气动爬行机器人设计

简介

最近在学校做一个气动的爬行机器人,算是一个二级项目,虽然名义上有分组,但是基本上是我自己在做,觉得有些东西值得记录和分享,所以把一些东西写下来,留作以后参考。

项目规则

机器人驱动系统为气动控制系统,将采用气源、电源拖线运行方式。气源压力5bar,电源电压24V。
手机+蓝牙+单片机控制,实现转向、前进、后退、行走、循迹、运载功能。
要求机器人能自动实现循迹(按黑色轨迹)、夹持 、运载(500g)及其自动控制。
要求机器人整体平面尺寸不超过 250mm*250mm。
自行完成机构设计和气动元件选型。
其中气动元件由学校提供,常用标准件由学校提供,钢板的切割由学校负责。
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想法

整体来说不算太难,装置也不算大,其中最方便省力的方式就是一下一下的挪,抬起→伸出→落下→缩回这样循环的往前爬,不可否认看过往届资料之后这类的机器人确实是最容易获奖的,但是本着学习和挑战的态度,我最后还是做了一个仿生的爬行机器人,灵感依然来源于万能的淘宝,我想放一张动图,可是怎么压缩大小都大于5M,我又不接受马赛克,所以就放一张图片吧。
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因为是气缸驱动,按正常套路来这样只会更慢,所以我用气缸做了一个简易发动机,类似于这种。
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整体的视频介绍在这里,听说能发哔哩哔哩视频,尝试一下,如果看不了就用链接https://www.bilibili.com/video/av79831164

气动爬行机器人介绍

原理

如果看了视频的话基本上就了解的差不多了,暂时不准备做详细介绍
装置整体照片
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其中顶层放置气动元件,单片机和运输的货物这些东西,目前只画了一个矿泉水瓶,因为其他的东西还没有发,所以暂时不考虑具体的安装方式呢。

电控原理

其中单片机的型号应该是STM32,应该是那种小方型的mini板,用蓝牙模块和手机发送信号,用黑白颜色探测器检测黑线信号。
信号传播方式:
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因为本篇文章中程序并不是主要,所以单片机的程序我以一个黑箱的方式展示。
其中我需要做出来的功能有两种,一个是自动寻迹,一个是手动控制,难度并不是很高。

腿部机构

腿部是一个五杆联动机构,这里其实是有问题的,因为这个机构每根杆的具体尺寸我是不知道的,而且我并不能从网上找到相应的机构,最重要的是我觉得这个机构肯定有一个名字,但是我不知道叫啥,所以我是自己手调的一个尺寸,肯定不是效果最好的,但是我没有办法,具体尺寸就不提供了,防止误导。
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腿部结构的运动轨迹可以在上面的视频里看到,保证爬行是没问题的。

转向机构

一般情况下一个气缸是有两个状态的(伸出和缩回),但是装置的转向需要三个状态(直行,左转,右转),所以只能将两个气缸进行联动,组成一个类似于伸缩缸的东西,这样就能实现三个状态(直行→一伸一缩,左转→全部伸出,右转→全部缩回),其中两个缸是被连到一起的,其中一个气缸的缸体和另一个缸的活塞部分连接到一起。如图,其中蓝色部分为连接件。
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其他结构

其中轴与轴之前的传动使用的是同步带轮和同步带,动力源就是四个气缸,分成两组分别制成两个发动机,每个发动机的气缸交替进行工作度过死点,同一时间只能有一个缸进行工作,放置干涉,转向的地方用的是一个平面轴承,其实就是我们吃火锅用的转盘下边的那个轴承,只不过是尺寸小了点。

结语

目前零件都还没有到我的手里,所以暂时是不能组装的,理论上装置能跑,而且跑的不慢,希望事实如此。

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