行走机器人玩具模型设计.doc

1、本科毕业设计（论文）通过答辩行走机器人玩具设计摘 要目前市场上比较热销的玩具是动漫玩具，但这类玩具大多数都以模型为主，因此，行走类动漫玩具有比较大的市场潜力。本次设计采用了新的设计思路，把行走机器人玩具跟热播动漫结合起来，针对特定群体进行设计。在综合考虑了安全性，流行性，制作容易等方面的情况下，本设计选取了动漫七龙珠里边的布欧作为原型；同时我对玩具的运动机构进行了设计，使其具有了平稳行走以及碰到大块障碍物时能够自动转弯的功能；最后，在布欧的内部结构上，我对玩具内部机构的一些尺寸进行了精确计算，进而对各个部件的位置进行了合理定位，使得各个部件能够有机地结合起来，从而实现预期功能。关键字：机器人玩

2、具；动漫玩具；布欧Walking Robot Toy DesignAbstractNow the hot toys are cartoon toys in the market, but most of these toys are model-based, so the animation toy which can move will have a large market.I use a new design idea, I made the walking robot toys combined with the hit cartoon, and I aimed at specific

3、 groups to design. I considered the security, pandemic and the production of simplicity, then I chose Buu which is from Dragon Ball as a form. And I have designed the toys movement mechanism, so that toys can walk, and when the toy meetthe large obstacles will automatically turn. Finally, I have cal

4、culated some sizes of the internal structure accurately, and I have given reasonable position to all parts, so all parts can combined Organically,then toy can achieve the desired function.Keyword: robot toys; cartoon toys; Buu目录1.绪论11.1本课题的研究内容11.2本课题研究的历史和现状11.3本课题研究的意义12.玩具设计总体规划22.1设计流程22.2设计工具选择

5、22.3方案设计23.机构设计43.1行走机构设计43.2平衡机构设计63.3转弯机构设计64.玩具的驱动与控制系统74.1玩具的动力74.2玩具的驱动电源84.3减速箱的设计94.3.1传动比计算94.3.2减速箱结构设计94.3.3齿轮参数及减速箱尺寸计算104.3.4减速箱三维实体绘制115.外部造型设计145.1常见的动漫造型145.2本次设计的原型155.3玩具的外部造型166.玩具内部结构设计186.1内部基本结构186.2内部主要结构的尺寸计算196.2.1固定环的尺寸计算206.2.2弧形槽的尺寸计算206.3其他结构216.3.1导管216.3.2杠杆227.装配237.1减

6、速箱的装配237.2整个玩具的装配25设计小结28致谢28参考文献29- 30 -1.绪论1.1本课题的研究内容玩具就是用于“玩”的器具。经过多年的发展，当今的玩具已从单纯的娱乐性向多功能性转化。因此，玩具设计不仅要考虑玩具自身的因素，也要注重相关要素间的相互作用和联系，玩具产品的设计应该包括其外延的整体设计。本课题希望在对现有行走机器人玩具进行较详细研究的基础上，充分发挥自己的主动性和想象力，在某一方面有所突破，设计出自主创新的产品。主要的设计内容包括：（1） 玩具机器人外部造型的设计（2） 玩具机器人运动机构以及机芯的设计（3） 玩具机器人驱动和控制系统的设计（4） 玩具各个部分的位置设计

7、及装配1.2本课题研究的历史和现状早在20世纪30年代，行走机器人玩具就已经面世，早期的玩具机器人并不单单会走路，它们有的会发光，有的带有齿轮或是泵气活塞。40年代末出现了电动以及50年代初出现了遥控技术，机器人玩具变得能够发光、旋转、发射光线枪并带有声音效果，甚至从嘴里喷出烟雾。随着塑料以及后来的压铸金属成为普遍可见的材料，机器人玩具的设计变得更加多彩、复杂和精细了。20世纪80年代以来，随着微处理器和小型电子普及，不少机器人玩具都成了带有电脑技术的复杂机械，它们当中不少机器人装有传感器、数码摄像头和语音识别装置，能对主人作出反应。近年来，随着动漫产业的兴起，衍生了一种动漫玩具，所谓动漫玩具

8、就是指原漫画或动画衍生的玩具产品，是玩具和动漫结合后形成的新产业链，现代动漫玩具设计已发展出静态、动态、拼装以及游戏互动的各种形态。动漫玩具是动漫产业链中的一个重要组成部分，在动漫产业的开发环节，玩具占有很大比重。近两年来，传统的毛绒玩具和电动玩具销售情况不容乐观，但各种热播动漫的玩具热销势头却一直不减，由此可见动漫玩具在未来有很大的市场。1.3本课题研究的意义玩具是人们日常生活中的一种娱乐工具，它具有庞大的市场。现代的玩具不仅种类越来越多，设计也越来越复杂，同时又加入了越来越多的高科技因素。就行走类机器人玩具而言，大量的高智能机器人好像雨后春笋般冒出来，其功能也是越来越多，但是它们的价格对大

9、多数人来说都比较高，特别是在一些发展中国家情况更是如次。而一些价格比较低廉的传统电动玩具和毛绒玩具近几年的市场又比较萧条，同时经济危机对玩具行业的巨大冲击使得传统玩具的销售情况变得严峻。因此希望通过本课题的研究可以开发出一种简单好玩而且价格又可以让大多数人接受的玩具。2.玩具设计总体规划2.1设计流程本次设计的流程如下： 图2-1 流程图2.2设计工具选择CAD设计环节我选择了PRO/ENGINEER软件作为设计工具，与其他同类三维软件相比，Proe/ENGINEER的不同之处在于以下几点：（1）Pro/ENGINEER是一个基于特征的实体模型建模工具，可以利用每次个别建构区块的方式构建模型。

10、设计者根据每个加工过程，在模型上构建一个单独特征。特征是最小的建构区块，若以简单的特征建构模型，在修改模型时，更有弹性。（2）通过创建零件、装配、绘图等方式，可利用Proe/ENGINEER验证模型。由于各功能模块之间是相互关联的，如果改变装配中的某一零件，系统将会自动地在该装配中的其他零件与绘图上反映该变化。（3）Pro/ENGINEER为一参数化系统，即特征之间存在相互关系，使得某一特征的修改会同时牵动其他特征的变更，以满足设计者的要求。（4）根据已建好的实体模型，在装配中，利用其特征（平面，曲面或轴线）为基准，直接构建新的实体模型。这样建立的模型便于装配，在系统默认状态下可以完成装配。2

11、.3方案设计方案一：如图2-2所示，设计一个四足爬行的时髦的电动猪，给它配一副墨镜，让它实现走几步停下来拱一下嘴和摆一下尾巴然后继续走的功能，同时设计它碰到大块障碍物时能自动转弯。 图2-2 猪方案二：如图2-3所示设计一个双足行走外形凶猛的蓝色霸王龙，让它实现抬腿走这个动作。 图2-3 霸王龙方案比较：（1） 方案一比较新颖而且平衡比较容易控制，但要实现行走对机构要求比较高，行进当中要停顿几秒再继续前进以及碰到大块障碍物自动转弯实现起来也比较困难；（2） 方案二的优点在于要实现行走功能比较容易，同时外形比较吸引人，而它的缺点在于不够新颖以及控制平衡没有方案一容易。（3） 此外，两个方案都有一

12、个相同的缺点，按照两个方案设计的玩具不管是电动玩具还是遥控玩具现在的市场前景都不容乐观。现在结合方案一和二的优点提出最终方案。最终方案：以动漫人物作为原型，设计一款新颖的动漫玩具，鉴于动漫人物常常是两足行走的，所以玩具设计成两足行走玩具，同时让它具有抬腿走这个功能以及碰到大块障碍物自动转弯避开的功能。如图2-4所示。最终方案优点：行走和转弯容易控制；虽然最终做出来的玩具也是电动玩具的一种，但是我利用动漫行业现在兴旺发达的机会，以动漫人物为原型设计的玩具具有巨大的市场潜力。 图2-4 布欧3.机构设计3.1行走机构设计行走类玩具，顾名思义要能实现行走，电动玩具要实现行走也有比较多的方法，从行走方

13、式来说常见的有两种：（1） 有真正在走路的足，能够作出逼真的行走动作。（2） 没有真正在走路的足，只有轮子和模拟足，简单的说就是模拟足并没有着地，真正带动玩具前进的是轮子。根据此次设计的需要可知必须采用前一种方式。具体的机构设计见图3-1图3-1 行走机构具体设计要求：（1） 中间部分是减速箱，减速箱的输出轴两端上下弯曲做成曲轴，曲轴带动带动左右两腿实现迈步动作。（2） 腿部不仅有向前的运动，还有上下的运动，因此在减速箱中间装有两个固定销，两腿上方开有滑槽，两腿滑槽沿固定销的滑动改变腿上下位置。（3） 考虑到运动的平稳性，行走速度不能过快而且迈步的幅度不能过大，所以选择控制曲轴转速在30r/m

14、in左右，曲轴弯曲的长度为5mm。为了能够直观表达，我用以下一组图来展现行走过程：图3-2 行走示意图一图3-3 行走示意图二3.2平衡机构设计如何保持行走平衡是两足行走玩具的关键，解决平衡问题的方法也有很多，其中最简单的一种方法是使玩具其中一条腿抬起来的时候，整个玩具的重心投影还能够落在支撑脚的脚面范围之内。在本次设计中我也是采用这种方法，并且采取两个措施来解决平衡的问题：（1） 重心偏移，具体做法是使脚平面与腿平面之间的夹角略小于90，这样在一条腿着地时，整个玩具重心能向这条腿移动。（2） 配重平衡，如图 3-4图3-4 平衡机构导轨两边略向内凹，因为电机是装在两腿之间的，整个玩具的重心也

15、基本在中轴线上，而此装置的作用在于其中一条腿抬起来的时候，导轨里面的铁珠就会滚向另外一边，这样整个重心也移向支撑腿，当两腿都着地的时候，因为导轨略向内凹，铁珠也就滚到导轨中间。以上两种方法的使用是相互配合的，也是有先后顺序的，重心偏移后才开始配重。因为脚平面与腿之间的夹角也不能过小，太小就不能保证行走当中的稳定性，也就是说重心的偏移是极其有限的，为了保证重心投影能够完全控制在脚平面范围内就需要通过配重来使玩具重心继续向支撑腿靠拢。3.3转弯机构设计如图3-5所示 图3-5 转弯机构转弯功能其实只是当玩具碰到大块障碍物的时候能够转个弯继续行走，不至于停下，这样设计的好处是使得该玩具在狭小的空间中也能够玩，同时这也提高了