智能铲雪机器人.docx
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智能铲雪机器人.docx
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智能铲雪机器人
齐齐哈尔大学
——智能铲雪机器人
学院:
机电工程学院
专业:
机械设计制造及其自动化
设计者:
张海泽王蔚郭佳宁李航宇吴楠
引言21世纪,我国进入了知识经济、技术经济的新时代,高等教育正进入了快速发展时期,全面推进素质教育,提高大学生的科学素质,培养大学生的创新能力,造就大量的创新型人才,以适应高速发展的现代化建设的需要。
因此,在提倡创新教育的同时应重视实践,重视实用教育,高度重视培养大学生的素质能力,为此我们学院引入了慧鱼模型对学生进行思维训练培养。
1.智能铲雪机器人创新构思背景
由于我们生活的环境地处祖国北部,所以在冬天来临时总会漫天飞雪。
然而,这看似晶莹剔透、浪漫无比的雪花如果堆积过多实是一件十分棘手的麻烦事。
特别是对家里有老人或者是行动不便利的人来说更是一件影响生活的大事。
因为如果雪太大会使得路面异常光滑,人或者车行驶起来非常困难,还容易发生危险。
晚上下雪的时候,环卫工人不容易清理,而且在夜间清理起来非常危险,由于公路车辆来往较多,在积雪上车来车往,经过很短的时间,表面变成了光滑的冰面,给环卫工人清理起来增加了除雪的难度。
由于冬天里看见了环卫工人在人在马路中央清理积雪,来往的车辆速度较慢,但是还是容易碰到环卫工人,由于路面的车辆刹车制动系统效果大大降低,影响了出行,还容易发生交通事故。
受到以上事情的启发我们有了创意的灵感,针对家庭院子里、以及公路积雪较难清理,积雪位置偏高、厚度薄、强度低、清扫不方便、危险性大等特点,结合第五届全国大学生机械创新设计大赛主题与内容,我们应用慧鱼模型设计了智能自动除雪机器人。
根据目前市场上还没有能既满足清理积雪,同时还可以带走清理后的积雪的市场空白,我们小组又在自动除雪机器人身上经过创新加上了自动清雪功能并设计出了一款新的智能自动除雪机器人,它不仅能铲除由于车来往之后导致路面积雪变成光滑的冰面上的冰,而且最大的创新点就是在铲雪的基础上,增加了后部的挖雪功能,可以在清除积雪之后轻松将积雪运走,这样在清理完毕之后节省了清理积雪的时间,提高了铲雪效率。
目前国内外尚无相关类似产品,可想未来市场前景广阔。
2.智能铲雪机器人设计方案与创新构思
智能铲雪机器人主要借鉴于慧鱼模型中挖掘机的基本结构,然后根据自己的创意来添加各个机构,在添加的机构中,也有一些独特的创新之处,例如,该机器最突出的创新之处:
(1)加装了可移动的地盘;
(2)加装了铲除积雪的铲具;(3)加装了更强大马力的电机,(4)根据路面光滑的特点,加装了履带部分从而运行起来更加轻松的特点,(5)增加了可以360度旋转的塔台结构等。
这些的创新都是源于结合第五届全国大学生机械创新设计大赛主题与内容,以慧鱼模型中挖掘机的基本结构为基础,可以360度旋转的塔台结构,是原来挖掘机结构没有的,这样给它增加实用性,以便可以清理机器各个方向的积雪,采用履带增强了机器人的各种路面通过能力。
铲雪的铲具采用了活塞抽气的原理,可以调节清理的不同路面,可上下调节,能实现铲雪、推雪等功能。
在铲除之后采用气动活塞来驱动挖产手臂,将清理过后的积雪运走的到集中处理区域。
2.1、方案设计
1.动力装置:
利用电动机带动的前端的轱辘,后面采用了履带式的轱辘,在积雪上加大了接触面积,在光滑的冰面上加大了摩擦力。
2.铲雪装置:
利用电机驱动圆盘带动曲杆装置给气泵加压。
气泵通过胶皮管道将压力传动到活塞进行抽气,调节了铲具的高低,适应不同路面的高矮。
针对积雪较多的地方,可以加大力度,多次清理难清理的区域。
3.挖雪装置:
由于清理积雪之后需要将积雪清理走,但是一般的清雪工具不能将堆积之后的积雪运走,成堆之后不方便处理,还需要大量的人力去清理,效果不理想,智能铲雪机器人利用机械手臂带动挖钭可以轻松将积雪运走的功能,方便积雪处理!
总体来说,就是综合运用电动机、气泵、阀体、压力装置等功能的整体综合,再加上编程设计的指令,实现对机械装置的控制、驱动,来实现清雪功能。
2.2、人工铲雪机器人功能及其工作原理
1.功能:
利用多种装置的综合配合使用,来达到自动除雪的目的,减少了家庭清扫积雪时人们忍受严寒的苦楚,降低了的环卫工人雪天在公路上的危险作业,不仅提高了清扫的效率,还能节省人力并且高质量地清理掉积雪。
2.工作原理:
将电能利用电动机的转动,带动曲轴转动,使曲柄的在缸体内得上下移动,来产生有压力的气体,再将压力通过压力阀贮存到气瓶中,这样反复一次次的加压使气瓶中压力加大到足够产生压力驱动活塞;运用电动机和齿轮的综合运用来带动转盘的旋转,皮带带动活塞抽气,达到主活塞运动,通过三通气动管同事控制铲具和挖具,在铲具连接的活塞通气时气动活塞充气来调节铲雪工具和地面的距离,从而适合各种地面的清理工作,在通过气体通过挖具时,和铲具原理相同,气体通过气压带动活塞,带动挖掘手臂,挖掘手臂由四个活塞构成,第一个可以带动挖具的铲斗,第二个带动前端铲板的升起和降低,手臂的下端有两个活塞控制,充气时挤压整体的手臂从而达到升降。
底盘由四个电机带动,前面两个电机带动前置轱辘,后面根据地面的光滑考虑增加了履带设计,不仅加大了接触面积,增加了摩擦力,还适合雪厚的区域,行动自如。
整体设计是在下完雪之后可以用铲雪具产出地面的积雪,适合各种路面,可调节高矮,在清理过后,一次性将所有的雪运走,不仅省去了大量的人力物力,而且效果显著,较人工的清理效果更好!
3.智能铲雪机器人简介
3.1智能铲雪机器人的系统组成
1.机械本体机械本体包括车架、挖钭机械手臂、铲雪机械手臂、连接装置、机械动力传动部位等,这些是整个机器人组成的基础,起着支撑机器人系统工作的功能,是整个机器人系统的重要功能单元组成部分,是传递运动和动力的载体。
机器人主体部分
2.检测传感部分检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路,其作用就是检测系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化,并将信息传递给电子控制单元,电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。
3.电子控制单元电子控制单元是系统的核心,负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析,根据信息处理结果,按预定的程序发出相应的指令,控制整个机器人系统有目的地进行工作。
4.执行器执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。
执行器是运动部件,通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。
5.动力源动力源是系统能量供应部分,本机器人使用9V充电电池带动,按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。
分别将电能转换成机械能、气压能来应用到机器人的元件上来实现设计功能。
3.2智能铲雪机器人组合模型
智能铲雪机器人的模型能够展示科学原理和技术过程,
3.3智能铲雪机器人分析
这次机械创新设计项目,我们所完成的是慧鱼机器人中的智能铲雪机器人,它能够通过主控电路板控制而实现各种功能的组合与切换,使其顺利实现所需要的效果,因此操作范围大,灵活性好。
3.4智能铲雪机器人的工作机构
该机器人的工作机构主要有控制及动力机构、铲雪机构和挖雪转运机构三大部分。
(1)工作机构一:
气压铲斗清雪装置,如图3.1所示
图3.1机器人的前铲斗部分
(2)工作机构二:
铲雪、推雪升降铲,如图3.2所示
图3.2机器人的前铲雪装置
电机输出动能,经曲轴、背压阀及气瓶转换为压力能储存于气罐内,再通过电磁阀控制气缸的水平伸缩运动。
图3.3机器人的铲斗气动控制开关
电机输出动能,经曲轴、背压阀及气缸转换为压力势能储存于气罐内,再通过电磁阀控制气缸的伸缩运动。
(3)工作机构三:
机器人驱动、动力装置,如图3.4、3.5所示
图3.4履带
图3.5机器人的驱动部分及后轮履带传动部分
由四个电机带动轱辘,使机器人可以移动。
(4)工作机构四:
转盘塔台如图3.6所示
图3.6塔台转盘机构
电机输出动能,经减速箱调节速度并传递到蜗杆,蜗杆与齿轮啮合传动,齿轮转动带动整个底座进行旋转运动。
3.5铲雪机器人的部分程序截图
图3.7智能铲雪机器人部分程序截图
4.智能铲雪机器人应用与发展前景
因为本机器人的自动铲雪、除雪功能,即针对家庭院子,又可作公路的大型除雪设备,并且北方一到冬天积雪情况便是大问题,再者市场上的铲雪工具大多是工程机械,没有专门用于铲雪的工具。
每次在下雪的时候,看见马路上有很多的环卫工人清理路面的积雪,不仅效率不高,而且清理后的效果不明显,有很多地方清理不干净,由于来往的车辆速度较快,流量较大,使积雪很快就变成了光滑的冰面,不仅影响了汽车制动的效果,带来很大的危险,而且给清理工作带来了很大的不便,很多的环卫工人在马路上给出行的车辆,造成了阻碍,利用智能铲雪车,不仅可以代替了大量的人力,节省了环卫工人的时间可以清理车不能进入的区域,而且省时省力,用很短的时间,就可以清理很大的区域,清理之后的效果较好,能较大的恢复地面的摩擦程度,普通的清理工具仅是能做到清理积雪,将表面的积雪与地面分离,但是很难做到将积雪清理走,慧鱼的人工铲雪做到了根据不同的路面进行调节,进行铲除积雪和冰面,利用创新之处,可以利用挖具把清理之后的积雪运走从而不占地方。
底盘采用履带的设计也提高了在冰面的上的摩擦力,加大了运行速度。
提高了效率,特别适合较发达,车辆较多的路面,实用价值相当高。
不仅适合都市快速的发展要求,而且节省了大量的人力物力。
做到了效率好,效果好的要求。
本机器人如果可以得到大力推广,前景非常可观!
5.总结
在这次的创新创造组合中,我们小组主要是根据第五届全国大学生机械创新设计大赛主题与内容要求完成机器人的组装,实现了最初的目的。
在经过装配机器人的组装实践活动,学习和理解了机器人的主要由两个部分组成:
传动系统和控制反馈系统,这使得我们更加了解传动部分和控制反馈系统之间的协作运行,弄清楚了机器人动作的工作原理和顺序,使得实践与理论结合起来,巩固了机械专业的理论知识,同时也使我们更加了解自己在学习上的不足和以后学习的方向。
同时我们组内队员合作默契分工合理,在学习的同时又加深了我们之间的友谊,在收获知识的同时还收获了珍贵的友谊。
在此由衷的感谢各位评委老师,指导老师以及同组的队员、同学。
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