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1、畢業(yè)設(shè)計說明書
機器螃蟹
上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院
機械與自動化 專業(yè) F0502007班
設(shè)計者: 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)計分析.......................
2、.............................................................……….5
三、執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計......................................................................................6
3.1 蟹腿的設(shè)計……………………………………………………………..6
3.2 轉(zhuǎn)向機構(gòu)………………………………………………………………13
3.3 上下機架的設(shè)計………………………………………………………..14
3.4 傳動鏈設(shè)計…………
3、………………………………………………….16
四、零件的設(shè)計…………………………………………………………….21
五、Unigraphics NX軟件運動仿真..……………………………………23
六、方案的比較…………………………………………………………….27
七、心得體會……………………………………………………………….30
摘要
我們組設(shè)計的是一個六足機械螃蟹。此機械螃蟹由一個電機驅(qū)動，完全由機械結(jié)構(gòu)控制，可以實現(xiàn)橫向爬行、行進中左右轉(zhuǎn)向及原地轉(zhuǎn)向，并且可以適應(yīng)多種路面狀況，有較強的適應(yīng)性、穩(wěn)定性。本文將
4、首先對自然中螃蟹的結(jié)構(gòu)以及行走方式進行分析、研究，然后提出總體的設(shè)計方案，再對機械螃蟹各個機構(gòu)的具體設(shè)計方案、制作方法和Unigraphics NX軟件仿真展開詳細的介紹，最后對機械螃蟹做出總結(jié)、評價與比較。
關(guān)鍵詞：機械螃蟹，設(shè)計，Unigraphics仿真
設(shè)計成員及分工
分工
由于我們的計劃方案比較復(fù)雜，工作量很大，而我們只有三個人，如果把工作簡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，動物學(xué)家通稱牠們?yōu)榧讱ゎ?。螃蟹總共有五對腳，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，動物學(xué)家在分類時將牠們歸入動物界的節(jié)肢動物門、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。其它的是四對朝著左右兩側(cè)伸出的是用于步行的步足。對于很多螃
6、蟹來說，最后的那對步足已經(jīng)演化為用于水中劃行的劃行足，只有中間的三對步足起主要爬行作用。螃蟹的步足由七個小節(jié)組成，可以看到螃蟹的足每兩節(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，依靠節(jié)間膜的彈性只能使足的各節(jié)產(chǎn)生上下方向的動作而不能前后轉(zhuǎn)動，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，推動身體前進。
但是螃蟹為什么總是橫著爬呢？一種說法認為，以前的螃蟹是依靠地磁場來判斷方向的，在地球形成以后的漫長歲月中，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、性動物，它的內(nèi)耳有定向小磁體，對地磁非常敏感。由于地磁場的倒轉(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，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)計分析
a) 設(shè)計要求：全機械結(jié)構(gòu)控制，利用一個電驅(qū)動動各類齒輪、連桿等機構(gòu)運動，能夠?qū)崿F(xiàn)整個蟹身的橫向移動和轉(zhuǎn)向運動。做到結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運動靈活可靠、合理有效，盡量模仿實物運動過程，并應(yīng)考慮到制造工藝要求、材料強度等因素，使方案真實合理，可實際
8、執(zhí)行。具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計將在下面的設(shè)計部分給出。
b) 設(shè)計中，所有齒輪均采用標準備參數(shù)，各連桿、槽輪、機架等結(jié)構(gòu)均根據(jù)工件制造加工工藝及材料強度要求設(shè)計。
c) 設(shè)計方案簡介：經(jīng)過一些資料的分析和對其他機械螃蟹結(jié)構(gòu)的考察，并對各種方案進行分析比較，我們最終決定設(shè)計一個六足的機械螃蟹。該螃蟹在一個電機驅(qū)動下可以實現(xiàn)橫向爬行、行進中左右轉(zhuǎn)向及原地轉(zhuǎn)向，且可適應(yīng)多種路面狀況，有較強的穩(wěn)定性。
三、 執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計
3．1蟹腿的設(shè)計：
單獨對一條蟹腿的運動進行研究，易知在螃蟹邁進的時候，足尖抓地，帶動蟹身前行，在運動到極限位置時則需抬起回復(fù)，為下一次邁進做準備。所以相對于蟹身，單條腿的
9、運動軌跡應(yīng)大致為如下曲線：
若單純采用連桿機構(gòu)來直接實現(xiàn)該軌跡，將使得機構(gòu)比較復(fù)雜，降低了機構(gòu)的可靠度。若采用了這樣的機構(gòu)（如右圖所示一類機構(gòu)），即把整條腿的運動功能由一組連桿機構(gòu)來實現(xiàn)，易知，自然中的螃蟹是可以在原地抬腿的，而此機構(gòu)無法實現(xiàn)單獨抬腿或邁腿的功能。而且在整個行進過程中，連桿機構(gòu)都要提供支撐整個蟹身的力，這樣會使得電機始終要提供一個很大的力，甚至有可能使電機無法負荷，一旦失去電機供力，為了保持蟹身的平穩(wěn)，則需要另外加入固定裝置，使機構(gòu)更加復(fù)雜，進一步降低了可靠性。經(jīng)分析，對蟹身的支撐作用僅發(fā)生在小腿接觸地面的過程中，而此時大腿可保持不動，聯(lián)想到人類的走路方式，肌肉僅提供抬腿時所需的力，而支撐身體則主要由關(guān)節(jié)的“死點”位置來實現(xiàn)。所以我們在蟹腿中也引入一個類似“死點”的機構(gòu)，便可大大減輕電機的負荷，提高機構(gòu)的可靠性與合理性，同時把該曲線簡化分解為蟹腿的擺動與抬落這兩個單一的運動，更加符合實際蟹腿的運動情況，也降低了機構(gòu)的復(fù)雜程度。
經(jīng)過反復(fù)研究比較，我們把蟹腿簡化為如下圖所示的運動機構(gòu)，將蟹腿結(jié)構(gòu)中對行走起主要作用的肢節(jié)簡化為大腿和小腿，大腿完成抬腿功能（由圖中連桿1和2與偏心輪2共同實現(xiàn)），小腿完成擺動功能。其中，連桿1和2在圖示位置中正好構(gòu)成所需的“死點”，使大腿保持不動。
下面具體分析蟹腿的運動以確定驅(qū)動機構(gòu)：
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