的動(dòng)物，身體都分成頭、胸、腹三部份，而螃蟹的頭部和胸部愈合在一起，稱為頭胸部。腹部退化，反折緊貼在頭胸部的下方。頭胸和腹部外面都包著硬硬的外殼，動(dòng)物學(xué)家通稱牠們?yōu)榧讱ゎ?。螃蟹總共有五?duì)腳，牠們的共同特征是：有關(guān)節(jié)性附肢、外骨骼和十只腳。因此，動(dòng)物學(xué)家在分類時(shí)將牠們歸入動(dòng)物界的節(jié)肢動(dòng)物門、甲殼綱、十腳目。背甲是螃蟹外殼的一部份，它蓋在頭胸部的外面，所以又稱為頭胸甲。而蓋在腹部的外殼叫做腹甲。 螃蟹大都有一對(duì)像鉗子一樣的大腳，我們稱為「螯」，主要用于捕食和防御。其它的是四對(duì)朝著左右兩側(cè)伸出的是用于步行的步足。對(duì)于很多螃

6、蟹來說，最后的那對(duì)步足已經(jīng)演化為用于水中劃行的劃行足，只有中間的三對(duì)步足起主要爬行作用。螃蟹的步足由七個(gè)小節(jié)組成，可以看到螃蟹的足每?jī)晒?jié)的外骨骼之間有光滑柔軟的薄膜相連，里面沒有可供轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)，只有一條條肌肉束與外骨骼相連接。當(dāng)節(jié)間肌肉伸縮時(shí)，依靠節(jié)間膜的彈性只能使足的各節(jié)產(chǎn)生上下方向的動(dòng)作而不能前后轉(zhuǎn)動(dòng)，它由一側(cè)足尖的爪節(jié)向下彎曲，抓住地面，再用另一側(cè)的足尖向外伸直，支撐住身體，推動(dòng)身體前進(jìn)。 但是螃蟹為什么總是橫著爬呢？一種說法認(rèn)為，以前的螃蟹是依靠地磁場(chǎng)來判斷方向的，在地球形成以后的漫長(zhǎng)歲月中，地磁南北極已發(fā)生多次倒轉(zhuǎn)。地磁極的倒轉(zhuǎn)使許多生物無所適從，甚至造成滅絕。螃蟹是一種古老的回游

7、性動(dòng)物，它的內(nèi)耳有定向小磁體，對(duì)地磁非常敏感。由于地磁場(chǎng)的倒轉(zhuǎn)，使螃蟹體內(nèi)的小磁體失去了原來的定向作用。為了使自己在地磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)中生存下來，螃蟹采取“以不變應(yīng)萬變”的做法，干脆不前進(jìn)，也不后退，而是橫著走。從生物學(xué)的角度看，蟹的胸部左右比前后寬，八只步足伸展在身體兩側(cè)，它的前足關(guān)節(jié)只能向下彎曲，這些結(jié)構(gòu)特征也使螃蟹只能橫著走。 二、 設(shè)計(jì)分析 a) 設(shè)計(jì)要求：全機(jī)械結(jié)構(gòu)控制，利用一個(gè)電驅(qū)動(dòng)動(dòng)各類齒輪、連桿等機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)蟹身的橫向移動(dòng)和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，運(yùn)動(dòng)靈活可靠、合理有效，盡量模仿實(shí)物運(yùn)動(dòng)過程，并應(yīng)考慮到制造工藝要求、材料強(qiáng)度等因素，使方案真實(shí)合理，可實(shí)際

8、執(zhí)行。具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將在下面的設(shè)計(jì)部分給出。 b) 設(shè)計(jì)中，所有齒輪均采用標(biāo)準(zhǔn)備參數(shù)，各連桿、槽輪、機(jī)架等結(jié)構(gòu)均根據(jù)工件制造加工工藝及材料強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)。 c) 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：經(jīng)過一些資料的分析和對(duì)其他機(jī)械螃蟹結(jié)構(gòu)的考察，并對(duì)各種方案進(jìn)行分析比較，我們最終決定設(shè)計(jì)一個(gè)六足的機(jī)械螃蟹。該螃蟹在一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下可以實(shí)現(xiàn)橫向爬行、行進(jìn)中左右轉(zhuǎn)向及原地轉(zhuǎn)向，且可適應(yīng)多種路面狀況，有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。 三、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3．1蟹腿的設(shè)計(jì)： 單獨(dú)對(duì)一條蟹腿的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究，易知在螃蟹邁進(jìn)的時(shí)候，足尖抓地，帶動(dòng)蟹身前行，在運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)則需抬起回復(fù)，為下一次邁進(jìn)做準(zhǔn)備。所以相對(duì)于蟹身，單條腿的

9、運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)大致為如下曲線： 若單純采用連桿機(jī)構(gòu)來直接實(shí)現(xiàn)該軌跡，將使得機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，降低了機(jī)構(gòu)的可靠度。若采用了這樣的機(jī)構(gòu)（如右圖所示一類機(jī)構(gòu)），即把整條腿的運(yùn)動(dòng)功能由一組連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，易知，自然中的螃蟹是可以在原地抬腿的，而此機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)單獨(dú)抬腿或邁腿的功能。而且在整個(gè)行進(jìn)過程中，連桿機(jī)構(gòu)都要提供支撐整個(gè)蟹身的力，這樣會(huì)使得電機(jī)始終要提供一個(gè)很大的力，甚至有可能使電機(jī)無法負(fù)荷，一旦失去電機(jī)供力，為了保持蟹身的平穩(wěn)，則需要另外加入固定裝置，使機(jī)構(gòu)更加復(fù)雜，進(jìn)一步降低了可靠性。經(jīng)分析，對(duì)蟹身的支撐作用僅發(fā)生在小腿接觸地面的過程中，而此時(shí)大腿可保持不動(dòng)，聯(lián)想到人類的走路方式，肌肉僅提供抬腿時(shí)所需的力，而支撐身體則主要由關(guān)節(jié)的“死點(diǎn)”位置來實(shí)現(xiàn)。所以我們?cè)谛吠戎幸惨胍粋€(gè)類似“死點(diǎn)”的機(jī)構(gòu)，便可大大減輕電機(jī)的負(fù)荷，提高機(jī)構(gòu)的可靠性與合理性，同時(shí)把該曲線簡(jiǎn)化分解為蟹腿的擺動(dòng)與抬落這兩個(gè)單一的運(yùn)動(dòng)，更加符合實(shí)際蟹腿的運(yùn)動(dòng)情況，也降低了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度。 經(jīng)過反復(fù)研究比較，我們把蟹腿簡(jiǎn)化為如下圖所示的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將蟹腿結(jié)構(gòu)中對(duì)行走起主要作用的肢節(jié)簡(jiǎn)化為大腿和小腿，大腿完成抬腿功能（由圖中連桿1和2與偏心輪2共同實(shí)現(xiàn)），小腿完成擺動(dòng)功能。其中，連桿1和2在圖示位置中正好構(gòu)成所需的“死點(diǎn)”，使大腿保持不動(dòng)。 下面具體分析蟹腿的運(yùn)動(dòng)以確定驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：