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畢業(yè)設計周記
年級專業(yè): 機械16-3
學生姓名: 張增生
學 號: 1630060332
指導教師: 趙金濤
起止時間:2020年3月02日—2020年6月06日
哈爾濱理工大學榮成學院
完成時間: 2020年 06 月 06 日
第(1)周
本周是畢業(yè)設計的第一周,大學四年終于迎來了最終的學業(yè)任務,我的設計題目是步行四邊形機器人結構設計,由于之前沒有接觸過步行機器人相關的知識,本周則著重進行查閱資料等工作,擴充自己關于步行機器人的相關知識。經(jīng)過查找文獻、論文等相關資料,我了解到國內(nèi)外步行機器人的相關知識和發(fā)展歷程,下圖為鄭州大學研發(fā)的四足機器人。
步行機器人相對于其他機械出世較晚,我國近十幾年才開始進行相關的研發(fā),且目前市面上很少有相關的產(chǎn)品,本此設計可參考資料有限,增加了設計的難度。
日期:3月8日
第(2)周
本周主要進行了步行機器人內(nèi)部動力傳動方案的設計,設計初期計劃使用兩臺伺服電機來驅動步行機器人,但在后續(xù)的設計中發(fā)現(xiàn)使用兩臺電機來驅動會導致內(nèi)部傳動機構過于復雜,運行時還有可能發(fā)生相互干擾的情況,所以放棄了使用兩個伺服電機的方案改用一個電機來帶動軸運動。
解決了傳動問題后進行了步行機器人運動機構的設計,主要思路為利用曲柄連桿機構,將曲柄部分與軸相接,滑塊部分與腿相接,利用曲柄轉動時滑塊的運動軌跡來控制腿的運動,下圖為結構模型。
日期:3月15日
第(3)周
本周任務是完成整體的設計方案,以及確定完成畢業(yè)論文的步驟,經(jīng)過多次查找資料、與同學進行溝通交流,最終得出了設計方案及步驟,具體如下。
1、依據(jù)功能需要,確定最佳功能解及總體方案;
2、進行功能元分析,憑借現(xiàn)有設定和掌握的技術參數(shù),利用動力學反問題求解的方法,完成各個對應功能單元的選擇問題;
3、借上述求解方案,完成總體結構設計,安排各個單元的初步排布,設定主要零件的技術尺寸,并進行剛度和強度校核;
4、通過經(jīng)校核后確定的技術參數(shù),按照一定比例完成初步裝配圖,確定總體結構尺寸;
5、待初步轉配圖完成后,進行軸承、減速器等壽命的驗算,ANSYS 等力學分析,完成裝配圖的細化出圖工作;
6、得出設計結論。
日期:3月22日
第(4)周
本周為畢業(yè)設計的第四周,畢業(yè)設計也進入了新的階段,本周進行的任務量不大,主要對四桿機構進行研究,主要研究內(nèi)容有:探究四桿機構存在的條件、四桿機構的急回特性和行程運動速比K的關系以及四桿機構的壓力角與回轉角。
四桿機構最重要的部分為曲柄搖桿機構部分,通過對以前知識的回顧以及在網(wǎng)上查找的知識,更加明確了關于曲柄搖桿機構的相關概念與特性。曲柄存在的條件是:第一:為短桿架桿或框架;第二:短桿、長桿的長度≤另外二根桿件的長度。
日期:3月29日
教師指導意見:
日期:
第(5)周
本周的主要任務是進行機器人的步態(tài)設計,因步行四邊形機器人結構相對簡單,且對其步行功能性要求不大,所以在設計時只設計一種步態(tài)即只設計一種運動模式。
我在設計步態(tài)時采用的是對角線原則,即對角線上的腿步態(tài)一致。因本步行機器人設計的腿數(shù)為6條腿分為三對,采用對角線原則可使機器人在行走時保持穩(wěn)定性。在此基礎上相對的兩條腿的位置狀態(tài)為當一條腿上升到最高點時另一條腿處于最低點,這樣可使機器人運動速度穩(wěn)定,不會出現(xiàn)突進或停止狀態(tài)。
日期:4月5日
第(6)周
本周的任務是進行電動機的選型,只有先確定電動機才可以進行后續(xù)關于軸的計算。
選擇電機有以下幾個步驟:
確定機器人的運動速度;
根據(jù)機器人的速度選擇轉速合適的電機;
根據(jù)機器人的重量確定負載轉矩;
根據(jù)負載轉矩與轉速確定電機型號。
最終我們選用電機型號為160BL-4030H1-LK-B,電機額定功率為0.1KW,額定轉矩為7.62N.m,最高的轉矩是9N.m,額定的轉速是1500r/min。外形尺寸130x160,電機輸出軸徑為25mm。
根據(jù)電動機的參數(shù)可以在下周的設計中選擇合適的帶輪、皮帶以及軸等各種主要零件。
日期:4月12日
第(7)周
本周為畢業(yè)設計的第七周,上周進行了電動機的選擇目的就是為了計算帶輪、軸的各種參數(shù)。
首先進行的是帶輪的設計,其中包括小帶輪的齒數(shù)、確定帶輪節(jié)圓直徑、確定同步帶的節(jié)線長度L、計算同步帶齒數(shù)z、傳動中心距n的計算。其中還需要對帶進行選型,才能確定其中的一些參數(shù)。
設計好帶輪后進行軸的設計以及校核,主要進行軸徑的設計和校核,因步行四邊形機器人大小已擬定好,所以長度只需與其他零件進行匹配即可。
再此過程中我也遇到了許多的疑問與困難,但經(jīng)過查找資料研究后也解決了許多問題,這讓我再次認識到學習的重要性。
日期:4月19日
第(8)周
本周是畢業(yè)設計的第八周,轉眼之間已經(jīng)過去了兩個月,本周繼續(xù)上周的工作,在設計的帶輪與軸的基礎上進行了對應的軸承與鍵的選取。并對選取好的鍵進行校核,證明其滿足我的使用需求,確定了之前所研究的四桿機構的具體尺寸,并利用作圖法求其極位夾角、壓力角等證明了所設計的四桿機構的可行性。
至此完成了畢業(yè)設計的一個階段,畢業(yè)論文的撰寫基本完成,在下個階段將進行裝配圖與零件圖的繪制,這是整個畢業(yè)設計中的重中之重,希望自己可以再接再厲,努力完成任務。
日期:4月26日
教師指導意見:
日期:
第(9)周
本周是畢業(yè)設計的第九周,將從這周開始進行裝配圖的繪制,由于步行四邊形機器人的特殊性,直接使用二維軟件進行繪制有些困難,因此我先用三維軟件對機器人進行建模,再通過三維轉二維的方式得到二維圖。
繪制三維圖的步驟為:繪制自己設計的非標準件,再選取合適的標準件,最終使用合適的配合關系使其配合在一起。其中繪制的非標件有軸、帶輪、曲柄、短連桿、長連桿、軸套、腿、足、電動機與機器人的板。標準件有螺栓、螺母、銷軸、墊圈等。
并使用同軸、重合等方式進行裝配,完成裝配體。最終裝配圖如下:
日期:5月3日
第(10)周
上周進行了三維圖的繪制,本周則通過對三維模型進行投影得到所需的二維圖。因投影所得到的二維圖太過簡陋,不能充分的表達機器人的結構與工作原理,所以我在原有二維圖的基礎上進行了剖視,得到裝配圖。
得到裝配圖后指導老師進行了查看,并指出了一些不合理的地方,如軸承處表達不清晰需要重新繪制,帶輪處沒有限位會導致帶輪運動時出現(xiàn)竄動,軸末端突出會導致曲柄轉動時出現(xiàn)干涉等一系列問題。而后又根據(jù)指導老師意見進行了一些修改,將軸承處重新繪制,帶輪使用卡簧進行定位,軸末端進行了縮減防止進行干涉。
日期:5月10日
第(11)周
本周是第十一周,按照進度將進行中期答辯,上周將裝配圖大體繪制完成,這周進行零件圖的繪制,并且準備答辯所需資料。
步行四邊形機器人的結構較為簡單,并沒有復雜的零件,其中軸與帶輪算是兩個比較復雜的零件,需要進行較為詳細的標注,如帶輪的對稱度、軸鍵槽的對稱度等。其余零件圖只需按標準繪制,需要剖視的地方進行剖視 ,其中側板孔的數(shù)量與種類較多,按照老師的指導意見進行了階梯剖,將各種孔表達清楚。
中期答辯比較順利,機構并沒有太大原理上的問題,但還是有些細節(jié)需要進行修改。
日期:5月17日
第(12)周
本周是畢設的第12周,轉眼已經(jīng)過去了三個月,距離答辯的日子越來越近,不自覺的有些緊張。
上周指導老師指出了我裝配圖與零件圖中的錯誤,一些標準、細節(jié)等問題處理的還不夠好,這周同樣的根據(jù)老師提出的意見對圖紙進行了修改工作,并對標注的字體等進行標準化,全部改為仿宋字體,標題欄等也進行了標準化。
修改完成后對論文進行了第一次查重,查重結果為重復率32%,距離合格的論文重復率還差一些,又對論文進行了降重,修改了許多直接引用的文獻,希望下次查重時可以達到20%以下。
日期:5月24日
教師指導意見:
日期:
第(13)周
本周是畢設的第13周,下周就要進行畢業(yè)答辯了,本周將對論文與圖紙進行最終的修改。
論文方面上周按照查重報告對許多重復的地方進行了修改,這周主要進行格式上的修改,具體如字體大小,統(tǒng)一使用宋體小四;數(shù)字、字母等統(tǒng)一使用新羅馬字體;一些非單位的字母還需要改為斜體;公式有不標準的地方用公司編輯器重新進行編輯;圖片、表格等也按照論文模板進行處理;而且發(fā)展一個重大的錯誤,我的行間距與要求不同,因此對整篇論文逐段進行了修改。
論文格式修改后進行了二次查重,重復率為13%,可以正常進行畢業(yè)答辯。
日期:5月31日
第(14)周
本周進行了畢業(yè)設計答辯,答辯過程中我內(nèi)心很緊張也很忐忑,生怕在回答時思路不清晰,由于今年疫情的影響學校采取了線上答辯的形式,在答辯時老師有些問題因為我的設備聲音有些小,耳朵貼近電腦也沒有聽清一些問題,但也按照大概意思進行了回答。
后來老師又提出了我論文、圖紙中存在的一些問題,論文格式上沒有錯誤,但有的地方出現(xiàn)了空白,后續(xù)還需要進行改進;圖紙在標注上有些簡單,特別是零件圖的標注缺少形位公差、尺寸公差等,也需要對其進行補充。
整體來講答辯過程還算順利,當結束答辯時整個人也感覺心里踏實了。
日期:6月6日