無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),攀爬,全自動(dòng),高空,接線,機(jī)器人,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 設(shè)計(jì)（論文）題目: 無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 院 系 名 稱: 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí): 機(jī)械08-4班 學(xué) 生 姓 名: 關(guān)宏 導(dǎo) 師 姓 名: 劉喜平 開(kāi) 題 時(shí) 間: 2012年2月27日 指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn)： 簽字： 年 月 日 1 課題研究的目的和意義 1.1 設(shè)計(jì)目的 無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人是為實(shí)現(xiàn)無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線而設(shè)計(jì)的機(jī)器人裝置。裸高壓導(dǎo)線輸電線路的備用導(dǎo)線高空接線，其繞線軌跡不規(guī)范、轉(zhuǎn)子線圈的線徑粗、折彎力較大、折彎運(yùn)動(dòng)空間受限等，給高空接線增加了難度，而多自由度的高空全自動(dòng)繞線裝置的研究是高空接線中亟待解決的瓶頸問(wèn)題。本課題根據(jù)仿生學(xué)和機(jī)器人學(xué)的原理，運(yùn)用常用的機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其組合，實(shí)現(xiàn)高空握持導(dǎo)線、不規(guī)則的圓周繞線運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的全新自動(dòng)繞線機(jī)器人的研究。 1.2設(shè)計(jì)意義 機(jī)器人可以代替人進(jìn)行繁重、危險(xiǎn)的勞動(dòng)，顯著減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作負(fù)擔(dān)，大大改善了勞動(dòng)條件，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。在高空裸導(dǎo)線的接線中，以前都需要操作人員攀高接線，勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性不可靠；而無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人能夠代替工人進(jìn)行高空作業(yè)，避免了工作中潛在的各種危險(xiǎn)，同時(shí)提高了工作效率，并且減少了高壓輸電線路的電流損耗，也為低碳經(jīng)濟(jì)提供了一個(gè)新的探索方案。該設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)實(shí)用性高，具有光明的發(fā)展前景。 2 文獻(xiàn)綜述 2.1現(xiàn)狀及分析 裸高壓導(dǎo)線輸電線路的高空接線工作，一直是困擾高空作業(yè)人員的棘手問(wèn)題，由于其危險(xiǎn)性極大，作業(yè)條件艱難，僅靠人力很難做到，所以都是借助高空作業(yè)車的幫助來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而高空作業(yè)車體積龐大且笨重，耗資巨大，而且在路況不好的地方很難行進(jìn)，這就導(dǎo)致了很多地區(qū)的高空接線工作很難進(jìn)行。近年來(lái)，越來(lái)越多的人致力于多自由度的高空全自動(dòng)繞線裝置的研究，試圖找到一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、安全、有效的方法，來(lái)解決這一難題。 在一切追求人性化的今天，越來(lái)越多繁重、危險(xiǎn)和高難度的工作，開(kāi)始采用機(jī)器人（包括機(jī)械手）來(lái)代替人類完成。無(wú)論在國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，高空接線這種工作都已經(jīng)考慮運(yùn)用機(jī)器人技術(shù)。人類的很多不足都能夠通過(guò)機(jī)器人來(lái)彌補(bǔ)，這樣不僅節(jié)省了人力，而且降低了風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也讓機(jī)器人得到充分的利用。目前，無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人還沒(méi)有真正投入使用，但由于其顯著的優(yōu)越性，即高效率、安全性高、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)等，正在被越來(lái)越多的專家學(xué)者研究試驗(yàn)，前景可觀。 本課題設(shè)計(jì)的無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人主要實(shí)現(xiàn)高空握持導(dǎo)線、不規(guī)則的圓周繞線運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其主要結(jié)構(gòu)有： 1)握持導(dǎo)線機(jī)構(gòu) 機(jī)械手是一種能模擬人的手臂動(dòng)作，按預(yù)定程序、軌跡及其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具的自動(dòng)化裝置，主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。機(jī)械手按用途分為通用機(jī)械手和專用機(jī)械手兩類；按驅(qū)動(dòng)方式分，有氣壓傳動(dòng)機(jī)械手、液壓傳動(dòng)機(jī)械手、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手和電力傳動(dòng)機(jī)械手；按控制方式分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手。 機(jī)械手的工作原理：機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。在PLC程序控制的條件下，采用液壓傳動(dòng)方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運(yùn)動(dòng)軌跡，有一定速度和時(shí)間的動(dòng)作。同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。位置檢測(cè)裝置隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置. 本課題的機(jī)械手要能夠滿足抓住引線、握住導(dǎo)線，并且手臂最好能夠進(jìn)行橫向伸縮，而且要具有一定的承載能力，因?yàn)樵诶@線機(jī)構(gòu)纏線過(guò)程中，機(jī)械手要支撐住整個(gè)機(jī)構(gòu)，如果承載能力不夠，會(huì)出現(xiàn)安全問(wèn)題。 2)全自動(dòng)繞線機(jī)構(gòu) 該部分的主要功能是將導(dǎo)線和引線用綁線纏住，繞線機(jī)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、行星齒輪機(jī)構(gòu)等均能夠?qū)崿F(xiàn)繞線動(dòng)作。 (1)繞線機(jī)： 繞線機(jī)，顧名思義是把線狀的物體纏繞到特定的工件上的機(jī)器。歐美繞線機(jī)以其加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定而在國(guó)際繞線機(jī)市場(chǎng)上占有重要地位。 歐美繞線機(jī)一般可繞0.01-2mm的線徑，轉(zhuǎn)動(dòng)誤差極小。繞線機(jī)用精密微機(jī)控制，以程序控制操作，這些程序極易掌握，人機(jī)對(duì)話簡(jiǎn)單，即使工作人員并無(wú)繞線工作的經(jīng)驗(yàn)也可應(yīng)付自如。目前歐洲生產(chǎn)的繞線機(jī)已經(jīng)趨于自動(dòng)化，而美國(guó)的繞線機(jī)介于自動(dòng)和半自動(dòng)之間，德國(guó)制造的外形比較美觀，零件比較講究，但是造價(jià)高。隨著國(guó)際繞線機(jī)市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，相互間的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，各國(guó)的廠家都必須開(kāi)發(fā)出新一代的繞線機(jī)?，F(xiàn)在主要是趨向自動(dòng)化的發(fā)展方向。 全自動(dòng)繞線機(jī)是近幾年才發(fā)展起來(lái)的新機(jī)種，為了適應(yīng)高效率、高產(chǎn)量的要求，全自動(dòng)機(jī)種一般都采用多頭聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家大多都是參照了臺(tái)灣等地的進(jìn)口機(jī)型的設(shè)計(jì)，采用可編程控制器作為設(shè)備的控制核心，配合機(jī)械手、氣動(dòng)控制元件和執(zhí)行附件來(lái)完成自動(dòng)排線、自動(dòng)纏腳、自動(dòng)剪線、自動(dòng)裝卸骨架等功能，這種機(jī)型的生產(chǎn)效率極高，大大的降低了對(duì)人工的依賴，一個(gè)操作員工可以同時(shí)照看幾臺(tái)這樣的設(shè)備，生產(chǎn)品質(zhì)比較穩(wěn)定，非常適合產(chǎn)量要求高的加工場(chǎng)合。這種機(jī)型由于集成了數(shù)控、氣動(dòng)、光控許多的新技術(shù)，所以價(jià)格小則幾萬(wàn)元高則十幾萬(wàn)元，價(jià)格也使得許多的用戶望而嘆步，另外由于功能要求決定了該設(shè)備的零部件采用了大量非標(biāo)準(zhǔn)件和定制件，所以一旦出現(xiàn)故障相對(duì)的維修過(guò)程將會(huì)很復(fù)雜，周期也會(huì)比較長(zhǎng)。而且這種繞線機(jī)多數(shù)形體巨大，適合大批量，高精度的工作要求場(chǎng)合，不是本設(shè)計(jì)的理想選擇。 (2)齒輪齒條機(jī)構(gòu)： 齒輪齒條傳動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，它的傳動(dòng)功率大，速度范圍廣，效率高，工作可靠，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，能保證恒定傳動(dòng)比。但是，這樣的機(jī)構(gòu)可以反向驅(qū)動(dòng)，也就是齒條做直線運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，適合大距離的傳動(dòng)，如機(jī)床導(dǎo)軌底下帶動(dòng)拖板箱移動(dòng)的就是齒輪齒條傳動(dòng)，齒輪齒條機(jī)構(gòu)需要外加鎖緊裝置，因?yàn)辇X輪齒條機(jī)構(gòu)不能自鎖。而且它的制造及其安裝精度要求高，成本高，不適于兩軸中心距過(guò)大的傳動(dòng)及振動(dòng)沖擊較大的場(chǎng)合。 (3)行星齒輪機(jī)構(gòu)： 行星齒輪機(jī)構(gòu)有很多類型，其中最簡(jiǎn)單的行星齒輪機(jī)構(gòu)是由1個(gè)太陽(yáng)輪、1個(gè)齒圈、1個(gè)行星架和支承在行星架上的幾個(gè)行星齒輪組成的，稱為1個(gè)行星排。行星齒輪機(jī)構(gòu)中的太陽(yáng)輪、齒圈及行星架有一個(gè)共同的固定軸線，行星齒輪支承在固定于行星架的行星齒輪軸上，并同時(shí)與太陽(yáng)輪和齒圈嚙合。當(dāng)行星齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空套在行星架上的行星齒輪軸上的幾個(gè)行星齒輪一方面可以繞著自己的軸線旋轉(zhuǎn)，另一方面又可以隨著行星架一起繞著太陽(yáng)輪回轉(zhuǎn)，就像天上行星的運(yùn)動(dòng)那樣，兼有自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（將星齒輪的名稱即因此而來(lái)），在行星排中，具有固定軸線的太陽(yáng)輪、齒圈和行星架稱為行星排的3個(gè)基本元件。行星齒輪機(jī)構(gòu)可按不同的方式進(jìn)行分類，按照齒輪的嚙合方式不同，行星齒輪機(jī)構(gòu)可以分為外嚙合式和內(nèi)嚙合式兩種。外嚙合式行星齒輪機(jī)構(gòu)體積大，傳動(dòng)效率低，故在汽車上已被淘汰；內(nèi)嚙合式行星齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，因而在自動(dòng)變速器中被廣為使用。按照齒輪的排數(shù)不同，行星齒輪機(jī)構(gòu)可以分為單排和多排兩種。多排行星齒輪機(jī)構(gòu)是由幾個(gè)單排行星齒輪機(jī)構(gòu)組成的。按照太陽(yáng)輪和齒圈之間的行星齒輪組數(shù)的不同，行星齒輪機(jī)構(gòu)可以分為單行星齒輪式和雙行星齒輪式兩種。 全自動(dòng)繞線機(jī)構(gòu)要用直徑為2mm的細(xì)線將直徑粗10mm的導(dǎo)線握在一起，然后用1分鐘左右的時(shí)間完成繞線過(guò)程。所以考慮到本設(shè)計(jì)要求經(jīng)濟(jì)適用，效率高，優(yōu)先考慮行星齒輪機(jī)構(gòu)和齒輪齒條機(jī)構(gòu)，這兩種機(jī)構(gòu)較繞線機(jī)相比，更符合設(shè)計(jì)要求，機(jī)構(gòu)輕便，而且價(jià)格適宜，具有更強(qiáng)的實(shí)用性，更加大眾化。除此之外，帶傳動(dòng)，四桿機(jī)構(gòu)等也可以繞線，具體設(shè)計(jì)就要根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求而確定。 2.2初步可行性研究 無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人的主要優(yōu)點(diǎn)： (1)經(jīng)濟(jì)性：現(xiàn)在使用的高空作業(yè)車格價(jià)一般為幾百萬(wàn)不等，經(jīng)濟(jì)性低，需要使用者的經(jīng)濟(jì)承受能力很強(qiáng)；而無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人的價(jià)格在幾千元左右，與前者相比，優(yōu)越性一目了然。 (2)安全性：高空作業(yè)安全一直是我國(guó)的重中之重，而本設(shè)計(jì)可避免這一問(wèn)題，安全性高。 (3)效率高：無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人在繞線過(guò)程中的時(shí)間約為1分鐘，而整個(gè)過(guò)程約為2分鐘，與較傳統(tǒng)的方法相比較，工作效率大大提高。 (4)適用范圍廣：在何種環(huán)境均可工作，對(duì)工作條件沒(méi)有特別高的要求，實(shí)用性強(qiáng)。 鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人具有很高的可行性。 3 基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題 3.1基本內(nèi)容 本設(shè)計(jì)主要完成無(wú)攀爬式的高空遙控作業(yè)，實(shí)現(xiàn)高空握持導(dǎo)線、不規(guī)則的圓周繞線運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的全新自動(dòng)繞線。具體內(nèi)容為用繞線直徑為2mm的鋁質(zhì)綁線將直徑為10mm的引線和導(dǎo)線纏在一起，并完成導(dǎo)線的固定工作，繞線用時(shí)1分鐘左右。 3.1.1無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人的擬實(shí)現(xiàn)工作流程 (1)用絕緣拉桿插入拉桿插孔后，送機(jī)器人接近引線，控制機(jī)器人右手抓住引線； (2)送機(jī)器人接近導(dǎo)線，控制機(jī)器人左右手同時(shí)握住導(dǎo)線； (3)控制機(jī)器人用嘴咬住導(dǎo)線和引線后，使綁線如舌頭一樣，勾住導(dǎo)線和引線，同時(shí)身體做繞導(dǎo)運(yùn)動(dòng)，將綁線纏在導(dǎo)線和引線上； (4)最后，用嘴咬斷多余綁線后，工作結(jié)束。 3.2 擬解決問(wèn)題 (1)機(jī)器人手臂要能夠抓住引線，并握住導(dǎo)線。 (2)繞線機(jī)構(gòu)將導(dǎo)線和引線纏在一起，在繞線結(jié)束之后，將綁線兩頭固定，保證其不會(huì)松動(dòng)。 4 技術(shù)路線 通過(guò)查閱資料，明確設(shè)計(jì)目的，進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)方案的擬定，經(jīng)過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算，進(jìn)行繞線機(jī)構(gòu)、握持機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行總體裝配圖的繪制，最后，繪制主要零件工作圖，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 5 進(jìn)度安排 2月27日～3月20日：分配任務(wù)，書(shū)寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告； 3月21日～4月10日：查閱資料，進(jìn)行設(shè)計(jì)分析； 4月11日～4月18日：擬定總體設(shè)計(jì)方案； 4月19日～5月3日： 運(yùn)動(dòng)和力學(xué)參數(shù)的計(jì)算； 5月4日～5月10日：繞線機(jī)構(gòu)、握持機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5月11日～5月30日：繪制無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人總體裝配圖 6月1日～6月10日：繪制主要零件工作圖，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)； 6月11日～6月15日：完成設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備答辯。 6 主要參考文獻(xiàn) [1] 殷玉楓．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[S]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000. [2] 鄭江，許瑛．機(jī)械設(shè)計(jì)[S]．北京：北京大學(xué)出版社,1999. [3] 郭紅星，宋敏．機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社,1998. [4] 成大先．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 單行本 減（變）速器．電機(jī)與電器[S]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1998. [5] 蔣文萍.移動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)與分析[J] .天津大學(xué),2010. [6] 萬(wàn)海波.多自由度機(jī)械手運(yùn)動(dòng)性能及動(dòng)力學(xué)分析[J].河北工業(yè)大學(xué)，2007. [7] 楊可楨. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第五版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006. [8] 劉兵.移動(dòng)機(jī)械手協(xié)調(diào)控制技術(shù)的研究[J].河北工業(yè)大學(xué)，2009. [9]李亮.機(jī)械手對(duì)目標(biāo)物體的抓取[J].西華大學(xué)，2009. [10] 李娜.移動(dòng)機(jī)械手路徑規(guī)劃與控制研究[J].天津理工大學(xué)，2007. [11] 胡偉.機(jī)械手自動(dòng)抓取鋼卷系統(tǒng)的研究[J].武漢理工大學(xué)，2009. [12]Yoshiyuki T, Kenichi M. High -response X-Y stem driven by in-parallel linear motors [J]. CIRP Annals-Manufacturing Technology , 2008, 45( 1) : 359～362. [13]Developments in Belt Conveyor Technology，Malpighi Overland Conveyor Co[J]，Inc. Presented at MINE 2004Las Vegas，NV，USA September 27，2009 [14]Chao C L, Neo u J. Model reference adaptive control of air-lubricated capstan drive for precision positioning [J] . Precision Engineering ,2007, 24( 4) :285～290. [15] TERSKO, JOHN. Emerging Technologies [S]. 02/15/99, Vol. 248 Issue 4, p18, 1p, 1 Color Photograph, 1 Black and White Photograph [16] Vita，Cory Michael1.Technical Feasibility of Baling Votive Grass for Use as Load-Bearing Walls.[S]. Oct2011, Vol. 14 Issue 5, p931-940, 10p 6 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系部名稱： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 08-4班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 二○一二年六月  The Graduation Design for Bachelor's Degree Structure Design of No Climbing Full-automatic High Altitude Wiring Robot Candidate: Specialty: Mechanical Design and Manufacturing & Automation Class: Supervisor: 2012-06· 摘 要 在一切追求人性化的今天，越來(lái)越多繁重、危險(xiǎn)和高難度的工作，開(kāi)始采用機(jī)器人（包括機(jī)械手）來(lái)代替人類完成。裸高壓導(dǎo)線輸電線路的高空接線工作，一直是困擾高空作業(yè)人員的棘手問(wèn)題，由于其危險(xiǎn)性極大，作業(yè)條件艱難，僅靠人力很難做到，所以都是借助高空作業(yè)車的幫助來(lái)實(shí)現(xiàn)的。近年來(lái)，越來(lái)越多的人致力于多自由度的高空全自動(dòng)繞線裝置的研究，試圖找到一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、安全、有效的方法，來(lái)解決這一難題。因此，無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，該機(jī)器人通過(guò)實(shí)現(xiàn)高空握持導(dǎo)線、不規(guī)則的圓周繞線運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)等動(dòng)作，來(lái)完成繞線任務(wù)。通過(guò)對(duì)各種方案的對(duì)比，決定采用斜齒輪傳動(dòng)繞線，螺旋傳動(dòng)進(jìn)給來(lái)實(shí)現(xiàn)主要功能。 本設(shè)計(jì)構(gòu)思新穎，而且具有結(jié)構(gòu)輕便、經(jīng)濟(jì)適用、效率高、安全等顯著優(yōu)勢(shì)，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展方向，具有很高的可行性，適用于各種工作場(chǎng)合。 關(guān)鍵詞：無(wú)攀爬式；自動(dòng)繞線；斜齒輪傳動(dòng)；進(jìn)給；螺旋傳動(dòng) ABSTRACT In this information era, more and more heavy, dangerous and difficult works are being done by robot, manipulator included. The connection of bare high-tension wire has always been troubled steeplejacks. It’s extremely dangerous, and the work condition is hard, so people have to get help from the aloft working car. In recent years, more and more people are concentrated on development of device of full-automatic high altitude wiring. They try to find a convenient, economical, safely and efficient program to solve this problem. Then the no climbing full-automatic high altitude wiring robot comes out. It accomplishes its task by holding wires in high attitude, coiling in circle irregularly and transverse feed. Through the comparison of several programs, the helical gearing and screw driven are used to wiring and feed, respectively. This design has a novel idea, and it has advantage of light structure, economic and applicable, efficient and safely. It complies with the development of era and can work in any conditions. Key words: no climbing; full-automatic wiring; helical gearing; feed; screw driven II 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 課題研究背景 1 1.2 課題研究目的和意義 1 1.2.1 課題研究目的 1 1.2.2 課題研究意義 1 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.4 發(fā)展前景展望 4 第2章 總體方案確定 5 2.1 齒輪齒條繞線機(jī)構(gòu) 5 2.2 內(nèi)嚙合齒輪繞線機(jī)構(gòu) 6 2.3 斜齒輪嚙合繞線機(jī)構(gòu) 6 2.4 本章小結(jié) 7 第3章 參數(shù)的確定及電機(jī)的選擇 8 3.1 繞線機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定 8 3.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定 11 3.3 抓線和導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定 13 3.3.1 抓線機(jī)構(gòu)參數(shù)確定 13 3.3.2 導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定 15 3.4 電機(jī)的選擇 16 3.4.1 進(jìn)給機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇 16 3.4.2 握持機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇 17 3.5 本章小結(jié) 18 第4章 繞線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 4.1 繞線機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 4.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 4.3 支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 4.4 本章小結(jié) 22 第5章 抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24 5.1 抓線機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 5.2 導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 5.3 本章小結(jié) 25 第6章 實(shí)體機(jī)構(gòu)裝配 26 6.1 實(shí)體機(jī)構(gòu)裝配 26 6.2 本章小結(jié) 29 結(jié)論 30 參考文獻(xiàn) 31 致謝 32 第1章 緒 論 1.1 課題研究背景 裸高壓導(dǎo)線輸電線路的備用導(dǎo)線高空接線，其繞線軌跡不規(guī)范、轉(zhuǎn)自線圈的線徑粗、折彎力較大、折彎運(yùn)動(dòng)空間受限等，給高空接線增加了難度，而多自由度的高空全自動(dòng)繞線裝置的研究是高空接線中亟待解決的瓶頸問(wèn)題。而且高空繞線工作危險(xiǎn)大、難度高，需借助高空作業(yè)車的幫助來(lái)完成，并且對(duì)工作環(huán)境的要求較高，在惡劣環(huán)境條件下無(wú)法正常工作，由于種種因素的限制，裸高壓導(dǎo)線輸電線路的備用導(dǎo)線高空接線工作一直困擾著人們。無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人的應(yīng)運(yùn)而生，能夠代替工人進(jìn)行操作，避免了工作中潛在的各種危險(xiǎn)，同時(shí)能夠提高工作效率，并且減少了高壓輸電線路的電流損耗。 1.2 課題研究目的和意義 1.2.1 課題研究目的 針對(duì)傳統(tǒng)接線工作中存在的各種弊端，無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人出現(xiàn)了，它是為實(shí)現(xiàn)無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線而設(shè)計(jì)的機(jī)器人裝置。裸高壓導(dǎo)線輸電線路的備用導(dǎo)線高空接線，其繞線軌跡不規(guī)范、轉(zhuǎn)子線圈的線徑粗、折彎力較大、折彎運(yùn)動(dòng)空間受限等，給高空接線增加了難度，而多自由度的高空全自動(dòng)繞線裝置的研究是高空接線中亟待解決的瓶頸問(wèn)題。本課題根據(jù)仿生學(xué)和機(jī)器人學(xué)的原理，運(yùn)用常用的機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其組合，實(shí)現(xiàn)高空握持導(dǎo)線、不規(guī)則的圓周繞線運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的全新自動(dòng)繞線機(jī)器人的研究。 1.2.2 課題研究意義 在一切智慧化、人性化、高效率化的今天，越來(lái)越多的機(jī)器人代替人進(jìn)行繁重、危險(xiǎn)的勞動(dòng)，在一很多高度危險(xiǎn)和繁重的工作中，都采用了機(jī)器人，它們的高效率和幾乎為零的風(fēng)險(xiǎn)是人類無(wú)法與之相比的優(yōu)勢(shì)。機(jī)器人技術(shù)的采用顯著減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作負(fù)擔(dān)，大大改善了勞動(dòng)條件，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。在高空裸導(dǎo)線的接線中，以前都需要操作人員攀高接線，勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性不可靠；而無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人能夠代替工人進(jìn)行高空作業(yè)，避免了工作中潛在的各種危險(xiǎn)，同時(shí)提高了工作效率，并且減少了高壓輸電線路的電流損耗，也為低碳經(jīng)濟(jì)提供了一個(gè)新的探索方案。該設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)實(shí)用性高，具有光明的發(fā)展前景。 本設(shè)計(jì)是主要實(shí)現(xiàn)高空握持導(dǎo)線、不規(guī)則的圓周繞線運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的全新自動(dòng)繞線裝置具體設(shè)計(jì)要求如下： 導(dǎo)線直徑： 10mm 繞線直徑：2 mm 繞線材料： 鋁 導(dǎo)線高度：20m 整機(jī)重量：7.5kg 完成繞線時(shí)間：1分鐘左右 要求經(jīng)濟(jì)適用，效率高。 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 本課題設(shè)計(jì)的無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人主要實(shí)現(xiàn)高空握持導(dǎo)線、不規(guī)則的圓周繞線運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其主要結(jié)構(gòu)有：導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)和繞線機(jī)構(gòu)。 導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)采用機(jī)械手。機(jī)械手是在早期出現(xiàn)的古代機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，機(jī)械手研究始于20世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。同時(shí)，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，又為機(jī)器人和機(jī)械手控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國(guó)于1947年開(kāi)發(fā)了遙控機(jī)械手控制系統(tǒng)和遙控機(jī)械手，1948年又開(kāi)發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手控制系統(tǒng)和機(jī)械手。 機(jī)械手控制系統(tǒng)首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人控制系統(tǒng)。現(xiàn)有的機(jī)器人控制系統(tǒng)差不多都采用這種控制方式。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手鉚接機(jī)器人控制系統(tǒng)。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國(guó)AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人和相關(guān)控制系統(tǒng)主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)。 機(jī)械手控制系統(tǒng)經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：機(jī)械手完成放射源轉(zhuǎn)運(yùn)年代、化工產(chǎn)品垛機(jī)械手年代、工業(yè)用機(jī)械手興起和發(fā)展年代。隨著汽車行業(yè)和塑膠行業(yè)的發(fā)展，西歐、日本、蘇聯(lián)和中國(guó)等地域機(jī)械手及其控制系統(tǒng)也開(kāi)始百花爭(zhēng)艷。尤其注塑機(jī)機(jī)械手，發(fā)展更為迅猛，應(yīng)用非常普遍，其控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)趨于成熟和完善。 機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 20世紀(jì)40年代后期，美國(guó)在原子能實(shí)驗(yàn)中，首先采用了機(jī)械手搬運(yùn)放射性材料，人在安全間操縱機(jī)械手進(jìn)行各種操作和實(shí)驗(yàn)。50年代以后機(jī)械手逐步推廣到工業(yè)部門(mén)，用于在高溫污染嚴(yán)重的地方取放工件和卸料，也作為機(jī)床的輔助裝置在自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用，完成上下料和從刀庫(kù)中取放刀具并按國(guó)定程序更換刀具等。 本設(shè)計(jì)的另一主要功能是繞線，而現(xiàn)今最常見(jiàn)的繞線裝置就是繞線機(jī)。繞線機(jī)，顧名思義是把線狀的物體纏繞到特定的工件上的機(jī)器。歐美繞線機(jī)以其加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定而在國(guó)際繞線機(jī)市場(chǎng)上占有重要地位。 歐美繞線機(jī)一般可繞0.01-2mm的線徑，轉(zhuǎn)動(dòng)誤差極小。繞線機(jī)用精密微機(jī)控制，以程序控制操作，這些程序極易掌握，人機(jī)對(duì)話簡(jiǎn)單，即使工作人員并無(wú)繞線工作的經(jīng)驗(yàn)也可應(yīng)付自如。目前歐洲生產(chǎn)的繞線機(jī)已經(jīng)趨于自動(dòng)化，而美國(guó)的繞線機(jī)介于自動(dòng)和半自動(dòng)之間，德國(guó)制造的外形比較美觀，零件比較講究，但是造價(jià)高。隨著國(guó)際繞線機(jī)市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，相互間的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，各國(guó)的廠家都必須開(kāi)發(fā)出新一代的繞線機(jī)。現(xiàn)在主要是趨向自動(dòng)化的發(fā)展方向。 全自動(dòng)繞線機(jī)是近幾年才發(fā)展起來(lái)的新機(jī)種，為了適應(yīng)高效率、高產(chǎn)量的要求，全自動(dòng)機(jī)種一般都采用多頭聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家大多都是參照了臺(tái)灣等地的進(jìn)口機(jī)型的設(shè)計(jì)，采用可編程控制器作為設(shè)備的控制核心，配合機(jī)械手、氣動(dòng)控制元件和執(zhí)行附件來(lái)完成自動(dòng)排線、自動(dòng)纏腳、自動(dòng)剪線、自動(dòng)裝卸骨架等功能，這種機(jī)型的生產(chǎn)效率極高，大大的降低了對(duì)人工的依賴，一個(gè)操作員工可以同時(shí)照看幾臺(tái)這樣的設(shè)備，生產(chǎn)品質(zhì)比較穩(wěn)定，非常適合產(chǎn)量要求高的加工場(chǎng)合。這種機(jī)型由于集成了數(shù)控、氣動(dòng)、光控許多的新技術(shù)，所以價(jià)格小則幾萬(wàn)元高則十幾萬(wàn)元，價(jià)格也使得許多的用戶望而嘆步，另外由于功能要求決定了該設(shè)備的零部件采用了大量非標(biāo)準(zhǔn)件和定制件，所以一旦出現(xiàn)故障相對(duì)的維修過(guò)程將會(huì)很復(fù)雜，周期也會(huì)比較長(zhǎng)。 能夠?qū)崿F(xiàn)繞線功能的機(jī)構(gòu)還有很多，例如齒輪齒條、齒輪傳動(dòng)、槽輪機(jī)構(gòu)等，只要能實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)繞線功能。工作原理：槽輪是由圓銷的主動(dòng)撥盤(pán)和具有若干徑向槽輪及機(jī)架組成。當(dāng)撥盤(pán)作等速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，槽輪做反向或同向的單向間歇運(yùn)動(dòng)，在圓銷未進(jìn)入槽輪徑向時(shí)，槽輪上的內(nèi)凹鎖住撥銷，槽輪被主動(dòng)撥盤(pán)的外凹鎖住弧卡住，使槽輪停歇在確定的位置上不動(dòng)。當(dāng)撥盤(pán)上撥銷進(jìn)入槽輪徑向槽時(shí)，鎖住弧松開(kāi)，撥銷驅(qū)動(dòng)槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)，循環(huán)往復(fù)，時(shí)停時(shí)動(dòng)，因此，槽輪機(jī)構(gòu)是一種間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。應(yīng)用示例：機(jī)床自動(dòng)轉(zhuǎn)為機(jī)構(gòu)，電影放映機(jī)卷片等。當(dāng)放映卷片時(shí)，膠片上的畫(huà)面依次在方框中停留，以適應(yīng)人眼的視覺(jué)停留現(xiàn)象。槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易加工，工作可靠，轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確，機(jī)械效率高。但是其動(dòng)程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不能太小，槽輪在起停時(shí)的角速度大，有沖擊，并隨著轉(zhuǎn)速的增加或槽輪數(shù)的減少而加劇，故不宜用于高速場(chǎng)合。對(duì)于本設(shè)計(jì)的繞線部分，齒輪傳動(dòng)是首選。 1.4 發(fā)展前景展望 無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人的主要優(yōu)點(diǎn)： (1)經(jīng)濟(jì)性：現(xiàn)在使用的高空作業(yè)車格價(jià)一般為幾百萬(wàn)不等，經(jīng)濟(jì)性低，需要使用者的經(jīng)濟(jì)承受能力很強(qiáng)；而無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人的價(jià)格在幾千元左右，與前者相比，優(yōu)越性一目了然。 (2)安全性：高空作業(yè)安全一直是我國(guó)的重中之重，而本設(shè)計(jì)可避免這一問(wèn)題，安全性高。 (3)效率高：無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人在繞線過(guò)程中的時(shí)間約為1分鐘，而整個(gè)過(guò)程約為2分鐘，與較傳統(tǒng)的方法相比較，工作效率大大提高。 (4)適用范圍廣：在何種環(huán)境均可工作，對(duì)工作條件沒(méi)有特別高的要求，實(shí)用性強(qiáng)。 鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人具有很高的可行性，發(fā)展前景廣闊。 第2章 總體方案確定 2.1 齒輪齒條繞線機(jī)構(gòu) 現(xiàn)有使用較廣泛的繞線裝置是較大型的繞線機(jī)。繞線機(jī)，顧名思義是把線狀的物體纏繞到特定的工件上的機(jī)器。歐美繞線機(jī)以其加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定而在國(guó)際繞線機(jī)市場(chǎng)上占有重要地位。 歐美繞線機(jī)一般可繞0.01~2mm的線徑，轉(zhuǎn)動(dòng)誤差極小。繞線機(jī)用精密微機(jī)控制，以程控操作，這些程序極易掌握，人機(jī)對(duì)話簡(jiǎn)單，即使工作人員并無(wú)繞線工作的經(jīng)驗(yàn)也可應(yīng)付自如。目前歐洲生產(chǎn)的繞線機(jī)已經(jīng)趨于自動(dòng)化，而美國(guó)的繞線機(jī)介于自動(dòng)和半自動(dòng)之間，德國(guó)制造的外形比較美觀，零件比較講究，但是造價(jià)高。隨著國(guó)際繞線機(jī)市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，相互間的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，各國(guó)的廠家都必須開(kāi)發(fā)出新一代的繞線機(jī)。現(xiàn)在主要是趨向自動(dòng)化的發(fā)展方向。然而本設(shè)計(jì)課題，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，對(duì)重量有要求，大型的繞線機(jī)顯然不符合設(shè)計(jì)要求，因此，不考慮使用繞線機(jī)。 圖2.1 全自動(dòng)十二軸繞線機(jī) 繞線主要是通過(guò)圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)有很多，本方案選擇齒輪齒條傳動(dòng)作為繞線機(jī)構(gòu)。齒輪齒條傳動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，它的傳動(dòng)功率大，速度范圍廣，效率高，工作可靠，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，能保證恒定傳動(dòng)比。但是，這樣的機(jī)構(gòu)可以反向驅(qū)動(dòng)，也就是齒條做直線運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，適合大距離的傳動(dòng)，如機(jī)床導(dǎo)軌底下帶動(dòng)拖板箱移動(dòng)的就是齒輪齒條傳動(dòng)，齒輪齒條機(jī)構(gòu)需要外加鎖緊裝置，因?yàn)辇X輪齒條機(jī)構(gòu)不能自鎖。而且它的制造及其安裝精度要求高，成本高，不適于兩軸中心距過(guò)大的傳動(dòng)及振動(dòng)沖擊較大的場(chǎng)合。 在本設(shè)計(jì)方案中，齒條的上、下面均有輪齒，分別于兩個(gè)齒輪嚙合，其中上面的齒輪負(fù)責(zé)繞線工作，而下面的齒輪則負(fù)責(zé)進(jìn)給，下面的齒輪通過(guò)螺旋傳動(dòng)橫向進(jìn)給，進(jìn)而帶動(dòng)上面的繞線齒輪在繞線的同時(shí)有橫向位移。在繞線之前，將引線抓過(guò)來(lái)與導(dǎo)線握在一起，隨后，將整個(gè)繞線裝置通過(guò)兩邊的對(duì)稱把手掛在高壓線上面，然后開(kāi)始繞線，繞線完成后，取下整個(gè)裝置。本設(shè)計(jì)存在的主要缺點(diǎn)之一就是，齒條的尺寸要求很大，因?yàn)榧词过X輪只轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，齒條的長(zhǎng)度就是它的周長(zhǎng)，該繞線機(jī)構(gòu)中，繞線齒輪的周長(zhǎng)大約為半米，這就意味著齒條的長(zhǎng)度必須是半米的整數(shù)倍，而這一條件完全違背了最初的設(shè)計(jì)目的，很難滿足結(jié)構(gòu)輕便這一基本要求。 2.2 內(nèi)嚙合齒輪繞線機(jī)構(gòu) 該方案繞線機(jī)構(gòu)采用的是內(nèi)嚙合的直齒圓柱齒輪，它的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)嚙合直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)是用于傳遞兩平行軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的齒輪機(jī)構(gòu)，它的主、從動(dòng)齒之間轉(zhuǎn)向相同，在同樣的傳動(dòng)比情況下所占地位小，直齒圓柱齒輪省料，經(jīng)濟(jì)比較便宜，且傳動(dòng)尺寸小，傳動(dòng)比大，傳動(dòng)比精確，工作可靠、效率高、壽命長(zhǎng)，使用的功率、速度和尺寸范圍大；缺點(diǎn)是成本高，不能遠(yuǎn)距離傳動(dòng)，制造和安裝精度要求高。當(dāng)兩軸間需要較大的傳動(dòng)比時(shí)，如果只用一對(duì)齒輪傳動(dòng)，由于兩輪齒數(shù)相差懸殊而使小齒輪易于磨損，同時(shí)兩輪的尺寸相差較大時(shí)就可以采用內(nèi)嚙合的齒輪?？梢杂糜跍p速器中、電動(dòng)滾筒中等。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)采用的是四桿機(jī)構(gòu)，他的示意圖相當(dāng)于是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是低副的移動(dòng)副，滑塊可以左右或者上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)﹑壓縮機(jī)﹑沖床等的機(jī)構(gòu)中。 抓線機(jī)構(gòu)也是采用的四桿機(jī)構(gòu)的原理。 2.3 斜齒輪嚙合繞線機(jī)構(gòu) 本方案中，繞線部分采用斜齒輪嚙合傳動(dòng)。與直齒輪傳動(dòng)相比，斜齒輪有以下主要優(yōu)點(diǎn)：重合度大，齒面接觸情況好，因此運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，承載能力高；無(wú)根切的最小齒數(shù)較直齒輪少，故可使結(jié)構(gòu)更加緊湊；加工成本不高于直齒輪。主要缺點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向力，對(duì)傳動(dòng)不利。無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人工作時(shí)，線盒被安放在從動(dòng)齒輪上，隨著從動(dòng)齒輪作圓周運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給。 而進(jìn)給采用的是滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)。工作時(shí)，螺桿與齒輪旋和，同時(shí)連接著一個(gè)聯(lián)軸器，聯(lián)軸器與進(jìn)給桿相連，進(jìn)給桿與架子相連，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一方面與主動(dòng)齒輪旋和，同時(shí)主動(dòng)齒輪又與從動(dòng)齒輪嚙合，這樣完成繞線功能；而與聯(lián)軸器相連的進(jìn)給桿則帶動(dòng)架子和主、從動(dòng)齒輪進(jìn)給。通常所說(shuō)的滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)就是普通滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)?；瑒?dòng)螺旋通常采用梯形螺紋和鋸齒形螺紋，其中梯形螺紋應(yīng)用最廣，鋸齒形螺紋用于單面受力。矩形螺紋由于工藝性較差強(qiáng)度較低等原因應(yīng)用很少;對(duì)于受力不大和精密機(jī)構(gòu)的調(diào)整螺旋，有時(shí)也采用三角螺紋。螺旋傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載能力大，傳動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)噪聲，能實(shí)現(xiàn)自鎖要求，傳動(dòng)精度高，故廣泛應(yīng)用于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)、螺旋起重機(jī)和螺旋壓力機(jī)中。缺點(diǎn)是，螺紋之間產(chǎn)生較大的相對(duì)滑動(dòng)，摩擦磨損嚴(yán)重，傳動(dòng)效率低。 2.4 本章小結(jié) 通過(guò)查閱資料，并對(duì)幾種方案進(jìn)行分析和比較優(yōu)缺點(diǎn)，排除了較不合理的方案之后，決定選擇方案三作為最后方案，運(yùn)用斜齒輪嚙合機(jī)構(gòu)繞線，滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)進(jìn)給，這樣進(jìn)給和繞線共用一個(gè)電動(dòng)機(jī)，可以減少一個(gè)電動(dòng)機(jī)的使用，從減少重量和電動(dòng)機(jī)的角度看，都是很好的選擇。 第3章 參數(shù)的確定及電機(jī)的選擇 3.1 繞線機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) 1. 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1) 材料：尼龍 2) 精度等級(jí)：7級(jí) 3) 小齒輪（主動(dòng)）齒數(shù)=19，大齒輪齒數(shù)=38 4) 選取螺旋角 初選β＝16\O 2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 按參考文獻(xiàn)[2]中式（10-21）計(jì)算，即 （3.1） (1) 確定公式中各計(jì)算數(shù)值 1) 試選 2) 由參考文獻(xiàn)[2]中圖10-30 選取區(qū)域系數(shù) 3) 由參考文獻(xiàn)[2]中圖10-26 查得 ，，則 4) 許用接觸應(yīng)力 MPa （3.2） 5) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩N·mm 6) 選取齒寬系數(shù) 7) 由參考文獻(xiàn)[2]中表10-6查得材料的彈性影響系數(shù) 齒數(shù)比 (2) 計(jì)算 1) 小齒輪分度圓直徑 2) 計(jì)算圓周速度 m／s （3.3） 3) 計(jì)算齒寬b及模數(shù) mm （3.4） mm (3.5) mm (3.6) 4) 計(jì)算縱向重合度 (3.7) 5) 計(jì)算載荷系數(shù)K 查得使用載荷系數(shù) 動(dòng)載荷系數(shù) 齒向載荷分布系數(shù) 因此 （3.8） 6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正算得的分度圓直徑，由式（10-10a）得 mm （3.9） 7) 計(jì)算模數(shù) mm （3.10） 3. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由參考文獻(xiàn)[2]中式 （10-17） （3.11） (1) 確定計(jì)算參數(shù) 1) 計(jì)算載荷系數(shù) （3.12） 2) 根據(jù)縱向重合度，從參考文獻(xiàn)[2]中圖10-28查得 螺旋角影響系數(shù) 3) 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) （3.13） 4) 查取齒形系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[2]中表 10-5查得 ， 5) 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[2]中表10-5 查得 ， 6) 計(jì)算大、小齒輪的，并加以比較（對(duì)于大、小齒輪MPa） （3.14） 小齒輪的數(shù)值大 (2) 設(shè)計(jì)計(jì)算 取 4. 幾何尺寸計(jì)算 (1) 計(jì)算中心距 mm (3.15) 將中心距圓整為119mm (2) 按圓整后的中心距修正螺旋角 =16°25′ 因?yàn)橹禑o(wú)太大變化，故參數(shù)、、等不必修正 (3) 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 mm （3.16） mm (4) 計(jì)算齒輪寬度 mm 因?yàn)閷?duì)齒輪強(qiáng)度要求不高，所以最后取mm,mm 3.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定 進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用螺旋傳動(dòng)，螺桿選擇,普通螺紋，螺距 設(shè)計(jì)計(jì)算 1. 耐磨性計(jì)算 螺紋工作面上的耐磨性條件為 （3.17） 令，則，代入式（3.17），整理后得 (3.18) 對(duì)于普通螺紋，接觸高度(=0.6495 mm) 代入，有 在式（3.17）中，各參數(shù)值如下： N mm mm MPa 因此，有 強(qiáng)度足夠 2. 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 第四強(qiáng)度理論 （3.19） 其中，F(xiàn)：螺桿受的軸向力，N A：螺紋段的危險(xiǎn)截面面積 ，mm2 : 螺紋段的抗扭截面系數(shù) ，mm3 T：螺桿所受扭矩，N·mm ：螺桿材料的許用應(yīng)力，MPa ,(MPa） 其中，，根據(jù)螺桿轉(zhuǎn)速,查得kg·cm=60N·mm 因此有 MPa＜300MPa 3. 螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算 螺桿的穩(wěn)定性條件 (3.20) ：螺桿穩(wěn)定性的計(jì)算安全系數(shù) ：螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，取 ：螺桿的臨界載荷，N 根據(jù)歐拉公式計(jì)算，即 （3.21） 由參考文獻(xiàn)[2]中表5-14查得螺桿的長(zhǎng)度系數(shù) mm 因,所以無(wú)需進(jìn)行穩(wěn)定性校核 3.3 抓線和導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定 3.3.1 抓線機(jī)構(gòu)參數(shù)確定 （a） （b） 圖3.1 抓手 如圖3.1所示，抓手部分主要由兩部分驅(qū)動(dòng)，其中圖（a）為抓線時(shí)抓手位置，中間空間為高壓線所處空間，整個(gè)抓線過(guò)程中，抓手應(yīng)實(shí)現(xiàn)兩次分和，一次是抓住引線，第二次是將引線和導(dǎo)線握在一起。圖（b）是推桿，即抓手的動(dòng)力來(lái)源，推桿工作時(shí)，兩個(gè)小圓環(huán)是拉手，通過(guò)將推桿上下移動(dòng)，來(lái)使抓手實(shí)現(xiàn)抓線和松開(kāi)線的動(dòng)作。本結(jié)構(gòu)的參數(shù)確定主要是根據(jù)高壓線的尺寸而定的。 （a） (b) 圖3.2 抓手零件尺寸示意圖 如圖3.2所示，為抓手上部的零件尺寸參數(shù)。 （a） (b) 圖3.3 抓手推桿部分零件尺寸示意圖 如圖3.3（a）和3.3（b）所示，為抓手推桿部分的尺寸參數(shù)。 3.3.2 導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定 圖3.4導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)的平面圖，從結(jié)構(gòu)可看出，導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)是典型的四桿機(jī)構(gòu)，工作時(shí)，兩個(gè)相同的抓手將導(dǎo)線握在一起，其具體參數(shù)主要根據(jù)導(dǎo)線的尺寸而定，先確定中間握住導(dǎo)線的橢圓形狀的尺寸，然后依其運(yùn)動(dòng)情況確定其他部位的尺寸，如連桿，此處或可根據(jù)具體的運(yùn)動(dòng)仿真分析而定，運(yùn)動(dòng)仿真之后，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡表現(xiàn)清晰，一目了然，運(yùn)動(dòng)范圍也可確定，由此，各部分的尺寸也就可相應(yīng)確定 (a) (b) 圖3.4導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu) 如圖所示，圖3.4（a）為導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)的實(shí)體圖，而圖3.4（b）為導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)示意圖，其基本參數(shù)在此圖中均有所體現(xiàn)。 3.4 電機(jī)的選擇 3.4.1 進(jìn)給機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇 進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用的是螺旋傳動(dòng)，選取是的普通螺紋，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，螺距。在整個(gè)繞線過(guò)程中，計(jì)劃繞線20圈，因此，從動(dòng)齒輪要相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)20圈，根據(jù)傳動(dòng)比，可得出主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)40圈，而螺桿也就轉(zhuǎn)動(dòng)40圈，因此，所選擇電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)該大于等于。根據(jù)本設(shè)計(jì)對(duì)電機(jī)的特殊要求，在微型蝸輪蝸桿減速直流電機(jī)中進(jìn)行選擇，由前面所求轉(zhuǎn)速，選擇GW370-62型電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速為，額定轉(zhuǎn)速為，額定扭矩為，換算為，電源為DC6v,外形尺寸（不含軸）是：（mm），重量?jī)H為。 3.4.2 握持機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇 握持機(jī)構(gòu)采用四桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)一根桿的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，是抓手部分產(chǎn)生一定角度，當(dāng)角度達(dá)到一定程度時(shí)，便能夠?qū)⒏邏壕€扣住。二本部分結(jié)構(gòu)功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)驅(qū)動(dòng)桿產(chǎn)生的位移，其位移量很小，所選擇的電動(dòng)機(jī)為WD-A-6系列推桿，推桿的空載速度為：,帶載后也完全可以完成本結(jié)構(gòu)的要求。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電站、礦山、港口、冶金、輕工等系統(tǒng)中，也適合于具有相同工作環(huán)境和使用要求的其它行業(yè)中，并具有滿足系統(tǒng)要求的程控、集控和就地控制的能力。安裝電動(dòng)推桿時(shí)，應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作、調(diào)試及維護(hù)方便的空間，也必須考慮推桿自身的運(yùn)動(dòng)空間。其安裝尺寸參見(jiàn)各規(guī)格推桿安裝尺寸圖表。電動(dòng)推桿安裝完畢后應(yīng)對(duì)以下部分進(jìn)行調(diào)整檢查后，方能通電試運(yùn)行：電氣線路是否符合電氣原理圖的要求，電源電壓及相序是否正確；檢查各緊固件是否牢固可靠；轉(zhuǎn)動(dòng)手柄軸檢查推桿行程控制機(jī)構(gòu)工作是否正常。本部分電機(jī)分別分布在架子的兩側(cè)，工作是同時(shí)的，即要保證兩個(gè)抓手工作的同步性。永磁直流電機(jī)的特點(diǎn)：電磁式直流電機(jī)原理相似，永磁直流電機(jī)唯一的區(qū)別就是 直流電機(jī)的磁通產(chǎn)生的方式不同。永磁直流電機(jī)的主要特點(diǎn)：首先永磁直線電機(jī)不需要直流勵(lì)磁電源，可以有效的減少電源的耗電量，因此具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。其次永磁電機(jī)沒(méi)有勵(lì)磁繞組，這樣就可以節(jié)省電機(jī)的用銅量，有效的減少電氣銅耗。特別是在微型以及小容量的范圍內(nèi)，電機(jī)的重量、體積以及效率和成本都可以得到有效的改善。但是永磁電機(jī)中的永磁材料的磁場(chǎng)是恒定的，永磁直流電機(jī)是以微型和小容量為主。 圖3.5直動(dòng)電機(jī) 3.5 本章小結(jié) 本章是參數(shù)的確定和電機(jī)的選擇，參數(shù)確定首先是根據(jù)實(shí)際情況，比如高壓線直徑，來(lái)估算出大致需要多大尺寸的齒輪，然后在初選參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算，強(qiáng)度校核，進(jìn)而確定具體的參數(shù)，然后再對(duì)其他參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，所有數(shù)據(jù)校核并確定后，選擇合適的電動(dòng)。而四桿機(jī)構(gòu)等的參數(shù)確定，則要根據(jù)實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡等因素，這些都是根據(jù)具體情況而定，沒(méi)有特別標(biāo)準(zhǔn)的參照和理論依據(jù)，主要是根據(jù)設(shè)計(jì)需求而定，靈活性比較大。在電動(dòng)機(jī)的選擇上，本設(shè)計(jì)較多采用了直動(dòng)電動(dòng)機(jī)，這是出于對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便和節(jié)省原材料、重量的考慮。 第4章 繞線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 繞線機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主動(dòng)齒輪上面只有四個(gè)減重孔，無(wú)其他特別結(jié)構(gòu)。 從動(dòng)齒輪上面要有一個(gè)線盒，線盒是粘接在齒輪上面的，繞線時(shí)，隨著從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，線盒中的鋁線被帶出，纏繞導(dǎo)線，可以在線盒外端出口處，加個(gè)彈簧片，該彈簧片的作用是，當(dāng)線盒經(jīng)過(guò)兩根高壓線時(shí)，沒(méi)有彈力作用，當(dāng)鋁線纏住高壓線后，相當(dāng)于高壓線變粗了，這樣，當(dāng)彈簧片與纏著鋁線的高壓線接觸后，即對(duì)其有個(gè)彈力作用，起到緊線作用。線盒中鋁線的長(zhǎng)度是一定的，這樣，能夠保證在繞線動(dòng)作完成時(shí)，線盒內(nèi)沒(méi)有多余的殘留線，這也就減少了一個(gè)動(dòng)作，即當(dāng)繞線完成后，沒(méi)有剪線的動(dòng)作，減小了工作的難度。 圖4.1 從動(dòng)齒輪 本設(shè)計(jì)要求重量輕，因此，為了減輕重量，要使用輕質(zhì)材料，如塑料、尼龍等，現(xiàn)選擇尼龍材料。尼龍，英文名稱polyamide（簡(jiǎn)稱PA），是分子主鏈上含有重復(fù)酰胺基團(tuán)—[NHCO]—的熱塑性樹(shù)脂總稱。包括脂肪族PA，脂肪—芳香族PA和芳香族PA。其中，脂肪族PA品種多，產(chǎn)量大，應(yīng)用廣泛，其命名由合成單體具體的碳原子數(shù)而定。尼龍1938年在美國(guó)被成功的合成，是世界上出現(xiàn)的第一種合成纖維。尼龍的出現(xiàn)使紡織品的面貌煥然一新，它的合成是合成纖維工業(yè)的重大突破，同時(shí)也是高分子化學(xué)的一個(gè)重要里程碑。現(xiàn)在使用較廣泛的尼龍材料類型之一就是MC尼龍，它是在常壓下，將熔融的原料已內(nèi)酰胺單體C6H11NO用堿性的物質(zhì)作催化劑，與活化劑等助劑一起制成待聚單體，直接注入預(yù)熱到一定溫度的模具中，使物料在模具內(nèi)很快地進(jìn)行聚合反應(yīng)，凝結(jié)成堅(jiān)韌的固體胚件，再經(jīng)過(guò)有關(guān)工藝處理，得到預(yù)定的制品。MC尼龍的特點(diǎn)：摩擦系數(shù)比鋼低8.8倍，比銅低8.3倍，而比重僅為銅的七分之一。MC尼龍可直接取代原銅不銹鋼、鋁合金等金屬制品。多年來(lái)我公司生產(chǎn)的MC尼龍滑輪、滑塊、齒輪、蝸輪、托輪、支承輪、走輪、水泵葉輪、軸套、軸瓦、柱肖、活賽閥體、擋膠板、皮帶輪、轉(zhuǎn)動(dòng)輪、棒材、管材、板材等，不僅較好地取代了相應(yīng)的金屬品，而且使用戶降低了成本，延長(zhǎng)了整機(jī)及零件的使用壽命，經(jīng)濟(jì)效益有顯著提高。MC尼龍又分為很多種，其中有一種MC901 （藍(lán)色），這種改性尼龍6有醒目的蘭色，比普通澆鑄尼龍的韌性高，柔性好，耐疲勞，證明是齒輪，齒條和傳動(dòng)齒輪的理想材料。MC尼龍的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，效果也越來(lái)越顯著，人們從不認(rèn)識(shí)到認(rèn)識(shí)，從試用到應(yīng)用，逐步認(rèn)識(shí)到MC尼龍應(yīng)用的卓越性、重要性，MC尼龍已取得了重大的經(jīng)濟(jì)效益。 4.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，整個(gè)繞線過(guò)程中，要纏繞20圈，因此從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)20圈，螺桿也轉(zhuǎn)動(dòng)40圈。目前我國(guó)常用的螺桿材料有45號(hào)鋼、40Cr、氨化鋼、38CrMOAl，高溫合金等。而為了滿足設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)中螺桿不采用金屬材料，現(xiàn)在有尼龍材料的螺桿被使用，當(dāng)強(qiáng)度要求不高，又需要減輕重量時(shí)，尼龍螺桿便是一種很好的選擇。 4.3 支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于本裝置是要進(jìn)行高空作業(yè)，須由操作人員舉至高壓線處，因此，對(duì)重量有極高的要求，所以不僅在材料的選擇上，在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，也要盡量減輕重量，無(wú)論是支撐一對(duì)齒輪的小架子，還是機(jī)構(gòu)的整體架子，都要盡可能多的減重。 1. 小架子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 小架子的設(shè)計(jì)目的是要保證繞線時(shí)，機(jī)構(gòu)不會(huì)搖晃，即保證平衡，同時(shí)，支撐著大齒輪。螺桿被安置在和高壓線在一條直線上，這樣，就要求架子能夠保持兩邊平衡，因此，架子既能起到支撐作用，又能保持整體平衡。設(shè)計(jì)時(shí)，高壓線所在的豎直平面相當(dāng)于架子的對(duì)稱中心，架子的結(jié)構(gòu)要完全對(duì)稱，才能使機(jī)構(gòu)穩(wěn)定，繞線時(shí)，小架子的移動(dòng)和主動(dòng)齒輪是完全一致的，沒(méi)有相對(duì)位移，這是因?yàn)樵谛↓X輪和架子之間有個(gè)類似套筒的東西，它與主動(dòng)齒輪用鍵連接，同時(shí)用卡環(huán)固定，使軸向固定，這樣，當(dāng)套筒進(jìn)給時(shí)，帶動(dòng)架子和主動(dòng)齒輪同時(shí)運(yùn)動(dòng)，而且鍵連接使得主動(dòng)齒輪隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，與從動(dòng)齒輪嚙合繞線。套筒狀物體內(nèi)部有螺紋，這是保證進(jìn)給的必要條件。小架子與從動(dòng)齒輪接觸處有一個(gè)支撐從動(dòng)齒輪的約圓筒，圓筒與從動(dòng)齒輪邊緣處有一個(gè)圓柱銷，防止齒輪軸向竄動(dòng)。在該圓筒上與進(jìn)給方向相反的一方邊緣處，安裝有一個(gè)“V”型彈簧片，當(dāng)齒輪繞線時(shí)，從齒輪進(jìn)入的高壓線是約為長(zhǎng)徑20mm、小徑10mm的橢圓，繞線的鋁線直徑為2mm，所以從彈簧片處離開(kāi)時(shí)，長(zhǎng)徑和小徑各增加了4mm左右，這樣，彈簧片的彈力就給了高壓線一個(gè)夾緊力，使得纏繞在高壓線上面的鋁線不會(huì)松動(dòng)，起到了緊線的作用。在小架子的一側(cè)外部，安裝著進(jìn)給機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī),該電動(dòng)機(jī)的尺寸（不算軸）為：(mm)。小架子偏底部的位置有兩個(gè)孔，分別與兩根平衡桿配合，此處為間隙配合，因?yàn)樾〖茏优c平衡桿有相對(duì)位移，要沿著其軌跡進(jìn)給。 圖4.2 小架子 2. 大架子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 大架子的主要功能是當(dāng)機(jī)構(gòu)繞線時(shí)，將整個(gè)機(jī)構(gòu)掛在高壓線上，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。大架子的兩邊對(duì)稱布置著兩個(gè)完全相同的四桿機(jī)構(gòu)，該四桿機(jī)構(gòu)由一個(gè)直動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)，在繞線前后，四桿機(jī)構(gòu)通過(guò)其中一個(gè)桿的直線位移，使掛線處發(fā)生角度變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)掛線、松開(kāi)線兩次動(dòng)作。兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是同步進(jìn)行的，四桿機(jī)構(gòu)的電機(jī)（即直動(dòng)推桿）也安裝在架子外側(cè)，并且四桿機(jī)構(gòu)在外側(cè)都有擋板，防止其發(fā)生空間位移，四桿兩邊各有一個(gè)實(shí)心圓柱體，該圓柱體起到限位作用，使得四桿的原動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)軌跡不能脫離兩個(gè)圓柱實(shí)體，同時(shí)，因?yàn)樵趻熳「邏壕€之后，幾乎重量都由兩邊的四桿機(jī)構(gòu)承受著，所以，對(duì)四桿機(jī)構(gòu)的剛度要求很大，因此，為了增加強(qiáng)度，在四桿的原動(dòng)桿和圓柱實(shí)體處，連接著滑塊，該滑塊剛度很大，可隨著四桿的移動(dòng)而自由滑動(dòng)。從減輕重量的角度考慮，架子的兩側(cè)和底部都有設(shè)置減重成分，即在不影響其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，可在部分位置去除材料，這樣，可大大減輕重量。架子上方兩邊各有一個(gè)類似滑道的結(jié)構(gòu)，因?yàn)楫?dāng)操作人員在下方舉著機(jī)構(gòu)時(shí)，無(wú)法很準(zhǔn)確地將高壓線線對(duì)準(zhǔn)架子中心線部位，加了這一結(jié)構(gòu)后，可以讓架子接近高壓線后，先將高壓線引進(jìn)滑道，隨后，順著滑道，把高壓線帶進(jìn)準(zhǔn)確位置，這樣對(duì)于抓手抓線也有很大幫助。大架子同樣有兩個(gè)插桿孔，與兩根平衡桿配合，不過(guò)此處應(yīng)為過(guò)盈配合，因?yàn)橐蠊潭U與大架子相對(duì)靜止，無(wú)相對(duì)位移。安裝時(shí)，在大架子固定螺桿的孔上方，各有一個(gè)向上逐漸變大的孔道，而在螺桿進(jìn)入架子處，該孔道直徑最大，這樣，只需將螺桿從最大直徑處插入，之后，便會(huì)順著孔道落至指定位置，便于安裝。 圖 4.3 大架子 4.4 本章小結(jié) 在本部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，考慮到經(jīng)濟(jì)因素和節(jié)能環(huán)保，將進(jìn)給機(jī)構(gòu)和繞線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成共用一個(gè)電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，既要帶動(dòng)主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)齒輪又與從動(dòng)齒輪嚙合，進(jìn)而從動(dòng)齒輪進(jìn)行繞線動(dòng)作，又要實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，這就增加了機(jī)構(gòu)的難度。設(shè)計(jì)時(shí)，用一個(gè)套筒狀結(jié)構(gòu)解決這一難題，該結(jié)構(gòu)將繞線和進(jìn)給實(shí)現(xiàn)在一個(gè)電動(dòng)機(jī)上，借助卡環(huán)和鍵這些標(biāo)準(zhǔn)件的幫助，實(shí)現(xiàn)了這兩個(gè)功能的結(jié)合。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)節(jié)約了能源、減少重量，而且操作方便，尤其是在共用一個(gè)電動(dòng)機(jī)這一點(diǎn)上面，充分詮釋了設(shè)計(jì)初衷。 第5章 抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5.1 抓線機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 如圖所示為抓線機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)有一個(gè)細(xì)長(zhǎng)空管，里面有一根拉桿，動(dòng)力通過(guò)這根拉桿由操作人員的手傳向上面的抓線部分。該結(jié)構(gòu)主要部分是拉桿和抓手，拉桿上推時(shí)，將抓手之間的角度變大，這樣，手張開(kāi)一個(gè)曲線，將懸著的引線帶進(jìn)手指之間，然后拉桿向下拉，這時(shí)，手指向抓住的高壓線抓緊，將其握住，將機(jī)構(gòu)送至固定高壓線處時(shí)，再次向上推拉桿，這時(shí)，手指再次張開(kāi)，將兩根高壓線同時(shí)握在手里，將其抓緊。然后送整個(gè)支架上去，進(jìn)行繞線工作。 （a） （b） （c） 圖5.1 抓線機(jī)構(gòu) 5.2 導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 導(dǎo)線握持部分采用的是四桿機(jī)構(gòu)。四桿機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是：連桿機(jī)構(gòu)為低副，運(yùn)動(dòng)副為面接觸，壓強(qiáng)小，承載能力大，耐沖擊；運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形狀多為平面或圓柱面，便于加工制造；連桿曲線可以滿足不同運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)要求。主要缺點(diǎn)有：運(yùn)動(dòng)積累誤差較大，因而影響傳動(dòng)精度；由于慣性力不好平衡，因而不適于應(yīng)用在高速傳動(dòng)；設(shè)計(jì)方法相對(duì)復(fù)雜。在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)握線機(jī)構(gòu)不工作時(shí)，四桿的握持部分是張開(kāi)的，有一定角度，當(dāng)整個(gè)機(jī)構(gòu)被送至高壓線處時(shí)，直動(dòng)電機(jī)將推桿向上推，同時(shí)，握持部分的角度逐漸變小，直至為零，此時(shí)，四桿機(jī)構(gòu)將高壓線緊緊握住，動(dòng)作完成，架子兩邊的把手同時(shí)抓線、松線。在抓手的外側(cè)，有一個(gè)擋板固定，而且發(fā)生角度變化處的推桿也有兩個(gè)小圓柱與之接觸，這樣就很好的保證了其穩(wěn)定性。而且，握持部分的內(nèi)部空間，即與高壓線接觸處，是設(shè)計(jì)成橢圓形的，這樣當(dāng)高壓線被握住時(shí)，由于接觸緊湊，而且整個(gè)該裝置有重力作用，會(huì)對(duì)高壓線產(chǎn)生作用力，迫使兩根高壓線成豎直排列，避免其晃動(dòng)，更加便于纏線。 （a） (b) 圖5.2 導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu) 5.3 本章小結(jié) 本部分的設(shè)計(jì)主要是抓線、握線部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于高壓線引線是懸在空中的，沒(méi)有固定裝置，因此，要對(duì)其施力必須先將其抓緊，然后才能使之與固定的高壓線匯合，并用準(zhǔn)備好的鋁線纏繞。這一設(shè)計(jì)要求的滿足主要借助于四桿機(jī)構(gòu)，四桿機(jī)構(gòu)便于安裝制造，而且容易實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的復(fù)雜性，是首選機(jī)構(gòu)。 第6章 實(shí)體機(jī)構(gòu)裝配 6.1 實(shí)體機(jī)構(gòu)裝配 由于CAD技術(shù)的快速發(fā)展，迅速而準(zhǔn)確地進(jìn)行輪廓設(shè)計(jì)早已經(jīng)成為可能，這一技術(shù)將設(shè)計(jì)者從復(fù)雜且繁重的計(jì)算和艱巨的繪圖工作中解救出來(lái)，但是，CAD技術(shù)局限于二維平面圖，缺乏立體感，不能很好的表達(dá)特別復(fù)雜的機(jī)構(gòu)。因此三維軟件的使用越來(lái)越受歡迎，人們?cè)谟辛嘶A(chǔ)設(shè)計(jì)理念之后，即可利用三維軟件生成實(shí)體，通過(guò)分析比較，再進(jìn)行實(shí)體裝配，最后，通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真，來(lái)確定最終機(jī)構(gòu)。這樣，就避免了空泛和抽象的想象，將實(shí)體表現(xiàn)出來(lái)更加形象。例如pro/e畫(huà)圖軟件，即可精確、快速的完成機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體造型，并且通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，大大的簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，并提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。 實(shí)體裝配時(shí)，由于抓線和繞線時(shí)分開(kāi)實(shí)現(xiàn)的，所以，裝配也分兩部分進(jìn)行。 第一部分是抓手部分，將該抓手的主要零部件設(shè)計(jì)生成實(shí)體后，按照裝配關(guān)系，將其組裝到一起，并且，裝配之后，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，仿真部分即可看清抓手抓線的動(dòng)作，比二維圖清晰明了。 第二部分就是繞線部分的裝配和仿真，此處由于涉及的零部件較多，因此，也較為復(fù)雜。首先是整個(gè)架子的放置，然后裝配支撐主、從動(dòng)齒輪的小架子，該小架子同大架子一樣，在底部對(duì)稱分布著兩個(gè)孔，該孔將分別與兩根導(dǎo)桿配合，在小架子處為間隙配合，因?yàn)樾〖茏右趯?dǎo)桿上面進(jìn)給，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而與大架子的配合是過(guò)盈配合，因?yàn)榇蠹茏优c導(dǎo)桿無(wú)相對(duì)滑動(dòng)。放置小架子后，再安裝從動(dòng)齒輪，從動(dòng)齒輪的裝配靠與主動(dòng)齒輪的嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)，齒輪裝配之后，裝配架子兩邊的掛線機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的功能實(shí)現(xiàn)靠的是四桿機(jī)構(gòu)，該四桿機(jī)構(gòu)由微型蝸輪蝸桿減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)連著一個(gè)推桿，該推桿上、下移動(dòng)，推動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)上下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，抓手部分實(shí)現(xiàn)分、和動(dòng)作，從而繞線。抓手與架子的固定主要靠一個(gè)圓柱，該圓柱和四桿的活動(dòng)桿分別于同一個(gè)滑塊相配合，這樣，可以保證四桿與整體相對(duì)位置的穩(wěn)定性，而且增加了四桿的強(qiáng)度，因?yàn)樵趻熳「邏壕€之后，整個(gè)機(jī)構(gòu)的重量相當(dāng)于都被四桿機(jī)構(gòu)承受了，這樣，就對(duì)四桿的強(qiáng)度要求很高，而且在四桿機(jī)構(gòu)的外側(cè)，有一個(gè)擋板，這也是為了控制四桿的相對(duì)位置穩(wěn)定性，防止其向架子兩側(cè)偏移。電機(jī)安裝在推桿的下面，與推桿接觸。 1. 抓手部分 如圖所示，其中圖（6.1）中（a）、（b）、（c）圖中零件組裝到一起，構(gòu)成抓手，（d）、（e）圖裝配到一起，是拉桿部分。 (a) (b) (c) （d） (e) 圖6.1 抓線手各零件實(shí)體圖 2. 繞線部分裝配 (a)爆炸圖 (b)總裝1 （c）總裝2 圖6.2機(jī)構(gòu)整體裝配圖 如圖6.2示，（a）圖為爆炸圖，清晰地表現(xiàn)了各個(gè)單一零件在未裝配時(shí)的狀態(tài)，（b）圖為將各個(gè)零件裝配到一起時(shí)的整體效果，而圖（c）為從另一角度觀看到的整體效果。 6.2 本章小結(jié) 本章是實(shí)體設(shè)計(jì)的最后部分，從最初的參數(shù)選擇、確定以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、點(diǎn)機(jī)選擇等，都是為這一部分的基礎(chǔ)，實(shí)體裝配可以說(shuō)是對(duì)前面工作的一個(gè)檢驗(yàn)過(guò)程，也是對(duì)運(yùn)動(dòng)仿真的鋪墊，在實(shí)體裝配過(guò)程中，若零件之間的配合有什么問(wèn)題，都能夠準(zhǔn)確的表現(xiàn)出來(lái)，尤其是要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)，若機(jī)構(gòu)間存在任何問(wèn)題，都會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)仿真產(chǎn)生不利影響，阻礙其順利進(jìn)行，因此，實(shí)體裝配極為重要。 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)的題目為無(wú)攀爬式全自動(dòng)高空接線機(jī)器人的設(shè)計(jì)，由題目可知，該設(shè)計(jì)以全自動(dòng)為中心，即在無(wú)人操作的前提下完成主要功能，如抓線、繞線、進(jìn)給等動(dòng)作，它主要是針對(duì)目前高空作業(yè)的高難度、危險(xiǎn)性大等弊端而設(shè)計(jì)的，具有傳統(tǒng)接線方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。 本設(shè)計(jì)主要完成的有繞線機(jī)構(gòu)、抓線機(jī)構(gòu)和進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且要保證經(jīng)濟(jì)性、高效率，而且由于工作前要由操作人員舉至高壓線處，因此，對(duì)重量有要求。繞線機(jī)構(gòu)采用的是斜齒輪嚙合傳動(dòng)，進(jìn)給部分運(yùn)用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，而抓線部分是四桿機(jī)構(gòu)。由于本設(shè)計(jì)要求重量在7.5kg以內(nèi)，因此，材料的選擇尤為重要，不能選擇重型材料，可優(yōu)先選擇塑料、尼龍等輕質(zhì)材料?？傮w看來(lái)，本設(shè)計(jì)較為合理，能夠滿足低碳經(jīng)濟(jì)、效率高等設(shè)計(jì)初衷。不過(guò)由于其尺寸結(jié)構(gòu)特殊，很多零部件不能選擇標(biāo)準(zhǔn)件，需要特別訂做。本設(shè)計(jì)的一個(gè)主要缺點(diǎn)是抓引線時(shí)，還需人借助桿才能實(shí)現(xiàn)，這一方面應(yīng)該加以改進(jìn)，試圖找到一種全自動(dòng)的、無(wú)需借助人力來(lái)完成的機(jī)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用傳感器技術(shù)，進(jìn)一步完善，從而研發(fā)出一種更加智能化、自動(dòng)化的抓線機(jī)械手。而繞線部分和進(jìn)給機(jī)構(gòu)雖然能夠完成要求的功能，但是不夠新穎，缺乏創(chuàng)新意識(shí)，應(yīng)該加以優(yōu)化；整體結(jié)構(gòu)上，不夠美觀，很多細(xì)節(jié)還有待完善。這些在以后的設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)該得到改善和解決。 參考文獻(xiàn) [1] 鄭甲紅，朱建儒，.機(jī)械原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006. [2] 殷玉楓.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[S].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000. [3] 濮良貴剛設(shè)計(jì)[M]. 北京:北京大學(xué)出版社,1999. [4] 郭紅星,宋敏.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1998. [5] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 單行本 減（變）速器.電機(jī)與電器[S].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1998. [6] 蔣文萍.移動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)與分析[J].天津大學(xué),2010. [7] 馮開(kāi)林，孫曉健.物料抓取裝置的設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)械出版社，2007，28. [8] 萬(wàn)海波.多自由度機(jī)械手運(yùn)動(dòng)性能及動(dòng)力學(xué)分析[J].河北工業(yè)大學(xué),2007. [9] 楊可楨.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006. [10]. 劉兵.移動(dòng)機(jī)械手協(xié)調(diào)控制技術(shù)的研究[J].河北工業(yè)大學(xué),2009. [11 李亮.機(jī)械手對(duì)目標(biāo)物體的抓取[J].西華大學(xué),2009. [12 李娜.移動(dòng)機(jī)械手路徑規(guī)劃與控制研究[J].天津理工大學(xué),2007. [13 胡偉.機(jī)械手自動(dòng)抓取鋼卷系統(tǒng)的研究[J].武漢理工大學(xué),2009. [14 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)[M]化學(xué)工業(yè)出版社，2000 [15]Yoshiyuki T, Kenichi M. High -response X-Y stem driven by in-parallel linear motors [J]. CIRPAnnals-Manufacturing Technology , 2008, 45(1): 359～362. [16]Developments in Belt Conveyor Technology，Malpighi Overland Conveyor Co[J]，Inc. Presented at MINE 2004Las Vegas,NV,USA September 27,2009 [17] Chao C L, Neo u J. Model reference adaptive control of air-lubricated capstan drive for precision positioning [J]. Precision Engineering ,2007, 24(4):285～290. [18] TERSKO, JOHN. Emerging Technologies[S]. 02/15/99, Vol. 248 Issue 4, p18, 1p, 1 Color Photograph, 1 Black and White Photograph [19] Vita, Cory Michael1.Technical Feasibility of Baling Votive Grass for Use as Load-Bearing Walls.[S]. Oct2011, Vol. 14 Issue 5, p931-940, 10p 致 謝 時(shí)光荏苒，隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的圓滿結(jié)束，我的大學(xué)生活馬上就要畫(huà)上句號(hào)了。回想畢業(yè)設(shè)計(jì)忙忙碌碌卻不失充實(shí)的兩個(gè)月，真是萬(wàn)分感慨，學(xué)了四年的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，又做過(guò)一次課程設(shè)計(jì)，而到了具體的畢業(yè)設(shè)計(jì)，不免還有些手忙腳亂，從最初的開(kāi)題報(bào)告，經(jīng)中期檢查，再到最后的終審和答辯，我經(jīng)歷了很多困難。尤其要感謝指導(dǎo)老師老師，她對(duì)于我的無(wú)論大小、難易的各種問(wèn)題，從來(lái)都是耐心的指導(dǎo)、細(xì)心檢查，甚至還不惜犧牲個(gè)人休息時(shí)間來(lái)幫我們趕進(jìn)程。還有王金老師，他不是我的指導(dǎo)老師，對(duì)于我的屢次打擾，一直都有問(wèn)必答，王老師忙于實(shí)驗(yàn)室、教室和辦公室之間，卻從不吝惜個(gè)人時(shí)間，給了我很大幫助。還有各位答辯組老師，在幾次答辯中不厭其煩的給我提出了很多寶貴意見(jiàn)，當(dāng)然，還有各位曾給予過(guò)我極力幫助的同學(xué)們，在此，再次感謝各位老師和同學(xué)們的全力幫助，沒(méi)有你們的幫助，就沒(méi)有我畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我畢業(yè)前最后的任務(wù)，這幾個(gè)月中，經(jīng)歷了許多，無(wú)論是快樂(lè)的還是痛苦的，都是我人生中極為珍貴的回憶，因?yàn)樗侨谌胛掖髮W(xué)生活中最多感慨的一段時(shí)光。它讓我體會(huì)到了學(xué)校濃厚的學(xué)習(xí)氛圍，對(duì)于就不見(jiàn)面的同學(xué)來(lái)說(shuō)，也是一個(gè)很好的交流和互助機(jī)會(huì)?？梢哉f(shuō)，畢業(yè)設(shè)計(jì)不是個(gè)人成績(jī)，而是大家的共同成果，更是師生互動(dòng)的產(chǎn)物。 32