摘要本專題利用兩顆馬達配合齒輪與連桿結構的傳動, 來設計具有八足步行方式移動前進的輕巧機器人此機器人能夠跨越一定高度的障礙物及斜坡, 步行的前進方式與足部的防滑裝置讓機器人能輕鬆越過斜坡與障礙物而不跌倒此創思設計, 最主要是將此構想概念, 應用在緊急救援救災或探勘等危險的工作環境下, 操作步

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忙祖
7 years ago
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1 群別 : 機械群參賽作品名稱 : 遙控步行機器人關鍵詞 : 遙控機器人繼電器中華民國 103 年 3 月 11 日

2 摘要本專題利用兩顆馬達配合齒輪與連桿結構的傳動, 來設計具有八足步行方式移動前進的輕巧機器人此機器人能夠跨越一定高度的障礙物及斜坡, 步行的前進方式與足部的防滑裝置讓機器人能輕鬆越過斜坡與障礙物而不跌倒此創思設計, 最主要是將此構想概念, 應用在緊急救援救災或探勘等危險的工作環境下, 操作步行機器人行進, 協助人類完成任務以減少不必要的傷害

3 目錄摘要目錄圖目錄表目錄 I II III 第一章前言 1-1 動機機器人簡介初步設計概念製作流程 2 第二章設計與製作 2-1 設計概念零件設計機構零件設計遙控電路設計零件製作齒輪與圓盤之製作齒輪軸之製作底盤及左右固定齒軸箱之製作遙控器之製作 10 第三章組裝 3-1 組裝機器人機器人工程圖成品照片 17 第四章結果與討論 4-1 結論使用設備 22 參考文獻.. 23 I

4 圖目錄圖 1-1 : 倒木 1 圖 1-2 : 便橋 1 圖 2-1 : 最初構想設計圖 3 圖 2-2 : 底盤 4 圖 2-3 : 左右固定齒輪板 4 圖 2-4 : 圓盤 4 圖 2-5 : 長腳 5 圖 2-6 : 短腳 5 圖 2-7 : 長齒輪軸 5 圖 2-8 : 短齒輪軸 6 圖 2-9 : 大齒輪 6 圖 2-10: 小齒輪 6 圖 2-11: 馬達帶動之齒輪 6 圖 2-12: 機器人線路控制圖 7 圖 2-13: 大齒輪之設定值 8 圖 2-14: 利用車床製作齒輪軸 9 圖 2-15: 將齒輪軸鑽孔 9 圖 2-16: 遙控材料準備 10 圖 2-17: 遙控器 10 圖 3-1 : 完成主要零件 11 圖 3-3 : 爆炸圖 ( 對照表 x 之零件名稱 ) 12 圖 3-4 : 機器人爆炸組合圖 ( 等角視圖 ) 13 圖 3-5 : 機器人爆炸組合圖 ( 右視圖 ) 14 圖 3-6 : 機器人等角圖 15 圖 3-7 : 機器人三視圖 16 II

5 表目錄表 2-1 : 三組齒輪的設定值 8 表 2-2 : 遙控器之材料表 10 表 3-1 : 爆炸圖之零件對照 12 III

6 第一章前言 1-1 動機隨著環境變遷, 極端氣候變化頻傳, 伴隨著天然災害愈趨劇烈使用機器人參與救災是一項各國正在開發的技術, 配合趨勢, 將主題訂為機器人救災大作戰希望藉由比賽強化參賽學生的創造能力及提升學生的實作經驗, 設計兼具創思與救災功能的機器人從參賽的過程中, 我們獲得課本無法學到的經驗與成長我們的專題就以這次參賽的作品作為專題題目 1-2 機器人簡介在大家的討論結果下, 決定讓機器人能通過以下的障礙因此所設計出來的機器人必須有克服以下障礙的功能 (1) 橫木障礙 : 機器人必須越過有枯木橫倒於路中間的障礙, 橫木固定於地板之長方柱木條, 其高度為 5 cm, 寛度為 6 cm, 長度為 150 cm 橫木尺寸如圖 1-1 所示 (2) 便橋障礙 : 機器人須通過臨時架設之便橋, 便橋與路面有一高度差而形成斜坡障礙, 便橋寛度為 120 cm, 總長度為 300 cm, 中間部分最高處為 15 cm 尺寸如圖 1-2 所示圖 1-1: 橫木圖 1-2: 便橋 4

7 1-3 初步設計概念參考了一些網路資訊, 如 :1982 年, 日本知名的田宮模型社 (TAMIYA) 聘任三井先生製作機器人工藝系列 (1) 機械動力玩具,(2) 四足機器人,(3) 利基應用科技股份有限公司的六足機械獸, 及 (4) 各式各樣的機械獸創意設計我們設計了本專題的八足步行機器人, 除了一般的移動前進外, 還能夠跨越一定高度的障礙物及斜坡, 步行的前進方式與足部的防滑裝置讓機器人能輕鬆越過斜坡與障礙物而不跌倒 1-4 製作流程討論討論議決草圖設計材料準備零件設計電路設計零件製作組合零件測試與修改撰寫報告製作 ppt 5

8 6

9 第二章設計與製作 2-1 設計概念在大家的討論後, 初步構想是將機器人分成兩部份, 主要分為拯救娃娃的手臂, 及行走的腳部整體視覺上似一個機器腳在背著機器手在行走, 也像是烏龜在背著一個殼在走路為了能讓機器人能平衡的行走及通過各個障礙, 經過討論後, 決定設計出八隻腳之機器人, 降低跨過障礙物時會跌倒的風險機器人策略分析八支腳的設計構造, 如圖 2-1 所示 : 為了希望在跨越障礙時, 也能保持平衡 (a) 增加機器人行走時的步徑距離, 與輕易經過障礙物 (b) 在腳的最末端加上粗糙的平面, 以防止在平滑的斜坡上產生滑行的現象圖 2-1: 最初構想設計圖 7

10 2-2 零件設計機構零件設計底盤 : 主要固定左右齒輪板與電路板圖 2-2: 底盤左右固定齒輪板 : 固定所有齒輪軸與小齒輪圖 2-3: 左右固定齒輪板圓盤 : 利用螺絲, 使其與齒輪固定並同時運轉, 帶動長腳與短腳來進行前進圖 2-4: 圓盤 8

11 長腳 : 利用螺絲, 使其固定於圓盤來進行前進的動作圖 2-5: 長腳短腳 : 利用螺絲, 使其固定於圓盤來進行前進的動作圖 2-6: 短腳長齒輪軸 : 固定齒輪與圓盤, 使齒輪與圓盤在轉動時, 不會產生激烈的震動圖 2-7: 長齒輪軸 9

12 短齒輪軸 : 固定齒輪與圓盤, 使齒輪與圓盤在轉動時, 不會產生激烈的震動圖 2-8: 短齒輪軸大齒輪 : 與小齒輪和馬達齒輪進行傳動, 從而帶動圓盤旋轉 6 圖 2-9: 大齒輪小齒輪 : 與大齒輪和進行傳動, 從而帶動圓盤旋轉圖 2-10: 小齒輪馬達帶動之齒輪 : 此齒輪與馬達直接作結合, 與馬達的旋轉同速同動, 並帶動大齒輪圖 2-11: 馬達帶動之齒輪 10

13 2-2-2 遙控電路設計我們設計的控制線路 ( 如圖 2-12 所示 ) 利用電路板, 並使用繼電器來控制馬達的正逆轉及 6P 開關來控制我們所要的前進後退, 左轉右轉再來使用有線遙控電路板來設計, 用遙控電路板來起動馬達, 然後利用齒輪來變速與帶動電路源是使用 8 顆 1.5V(AA) 的電池串聯起來, 提供電源給馬達並設計互鎖功能, 以免馬達正逆轉同時運行而燒毁圖 2-12: 機器人線路控制圖 11

14 2-3 零件製作齒輪與圓盤之製作在以上的零件當中, 使用線切割機器加工製作的是齒輪及圓盤而齒輪軸則是利用車床及鑽床製作, 其餘零件則是使用較簡單的工具製作, 但尺寸必須對得很準, 因兩個齒輪的結合是否無誤, 須視鑽孔的距離以下再介紹齒輪及圓盤的製作過程基本上使用線切割的製作過程都是一樣的, 僅是使用 Twin CAD 繪圖時的尺寸不一樣, 如圖 2-13 所示大齒輪之設定值利用 Twin CAD 裡面的套用齒輪功能, 設定值設好後, 就將中心繪製一個孔, 然後將所有線條串接起來, 讓圖形的線條不間斷, 再利用 Twin CAD 的功能將圖轉換成 NC 碼並存入線切割機器, 讓機器切割我們所需要的形狀表 2-1: 三組齒輪的設定值項目大齒輪小齒輪馬達帶動齒輪齒輪型態外齒輪外齒輪外齒輪節圓直徑 100mm 20mm 15mm 全齒輪齒數模數壓力角 20 度 20 度 20 度齒頂圓直徑 102mm 22mm 17mm 齒底圓直徑 97.5mm 17.5mm 12.5mm 齒頂圓角半徑 0.2mm 0.2mm 0.2mm 齒底圓角半徑 0.2mm 0.2mm 0.2mm 12

15 齒面細分段數 16( 最高 ) 16( 最高 ) 16( 最高 ) 齒輪軸之製作為了減輕重量, 我們選擇鋁材作為材料利用車床把工件加工至需要尺寸, 在直接於零件中心貫穿直徑為 7 mm 的洞口, 以製造 M8x0.75 的螺紋底盤及左右固定齒輪板之製作為了讓每一個齒輪間的接觸良好, 傳動順利, 因此在製作固定齒輪板時, 首要注意的是齒輪的間距尺寸, 鑽孔時中心點的尺寸不得偏差太多, 以免齒輪接觸不良其中有六個孔是直徑 8 mm, 一個孔是直徑 6 mm, 直徑 6 mm 的孔用於安裝馬達, 其餘是用於安裝齒輪軸底盤垂直固定架及左右固定齒輪板組裝後的外型是呈 H 字型在製作底盤時, 也必須配合垂直固定架及左右固定齒輪板的尺寸大小, 以避免安裝後出現不平整或凸出的現象 13

16 2-3-4 遙控電路板之製作在瞭解機器人所需的動作後開始設計電路圖, 行走的主要動作為前進後退原地左轉原地右轉利用馬達正逆轉的特性, 再利用繼電器來保護與控制馬達旋轉的方向購買所需的零件後, 先於麵包板上進行測試, 以確定電路及零件是否正常, 確定無誤後, 在焊接到電板上, 焊接完後再次進行測試, 以確保全部焊接點沒有問題, 最後再安裝在組好的機器人上表 2-2: 摇控器之材料表 6P 開關電路板繼電器電線錫焊及其用具馬達兩個一片四個一串一組兩組圖 2-16: 遙控材料準備圖 2-17: 遙控器 14

17 第三章組裝 3-1 組裝機器人所有的零件製作完成後, 接下來就是組裝的部份第一部份必須先組裝底盤垂直固定架及左右固定齒輪板, 第二部份則是組裝齒輪及圓盤部分, 之後是在組裝足部, 最後是將馬達及製作好的遙控器組裝, 電路板則是鎖在底盤上過程中, 須注意的地方即是大齒輪與小齒輪之間的結合, 螺絲所鎖上的扭力程度也必須考慮在內圖 3-1: 完成主要零件 15

18 3-2 機器人工程圖 Solid Works 軟體繪製的機器人工程圖及各部位零件名稱編號圖 3-3: 爆炸圖 ( 對照表 3-1 之零件名稱 ) 零件名稱表 3-1: 爆炸圖之零件對照表數量編號零件名稱 1 垂直固定架 2 11 圓盤 8 2 底盤 1 12 圓環片 8 3 左右固定齒輪板 2 13 M8 六角承窩頭 (16mm) 16 4 長齒輪軸 4 14 M8 六角承窩頭 (45mm) 4 5 短齒輪軸 4 15 M5 六角承窩頭 (20mm) 8 6 大齒輪 8 16 M5 六角承窩頭 (40mm) 8 7 馬達帶動齒輪 2 17 長腳 2 8 小齒輪 4 18 短腳 2 9 長圓環 4 19 M5 六角螺釘頭 (30mm) 8 10 短圓環 4 20 固定腳圓環 8 數量 16

19 圖 3-4: 機器人爆炸組合圖 ( 等角視圖 ) 圖 3-5: 機器人爆炸組合圖 ( 右視圖 ) 17

20 圖 3-6: 機器人等角圖 18

21 圖 3-7: 機器人三視圖 19

22 3-3 成品照片 20

23 第四章結果與討論製作這次的專題, 我們遇到了許多瓶頸在思考機器人的機構方面, 因時間有限的情況下, 我們決定使用最普遍的方式, 就是利用馬達來帶動齒輪, 再從齒輪驅動腳來進行前進在購買材料方面, 我們最大的問題就是齒輪的重量, 經查詢許多商家之後發現, 市場上所販售的齒輪, 多數以鐵為材料, 價格方面對我們來說也有點昂貴在老師的建議下, 我們決定尋找相關廠商協助改用線切割機器來製作齒輪最後在大家的努力下, 終於在比賽前及時完成專題雖然這部機器不是很完美, 我們花了很多時間改造實驗, 大家用盡了很多的心思構想出這台機器, 很多機器都是經過很多的實驗測試才能達到最完美, 在測試期間, 發現有很多需要思考的地方在開始設計這台機器的過程中, 材料的選擇零件加工組裝, 都是一門需要思考的學問, 組裝完成還要經過一連串的測試, 把誤差降到最低原型機原採有線遙控, 經操作後深感不便, 更改裝為無線遙控, 增加其便利性本專題承蒙修平科技大學機械工程系教授的指導, 也感謝新民高中資訊科老師在電路方面的協助設計與安裝, 使本專題得以順利完成 4-1 結論此機器人的爬行能力經測試結果, 能行走低於 20 度以下之斜坡, 並跨越 5 公分以下的障礙物,8 足的設計使其能平穩的行走在凹凸不平的路面上可廣泛應用於救援探測危險工作等用途本次的專題製作限於本身的專業學識與加工設備的不足, 僅能完成目前的第一代原型機, 有許多的功能未盡理想, 擬加入無線視訊設備與網路傳輸, 使其功能更加多元化, 期待日後能繼續研究改良, 或提供相關研究 21

24 4-2 使用設備主要硬體設備 : (1) 線切割機器 : 用於製作齒輪及圓盤 (2) 傳統車床 : 用於製作齒輪軸 (3) 傳統鑽床 : 所有需鑽孔之零件主要軟體設備 : (1)Twin CAD: 用於繪製齒輪及圓盤, 並轉換成 NC 程式碼 (2)Auto CAD: 用於繪製齒輪及圓盤 (3)Solid Works: 用於繪製零件圖組合圖爆炸圖等 22

25 參考文獻 1 趙英傑 (2009), 三井康亘的線控壓克力機器人 2013 年 3 月 10 日摘自 2 簡易套件組四足機器人的製作 ~ 達文西積木 (2011),2013 年 3 月 10 日摘自 3 利基應用科技股份有限公司, 六足機械獸組裝說明 (2008) 2013 年 3 月 10 日摘自 4 創意機構設計學習網 (2008),2013 年 3 月 10 日摘自 5 邱瑞敏 (2011), 機件原理, 台北市 : 台科大圖書有限公司 6 李榮華 (2011), 機械力學, 台北市 : 龍騰圖書有限公司 7 王千億 (2011), 機械製造, 台北市 : 全華圖書有限公司 8 吳清炎 (2011), 電腦輔助繪圖實習, 台北市 : 華興圖書有限公司 9 范盛祺 (2010), 機械電學實習, 台北市 : 全華圖書有限公司 10 楊玉清 (2011), 機械材料, 台北市 : 全華圖書有限公司 11 謝慶雄 (2011), 機構學, 台北市 : 高立圖書有限公司 12 Tutorial How to Draw a Worm Wheel SolidWorks toolbox.avi (2010), 2013 年 3 月 10 日摘自 13 呂俊鋒 (2007), 電機學, 台北市 : 高立圖書有限公司 14 郭宏賓 (2013), 深入淺出零件設計 Solidworks 2012, 台北市 : 全華圖書有限公司 (2011) 23

FZ1.s92

FZ1.s92 第一章服装制作工艺基础知识第一节服装术语服装术语是服装技术专用语, 如服装的每一个品种服装上的每一块裁片服装制作过程中每一种操作, 以及所使用的工具服装制作过程中出现的各种弊病和要达到的某些质量要求等, 都有其