魔方机器人机械方面设计说明书

魔方机器人机械方面设计说明书

写在前面

总体情况

这是第二次接触实验班的项目，其实准确的来说还是应该说是第一次，因为第一次的小车项 目我参与的并不是很多，我当时仅仅是画了一个 Soiled works 的一个图，而且相对于这一次 来说当时的要求还是很低的，这一次在任务书中增加了工程图和干涉检查的任务，实话，对 于一个并没有接触过太多这一方面的我来说有的名词还是很陌生的，而且上一次的小车项目 我们组的小车基本就是一个同学弄完的，他当时包揽了三方面基本所有的事情，我当时就问 他你怎么大一就知道这么多事情，他说他在实验室里面，小车就是他们的考核项目，我第一 次听到这个消息的时候还是很开心的，因为似乎不用担心 考核了，但是慢慢地我意识到了 大家之间的差距。所以对于这次的任务我觉得即使一个机会也是一个挑战，这回是真正的要 开始自己完成这个项目的机械设计部分了，包括草图、零件、装配、工程图、干涉检查、动 画设计等等很多东西。
预计会遇到的问题 ：

1. 由于是第一次包揽全部的机械工作，虽然这次的机械部分还不是很复杂，但是我的机械 功底确实并不是很好，应该会有很多不专业的地方。
2. 由于机械结构的外形轮廓要不超过 480480480mm，重量不超过 20kg，在选材和构件 的选择和连接上需要考虑一下尺寸和重量会不会超，而且之前根本不怎么了解构件之间 的连接应该怎么设计，也不知道在这么多的材料中应该选什么才合适，更不了解材料的 特性，自然对于重量就没有什么概念了。
3. 之前没有用软件画过工程图，虽然项目书一下来就看了一下怎么用软件画工程图，但是 估计实践的时候还是会遇到很多问题。
4. 不知道什么是干涉检查。
5. 不知道成本预算应该怎么做。
6. 之前也没有做过设计说明书，估计会遇到很多问题。
7. 在做实物的过程中估计会有很多问题，因为之前没有组装过任何的机械结构，很可能会 由于设计的原因导致装配尺寸对不上的问题，但是由于没有经验，在设计过程中也不知 道应该如何去避免这个问题，只能到是在进行调整了。

开始绘图

总体结构

• 设计的魔方机器人限采用双手臂，手指限采用二指或五指的形式，手腕容许有转动和摆动， 手臂为固定。外形轮廓不超过 480480480mm，重量不超过 20kg。采用标准 3 阶魔方。虽 然在要求中可以采用二指或者五指，但是考虑到我自己的经验，还是首要考虑二指结构，而 且考虑到专业知识一些原因决定采用气爪而不用舵机控制的机械手爪，气爪在稳定性上，也 比较的稳定，不过在操作和使用上我们组内没有使用的经验，而且没有实物，无法行进实际 的操作，这里到时候做实物是估计会花些功夫。再根据其他的要求，机器人的基本结构就已 经确定了，基本采用三角结构，手臂与水平呈 45 度角，魔方在还原时，两面的交线平行工 作桌面，在图像采集上采用两个摄像头，这样既能保证结构的简单有可以尽量减少图像采集 的时间，两个摄像头采集图像只需要一只手臂转动 90 度就可以采集到六个面的信息，基本 的构架采用铝合金型材支架方管型来做支架，这类支架密度不高，比较合适，但是由于魔方 机器人要进行手抓的转动，所以机器人好事需要些重量，来保证魔方机器人能够稳定。

零件图

• 对于所有的能够用标准件的都采用标准件，这些零件在采购的时候更加方便，而且一般不需 要进行自己的加工，不想有的自己设计的零件，需要出图加工，较为麻烦，而且目前并不是 很了解各个加工的手法，在零件设计上更是没有任何的经验，所以在零件的才用上我会尽量 减少使用专用件，尽量不使用自己设计的零件，所以在所有的零件中只有电机与气爪的连接 件需要进行加工制作，其他的零件要么是标准件，要么是只需要经过简单的切割或者打孔就 可以的零件，剩下的就是画零件图了，由于有第一次画小车的经验，这次画零件上并没有出 太大的问题，主要还是尺寸上的问题，大脑中感觉对于尺寸没有什么概念，所以设计出来的 零件总是要么大了要么就是小了，这需要经验的积累才可以提高这方面的把控。这里着重说 一下刚刚提到的那个连接件，主要是零件和电机的连接，电机上就只有一个转动的杆，长度 并不长，直径也不大，要把连接件和电机在直线上固定死需要想一想，一般的机构是在杆上 打一个销孔，用销钉固定这个方向上的运动，但是由于我对于加工零件的过程不了解，不知 道能不能在电机上打个孔，这个方案暂时先放在这里，另外的方式就是用强力胶粘一下，这 样就不能拆装了，如果后面需要重新调整之类的就不好操作了，而且电机和气爪就只用这一 个零件进行连接，在连接强度上需要重点考虑，如果这里不够稳定，气爪在工作过程中就会 出现偏差导致还原过程中出现问题，这里目前来说不知道怎样改动，只想到了这两种方案。

装配图

• 装配体之前画小车就已经做过一回了，这次的主要的问题是对于总体的方案最开始的时候没 有确定下来，然后零件的设计改来改去导致装配了好几遍，最后一次由于发的电机在尺寸上 确实是相对于原来网上找到的电机尺寸上确实是大了很多，导致原来的方案直接就得调整， 然后这上面花了一些经历。

工程图

• 第一次用软件画工程图，操作上还不是很熟悉，而且有很多工程制图的理论和注意事项并没 有完全地掌握，导致画图还是不是很标准，也不够专业，主要的问题就是表达方案的选择和 标注，不过其实工程图到软件上画主要需要注意的就是这两个问题，而且这次的零件在经过 多次方案调整之后，只有一个连接件需要画一个工程图了，因为上面有很多孔结构，还有标 注比较乱。不过这个零件在表达方案上到是没有什么需要思考的地方，只用了正常基本位置 表达。

干涉检查

• 主要是装配是检查零部件之间的装配是否合理，也就是说两个零件被查出有干涉，说明装配 过程中会出现装不进去的情况，一般设计完成后会做零件的装配图，以便实际生产后零件不 会出现干涉的情况，这是网上查到的干涉检查的作用，其实很好理解这样的一个概念，干涉 中对于螺纹这些他也会认为是干涉，这是由于螺纹孔在画的时候不会出现真的螺纹槽，所以 必然会存在干涉，这类问题只要在进行干涉检查时确定是正常的情况，就可以直接点忽略就 可以了，我这次在进行干涉检查时就检测出来很多这类的干涉。

动态仿真

• 网上很多人都戏说 solid works 其实是一个动画制作软件，确实 SolidWorks 在动态仿真上真 的是相当的方便，不论是爆炸、接触爆炸还是旋转马达、线性马达亦或是重力、阻尼之类的， 操作起来都是很方便简单的，这次要做的动态仿真主要爆炸视图和手抓的张合以及旋转，要 求并不是很高，这主要取决于魔方机器人的机械部分确实是比较简单，机械运动也很简单， 给予上次的小小车动态仿真的制作，这次的制作并没有遇到什么问题。

成本预算表

预计会与到的问题和初步解决方案

• 刚开始接到项目任务书的时候听到成本预算表其实是没有地方下手的，而且还有一个很重要
  的事情就并不是所有的构件都需要我们自己来挑选，有很多东西是班里已经安排好的，另外
  我对于这些零器件的价格根本就没有了解过，而且之前并没有采购零器件的经验。 所有估计 会遇到这些问题：

1. 不知道如何去挑选各个零器件，仅管这次的机械结构并不是难，但是由于对于尺寸的要 求比较高，就需要考虑一些尺寸上的因素了。比如手爪的型号，支架材料的型号等等。
2. 我对于一些基本的材料的价格并不是很了解，也不了解这些材料的性能也不是很了解， 而通过网上的查询对于这些也并不能够做到全面的了解。
3. 基本的表格的格式并不了解，不过这个网上应该是可以查到的

实际遇到的问题及解决方案

• 一开始预计到的问题在实际的过程中都遇到了，在选择气爪的时候确实是遇到了问题， 而且在选择的过程中甚至想过用机械爪来代替，但是由于没有买实物，卖家不给发机械 爪建模过来，我也不好画零件图和装配图，仅仅根据网上卖家的几张图片以我目前的水 平还画不出 3D 图出来，最后找了好几家网店才找到合适的型号，基本材料也是如此。
• 虽然在网上找到了表格的样式，但是表中有一些内容还是不知道怎么去填，比如说人工 费、运杂费、仓储费，这些都没有一个清楚的概念，也许是因为还是学生，对于实际在 工作的这些东西还不是很了解，就拿仓储费来说，对于学校提供的这些器件的仓储费确 实是不知道怎么去了解。而且很多东西都是网上看的，就拿铝型材方形管来说，快递费 和加工费由于没有进行下单也没有办法了解到，所以成本表就不好完成，很多东西我都 是想买回来原料之后自己进行加工，然后也不是很清楚到时候学校车间能不能然我们用， 然后由于还没有进行金工实习，那些工具的使用我也不知道，这就得到暑假期间看一步 走一步了。

成本预算表

总结

• 魔方机器人机械部分的第一部分工作就算是差不多完成了，第一次设计一个完整的机械结 构，仅管网上有很多图片可以进行参考，但是还是不知道这个设计能不能出的来成品，主要 担心的地方还是电机和气爪的连接以及气爪的操作，这到时候如果用我的机械方案的话肯定 要根据实际情况进行调整的，希望到时候这些问题能够顺利的解决，我想进过这一次较为完 整的设计过程我已经基本了解了一个机械结构设计的大致流程，相信在接下来的项目中应该 能够更好的运用这次积攒到的经验。

第一次写文章，而且内容完全是自己的心得体会，大家看了有任何的问题欢迎跟我留言交流