多功能童車的開發(fā)前景設計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 摘 要 本設計是用于 父母忙于工作，對子女無法隨時隨地照看，避免兒童接觸水、電、火等危險物，基于機電結合，利用棘輪機構、電控機構，實現(xiàn)童車的折疊功能、自動行駛功能以及機械手伸縮功能，并在與 計軟件結合 設計一款集保護、教育、娛樂為一體多功能童車，在整個設計中，對車體整體、功能部件以及童車運動進行了基本的設計。 本童車的基本功能有：可乘坐、折疊、自動行駛以及處理危險事物 。 關鍵詞： 多功能 ，自動化，童車，機械手 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 of he is in to to or on of to as as to a in of as as a of to as as of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 目 錄 1 引言 . 3 2 童車功能設計 . 4 能要求 . 4 能設計方案 . 4 車車體設計 . 4 疊功能設計 . 4 動行駛功能設計 . 4 險處理功能設計 . 5 能總結 . 5 3 童車零件設計 . 7 功能所需零件設計 . 7 疊功能零件 . 8 式功能零件設計 . 8 傳動部件設計 . 8 4 機械手設計 . 9 機械手動力設計 . 9 機械手的具體功能 . 9 縮功能設計 . 9 動功能設計 . 9 絲電機原理 . 10 5 系統(tǒng)功能設計 . 12 統(tǒng)可控機構 . 12 統(tǒng)功能設計 . 13 統(tǒng)軟件選擇 . 14 6 主要零部件設計 . 17 輪繪制 . 17 6 小結 . 18 致謝 . 19 參考文獻 . 20 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 1 引言 現(xiàn)代生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展，對自動化技術提出越來越高的 要求，同時也為自動化技術的革新提供了必要條件。 70年代以后，自動化開始向復雜的系統(tǒng)控制和高級的智能控制發(fā)展，并廣泛地應用到國防、科學研究和經(jīng)濟等各個領域，實現(xiàn)更大規(guī)模的自動化，例如大型企業(yè)的綜合自動化系統(tǒng)、全國鐵路自動調度系統(tǒng)、國家電力網(wǎng)自動調度系統(tǒng)、空中交通管制系統(tǒng)、城市交通控制系統(tǒng)、自動化指揮系統(tǒng)、國民經(jīng)濟管理系統(tǒng)等。自動化的應用正從工程領域向非工程領域擴展，如醫(yī)療自動化、人口控制、經(jīng)濟管理自動化等。自動化將在更大程度上模仿人的智能，機器人已在工業(yè)生產(chǎn)、海洋開發(fā)和宇宙探測等領域得到應用，專家系統(tǒng)在醫(yī)療診 斷、地質勘探等方面取得顯著效果。工廠自動化、辦公自動化、家庭自動化和農(nóng)業(yè)自動化將成為新技術革命的重要內(nèi)容，并得到迅速發(fā)展。 自動化是一門涉及學科較多、應用廣泛的綜合性科學技術。作為一個系統(tǒng)工程，它由 5個單元組成： （ 1） 程序單元 決定做什么和如何做。 （ 2） 作用單元 施加能量和定位。 （ 3） 傳感單元 檢測過程的性能和狀態(tài)。 （ 4） 制定單元 對傳感單元送來的信息進行比較，制定和發(fā)出指令信號。 （ 5） 控制單元 進行制定并調節(jié)作用單元的機構。自動化的研究內(nèi)容主要有自動控制和信息處理兩個方面，包括理論、方法、硬件和 軟件等，從應 用觀點來看，研究內(nèi)容有過程自動化、機械制造自動化、管理自動化、實驗室自動化和家庭自動化等。 機器或裝置在無人干預的情況下按規(guī)定的程序或指令自動進行操作或控制的過程，其目標是“穩(wěn)，準，快”。自動化技術廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學研究、交通運輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務和家庭等方面。采用自動化技術不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴展人的器官功能，極大地提高勞動生產(chǎn)率，增強人類認識世界和改造世界的能力。因此，自動化是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術現(xiàn)代化的重要 條件和顯著標志。 現(xiàn)代家庭自動化多數(shù)為使生活更舒適、更方便、更安全，而對于 兒童的安全與成長考慮的 非常少，子女是家庭和國家的希望和未來，兒童的健康成長對于國家的富強有著極其重大的意義，所以設計這款集娛樂、 保護、教育 為一體的童車是非常適應 的和 需要的。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 2 童車功能設計 能 要求 本款童車的基本功能有：可乘坐、折疊、自動行駛以及處理危險事物。 孩子在剛學會站立時，是不能長時間站立的，在孩子無法站 立或剛剛學會站立是可乘坐這款童車。如果孩子自己行走，童車可折疊和 在后跟隨，時刻對孩子四周的環(huán)境進行監(jiān)測，如有危險， 信號會被系統(tǒng)接收，并作出反應，機械手可帶離孩子遠離危險區(qū)域，或者是機械手將危險物處理掉，從而保證孩子的安全。 童車功能復雜，必然 對設計要求嚴格。首先，童車整個車身設計必須能夠使諸多功能實現(xiàn)。其 次，童車功能的實現(xiàn)與各個零件的準確設計以及配合是分不開的。最后，設計完畢在童車的準確度和靈敏度上要滿足實際的需要。 童車動力可有電動和燃料動力，由于童車是用于兒童使用 ，其就必須要輕便、動力穩(wěn)定，而且考慮對兒童身體健康的因素，電 動是比燃料動力更好的選擇。 能設計方案 車車體設 計 現(xiàn)在的童車市場，有多 種多樣的童車：傘柄車 、手推車、雙胞胎車等等，種類繁多。 雖然其大都是對童車形狀進行改進，功能單一，但是在車身方面從兒童視角考慮，充分滿足兒童的需要。由于現(xiàn)有童車設計車身設計已是多種多樣，所以 本款童車車身的設計重點不是外型設計，而是在四輪童車和三輪童車 （圖 1）的設計上。 四輪童車在安全方面比三輪童車優(yōu)越，在行駛時很穩(wěn)定， 但如果在四輪童車的基礎上設計本款童車，設計難度將會增大，同時由于童車的行駛速度比較慢，所以三輪童車的安全也比較可靠，設計也是比較簡單 ，而且 培養(yǎng)孩子的騎行能力，為以后學習自行車打個堅實的基礎 。 圖 1 疊功能設計 折疊并不是拆卸， 折疊是將車把收起在車箱內(nèi)， 所以可在童車支撐處加一可供旋轉用的鉸鏈即可。通過旋轉角度的調節(jié)，來實現(xiàn)童車的狀態(tài)， 即坐式或立式。 動行駛功能設計 要自動行駛除了系統(tǒng)程序調節(jié)外，童車 機械結構應有 相應 的配合 。系統(tǒng)程序買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 在后面再做敘述，現(xiàn)從童車的硬件分析： 萬向輪可調節(jié)行駛方向，在童車自動行駛時，方向需要 有效調節(jié)，在選擇三輪童車的方案，唯一可用來調節(jié)方向的輪子，只有單輪，即非動力輪。 由于現(xiàn)市場在有電控萬向輪，所以此項設計可省去，其可完全適用童車輪子的 360度角度調節(jié)，對童車自動行駛時方向自動調節(jié)功能完全可以實現(xiàn)。如圖 2： 圖 2 險處理功能設計 本款設計最大特 點是在對危險的處理上，由于在孩子的眼中，一切事物都是好奇的， 但是有的事物對幼兒來說是相當危險的。一般有水、火、電等 ，避免孩子的接觸。 童車的設計要實現(xiàn)這一功能，就必須有一個可以將危險物帶離孩子身邊的設計 機械手。 機械手是一種能自動化定位控制 ，并可重新編程序改變動作 的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。 機械手技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。生產(chǎn)中應用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率；可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)；工業(yè)機械手在工業(yè) 生產(chǎn)中能代替人做某些單調、頻繁和重復的長時間作業(yè)，或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè) 。 因 單片機 設計復雜 , 需較多繼電器 ,接線繁雜 , 易受車體振動干擾 ,而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題。可編程序控制器 械手控制系統(tǒng)動作簡便、線路設計合理、具有較強的抗干擾能力 , 保證了系統(tǒng)運行的可靠性 ,降低了維修率 , 提高了工作效率 3。 機械手可以單獨完成一些復雜的步驟，所以這一功能用機械手來實現(xiàn)，是完全可靠和方便的。 能總結 （ 1）（折疊功能）當童車無人乘坐時，童車可折疊跟隨，其車把部分收起，車箱立起 ，后輪著地，兩大輪為動力輪，后輪為方向輪。 如圖 3： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 圖 3 （ 2）（坐式行使功能）坐式功能可供乘坐，車把展開，前輪為方向輪，后輪為動力輪。 如圖 4： 圖 4 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 （ 3）（立式機械手操作功能）立式狀態(tài) ,機械手可伸縮 ,抓取危險物品遠離兒童 ,其可實現(xiàn) 360旋轉。 如圖 5： 圖 5 3 童車零件 設計 功能所需零件設計 由于功能較為復雜，且童車在實際使用中，特定的人群與特 定的用途，要求零件設計上要嚴格遵從安全、輕便、簡單、準確的原則。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 疊功 能零件 方案一 設計一轉動鉸鏈，可由電機帶動，通過童車內(nèi)部系統(tǒng)調節(jié)電機的轉動方向和角度大小來實現(xiàn)折疊功能，此方案的優(yōu)點在于準確，同時靈敏度高，缺點則是設計較復雜，需要的技術要求高，同時在后續(xù)的工作中加大了工作量和工作難度。 方案二 采用一種棘輪結構 6（圖 6） ，輪軸上纏繞一根鋼絲，在內(nèi)部設計一電機，電機帶動動輪轉動，使鋼絲收、放，來實現(xiàn)車體的折疊。在整個設計中，車體的折疊是童車需要立式時，首先的動作是機械手接觸地面以支撐車體，使車體前端抬起一定角度，同時后端動力輪轉動，帶動車后端向前，逐漸成為立式，在 達到一定角度后，電磁鐵得電，棘輪卡齒抬起，在車前端自身重力的作用下，鋼絲放出，車前端自然下垂，實 現(xiàn)折疊功能。然后動力輪繼續(xù)轉動，直到車體完全直立，收回機械手，完成折疊動作。 此方案設計簡單，且在整體中設計較為緊湊，也不增加設計的難度，和后續(xù)工作量。缺點是對動作連續(xù)性和準確性要求較高 。 方案一和方案二比較，在從市場角度和使用者角度，市場要求成本低，生產(chǎn)較為容易，且技術較低，效益好，而對于兒童來說，安全大為重要。方案一，對技術要求高且在實際的使用中，將會有失靈或斷齒現(xiàn)象，在安全方面有缺陷，所以選方案二較為妥當 。 圖 6 式功能零件設計 方案一 架式結構 兩個動力輪，其軸是安裝在車體伸出的支架上的，其優(yōu)點是平衡性好；缺點是傳動設計較為復雜，增大設計難度，對動力部件要求較高，無法實現(xiàn)準確傳動。 方案二 內(nèi)軸式結構 在后車箱內(nèi)安裝動力軸，靠齒輪傳動帶動輪子轉動，傳動穩(wěn)定，結構較為簡單，且閉式齒輪，對齒輪壽命也有一定保障。 所以，從兩個方案比較可知，方案二較佳。 傳動部件設計 方案一 鏈傳動 鏈輪傳動沒有彈性滑動和打滑，能保持準確的平均傳動比；買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 需要的張緊力小，作用在軸上的壓力小，可減少軸 承的摩擦損失； 結構緊湊； 能在高溫，有油污等惡劣環(huán)境下工作；缺點：瞬時轉速和瞬時傳動比不是常數(shù)，傳動的平穩(wěn)性較差，有一定的沖擊和噪聲。 方案二 齒輪傳動 效率高 ， 在常用的機械傳動中，以齒輪傳動效率為最高，閉式傳動效率為 96%99%，這對大功率傳動有很大的經(jīng)濟意義。結構緊湊 ， 比帶、鏈傳動所需的空間尺寸小。 3)工作可靠、壽命長 設計制造正確合理 ， 傳動比穩(wěn)定 8 。 4 機械手 設計 機械手動力設計 由于童車的特殊用途和其自身設計特點的限制，童車不可能太過大，應盡可能小、輕、便。機械手有很多功能 不可能采用一些傳統(tǒng)的動力設計方案，如液壓傳動、氣動等，所以應最可能簡單且準確的實現(xiàn)機械手的所有功能 。 機械手的具體功能 縮功能設計 機械手的伸縮功能可采用螺絲桿旋轉來實現(xiàn)，如圖 7： 圖 7 動功能設計 機械手可實現(xiàn) 360轉動，此功能是在車箱內(nèi)部用一電機來帶動，左右機械買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 手實現(xiàn)同步、同角度旋轉 。 如圖 8： 圖 8 絲電機 原理 1）綠色部分為螺絲電機及絲桿，螺絲電機旋轉帶動絲桿轉動，絲桿上的螺紋帶動機械手 2（右）伸縮。如圖 9： 機械手 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 圖 9 2）綠色為螺絲電機，固定在機械手 1（上圖），絲桿通過螺紋來使機械手 2（右 灰）伸縮。 如圖 10 圖 10 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 5 系統(tǒng) 功能 設計 統(tǒng)可控機構 童車主要轉動功能部件有 4個電機順序轉動，轉動 1控制車把的折疊和展開，轉動 2 控制左右機械手同步、同角度轉動，轉動 3 控制行駛方向，轉動 4 控制機械手伸縮。如圖 11， 12， 13： 圖 11 圖 12 轉動 3 轉動 1 轉動 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 圖 13 統(tǒng)功能設計 動作一 機械手 轉動 （轉動 2） 一定角度， 螺絲電機轉動（轉動 4），使車身抬高，后輪轉動后箱前進，逐漸直立。 如圖 14: 圖 14 動作二 棘輪卡齒抬起，車前身自重，完成折疊。如圖 15: 轉動 4 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 圖 15 動作三 后輪旋轉使后箱前進，完成直立，收回機械手，電控輪轉動（轉動 4）控制方向，后輪為動力輪，完成直立行駛。 統(tǒng)軟件 選擇 童車功能實現(xiàn)的系統(tǒng)，可由單片機控制，也可用 于防干擾、設備接口、聯(lián)網(wǎng)、模塊化都有完善的技術支撐，使用更簡單，成本高。 而單片機技術含量高，使用靈活但是工作量 很大的，對于抗干擾、模塊化要求低，成本低廉，應用廣泛。特別適合于開發(fā)消費電子、商業(yè)應用的電子、玩具、家電等等。 片機是一種集成電路，兩者不具有可比性。 單片機可以構成各種各樣的應用系統(tǒng)，從微型、小型到中型、大型都可， 不同廠家的 似的功能和指標，有一定的互換性，質量有保證，編程軟件正朝標準化方向邁進。這正是 單片機應用系統(tǒng)則是八仙過海，各顯神通，功能千差萬別，質量參差不齊，學習、使用和維護都 很困難。 從工程的角度，談談 對單項工程或重復數(shù)極少的項目，采用 捷的途徑，成功率高，可靠性好，手尾少，但成買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 本較高。 對于量大的配套項目，采用單片機系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點，但這要有相當?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗才能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運行。最好的方法是單片機系統(tǒng)嵌入 樣可大大簡化單片機系統(tǒng)的研制時間，性能得到保障，效益也就有保證 9。 表 1 I/輸入 輸出 車把（電機 1） 1 電機 1正反轉 1 棘輪（電 機 2） 輪正轉 磁鐵 磁鐵得電，放開棘輪 力輪（電機 3） 5 電機 3正反轉 5 機械手（電機 4） 7 電機 4正反轉 控萬向輪（電機6） B 電機 6正反轉 B 機械手伸縮（電機5） 9 電機 5正反轉 9 程序指令 R N/ T T R T T N/ 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 T K 5 T T N/ T T K 5 T T R N/ T T R N/ T T R N/ T T R N/ T T R N/ T 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 R N/ T T R N/ T T R N/ T D 6 主要零部件設計 輪繪制 繪制草圖：選前視基準面 ，繪制一圓，半徑為 40擇特征拉伸凸臺 ，拉伸 10擇圓角命令 ， 選擇三面，繪制實體圓角。選擇車輪一圓面，在其上繪制一草圖，如圖 16，再選擇拉伸切除命令 ，選擇完全貫穿 ，選擇此特征，利用圓形陣列命令 ，輸入數(shù)據(jù) 如圖 17，點確定 。 在車輪圓心繪制一圓，如圖 18，選擇特征拉伸切除命令 13，選擇完全貫穿，即成功繪制車輪 ，如圖 19。 圖 16 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 圖 17 圖 18 圖 19 6 小結 全部設計任務及問題都能得到有效解決，在設計中通過遇到問題 思考問題 解決問題， 鞏固了所學知識，在獨立的完成設計的這段時間里，自己可以自主的查資料，找文獻。有目的，有針對性的去解決問題，這對以 后的學習和工作都是大大有利的，也讓自己積累了大量經(jīng)驗，為畢業(yè)以后工作打好基礎。 通過設計，加深了對