行走式木偶拉车玩具毕业设计

毕业设计题目
--行走式木偶拉车玩具

一、选题背景及依据:
1、选题背景
玩具是开发儿童智力、对儿童进行早期教育的最好工具，玩具的种类繁多，本文主要是设计行走式木偶拉车玩具。行走式木偶拉车玩具对于儿童适用性很强，操作简单。有利于儿童的智力开发。行走式木偶拉车玩具主要是增强儿童的手脑并用能力。根据调查，在地球上近一半的地面不适合于传统的轮式或履带式木偶玩具行走，但是一般行走式木偶拉车玩具却能在这些地方行动自如。因此，行走式木偶拉车玩具与轮式及履带式木偶玩具相比具有独特的优势。行走式木偶拉车玩具对崎岖路面具有很好的适应能力，行走式木偶拉车玩具的立足点是离散的点，可以调整姿态在可能到达的地面上选择最优的支撑点。行走式木偶拉车玩具可以相当平稳地行走，能较安全的保护好儿童。因此行走式木偶拉车玩具受到广泛儿童及家长的喜爱（如图所示）。

2、设计目的及意义：
通过对行走式木偶拉车玩具的设计，使我们了解到玩具与机械制造的完美结合。结合行走式木偶拉车玩具运动灵活、对复杂地形的自适应运动能力强，具有广阔的市场前景。首先，行走式木偶拉车玩具的运动轨迹是一系列孤立的点，而轮式和履带式木偶的是一系列连续的轨迹；在含有岩石、泥土、沙子等障碍物的不规则的地面，可以稳定支撑木偶的连续地面有限的情况下，轮式和履带式木偶在这种环境中就受到了一定的限制，不适合在这种环境中使用。而行走式木偶拉车玩具运动时只需要离散的点来支撑，对这种地形的适应性就比轮式和履带式木偶要强很多。这一点使得行走式木偶更能够受到大家欢迎。
其次，行走式木偶拉车玩具是模仿动物的运动方式的一种木偶玩具；自古以来，自然界就是人类各种科学技术原理及重大发明的源泉。生物界有着种类繁多的动植物及物质存在，生物在漫长的进化过程中，为了求得生存与发展，逐渐具备了适应自然界变化的本领；人类生活在自然界中，与周围的生物作“邻居”，这些生物各种各样的奇异本领，吸引着人们去想象和模仿，要模仿这些生物，就必须对这些生物进行深入的研究；行走式木偶拉车玩具是对动物模仿的结果，反过来，行走式木偶拉车玩具也可以验证生物学的一些最新的研究成果并对相关的生物学等学科的发展起到积极推动促进作用。
最后，行走式木偶拉车玩具由于具有类似动物的结构和运动方式，能直接进入人的生活之中；当前世界人口的老龄化趋势越来越明显：对于我们国家来说，基本上每个家庭都只有一个孩子，没有玩伴，孩子基本上处于孤独之中，而饲养宠物对于大多数人来说太过于麻烦和不方便，而行走式木偶拉车玩具的出现，正好可以弥补这一缺憾。
但由于行走式木偶拉车玩具的机构和控制相对复杂，相关技术还不成熟，目前所研制的四足机器人普遍存在运行速度慢、地形自适应运动能力差、负载轻等问题。
二、主要设计内容、设计思想、解决的关键问题、拟采用的技术方案
1、设计内容：
我设计的项目是行走式木偶拉车玩具，即将木偶的两条腿组合在一起，后部带拖车，这里我称为行走式木偶拉车，该行走式木偶拉车具有一定载重能力。行走式木偶拉车玩具模仿真人行走，大腿带动小腿，行走自如，各关节设计必须合理，便于日后维护，对机器各轴之间经常滴机油以便延长使用寿命。这就要求我们提供一种木偶的腿设计方案，能够实现抬腿和跨步动作。电机驱动圆盘，带动足部运动，可以得到一个具有水平宽度和垂直高度的曲线，分别代表了木偶的腿的抬腿高度和跨距。然后将两条腿组合在一起，可实现类似真人的行走，这里我称为行走式木偶拉车玩具。该行走式木偶拉车玩具具有一定载重能力。
2、设计思想：
行走式木偶拉车玩具主要目的是提高儿童的动手能力，以及最大程度的开发儿童的智力。玩具设计是一种使玩具产品获得真正品质的创造性活动，设计不仅是构造玩具的外观，而且还要决定玩具的结构、功能和安全，从而满足儿童的感官、思想和情感的特定需求，获得一种使消费者与生产者都满意的玩具产品。行走式木偶拉车玩具涉及一种两足行走机构，具体提供一种与真实两足动物行走步伐相同，且能够真正实现灵活转弯功能的两足行走机构，其结构包括外壳，所述外壳内设置有步伐驱动机构和转向机构，所述步伐驱动机构连接设置于外壳下方的腿部，所述转向机构分别连接外壳前方的头部和腿部。与现有技术相比，本实用新型的一种两足行走机构，具有结构简单，利于生产、能稳定行走、能灵活实现自然转弯且能耗较小等特点。更利于儿童使用。
3、解决的关键问题：
通过对相关论文、专利、图片的调研，我初步了解了本次设计项目的背景、意义、研究前沿等基本问题。对自己所做的项目有一个深刻的认识，了解到自己做的工作，研究的重点、难点以及采取的技术方案。据此，我明确了本次设计项目重点研究问题、预期成果、达成方法等问题。同时，我发现，对于载重方面的资料查阅较少，而查到的行走式木偶拉车玩具的结构较为复杂，距离我自己要做的设计项目还有较大的距离，只能从思路上进行启发。木偶一条腿至少有三个自由度，难以控制。而双自由度的并联五杆机构比较复杂，八杆机构虽然只有一个自由度，但相关的研究不成熟，可供参考的资料不多。难以考证，给我造成很大困难。
1. 分析腿部机构组成、杆件尺寸，
2. 驱动安装，利用一个电机驱动两条腿，
3. 校核重要零件，满足载重要求，
4. 机构建模与仿真。

4、采用的技术方案:
（1）通过观察木偶的单腿的原理图，确定机构的组成（画出机构原理图），利用机械原理知识，设计合适的尺寸，使得圆盘周转运动，且其他杆件能够避免机构死点位置；
（2）熟悉和理解木偶的单腿机构后，组合出行走式木偶拉车结构，通过驱动木偶两足的足部交替运动，机构带动一个拖车稳定行走；
（3），拉车可以载人，载重50kg；
（4）计算电机扭矩，选择合适的电机，完成其机械结构设计以及电机驱动的安装，建立计算机三维模型；
（5）校核重要杆件和轴类零件的强度；
（6）在UG软件中进行运动仿真，验证设计原理并得到足部运动轨迹、速度，位移曲线；水平宽度和垂直高度数据；重要杆件的受力曲线以及电机的输出曲线；

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