爬杆机器人设计书 -(5)

如下图二所示的为曲柄滑块传动机构。与一般的曲柄滑块不同的是，此机

构的曲柄端也与滑块相连，即有上下两个滑块，但是在工作过程中可以通过控制

夹紧装置，使其中某一滑块滑动时，另一滑块恰好固定。如此，在任意时刻，分

析该机构的运动特性时可按照一般曲柄滑块处理。电动机固定在曲柄端连接的滑

块上，带动曲柄顺时针旋转。推程运动中，下滑块固定，曲柄从最下端开始运动，

转动0～180°过程中，推动上滑块运动至顶端。回程运动中，控制上滑块固定，

转动180～360°过程中，拉动下滑块向上运动

图二

3.3比较分析:

3.3.1弹簧套筒组合传动机构

优点：1．利用凸轮直径变化推动前进，过度平缓，工作较平稳。

2．上下滑块间的连接仅依靠俩大小套筒弹簧套接而成，形式简单，结构

简便，无弯矩及扭矩，稳定可靠。

3.主要承受载荷部位在弹簧处，长时间工作后，弹簧可能疲劳受损，弹性

减弱，此时只需更换弹簧即可恢复稳定工作，互换性好。

缺点：1.依靠凸轮传动时，受凸轮大小尺寸的限制，工作效率太低。

2.只能在直杆上运动，无法在弯截面杆上工作，工作范围有限。

3.3.2曲柄滑块传动机构

优点：1.属于平面连杆机构，结构简单，制造方便。

2.运动副为低副，能承受较大载荷

3.曲柄连杆铰接，可弯曲，能在弯曲爬杆外爬行

4.只要能满足强度和刚度要求，曲柄连杆可尽量加长，提高工作效率

缺点：1.连杆与滑块用铰链连接，接触面太小，滑块受力不均

2.以杆传动，杆受弯矩较大，对杆的材料要求较高，以满足工作强度

曲柄滑块工作示意图

3.4夹紧装置功用：用来在攀爬过程中让一端夹紧爬杆，形成固定端，

另一端放松，为自由端，自由伸缩。并能交替改变两端状态。

3.4.1梯形自锁机构

如图三（a），为一梯形自锁机构。带

有自动锁紧的夹紧装置。上下滑块均

如图所示安装，梯形大边在上。曲柄

在底部转至顶端的过程中，经力的分

析，上自锁套受到向上的推力，自锁

套内的两个小球因重力掉至梯形底

部，由于球的直径小于梯形底边长,

图三（a）

小球与爬杆间无挤压，它将无阻碍的被连杆往上顶起；与此同时，下自锁套受的

却是向下的推力，与上面的相反，其具有向下运动的趋势，内部的小球脱离自锁

套的底部，因小球直径大于梯形上边长，那么小球就被卡在了梯形空间中，此时

由于小球被固定而使整个自锁套看作是一个机架铰接曲柄；曲柄由顶端向低底端

转动时，上下滑块受力情况恰与第一种情况相反，上自锁套因受力自锁而被固定，

曲柄连杆拉动下自锁套向上运动，在曲柄过最低端时又循环到第一种情况。如此

上下滑块周而复始交替上爬。

图三（b）

图三（a）为上自锁机构，即只能实现单向上爬运动。为了解决机器人下爬的问

题，可采用十字自锁套机构，即两个自锁套交叉垂直合并在一起，如图三（b）

所示，其中之一梯形大边在上,如图三（a）所示 ，另一个恰好相反，梯形大边

在下为下自锁机构，工作原理与上自锁刚好相反，上升时不工作，下滑时工作。

上爬时，通过继电器使其中一对工作另一对暂时停止工作，下爬时，通过继电器

使两对自锁套工作状态调换，实现下爬加紧运动。

3.4.2机械爪子夹紧装置

如图四，该装置为摆杆变形机构。通过外部受力拉动拉杆1，使得摆杆2

和3向内摆动时，拉动摆杆4和5摆动，带动两滚轮挤压爬杆，实现加紧作用。

外力撤去或减小时，通过套筒中弹簧的回复作用使杆件1复位，两滚轮松开，实