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1、機(jī)器人洗車(chē)畢業(yè)論文 機(jī)器人洗車(chē)畢業(yè)論文 1 緒論 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，家用轎車(chē)已經(jīng)越來(lái)越多地為家庭所擁有，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007年底，我國(guó)私人汽車(chē)擁有量已超過(guò)1500萬(wàn)輛，與此同時(shí)，與汽車(chē)相關(guān)的需求也在激增，比如洗車(chē)設(shè)備。轎車(chē)每次用都會(huì)在表面積一層灰塵，不僅影響美觀，還會(huì)對(duì)車(chē)漆造成傷害，因此對(duì)轎車(chē)表面的清潔工作很重要。 通常，較少進(jìn)行日常簡(jiǎn)單清潔的轎車(chē)每周要洗一到兩次，每次洗車(chē)的費(fèi)用在15元左右（不含上光打蠟）。轎車(chē)日常的簡(jiǎn)單清潔大多由車(chē)主人工完成，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此有必要設(shè)計(jì)一種能夠代替人進(jìn)行轎車(chē)的日常清潔工作的服務(wù)型機(jī)器人操作臂。 現(xiàn)在通常使用的洗車(chē)設(shè)備和方

2、法主要包括以下幾種： 1．高壓水槍洗車(chē):高壓水槍洗車(chē)是先用高壓水槍噴灑水霧潤(rùn)濕車(chē)身，再用高壓射流清洗車(chē)身然后用清洗液清洗，最后用高壓射流清洗干凈，用麂皮將水吸干。高壓水槍清洗速度快、效果好；但高壓水槍壓力大，容易對(duì)車(chē)漆造成損害:高壓水柱的噴淋會(huì)改變空調(diào)冷凝器散熱的方向，導(dǎo)致空調(diào)制冷失靈；會(huì)直接導(dǎo)致車(chē)燈膠條密封不良，影響車(chē)燈的正常工作，產(chǎn)生危險(xiǎn)；會(huì)使密封不是很?chē)?yán)的汽車(chē)側(cè)門(mén)玻璃進(jìn)水，銹蝕金屬件，造成電線短路；劣質(zhì)洗滌靈會(huì)降低車(chē)漆的亮度；洗后用毛巾多次擦拭會(huì)使車(chē)身增加劃痕。 2．蒸汽洗車(chē)：蒸汽洗車(chē)是將水加熱成蒸汽后，用蒸汽來(lái)消洗汽車(chē)。其具有節(jié)水、節(jié)能的特點(diǎn)。但由于設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題，存在安全性不高，極

3、易產(chǎn)生污水造成污染，洗車(chē)效果和效率差的缺點(diǎn) 。 3．無(wú)水洗車(chē)：無(wú)水洗車(chē)是先用撣子撣去車(chē)身表面浮土，再用無(wú)水洗車(chē)液進(jìn)行汽車(chē)清洗的一種新型環(huán)保洗車(chē)方式。它具有節(jié)約水資源，綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，受到政府的扶持，但是，對(duì)于較臟車(chē)輛以及汽車(chē)底盤(pán)等部位，無(wú)水洗車(chē)不能滿足要求，因此它并不能完全替代有水洗車(chē)。 4．無(wú)刷毛自動(dòng)洗車(chē)機(jī)：采用高速水刀噴出的高壓力水霧從上往下清洗汽車(chē)，灰塵沖掉后，自動(dòng)泡沫噴頭噴淋，然后用高壓清水進(jìn)行清洗。它有清洗速度快，效果好，不損傷車(chē)漆的優(yōu)點(diǎn)，但存在水耗大，設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用高昂的缺點(diǎn)。 5．全自動(dòng)電腦洗車(chē)機(jī)：電腦洗車(chē)機(jī)是利用電腦控制毛刷和高壓水槍來(lái)清洗汽車(chē)的一種設(shè)備。由復(fù)雜的電路

4、、氣路、水路和機(jī)械部分構(gòu)成。 某自動(dòng)洗車(chē)機(jī)結(jié)構(gòu)如下，包括高壓噴頭、機(jī)械清洗機(jī)構(gòu)、吹干機(jī)構(gòu)，其中，清洗機(jī)構(gòu)包括一個(gè)頂刷，兩個(gè)大側(cè)刷，兩個(gè)小側(cè)刷，如圖1-1所示。 1.軌道；2.機(jī)架；3、4.大側(cè)刷；5.頂刷；6.小側(cè)刷；7.吹干系統(tǒng) 圖1-1 大型電腦洗車(chē)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 洗車(chē)時(shí)，首先汽車(chē)?？康轿?，由高壓噴頭噴水沖掉汽車(chē)表面泥沙，再由組成清洗機(jī)構(gòu)的五個(gè)刷子圍繞汽車(chē)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行清洗、打蠟，然后由吹干機(jī)構(gòu)將汽車(chē)表面吹干。這樣的大型機(jī)構(gòu)洗車(chē)時(shí)確實(shí)有很好的效果，但是用于個(gè)人洗車(chē)設(shè)備卻很不適宜。首先在水、電等資源方面會(huì)有很大的消耗，另外，其體積（通常3m*3m*3m，軌道10米，隧道式更大），價(jià)格（幾萬(wàn)到十

5、幾萬(wàn)間）也讓個(gè)人很難接受。 以上幾種一般用于洗車(chē)行，在個(gè)人洗車(chē)方面，除了傳統(tǒng)的水桶加抹布外，現(xiàn)在所研究的個(gè)人洗車(chē)設(shè)備也多為手動(dòng)。其中，前者耗費(fèi)大量體力、時(shí)間，而且效率低，也不容易洗得干凈，還容易刮損傷車(chē)漆。后者采用某些化學(xué)洗劑，在效果方面有很大改善，但是也要花費(fèi)車(chē)主的大量時(shí)間和體力。 適合個(gè)人使用的小型自動(dòng)洗車(chē)設(shè)備的研究方面較少，具有代表性的為日本人平松正彥的一項(xiàng)專(zhuān)利，其結(jié)構(gòu)（主視圖和俯視圖）如圖1-2和圖1-3所示。 圖1-2 平松正彥專(zhuān)利（主視圖） 圖1-3 平松正彥專(zhuān)利（俯視圖） 該洗車(chē)裝置主要包括洗車(chē)刷1、底盤(pán)3、支撐架6及底盤(pán)上的設(shè)備（水箱、發(fā)電機(jī)、控制器等）4。

6、 首先，洗車(chē)刷可以拆卸，安裝在刷軸上，由電機(jī)7帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)洗車(chē)動(dòng)作。底盤(pán)上安裝有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪及相應(yīng)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和四個(gè)萬(wàn)向輪。支撐架上安裝噴水管2、導(dǎo)輪5和照明裝置、力傳感器?？刂撇糠?、水箱、泵、發(fā)電機(jī)等安裝在底盤(pán)上洗車(chē)刷后面。 進(jìn)行汽車(chē)清洗時(shí)，噴水管向車(chē)身噴水、洗車(chē)刷與車(chē)表面接觸并轉(zhuǎn)動(dòng)洗去車(chē)表面灰塵等，同時(shí)，力傳感器檢測(cè)洗車(chē)刷和汽車(chē)間的壓力，由力傳感器檢測(cè)出的壓力值來(lái)控制轉(zhuǎn)向單元，當(dāng)該檢測(cè)值大于預(yù)先設(shè)定的允許范圍時(shí)，使洗車(chē)機(jī)向遠(yuǎn)離車(chē)身外周面的離開(kāi)方向行駛，而當(dāng)該檢測(cè)值小于預(yù)先設(shè)定的允許范圍時(shí)，使洗車(chē)機(jī)向接近該車(chē)身外周面的接近方向行駛。洗車(chē)設(shè)備圍繞汽車(chē)行駛一周后完成車(chē)側(cè)表面的清洗。但該設(shè)

7、備的局限性在于它只有清洗側(cè)面的立刷，不能對(duì)車(chē)頂部進(jìn)行清洗，并不能完全代替人對(duì)汽車(chē)進(jìn)行較全面的清洗。 因此有必要設(shè)計(jì)一種可以代替人進(jìn)行日常汽車(chē)清洗工作的機(jī)械操作臂。 2 操作臂機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)方式 2.1 動(dòng)作方案 2.1.1 機(jī)器人操作臂介紹及常用形式 機(jī)器人操作臂的設(shè)計(jì)涉及了力學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)科學(xué)和電子工程等多個(gè)學(xué)科，其結(jié)構(gòu)一般是由一系列連桿由旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)或移動(dòng)關(guān)節(jié)相連接的具有一定自由度數(shù)的開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈，一端固定在支座上，另一端自由，安裝手爪、工具等以實(shí)現(xiàn)各種操作。操作臂的自由度

8、數(shù)按照不同的適用場(chǎng)合不同，一般工業(yè)機(jī)器人操作臂的自由度數(shù)在6個(gè)以下，高自由度數(shù)的機(jī)器人具有冗余度，一般用于假肢或特殊場(chǎng)合，其價(jià)格也相應(yīng)更高。 按照對(duì)手臂機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)描述方式，機(jī)器人操作臂通常分為直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、極坐標(biāo)型和多關(guān)節(jié)型，如圖2-1所示。 圖2-1 操作臂分類(lèi) 2.1.2 機(jī)器人操作臂方案設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中，操作臂搭載在一個(gè)可移動(dòng)平臺(tái)上，和可移動(dòng)平臺(tái)組成移動(dòng)機(jī)械操作臂系統(tǒng)，這樣的結(jié)構(gòu)使得操作臂擁有幾乎無(wú)限大的工作空間和很高的冗余度，同時(shí)擁有移動(dòng)和操作功能，因此，對(duì)于操作臂結(jié)構(gòu)而言，采用上述任何一種坐標(biāo)方式，只要設(shè)置得當(dāng)，都可以使操作臂末梢達(dá)到汽車(chē)表面需要清洗的每個(gè)地方。

9、 根據(jù)洗車(chē)的需要分析，初步擬定了如下幾種動(dòng)作方案： 首先考慮洗車(chē)動(dòng)作，洗車(chē)刷與汽車(chē)表面產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)擦除灰塵，可以用1、模仿人手擦車(chē)動(dòng)作，用擺動(dòng)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)；2、仿照大型電腦洗車(chē)，用圓柱形洗車(chē)刷的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。使用擺動(dòng)式洗車(chē)結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠?chē)表面不在同一個(gè)平面內(nèi)，比如頂面、車(chē)前擋風(fēng)玻璃面、側(cè)面，要在這幾個(gè)不同的面內(nèi)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)式擦車(chē)，其機(jī)構(gòu)相對(duì)要復(fù)雜得多。因此采用旋轉(zhuǎn)刷洗車(chē)的結(jié)構(gòu)。 方案1采用雙臂結(jié)構(gòu)，兩個(gè)洗車(chē)刷裝在兩個(gè)腕關(guān)節(jié)處，腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)自由度實(shí)現(xiàn)洗車(chē)運(yùn)動(dòng)。雙臂中一臂固定在移動(dòng)小車(chē)上，側(cè)刷豎直，高度比汽車(chē)車(chē)身稍高，用于完成汽車(chē)側(cè)面清洗，另一臂水平，有豎直方向上的移動(dòng)自由度，完成車(chē)頂?shù)那逑?，?/p>

10、圖2-2所示。 圖2-2 機(jī)器人操作臂方案1簡(jiǎn)圖 該方案相當(dāng)于保留大型龍門(mén)式洗車(chē)的一個(gè)側(cè)刷和半個(gè)頂刷，將汽車(chē)的待清洗表面當(dāng)作一個(gè)較規(guī)則的長(zhǎng)方體表面，雖然體積有了一定減小，但整體尺寸依然很大，而且其洗車(chē)特點(diǎn)接近大型洗車(chē)機(jī)器，難以照顧到汽車(chē)的弧形不規(guī)則表面等細(xì)微之處。 方案2有一個(gè)腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)自由度為刷子的刷洗動(dòng)作，一個(gè)豎直方向上的移動(dòng)自由度和臂上一個(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)自由度使刷子能夠到達(dá)汽車(chē)表面各處，如圖2-3所示。 圖2-3 機(jī)器人操作臂方案2簡(jiǎn)圖 這個(gè)方案與前一個(gè)相比體積有所減小，但機(jī)構(gòu)采用的洗車(chē)刷要接近一米長(zhǎng)，仍然很大，同樣難以達(dá)到汽車(chē)表面的弧形部分，即使采用較軟的洗車(chē)刷，利用刷

11、變形來(lái)勉強(qiáng)與汽車(chē)表面曲線貼合，也會(huì)產(chǎn)生刷車(chē)的摩擦力不均勻的問(wèn)題。 方案3是在方案2的基礎(chǔ)上加一個(gè)水平方向的移動(dòng)自由度，這樣可以選擇較小的洗車(chē)刷，用臂的伸縮刷車(chē)的不同部位。雖然其結(jié)構(gòu)與前兩個(gè)相比更顯得復(fù)雜，重量也有所增加，但換來(lái)的是更多的自由度，操作臂的靈活性得到極大的提高，可以使執(zhí)行末端更容易地適應(yīng)汽車(chē)的曲面外形如圖2-4所示。 圖2-4 機(jī)器人操作臂方案3簡(jiǎn)圖 因此，最終本設(shè)計(jì)選擇方案3，刷洗過(guò)程為：首先由俯仰關(guān)節(jié)將刷面調(diào)整到水平方向，并可以作微小調(diào)整，使刷面與汽車(chē)的弧形頂面更好地貼合，豎直方向的移動(dòng)副將刷子升到車(chē)頂高度，移動(dòng)平臺(tái)繞汽車(chē)車(chē)身行走，同時(shí)伸縮關(guān)節(jié)調(diào)整刷的水平位置，完成車(chē)

12、頂?shù)乃⑾?，過(guò)程中可以選擇噴水或不噴水；刷洗車(chē)側(cè)面時(shí)，將刷面調(diào)整為豎直方向，并使刷子與車(chē)側(cè)面貼合，同樣繞車(chē)行駛，并配合升降機(jī)構(gòu)完成側(cè)面刷洗。 2.2 機(jī)器人操作臂驅(qū)動(dòng)方式 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為機(jī)器工作的動(dòng)力來(lái)源，通常是將其它種能源——比如電能、化學(xué)能等——轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，是任何一種機(jī)器都必不可少的，常見(jiàn)的形式包括水輪機(jī)、液壓馬達(dá)、電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。 2.2.1 機(jī)械臂常用驅(qū)動(dòng)比較 機(jī)械臂常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等不同方式，他們有各自的特點(diǎn)，但在機(jī)器人中都有很廣泛的應(yīng)用，前兩種主要用于工業(yè)機(jī)器人，有些機(jī)器人甚至同時(shí)采用多種驅(qū)動(dòng)方式。他們的特點(diǎn)如下： 液壓驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)： 1）驅(qū)動(dòng)力

13、及驅(qū)動(dòng)力矩大，在產(chǎn)生相同驅(qū)動(dòng)力的條件下，液壓驅(qū)動(dòng)體積小、重量輕、慣性?。? 2）速度反應(yīng)性好，調(diào)速范圍大，而且可以無(wú)級(jí)調(diào)速； 3）傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸收沖擊，可平穩(wěn)的實(shí)現(xiàn)較頻繁的換向； 4）定位精度較高； 5）油液泄漏、混入氣體、溫度變化等都會(huì)對(duì)系統(tǒng)傳動(dòng)性能、定位精度產(chǎn)生影響。 液壓驅(qū)動(dòng)常用于低速重載的情況。 氣壓驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)： 1）壓縮空氣可直接從大氣中吸取，動(dòng)力源獲取方便、廉價(jià)； 2）動(dòng)作速度更快，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速； 3）與液壓傳動(dòng)相比，管路壓力損失小，適于長(zhǎng)距離傳輸； 4）空氣壓縮性較大，因此氣壓系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及定位精度都較差； 5）結(jié)構(gòu)體積大，噪聲大 氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常用于高速、

14、低負(fù)載和工作條件較惡劣的場(chǎng)合。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)： 1）避免將電能轉(zhuǎn)換成壓力的中間環(huán)節(jié)，效率更高； 2）電機(jī)系統(tǒng)的體積最小； 3）電機(jī)系統(tǒng)的可靠性高、位置精度控制十分精確； 4）與氣壓液壓系統(tǒng)相比，電機(jī)系統(tǒng)維護(hù)更方便。 通過(guò)上述比較，可以看出，液壓及氣壓系統(tǒng)組成的機(jī)構(gòu)的繁瑣、維護(hù)不便，對(duì)于本設(shè)計(jì)中的移動(dòng)操作臂來(lái)說(shuō)是一個(gè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，另外從位置控制精度角度考慮，電機(jī)也是更好的選擇，因此最終選用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 2.2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)類(lèi)型的選擇 電機(jī)的類(lèi)型按使用電源分有交流電機(jī)、直流電機(jī)。使用交流電機(jī)必然會(huì)有電源線，對(duì)于移動(dòng)機(jī)器操作臂來(lái)說(shuō)，帶著長(zhǎng)長(zhǎng)的電源線移動(dòng)不僅不方便、移動(dòng)距離受限制，

15、在遇到物體時(shí)還難免會(huì)有電源線纏繞、交叉等問(wèn)題，因此難以實(shí)現(xiàn)，只能采用直流電機(jī)系統(tǒng)，用同樣搭載于移動(dòng)平臺(tái)上的電池作為電源。 直流電機(jī)系統(tǒng)有普通直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)等形式，它們的價(jià)格依次升高，但相應(yīng)的，其控制精度，輸出力矩等性能也有很大提高，步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)都能達(dá)到很高的控制精度要求。對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，伺服電機(jī)的成本過(guò)高，因此采用普通直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。 按照前文選定的方案，該機(jī)械操作臂共有手部關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、伸縮關(guān)節(jié)和豎直升降的關(guān)節(jié)四個(gè)自由度，即需要四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中手部關(guān)節(jié)帶動(dòng)洗車(chē)刷連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)工作，不需要位置精度控制，只要能夠輸出不同的轉(zhuǎn)速即可，因此可以采用普通直流減速電機(jī)，另外三

16、個(gè)關(guān)節(jié)需要控制速度的同時(shí)還要求較高的位置精度控制，因此都使用步進(jìn)電機(jī)，必要的地方用齒輪或者加減速箱以增大扭矩。 各個(gè)關(guān)節(jié)的具體電機(jī)功率計(jì)算和選型在下一章中介紹。 2.3 傳動(dòng)方式 傳動(dòng)方式是實(shí)現(xiàn)能量傳遞和改變運(yùn)動(dòng)方式的一類(lèi)裝置，其主要作用是實(shí)現(xiàn)能量的分配與傳遞和運(yùn)動(dòng)形式或運(yùn)動(dòng)速度的改變。機(jī)械傳動(dòng)有嚙合傳動(dòng)、摩擦傳動(dòng)和流體傳動(dòng)三大類(lèi)，在本設(shè)計(jì)中可能采用的具體傳動(dòng)方式包括帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)，下面對(duì)這幾種傳動(dòng)方式進(jìn)行比較并為各個(gè)關(guān)節(jié)選擇傳動(dòng)方式。 1.帶傳動(dòng)：帶傳動(dòng)通常由主動(dòng)帶輪、從動(dòng)帶輪和張緊在兩輪上的傳動(dòng)帶組成，當(dāng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，依靠帶與帶輪間的摩擦力（平帶或者V形帶）或者

17、帶與帶輪間的嚙合（齒形帶）拖動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，緩沖吸振，能實(shí)現(xiàn)較大間距的軸間的動(dòng)力傳遞，但其傳動(dòng)效率不高，平帶還存在打滑、傳動(dòng)比不精確的問(wèn)題，但齒形帶已經(jīng)解決了大部分缺點(diǎn)。 2.齒輪傳動(dòng)：齒輪傳動(dòng)是機(jī)械結(jié)構(gòu)中使用最為廣泛的，其傳動(dòng)效率是常用機(jī)械傳動(dòng)中效率最高的，而且結(jié)構(gòu)緊湊，具有不變的瞬時(shí)傳動(dòng)比。在正確安裝，良好潤(rùn)滑的和正常維護(hù)的條件下，其工作可靠性、使用壽命、傳動(dòng)精確性也是其它機(jī)械傳動(dòng)難以比擬的。但其制造及安裝精度要求較高，價(jià)格較貴，而且通常的齒輪傳動(dòng)采用閉式傳動(dòng)，需要良好的保養(yǎng)維護(hù)，因此使用齒輪的成本較高，而且齒輪傳動(dòng)只適用于軸間距較短的軸間動(dòng)力傳遞。 3.鏈傳動(dòng)

18、：鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)近似，由鏈條、主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪組成。鏈傳動(dòng)與平帶相比具有傳動(dòng)精確、效率高、不需要大的張緊力等優(yōu)點(diǎn)，而且載荷能力比帶傳動(dòng)大得多。但其傳動(dòng)精度低于同步帶輪，與齒輪相比具有制造安裝要求低的優(yōu)點(diǎn)，但其傳動(dòng)不平穩(wěn)，有較大噪聲、沖擊，而且瞬時(shí)傳動(dòng)比不同，磨損后容易發(fā)生跳齒現(xiàn)象，主要在要求工作可靠，負(fù)載大，軸距較遠(yuǎn)，工作環(huán)境差的條件下。 4.螺旋傳動(dòng)：由螺桿及螺母組成，利用螺桿與螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)。螺旋傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)，精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，具有増力作用，降速傳動(dòng)比大，能夠自鎖，可以產(chǎn)生較大軸向負(fù)載等優(yōu)點(diǎn)。但是對(duì)于滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，由于工作面間是滑動(dòng)摩擦，使其工作效率低，

19、，磨損快，不適宜用作高速和大功率傳遞。 2.4 操作臂結(jié)構(gòu) 對(duì)機(jī)器的設(shè)計(jì)而言，首先事先預(yù)定的使用功能是最基本的要求，然后再考慮性能、使用方便性、工作可靠性、小體積、高效率、美觀的外形等一系列問(wèn)題。對(duì)機(jī)器經(jīng)濟(jì)性方面，應(yīng)該在設(shè)計(jì)的過(guò)程中進(jìn)行全面的綜合的考慮，盡量用最低的成本設(shè)計(jì)出能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能的機(jī)器。這就要求合理地設(shè)計(jì)機(jī)器的各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)。 通常，機(jī)械臂有手部、腕部等多個(gè)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)中的機(jī)械臂為專(zhuān)用機(jī)械臂，其手部結(jié)構(gòu)為一洗車(chē)刷，不需要增加額外的夾持自由度，因此機(jī)械臂有腕部的旋轉(zhuǎn)、俯仰，以及臂的水平和豎直方向上的兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)組成。 2.4.1 腕部結(jié)構(gòu) 1）腕部轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu) 腕部的轉(zhuǎn)動(dòng)

20、自由度部分結(jié)構(gòu)直接與洗車(chē)刷相連接，其作用是使洗車(chē)刷轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)洗車(chē)的動(dòng)作，其運(yùn)動(dòng)形式是繞洗車(chē)刷的刷軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一個(gè)最簡(jiǎn)單的就是將電機(jī)軸直接與刷軸相連，帶動(dòng)刷旋轉(zhuǎn)。其結(jié)構(gòu)的主要零部件包括電機(jī)、外殼、電機(jī)座以及相應(yīng)的連接件等。腕部的結(jié)構(gòu)如圖示2-5所示。 圖2-5 腕部結(jié)構(gòu) 2）腕部俯仰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu) 俯仰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)屬于腕部的另一個(gè)自由度，它的作用是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整末端執(zhí)行器的空間位置，擴(kuò)大機(jī)械臂工作范圍，使機(jī)械臂更為靈巧。在本例中，俯仰關(guān)節(jié)的具體作用是讓洗車(chē)刷工作面在洗車(chē)頂和車(chē)側(cè)面時(shí)分別定位于水平、豎直平面內(nèi)，并且讓刷面能夠作小角度的調(diào)整以適應(yīng)車(chē)身的弧面。 俯仰關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)如下

21、圖2-6所示，其擺動(dòng)自由度的擺動(dòng)范圍超過(guò)180，完全能夠滿足工作的需要。另外，出于美觀及協(xié)調(diào)考慮，將電機(jī)置于操作臂內(nèi)部，電機(jī)軸線與俯仰的轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直，要求傳動(dòng)空間垂直的兩軸間的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以采用蝸輪蝸桿或者是圓錐齒輪傳動(dòng)。雖然蝸輪蝸桿傳動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)構(gòu)上的自鎖，但其傳動(dòng)效率低而且更容易磨損，因此選擇直齒圓錐齒輪傳動(dòng)方式。 圖2-6 俯仰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu) 2.4.2 臂部結(jié)構(gòu) 手臂部分是機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)，它要支撐腕部結(jié)構(gòu)和末端執(zhí)行器，并帶動(dòng)它們做空間運(yùn)動(dòng)，將末端執(zhí)行器送到需要的工作面上的任意一點(diǎn)，另外，臂部還要承擔(dān)調(diào)整末端姿態(tài)的任務(wù)，因此，一般臂部需要有伸縮、左右旋轉(zhuǎn)和升降三個(gè)自由度。對(duì)于洗車(chē)機(jī)械

22、操作臂而言，因?yàn)橛幸苿?dòng)平臺(tái)，故左右回轉(zhuǎn)的自由度可以省略，只需要伸縮和升降兩個(gè)關(guān)節(jié)。 由于臂部通常受到扭轉(zhuǎn)和彎曲的作用，因此主要要考慮臂部的抗彎和抗扭強(qiáng)度。很顯然，在材料相同，截面積和重量近似的情況下，空心結(jié)構(gòu)的抗彎剛度要大得多，因此采用中空的型材能提高抗彎剛度的同時(shí)也大大減輕了臂的自重。 1）伸縮自由度 伸縮關(guān)節(jié)的主體結(jié)構(gòu)采用鋁合金方管型材，并且進(jìn)行鏤空去掉部分材料以減輕重量。伸縮關(guān)節(jié)的作用是使操作臂末端能達(dá)到汽車(chē)的寬度上每一處，而一般家用轎車(chē)寬度約1.5～2米，因此，伸縮機(jī)構(gòu)的行程至少要達(dá)到車(chē)寬的一半即0.9米才能滿足工作要求。為了減小收縮時(shí)的尺寸，伸縮機(jī)構(gòu)整體采用兩級(jí)伸縮的結(jié)構(gòu)。其傳

23、動(dòng)方式采用絲杠螺母的螺旋傳動(dòng)方式，絲杠副的運(yùn)動(dòng)方式為絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)螺母移動(dòng)，兩個(gè)螺母通過(guò)法蘭分別與兩個(gè)伸縮級(jí)相連接，帶動(dòng)伸縮級(jí)運(yùn)動(dòng)。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力由電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)提供。伸縮關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)如下圖2-7所示。 圖2-7 伸縮手臂的結(jié)構(gòu) 2）升降自由度 豎直方向的升降自由度作用是使洗車(chē)刷能夠達(dá)到從車(chē)頂部到底部的所有表面，一般家用轎車(chē)的高度約1.4～1.6米，底盤(pán)高10～20厘米，根據(jù)這一尺寸可以得出豎直方向上的升降行程要達(dá)到1.6米以上，取1.7米。升降機(jī)構(gòu)主要包括三個(gè)部分：支架，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。支架為四根型材，型材上有孔，將導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與支架相連接。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是升降機(jī)構(gòu)中比較重要的結(jié)構(gòu)，若要精度

24、高，最好采用直線導(dǎo)軌，但直線導(dǎo)軌特別是像這樣行程很長(zhǎng)直線導(dǎo)軌的價(jià)格過(guò)于昂貴，同時(shí)也會(huì)增加操作臂的整體重量，因此設(shè)計(jì)了一種精度稍差的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。升降機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)采用同步齒形帶傳動(dòng)，升降平臺(tái)與同步帶連接，由同步帶帶動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)升降動(dòng)作。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)如下圖2-8所示。 圖2-8 升降機(jī)構(gòu)（注：圖中同步帶，電機(jī)及升降平臺(tái)未表示） 本次設(shè)計(jì)的洗車(chē)操作臂的主要?jiǎng)幼骷跋鄳?yīng)的結(jié)構(gòu)即為上述四個(gè)，操作臂的整體效果圖如圖2-9所示。 圖2-9 整體效果圖 3 零部件材料選擇與計(jì)算 3.1 零件設(shè)計(jì)的一般要求 機(jī)械零件

25、是組成機(jī)器的最小也是最基本的單元，所有機(jī)器最終都是通過(guò)一個(gè)一個(gè)零件設(shè)計(jì)組裝而成的。每一個(gè)零件的設(shè)計(jì)都可能影響機(jī)器的使用或者性能、成本等，因此設(shè)計(jì)零件時(shí)首先要滿足機(jī)器的使用功能要求，在實(shí)現(xiàn)功能的同時(shí)綜合考慮零件生產(chǎn)加工的經(jīng)濟(jì)性。 機(jī)器在設(shè)計(jì)完成后都有負(fù)載能力、使用壽命的要求，即在規(guī)定的負(fù)載下在預(yù)期的使用壽命內(nèi)機(jī)器不會(huì)出現(xiàn)各種可能的實(shí)效，這也是要通過(guò)零部件的設(shè)計(jì)保證的，即要求機(jī)器的動(dòng)力源能夠提供足夠的功率、力或者力矩，機(jī)械零件在強(qiáng)度、剛度、耐磨性等方面滿足一定的要求，這樣才能保證機(jī)器工作的可靠性和使用壽命。 機(jī)器的成本同樣也是通過(guò)零部件的設(shè)計(jì)來(lái)體現(xiàn)，零件的生產(chǎn)制造成本降低必然會(huì)帶來(lái)機(jī)器整體

26、成本的下降，因此在設(shè)計(jì)零部件時(shí)要加工工藝性方面多加考慮，包括選擇合理的材料、合適的毛坯形式，根據(jù)情況選擇制定合適的加工精度、表面粗糙度等，并使零件的結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單、合理、易于加工裝配。另外，能夠使用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用零件時(shí)一定要使用，提高互換性。 3.2 零件材料的選擇 選擇合適的零件材料使設(shè)計(jì)零件時(shí)首先要考慮的問(wèn)題，不同的材料的強(qiáng)度、加工性能、密度、價(jià)格等都有非常大的差異，要根據(jù)機(jī)器的要求具體選擇，例如對(duì)機(jī)器質(zhì)量有限制時(shí)就應(yīng)該選用密度小的材料。通常機(jī)械零件的材料主要是金屬，包括黑色金屬（鋼材）、有色金屬（銅、鋁等）及其合金，另外，還有部分非金屬材料（工程塑料如尼龍66）等也常用來(lái)加工金

27、屬零件。他們各自有自己的特點(diǎn)，物理性能有很大差別。例如工程塑料和鋼材的密度就可能相差五倍左右。 從材料選擇的使用要求、加工性能和經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量限制等方面考慮，合理選擇機(jī)械臂的零件材料。 操作臂的材料選擇主要有機(jī)械臂的主體部分，包括支架、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)等、各關(guān)節(jié)處殼體等尺寸體積較大的零件，各個(gè)關(guān)節(jié)處的傳動(dòng)軸，傳動(dòng)零件如齒輪系、帶輪等。 1）大尺寸零件：任務(wù)要求設(shè)備的總體質(zhì)量在20Kg以內(nèi)，在強(qiáng)度滿足的情況下應(yīng)該盡量減少質(zhì)量，因此選擇密度小而強(qiáng)度高的鋁合金材料，例如硬鋁合金2A12、鍛造鋁合金6061、6063等。他們都有較高的強(qiáng)度，6061和6063的可加工性能要好于2A12。雖然

28、鋁合金比常用的鋼材價(jià)格要高，但其密度也要小很多。例如支架，在截面面積接近的情況下，根據(jù)ug的分析數(shù)據(jù)顯示，使用型鋼時(shí)每根支撐體的質(zhì)量是12kg左右，這樣操作臂的總質(zhì)量就遠(yuǎn)大于任務(wù)要求。相應(yīng)地，使用鋁合金時(shí)每根支撐柱的質(zhì)量只有4kg左右。因此對(duì)于機(jī)械臂的主體材料，選擇硬鋁合金或者鍛造鋁合金是比較合理的。另外，對(duì)于可移動(dòng)平臺(tái)，因?yàn)橐档椭匦?，使得操作臂行駛時(shí)更穩(wěn)定，應(yīng)選用鑄鐵或鋼板這樣密度大的材料。 2）傳動(dòng)軸：在操作臂中，傳動(dòng)軸是很重要的零件，它們的強(qiáng)度、剛度等性能直接影響操作臂的工作性能。常用傳動(dòng)軸的材料是碳素鋼和合金鋼，碳素鋼價(jià)格低廉，進(jìn)行熱處理后物理性能也較好，應(yīng)用很廣泛。而合金鋼的機(jī)

29、械性能和熱處理性能都更優(yōu)秀，通常傳動(dòng)大動(dòng)力并要求減小尺寸時(shí)采用。洗車(chē)機(jī)械操作臂要傳遞的動(dòng)力較小，采用碳素鋼可以滿足設(shè)計(jì)要求，選擇45鋼，并進(jìn)行熱處理。 3）傳動(dòng)件：操作臂中的傳動(dòng)零件主要是齒輪和帶輪。對(duì)于齒輪而言，其設(shè)計(jì)要求是齒面耐磨性及齒芯的韌性。通常采用熱處理的鋼材作為加工材料。齒輪有軟齒面齒輪和硬齒面齒輪之分，前者用于強(qiáng)度、速度精度要求相對(duì)較低的場(chǎng)合，常用材料有45鋼、40Cr等；后者主要用于高速、重載、傳動(dòng)精度高的場(chǎng)合，常用材料為20Cr、20CrMnTi等。兩者的加工精度也有差別，通常軟齒面齒輪8級(jí)精度，而硬齒面齒輪則達(dá)到5到6級(jí)精度。操作臂的齒輪系傳動(dòng)精度、載荷大小及速度要求都

30、不是很高，故選用軟齒面齒輪即可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，材料選擇40Gr。而對(duì)于帶輪而言，其對(duì)耐磨性、抗沖擊性等要求都較低，因此常見(jiàn)的金屬包括鋼材、鋁合金、銅等材料都可以用來(lái)加工帶輪。在本設(shè)計(jì)中，同樣采用鋁合金。 另外對(duì)于操作臂中的其他一些零件，比如軸承座，端蓋等都采用6061鋁合金，形狀較復(fù)雜不容易機(jī)加工得到的采用鑄造鋁合金。 3.3 零部件計(jì)算 3.3.1 腕關(guān)節(jié)計(jì)算 1）電機(jī)功率選擇 洗車(chē)刷形狀為圓盤(pán)形，直徑0.2米，預(yù)計(jì)洗車(chē)摩擦力20牛，假設(shè)洗車(chē)摩擦力均勻分布于刷面上，則單位面積上摩擦力P=636.6N/m2。 則刷面的摩擦力矩

31、 （3-1） =1.3Nm 洗車(chē)刷轉(zhuǎn)速ω取1r/s，即3.14rad/s，則消耗功率P=Mω=4.08瓦 選擇DC-60直流減速電機(jī)，轉(zhuǎn)速3200 r/min，輸出扭矩0.46 kg/cm，減速比取1：50 。電機(jī)減速器輸出軸輸出轉(zhuǎn)速64 r/min，扭矩2.3 Nm ，滿足功率及扭矩要求。 2）洗車(chē)刷軸強(qiáng)度校核 洗車(chē)刷軸與洗車(chē)刷相連，傳遞扭矩和軸向力，受力分析如圖3-1所示。 圖3-1 洗車(chē)刷軸受力分析 其中T的大小為1.3Nm，刷軸為空心軸結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑d1=8mm,外徑d=15mm，則β=d1/d=0.533 。 軸的抗彎截面系

32、數(shù) （3-2） 所以 =T/W=0.133MPa<<。 （3-3） 故刷軸強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 3.3.2 俯仰關(guān)節(jié)計(jì)算 1）電機(jī)選擇 俯仰關(guān)節(jié)處選擇步進(jìn)電機(jī)，要求步進(jìn)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖。轉(zhuǎn)速n約為1rad/s，最大轉(zhuǎn)矩小于4 Nm。則電機(jī)功率較小，取15瓦足以滿足功率要求。最終選擇57BYGH250E-02型步進(jìn)電機(jī)。其最大靜扭矩為16.5kgcm。采用減速比為1：3的齒輪減速后扭矩滿足要求。 2）齒輪及軸設(shè)計(jì)： 大錐齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩T1=4000 Nmm， 取齒輪模數(shù)為1.25mm，小齒輪齒數(shù) =21，大齒

33、輪齒數(shù) =63。 則大小齒輪的分度錐角分別為 ，=71.57 （3-4） 大圓錐齒輪的當(dāng)量分度圓 =65.625mm （3-5） 齒輪受力分析： （3-6） （3-7） （3-8） 錐齒輪軸受力分析如圖3-2所示。 圖3-2 錐齒輪軸受力分析 在豎直平面內(nèi)，軸上受齒輪的切向力，連接件的力和，大小約為10牛，以及軸承豎直方向的支承力和。 分別對(duì)軸承兩個(gè)支承點(diǎn)取矩得： （3-9） 即： =97.74N 同理可得：

34、 =44.16N 在水平面內(nèi)，軸上受到齒輪的軸向力和徑向力，以及軸承水平方向的支承反力和。 用上述方法同樣可求得： =24.48N =10.45N 所以軸上的彎矩為： 豎直方向： （3-10） 水平方向： （3-11） 求得軸上的合成彎矩： （3-12） 可得軸上的彎矩及扭矩圖如3-3所示：（單位Nmm） 圖3-3 軸彎矩圖 校核軸的強(qiáng)度： 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變化，取=0.7，考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的影響，軸頸乘以0.94，所以： （3-13） 軸安全。 3

35、）軸承強(qiáng)度校核 軸承校核： 查表選擇軸承代號(hào)7004C，d=20mm，kN，kN， 由以上軸的受力分析可知軸承所受的最大力為： （3-14） （3-15） 7000C系列軸承的軸向附加力 故 ： 軸向力 ， 所以，左面軸承壓緊，右面軸承放松， ， 左軸承相對(duì)軸向載荷為： >e 查表17.7，用線性插值得X=0.44，Y=1.48 當(dāng)量動(dòng)載荷： （3-16）

36、同理可得： P2=79.11N P2

37、 （3-18） （式中Fa為軸向載荷；d2為螺紋中經(jīng)；h為螺紋工作高度，h=0.5p； H為螺母高度，H= d2） 所以， （3-19） 其中，查表9-1得[P]=11~18MPa,Fa=50N，所以 由于絲杠徑向尺寸較長(zhǎng)，故取d2較大值為18mm。 絲杠傳動(dòng)效率及驅(qū)動(dòng)力矩： 效率： （3-20） ：導(dǎo)程角： （3-21） ：誘導(dǎo)摩擦角：

38、 ，為牙型半角。 （3-22） 查表9-5，摩擦系數(shù)f=0.08~0.1，取0.1， 則： ， 驅(qū)動(dòng)力矩： （3-23） 剛度校核： （3-24） 其中，45鋼， 所以剛度滿足設(shè)計(jì)要求。 強(qiáng)度校核： 根據(jù)第四強(qiáng)度理論校核螺桿強(qiáng)度： 所以螺桿強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)以上電機(jī)功率計(jì)算及螺旋傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算選擇電機(jī)39BYG250C。 3）伸縮臂殼體強(qiáng)度校核： 抗拉強(qiáng)度為145MPa，剪切強(qiáng)度為270MPa 伸縮機(jī)構(gòu)完全伸展開(kāi)時(shí)即形成一個(gè)懸臂結(jié)構(gòu)，存在受到較

39、大彎矩和剪力的危險(xiǎn)截面，因此必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。三級(jí)伸縮機(jī)構(gòu)殼采用鋁合金矩型材，去除部分材料以減輕質(zhì)量，伸縮機(jī)構(gòu)伸展開(kāi)后受到的彎矩和剪力如圖3-5所示。 圖3-5 伸縮機(jī)構(gòu)受力分析圖 在m-m和n-n截面為危險(xiǎn)截面，截面的形狀如圖3-6所示。 圖3-6 截面形狀 型材厚度為3mm。 剪切強(qiáng)度：n-n截面面積為S1=396mm2，m-m截面面積S2=446mm2 則n-n和m-m截面處的剪應(yīng)力分別為0.14MPa和0.146MPa，小于許用剪切應(yīng)力。故伸縮臂抗剪切強(qiáng)度滿足要求。 抗彎強(qiáng)度：沿著彎曲方向，n-n截面和m-m截面處的抗彎截面系數(shù)分別為： 故

40、 （3-25） 兩個(gè)可能的危險(xiǎn)截面的最大彎曲正應(yīng)力都小于許用應(yīng)力。伸縮關(guān)節(jié)的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 3.3.4 豎直升降傳動(dòng)計(jì)算 1）功率計(jì)算： 豎直升降處采用帶傳動(dòng)主要承受載荷為機(jī)械臂的自重，約20kg，200N，升降的最大速度設(shè)定為0.6m/s。則需要的電機(jī)功率約120W，取2倍安全系數(shù)，則選擇電機(jī)的最大輸出功率為250W。 2）帶傳動(dòng)計(jì)算： 帶傳動(dòng)的額定功率P取200W，小帶輪轉(zhuǎn)速n1=240r/min，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)比i=1，軸距a=1600mm，斷續(xù)工作，軸間距可調(diào)，無(wú)張緊輪。 查表8-1-74得帶的工作情況系數(shù)KA=1.3 則帶的計(jì)算功率：

41、 （3-26） 根據(jù)帶轉(zhuǎn)速及計(jì)算功率查圖8-1-13，確定選擇H型同步帶，節(jié)距，帶寬38.1mm，許用工作拉力約1000N，滿足強(qiáng)度負(fù)載要求。 查表8-1-75，可知小帶輪最小齒數(shù)，取小帶輪齒數(shù)z1=18 則帶輪分度圓直徑： （3-27） 查表8-1-60知，帶輪外徑mm 可知帶速： < （3-28） 同步帶節(jié)線長(zhǎng) （3-29） 選擇1400齒的同步帶。 本章的設(shè)計(jì)計(jì)算和關(guān)鍵部分強(qiáng)度校核可以證明，在操作臂正常受力的情況下，各個(gè)部分可以滿足強(qiáng)度要求并滿足一定的使用壽命。

42、 4 附件及控制微略 4.1 附件 洗車(chē)機(jī)械操作臂要實(shí)現(xiàn)其清洗家用轎車(chē)的功能，除去實(shí)現(xiàn)其整體動(dòng)作的機(jī)械結(jié)構(gòu)外，還需要一系列的附加設(shè)備，主要包括洗車(chē)刷、水箱、水泵等。 4.1.1 洗車(chē)刷 洗車(chē)操作臂的設(shè)計(jì)功能是要能實(shí)現(xiàn)其不同的洗車(chē)方式，主要是在洗車(chē)時(shí)加水或不加水的問(wèn)題。而通常情況下，對(duì)不同洗車(chē)條件下所使用的洗車(chē)刷也應(yīng)該不同，例如用水洗車(chē)時(shí)，通常使用質(zhì)地較軟的海綿，洗完后將水擦干則常使用厚、軟的毛巾或者是麂皮。在不用水洗而只是簡(jiǎn)單除去汽車(chē)表面灰塵時(shí)通常使用毛刷。因此，為滿足不同的洗車(chē)要求，最好要準(zhǔn)備多種規(guī)格的洗車(chē)刷，并與操作臂要容易拆裝。 一般的盤(pán)

43、形洗車(chē)刷市場(chǎng)上都可以買(mǎi)到，有些廠家還可以根據(jù)客戶要求訂做生產(chǎn)不同材料不同外型的洗車(chē)刷，因此洗車(chē)刷可以根據(jù)市場(chǎng)情況選擇。 4.1.2 供水系統(tǒng) 通常洗車(chē)的過(guò)程為：水沖洗—擦洗—（加洗車(chē)液擦洗—）水沖洗—揩干表面水漬。按照這個(gè)程序才能較干凈的擦洗干凈汽車(chē)表面的灰塵污物，因此操作臂的附件中必須有一套供水的設(shè)備。 供水的設(shè)備主要包括管路、閥、水泵和水箱。首先，為使噴水噴頭能夠達(dá)到汽車(chē)的所有表面，噴頭必須隨著操作臂末端移動(dòng)，因此水管要采用容易彎曲的軟橡膠管，并且在布置時(shí)應(yīng)該注意在機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)時(shí)水管不會(huì)影響運(yùn)動(dòng)或者本身產(chǎn)生纏繞等現(xiàn)象，影響操作臂的工作。水箱分為大小兩個(gè)，大的用于盛水，容量在10升左右，

44、小的一格用于裝洗車(chē)液，洗車(chē)時(shí)可以進(jìn)行靈活的選擇。水泵使水噴出時(shí)具有一定的壓力，能夠更容易地沖洗掉汽車(chē)表面灰塵等。閥采用兩位兩通式，水泵吸水端通過(guò)閥分別與水和洗車(chē)液相同，通過(guò)閥控制洗車(chē)時(shí)噴水還是噴洗車(chē)液。 4.2 控制微略 洗車(chē)機(jī)器操作臂能夠完全代替人進(jìn)行自動(dòng)化洗車(chē)，就必須要有控制系統(tǒng)。首先是感覺(jué)系統(tǒng)，即傳感器，機(jī)器人通過(guò)傳感器采集周?chē)畔ⅲM(jìn)行計(jì)算分析后完成預(yù)定的操作任務(wù)，因此傳感器的合理選用是很重要的。 洗車(chē)機(jī)械操作臂中要用到的有：力傳感器、接近傳感器、視覺(jué)傳感器。力傳感器裝在洗車(chē)刷上，控制洗車(chē)的力度均勻，不會(huì)因?yàn)橄窜?chē)力太大劃傷車(chē)漆或者因?yàn)橄窜?chē)力太小擦洗不干凈。 接近傳感器主要用于測(cè)

45、量物體間的接近程度，它不能精確測(cè)出物體間的距離，只可以判斷兩個(gè)物體接近距離是在某個(gè)距離內(nèi)還是在這個(gè)距離之外。對(duì)于洗車(chē)機(jī)械操作臂而言，由于操作臂本體結(jié)構(gòu)多為金屬結(jié)構(gòu)，與汽車(chē)表面接觸時(shí)很容易劃傷車(chē)身，這就要求操作臂的突出部位或其它容易與車(chē)身接觸的部位要與汽車(chē)保持一定的安全距離，這就需要距離傳感器，作為安全保障用。 視覺(jué)傳感器用來(lái)判斷汽車(chē)位置和汽車(chē)外形，通過(guò)視覺(jué)傳感器還可以判斷擦洗車(chē)工作是否完成。判斷完成洗車(chē)還可以通過(guò)預(yù)先輸入車(chē)型參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 另外，控制部分還包括四個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)的控制。腕關(guān)節(jié)電機(jī)只要控制轉(zhuǎn)速，可以用PWM脈寬比實(shí)現(xiàn)，用開(kāi)環(huán)控制即可。而另外的三個(gè)關(guān)節(jié)步進(jìn)電機(jī)控制要求有較精確的位置姿態(tài)

46、，需要編碼盤(pán)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的反饋控制，以提高控制精度?？刂破骺梢圆捎卯a(chǎn)品化的控制模塊。 本章只是給出了操作臂控制的可能思路，軟件部分和硬件部分都沒(méi)有開(kāi)展，因此肯定會(huì)有很多不合理的地方。  結(jié) 論 移動(dòng)機(jī)械操作臂設(shè)計(jì)是一個(gè)集機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真、檢測(cè)技術(shù)、控制技術(shù)等多門(mén)學(xué)科的綜合性問(wèn)題，本文以洗車(chē)為目的，設(shè)計(jì)了家用轎車(chē)洗車(chē)機(jī)械操作臂，主要是機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)。 本次設(shè)計(jì)任務(wù)的工作總結(jié)如下： 1）調(diào)查了汽車(chē)清洗行業(yè)的情況，包括現(xiàn)有的常用于洗車(chē)行的大型洗車(chē)設(shè)備，已有的小型、適合家用的洗車(chē)設(shè)備，以及一些洗車(chē)機(jī)械的專(zhuān)利發(fā)明等。 2）了解了汽

47、車(chē)清洗的一般步驟，常用洗車(chē)方法等，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了洗車(chē)機(jī)械操作臂的幾種動(dòng)作方案，并通過(guò)不同方案的比較討論得出最終的設(shè)計(jì)方案，該動(dòng)作方案較為靈活，能夠完成汽車(chē)表面的簡(jiǎn)單清洗。 3）根據(jù)設(shè)計(jì)要求為操作比的各個(gè)部分選擇材料，并通過(guò)比較各種驅(qū)動(dòng)形式和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)選擇驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)方式，設(shè)計(jì)各個(gè)關(guān)節(jié)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并簡(jiǎn)單估算了驅(qū)動(dòng)功率，完成部分關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)選型，對(duì)關(guān)鍵部位強(qiáng)度進(jìn)行校核。 4）利用ug對(duì)機(jī)械操作臂進(jìn)行了三維建模、裝配，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)模擬和質(zhì)量分析，得出機(jī)械臂整體質(zhì)量（不包括水箱、水泵等）約為40kg，基本滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)得到操作臂的可移動(dòng)平臺(tái)尺寸為575460，占地面積約0.3m2，但是在

48、高度方向上操作臂的尺寸超過(guò)兩米，存放方面存在較大問(wèn)題，需要降低尺寸。 5）用CAD進(jìn)行裝配體二維平面圖制作，并用CAD畫(huà)了部分零件的零件圖。 6）文章最后提出了洗車(chē)刷等附件的選擇和控制微略，為操作比的最終完成提供參考。  致 謝 三年大學(xué)生活即將結(jié)束，想到此，三年中的每一個(gè)生活插曲都在我的腦海中閃閃而過(guò)。經(jīng)過(guò)五個(gè)多月的實(shí)習(xí)，我在蘇州軸承廠的師傅和學(xué)校指導(dǎo)老師的幫助下，順利的完成了畢業(yè)論文要求的任務(wù)。 畢業(yè)實(shí)習(xí)是高職高專(zhuān)院校人才培養(yǎng)過(guò)程中一項(xiàng)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，能夠更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)生理論和實(shí)踐的結(jié)合；是學(xué)生根據(jù)自身所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，到相關(guān)企事業(yè)單位開(kāi)展工程研究和生產(chǎn)實(shí)

49、踐，以課題論文和項(xiàng)目成果的形式，展示學(xué)生的理論與技術(shù)應(yīng)用水平、實(shí)踐能力的綜合性實(shí)踐活動(dòng)。并為我以后的學(xué)習(xí)和工作打下了基礎(chǔ)。 通過(guò)這次實(shí)習(xí)，我把我所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，使我在實(shí)踐過(guò)程中的工作能夠事半功倍，而且我還能更好地理解在學(xué)校所學(xué)的知識(shí)，做到了理論與實(shí)踐相結(jié)合。在軸承廠里，我學(xué)到更多的知識(shí)，這是書(shū)本上所不能體現(xiàn)的。而且，我增強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力。 在此，我要誠(chéng)摯的感謝我的指導(dǎo)老師張，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中給予的支持和建議，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)更加的完善。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 張福學(xué)，機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京: 電子工業(yè)出版社，

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