爬 繩 機 構
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爬 繩 機 構. 指導老師: 陳昭亮教授 莊勝雄教授 組員學生: 林宜蒨 49161007   徐舶強 49161020 歐任凱 49161137. 緣起. 其實爬繩機構目前大多數直接的出發點都是以大樓窗戶清洗機為優先,甚至還有人申請作為專利,突顯垂直運動機構在目前所需要的是高度的自由性與便利性。. 爬繩機構相關產品. 爬繩機器人 挖掘金字塔機器人 吊橋繩索線上維修機器人. 蘇州大學爬繩機器人問世.

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爬 繩 機 構

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Presentation Transcript


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爬 繩 機 構

  • 指導老師:

    陳昭亮教授

    莊勝雄教授

  • 組員學生:

    林宜蒨49161007

      徐舶強49161020

    歐任凱49161137


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緣起

其實爬繩機構目前大多數直接的出發點都是以大樓窗戶清洗機為優先,甚至還有人申請作為專利,突顯垂直運動機構在目前所需要的是高度的自由性與便利性。


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爬繩機構相關產品

  • 爬繩機器人

  • 挖掘金字塔機器人

  • 吊橋繩索線上維修機器人


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蘇州大學爬繩機器人問世

  • 爬繩機器人的設計理念是模仿人的動作實現「機械手、腳」的抓放動作和身體的伸縮動作,靠三個氣缸來控制,再透過參數變化實現爬行高度的調整、抓繩的雙向運動,同時還可以快慢調速,其安全性非常高。

    http://www.people.com.cn/BIG5/keji/1057/2262796.html


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功能需求

  • 因應目前高樓的林立,可自主性攀升機具的需求是必要的,結合操作爬繩機構的攀爬高度,及在其機構平台上配置各種工具,將可構成一個符合需求且活動度較高的工具機。希望可以讓其上升下降動作流暢穩定,定位有一定的精準度,且能負載重量(目前我們設定目標為3KG) 。


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初步概念設計圖


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機構上視圖


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初步設計與評估~~機構1

  • 希望藉由兩個齒輪互相夾住繩子滾動爬升。

  • 為了增加摩擦力,設計將齒輪組有高度差

  • 兩個齒輪組的上下交錯可以使繩子在軸與軸之間產生彎曲有助於摩擦力的增加,可在指定高度時做靜止固定的動作。


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其中一個齒輪組做活動桿可以轉動桿子調整夾繩的緊度。

軸可能增加壓花增加表面粗度跟摩擦係數。

整個機構的體積預估裝置在30*25*20左右的立方體盒子裡。


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預期可能遭遇到的困難與解決方法

1.繩子夾的緊度不夠

解決:採用活動桿的裝置可以讓齒輪更緊密的咬合在一起。

2.整個機構重量太重以致爬不上去

解決:選用質量較輕的材料當作機構的元件以減少整體的重量

3.重量分配不平均的問題。


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初步設計圖與評估~~機構2

  • 利用電磁鐵之間的引力與斥力

  • 通電後B排斥A使整個機構往上(此時B固定)

  • A在不通電時會停住

  • 再將A通相反方向的電流使B往上

  • 如此反覆即可達到爬升的目的


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如何固定電磁鐵

  • 此防滑機構原理為當繩子平順移動時兩邊的滾珠會平順的轉動,假如有忽然間掉落的情形時,瞬間產生的速度將迫使滾珠與繩子與兩邊夾的更緊以達到固定止滑的效果。

  • 缺點:只適合向上運動。


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預期可能遭遇到的困難與解決方法

1.瞬間失速時對系統造成的震動。

解決:可在夾具端口加電磁鐵,要停住時先通電流產生磁力吸附滾珠,減少震盪。

2.磁力如何測量。

解決:用實驗來估算

3.磁力能否夠承受負載。

4.如何控制電流,讓定位準確。

5.如果將電磁鐵中心穿過繩子,則鐵心面積大大減少,對於磁力的影響會很大。


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實驗測試磁力的大小是否足夠

  • 設計實驗原因:2個電磁鐵之間的磁力線分布太複雜,不易分析,所以用實驗來測試。

  • 決定要買的材料~

    彈簧-我們選擇可拉伸的彈簧

    漆包線-先用比較小的測試

    鐵心

  • 測量彈簧的K值

    將已知重量之物體掛上,量變形量


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實驗步驟紀錄

1.F=kx, F=44.5N x=4.4cm → k=1011N/m

2.將面包版插上電阻(100歐姆),再接電源供應器,產生電流,把電線與漆包線(前端需要刮漆)纏在一起,讓電流可以流通。

3.介於兩漆包線中間接上彈簧。

4.打開電源供應器,調整電流使其約為0.1安培。

5.觀察彈簧的變形量。


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實驗結果

  • 彈簧的變形量很小~

    可能是因為我們買的彈簧K值太大,或是兩個電磁鐵間的力太小,後來我們把電磁鐵直接拿來吸中間的小鐵心,感覺應該是力量太小了,所以目前我們應該會放棄這個想法。


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初步概念設計圖(3)


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設計:

做一個外殼固定機構

利用鏈鋸機構傳送動力

將夾具焊在鏈條上

利用軌道製作夾具

評估:

較有效率的傳送動力

可直接透過馬達轉速控制升降速度

升降是屬於連續式,所以較容易定位

初步設計與評估~~機構3


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進行的方法與步驟

  • 讓夾具順利進入軌道,在軌道較窄的地方夾具會夾住繩子而卡住,此時鏈鋸持續轉動,整個軌道也會跟著上升,原先的夾具脫離繩子,新的夾具又進入軌道夾住繩子。

  • 當夾具夾住繩子時,鏈條帶動機構上升下降。

  • 如此反覆做升降運動。

  • 目前預訂規格是,以鏈鋸為中心,向外各伸長一個夾具的長度(約10CM)


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預期可能遭遇困難(1)

  • 當夾具夾住繩子同時會產生側向的拉力,鏈條受力往外拉伸,如此一來是否會造成脫鏈的情況?


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解決方法(1)

  • 改用鏈軌(原先設計只有鏈條)


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解決方法(1)續

  • 調整鏈條張力


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解決方法(1)續


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預期可能遭遇困難(2)

  • 夾具在隨鏈條輪轉時是否能夠順利導軌


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解決方法(2)

  • 找尋一個適當的彈簧(壓縮彈簧)固定在夾具兩端上,如此一來就算在無軌道時也不至於使夾具兩端過份分開而無法導軌。


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期末預定進度

  • 完成機構的細部設計與評估(設計圖、組裝圖、動力需求)

  • 尋找市面上是否有符合我們要的零件,預定零件規格

    The end


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