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        包裹性抓取不規(guī)則物品的自反饋機械爪

        2024-02-03 13:32:22徐博
        關(guān)鍵詞:微動螺桿物品

        在城市建設(shè)、醫(yī)療服務(wù)、娛樂生活等領(lǐng)域,都能見到機械爪的身影。但在實際應(yīng)用中,老式舵機機械爪在工作過程中需負(fù)載抓取,這會影響電機的完整性和穩(wěn)定性。柔性機械爪則在抓取過程中的穩(wěn)定性不夠強。

        能否在簡化電路、減少安全隱患的同時,讓機械爪適配更多抓取對象,更合理、準(zhǔn)確地抓取?在網(wǎng)絡(luò)檢索時,我發(fā)現(xiàn)市面上有一種“月牙形自適應(yīng)臺鉗”,其月牙結(jié)構(gòu)可以緊密適配被夾物品,進行試壓和工作。這給我的設(shè)計帶來了啟發(fā)。

        一、設(shè)計思路

        簡化電路,降低設(shè)計制作難度,提升運作穩(wěn)定性保護電路,便于后期維修。采用月牙狀爪手,實現(xiàn)包裹性自反饋抓取,提升物品適配度。

        二、設(shè)計原理

        設(shè)計電機正轉(zhuǎn)時釋放過程的電路,電機反轉(zhuǎn)時抓取過程的電路。

        在電源與電機(用電器)間加入雙刀雙拋開關(guān),對電流進行有效控制。電流通過雙刀雙拋開關(guān)后,二極管和微動開關(guān)并聯(lián),二極管只可單向通過,保持裝置中兩組并聯(lián)電路中的二極管方向一致。

        當(dāng)雙刀雙拋開關(guān)與下側(cè)閉合時,電機正轉(zhuǎn);與上側(cè)閉合時,電機反轉(zhuǎn)。電機正反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換過程不受微動開關(guān)開合的影響。

        電機正反轉(zhuǎn)決定了與之承接的螺桿的旋轉(zhuǎn)順逆。當(dāng)電機正轉(zhuǎn),螺桿順時針旋轉(zhuǎn),“螺母”向上移動,爪手張開,機械爪釋放;當(dāng)電機反轉(zhuǎn),螺桿逆時針旋轉(zhuǎn),“螺母”向下移動,爪手內(nèi)收,機械爪抓取。

        微動開關(guān)的巧妙安裝可以有效保護裝置。機械爪在抓取過程中,因物品過大或不適配而無法抓取時,其手臂觸碰按鈕,斷開微動開關(guān),形成物理性斷開,保護裝置及電路。

        三、制作過程

        (一)材料與設(shè)備

        螺絲刀、電烙鐵、壁紙刀、剪線鉗、膠槍、膠棒、3D打印機等。3D打印結(jié)構(gòu)件、N20螺桿減速電機、7.4 V鋰電池、開關(guān)等。

        (二)制作過程

        通過對傳統(tǒng)機械爪和變異形機械爪的分析,我以“提高物品適配度,增大接觸面積”以及“增加抓取穩(wěn)定性,簡化操作”為制作理念。

        針對第一點,起初我參考了虎口鉗鉗口的半月牙設(shè)計,但在設(shè)計和完善過程中,我發(fā)現(xiàn)其鉗口部分單薄,應(yīng)用在機械爪上不僅不能有效增大接觸面積,其支撐和受力情況也受限。之后,我基于一款半月形自適應(yīng)臺鉗結(jié)構(gòu)設(shè)計機械爪的手部,將“月牙”數(shù)量增加至2的n次方。

        待結(jié)構(gòu)、電路等部分的構(gòu)思初步制作完成,我利用3D打印機進行成品的制作以及組裝。

        四、實驗測試

        在電路的控制下,電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)使螺桿旋轉(zhuǎn)。順時針旋轉(zhuǎn)使其連接的機械爪手臂閉合,逆時針旋轉(zhuǎn)使其連接的機械爪手臂張開,實現(xiàn)機械爪的抓取與釋放。

        實驗過程中,在機械爪抓取物品時,觀察其接觸面是否嚴(yán)密、抓取后向他處位移時是否穩(wěn)定、能否順利抓取等。測試結(jié)果如表1。

        五、創(chuàng)新點

        在設(shè)計和制作過程中沒有使用傳感器和編程,電路簡單,易操作。在抓取釋放過程中,機械爪的高適配度通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)。

        利用3D打印技術(shù)雖制作便捷,但對被抓取物品的自重有一定的要求。后續(xù)將提升堅固性、相互承接的螺桿等部分的潤滑程度,減少誤差。(指導(dǎo)老師:何斌)

        專家點評

        徐博同學(xué)的包裹性抓取不規(guī)則物品的自反饋機械爪,是一件改進型發(fā)明作品。這項發(fā)明源于他在看到機械爪應(yīng)用前景良好的同時,也發(fā)現(xiàn)了老式舵機機械爪負(fù)載過程會影響電機完整性和穩(wěn)定性、柔性機械爪則在抓取過程中穩(wěn)定性不佳等不足,于是想到了這項發(fā)明課題。

        從發(fā)明選題方法分析,他利用了缺點列舉法,即列舉已有事物的缺點來進行改進性發(fā)明的思路與方法,青少年稱之為“挖缺點”。從解題思路分析,他主要利用了移植法——將“月牙形自適應(yīng)臺鉗”的部分結(jié)構(gòu)移植到自己的這項發(fā)明中,使現(xiàn)有機械爪具有自適應(yīng)性和穩(wěn)定性的新特點。

        這項作品的完成,其一,體現(xiàn)了發(fā)明人對科技創(chuàng)新的濃厚興趣,對本人研究成果的分享意愿和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,對科學(xué)研究工作的基本規(guī)律和方法的理解等科研潛質(zhì)。其二,體現(xiàn)了發(fā)明人敢于質(zhì)疑、勇于進取的精神和對現(xiàn)有技術(shù)的遷移應(yīng)用能力。

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