1. 设计目的:机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、 力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸以及润滑方式等进 行构思、分析和计算，并将其转化为制造依据的工作过程机械结构的构思与设计是机械产品生产的首要环节，是决定机械 产品性能的最主要环节，通过这一课程设计我们可以学会综合运用机 械原理课程的理论知识，分析和解决与本课程有关的实际问题的能 力，让我们在了解机械运动的变换与传递及力传递的过程 中，对机械的运动、动力分析与设计有一个较完整的概念； 在这一过程中也使我们的运算、绘图、运用计算机和技术 资料的能力和表达、归纳、总结和独立思考与分析的能力 得到锻炼与进步1. 设计任务及要求：我所设计的是类螃蟹状横向行走（爬行）的爬杆机构，但其本质 运动机理是模仿尺蟆的屈伸爬行运动如下方示意图所示，整个机器 由上下两组对称的连杆滑块机构组成，始末两端各装载一个相同的电 动机，为整个机器提供动力，与要爬竖直杆的三个接触处各装置一个采用常见的梯形空腔、钢球结构的自锁套，可以在自锁套有下滑趋势 时效地阻止其下滑动作，两条腿（连杆机构组合）与腹部（中部自锁 套）交替运动以实现整个机器人的向上攀爬。
实际上，如左示意图所 示，机构中仅靠上下两 组对称连杆滑块机构 中的任意一个就可以 实现所要求的攀爬动 作，但我为了求得螃蟹 状的爬行动作，设计了 这种对称结构的双尺 蟆机构，这样一来整个 机构也就有了两个主 动力源，换句话说也就是，需要考虑两个自由度，因此在设计时需要考虑两条腿（连杆 组合机构）的动作的高度协调，因此在设计中，应首先确定机器 运动的机构原理，并获得所爬行竖杆相关数据，以便制定好机构 的各个参数，再查阅相关资料，精确计算机构的各个运动状态， 最终确定设计方案的详细内容并完成设计说明书1. 机械机构简图 02自由度计算 01： nl=18, pl=26； 02： n2=17, pl =25,；Fl=3*nl-2*pl二2 F2二3*n2-2*pl‘ =2%1. 运动方案设计1.运动预期机理：本机构以靠两组尺蟆状连杆滑块组合与腹部 交替运动来达到整体的攀爬动作，即依靠分布在机构始末两端的两个 电动机对相连的曲柄分别施加绕顶轴转动的主动力，使两个曲柄在各 自相应的状态下，带动连杆滑块的运动，通过二者的配合来达到整体 的协调运动，具体功能运动方案将在接下来叙述2 .机构的功能运动机理许多机器都由…部或多部电动机的运转带动一系列机构的运动 以达到预期的工作运动要求，本机构也不例外，其基本的运动仍是靠 连杆滑块组合来驱使自锁套的移动。
本机构的运动由①电动机驱动曲柄带动连杆伸缩，㈤连杆伸缩促 使滑块移动③两组曲柄连杆机构的配合三部分组成，下面将一一 说明其机理：①状态1以两组对称机构的任一组为例，如上图所示，电动机逆时针匀速 转动，带动摇杆1绕定轴逆时针转动，在状态1时，在电动机和摇杆 2的带动下，摆杆2作向左运动（即后拉）动作，带动3与3,两杆 向外伸张，推动4杆与5杆向外扩张（即二者夹角增大），5杆的下 压同时带动了 6号杆件的内敛运动（即5、6之间夹角缩小），6杆拉 动7号杆件的内缩（即4、7杆件之间夹角减小），最终达成两条腿（即 4、7两杆）的收缩运动；同理，在状态2的情况下，4、7两杆舒张，实现两条腿的伸展动作②.如下图上图模拟的是本机构①图中4、7两杆的运动状态；我们知道， 在平面连杆机构中，能绕定轴或定点作整周回转的构件被称为曲柄， 如上图中的1杆，通过改变平面四杆机构中构件的形状和运动尺寸能 将其演化为不同的机构形式，就曲柄滑块机构而言，它是通过增加铉 链四杆机构中摇杆的长度至无穷大而演变过来的改机构实际上是由 一曲柄一端钗接在机架上，另一端钗接一连杆，连杆的另一端联结一 滑块，在曲柄为主动件运动时带动连杆，连杆又带动滑块，使其在平 面某一范围内做直线往复运动，如上图所示，摇杆绕基座顺时针从位 置1摇动到位置2,经过曲柄的传动，使滑块从位置3沿水平线移动 到位置4,即机器猫的腿完成了一次前伸动作；同理可推出其收缩动 作。
如左图所示，由于本机器由上下两组 完全相同的机构组成，且每一组机构 都有一个独立的主动力，故若要实现 两条腿的同步上爬，需要两组机构运 动状态的紧密配合：首先，两组机构 需要从相应的状态开始运动，例如左 图，此状态下上机构的“双腿”即将 达到最大伸展状态，同时下方机构的 “双腿”即将达到最大收缩状态，中 部自锁套受上方相连杆件的推力和下 方连杆的拉力而处于自锁状态，即相 当于机架，两只电动机从此状态下开始同步同向转动，从而上下两条腿以相同速率向上移动，依此类推, 两组机构便可以与腹部一起交替运动，促使整个机构向上稳定爬行O%1. 相关参数计算 1.各杆长确定为：Ll=30mm, L2=180mm, L3=L4=30mm, L5=180mm,L6=L8=200mm, L7=60mm；设定两电动机的转速均为600r/min在状态1情形下:J J3、4两杆处于完全伸展状态，根据上图所示几何关系可以得出，3=64.14 , y=41.8 , HI 与 HJ之间夹角=P + y=105. 98 ； J、I 两点间距 L1T (200 2+200 2 -2X200 X 200 Xcos105.98 )=319.33mm；同理可算出在状态2情形下，JI间距为341.92mm, 此过程中I点位移△L=341.92・319.33=22.59mm,此过程中电动 机转半周，由此可以算出机器猫向上移动速率v=AL/ (0.5/10) =0.4518m/So%1. 结果与讨论本机构杆件构造较复杂，为了简便起见实际可以去掉两组对 称机构中的一组，其运动效果将不会改变。
相对常见的两杆爬杆 机器人依靠主动力摇杆的大范围圆周摆动来实现攀爬而言，本机 构可以通过主动力摇杆的小范围转动来实现其上爬运动，在遇到 诸如竖直杆所处空间较狭窄的情形下，本机构可以更好地实现稳 定攀爬(摇杆不必摆动到竖直杆的另一面)当然，相对于其他较为成熟的机械爪爬杆机器猫的自由灵活 而言，本机器的动作还较为单…，仅能实现单一方向的爬行，在 设计之初也考虑过在上下机构末端加设机械手的构想，但由于结 构过于复杂，对机构的整体协调性要求过高，本人暂时难以将这 一设计付诸实施，在今后的学习中，将进一步培养自己的机构机 械想象与设计能力，力求达到能设计更复杂更巧妙机构的水平。