文档介绍：word
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机械原理课程设计
设计说明书
设计题目：爬杆机器人
汽车与交通工程学院学院 车辆0806 班
设计者： 王佳
上升，从而实现爬杆动作。其中上滑块与曲柄相连，相应的连杆接下滑块。当机构具有向下运动的趋势时，下自锁套因受到自锁机构的限制而固定不动，把其受到的向下的力转化为向上的动力，推动机构反而向上运动。
于是，我们就把电机与曲柄固接作为驱动装置，连杆作为传动，两滑块作为自锁装置。该爬杆机器人的设计装配图如图２：
那上下自锁套又是怎样自锁的呢？
可以做成了如图３所示的形状〔主视、俯视〕：
图３所示的两个构件，两者用铰链铰接，能使其自如地打开或收拢，再在它们套住圆杆之后用销钉在铰支端对边销住，这样方便装配和安装到圆杆上，也方便在调试过程中不断调整部结构的具体尺寸。
可这仅仅只是一个滑块，那要怎样才能实现它所要起到的自锁作用呢？其实很简单，想想为什么当初要把一个原本简简单单的矩形滑块做成如上图示的这样的形状：套住圆杆的两端多出了两个梯形状的“耳朵〞，而且这“耳朵〞还是中空的。在这中空的空间里分别放置两个小球，此小球的直径小于梯形底边而大于梯形顶边〔l梯顶<d球<l梯底〕。言外之意，此小球是能够卡在这梯形的空间里的。这样也就形成了真正意义上的自锁。
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假如电机固接的曲柄是逆时针转动。
1〕曲柄在底端转至顶端的过程中，经力的分析，下自锁套受到向上的拉力，自锁套的两小球因重力掉至梯形底部，d球<l梯底，它将无阻碍地由连杆往上拉；与此同时，上自锁套受的却是往下的拉力，与上面的相反，其具有向下运动的趋势，部的小球脱离自锁套的底部，又因d球>l梯顶，那么小球就被卡在了梯形空间中，此时由于小球的被固定而使整个自锁套看作是一个机架铰接曲柄一般。〔见左如下图〕
2〕曲柄由顶端向底端逆时针转动时，上下滑块的受力情况恰与第一种情况相反，下自锁套因受力自锁而被固定，此时上自锁套仍向上运动，在曲柄过最底端时又出现了第一种情况。于是，两滑块周而复始交替向上爬。〔见中如下图〕
在气动方面，由于没有联结用的传动机构，因而直接由气动元件带动两自锁套往上移动。我们选用两个汽缸作为主要的气动元件，利用作用力与反作用力的原理，由其带动上下两个自锁套分别自锁，达到机器人爬杆的最终目的。〔见右上图〕
上面所设计的爬杆过程都是在理想的情况下，很多实际因素都没有考虑进去：如摩擦力的大小〔即管壁与小球接触面的摩擦系数〕，在曲柄过上下两滑块极限位置时，自锁套由于小球在部运动的关系，自锁套所要进展的向下运动的位移，以与上下自锁套、曲柄和连杆的质量，还有电机的功率、转动速度，汽缸的推程大小、自重，所需气包的容量与连接方式等等。
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现在我们结合两者的利弊，着重分析一下各自的优缺点。
就采用汽缸驱动而言，它形式简单、结构简便，从机械设计角度而言讲究尽量采用根本机构，设计的机构要简单、可靠。而汽缸如此融会了上述的优点，它由驱动机构直接带动两个自锁滑块，防止了两者间的连接机构，精简了构件之间的连接。此外，该机构具有环保等特点，它利用空气作为动力源，无污染、运动时无噪音，而且运行速度快，可以在短时间使机器人爬到杆的顶端，它还能够随身携带气包作为动力源，可以做到无线操作。
就采用曲柄滑块结构而言，它属于平面连杆机构，具有结构简单、制造方便、运动副为低副，能承受较大载荷；但平衡困难，不易用于高速。我们设计的机构是由电机经减速直接驱动的，和利用气动原理相比它多了一套传动和连接机构，但该机构运用的原理简单，设计合理，而且它不仅能在自杆上爬行，更能在弯曲的管道外爬行，具体的示意图见下。
综上所述，可以选取“曲柄滑块机构〞作为该爬杆机器人的最终运动方案。
针对上述的种种实际情况，在设计此爬杆机器人的时候全面考虑各方面的因素，从而确定各构件的尺寸与制造构件的材料。祥见下表
机构名称
构件尺寸
所选材料
选用理由
曲柄滑块
曲柄
60mm〔轴距〕
2mm铝板
价格廉价、材质轻便、成型后具有时效强化性
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连杆
150〔轴距〕
2mm铝板
价格廉价、材质轻便、成型后具有时效强化性
锥管〔4个〕
2mm铝板
价格廉价、材质轻便、成型后具有时效强化性
自锁机构
圆球〔4个〕
Φ50mm
成品橡胶球
取材方便、具有高韧性、材质轻盈
可是这样一个爬杆机构是一个封闭的机构，那怎样才能把机器人安装到所要爬的管壁上呢？