智能汽车取放装置设计

根据规则要求,小车在除了满足基本的运动功能外,还需要满足以下几点要求:

①取放装置结构简单、易于控制。

②能够稳定吸取、携带、放置棋子。

③能够稳定吸取、携带、放置障碍。

取放棋子是比赛的要求,也是整车控制的关键,而取放装置作为执行机构,一定要具有结构简单、易于控制且稳定的特点。

(1)取放棋子装置

初步选择机械臂与电磁铁组合方案,但是在设计过程中发现,机械臂方案存在以下问题:

①机械臂结构复杂,占用大量安装空间。

②机械臂控制相对复杂。

③自行设计制作的机械臂存在加工误差、装配误差问题。

出于以上几点考虑,放弃了机械臂与电磁铁组合方案。综合考虑抓取装置抓取棋子或障碍的准确性和速度,最终采用电动推杆带动电磁铁的方案。电磁铁吸取铁质棋子和障碍,除了抓取与放下的动作外,还需要一个上抬与下降的动作来完成棋子和障碍的拾取与移动。最终选取了电动推杆来完成这一操作。电动推杆控制简单、升降动作快,适合应用于本设计。电动推与棋子之间以螺栓连接固定。取放装置如图11.15所示。

图11.15　抓取装置模型图(www.xing528.com)

(2)取放障碍装置

障碍的抓取同样采用电磁铁吸取的方式。在决赛“步步为营”的对弈中,需要放置横向或者竖向的障碍,故本设计在车体右侧面及前面有两组电磁铁分别重叠放置,其中下面的电磁铁固定在舵机转盘上,上面的电磁铁固定在车体上,当下面的电磁铁放置完障碍后,由舵机将该电磁铁转至车体内部,再放上面的电磁铁吸住的障碍,可达到连续放置障碍的功能,从而减少了放置障碍的时间。同时,在本装置两边设有障碍导向架,防止障碍在下落过程中发生位置偏移,提高障碍放置的精确度。装置如图11.16所示。

图11.16　放障碍装置模型图

其顺序动作:电磁铁2断电,障碍2放下;舵机带动电磁铁2旋转90°;电磁铁1断电,障碍1放下,舵机带动电磁铁2回原来位置。

(3)电磁铁及电动推杆选型

从低能耗、稳定性等角度考虑,电磁铁吸取棋子或者障碍要同时克服它们的重力和惯性力,要求电磁铁具有足够的吸力。同时为保证电磁铁在偏离棋子中心一定距离的情况下也应能够将棋子吸住,要求电磁铁有足够大的吸合面。最终选择了型号为P34/18的电磁铁,吸取棋子和障碍的电磁铁使用同一型号,所选电磁铁基本参数如表11.5所示。

表11.5　电磁铁参数表

续表

电动推杆主要的受力是在收缩的过程中需要克服电磁铁和棋子的总重力以及惯性力,而且对收缩与伸长的速度要求较高。选取了额定电压为12 V的电动推杆,其升降行程为50 mm,最大推力100 N,经测试,其升降速度达到了9 cm/s,能够满足本设计的使用需求。