城市路燈桿清洗裝置設計（已改）

IABSTRACT:Withthedevelopmentofthescienceandtechnology,roboticshavebecomemorewidelyusedinindustrialprodueconomic,therearealotofhigh-risebuildingssuchasthepoles,theroadpcable-stayedbridgesappearedinthenumerouscitiesandtoandmaintenanceofthesesetswithgreenenvironmental,highlyefficientanmethodintegratingwiththeaestheticsandenviron-mentalprotectionworkersfoInthispaper,akindofpneumaticpole-climbingrobotwasdesignedforsatisfyingtheloadcapacity.Itcanbewidelyusedincityplanningpole-climbingtasksinsteadofmanpower.Basedoncomparedthemeritsanddemeritsofseveralkindofcrawlingmechanism,wedeterminethegeneralstructureofrobcomponentsofclimbingrobot,motordrivetwo-wayspifortheclampingrobotarm.Thenaccordestimatethesizeofcomponentswithquality,accordingly,determinethecylimotormodel.Finally,thetestofeachelement,cliKeywords:pole-clim寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計1 31.1論文研究的目的和意義 31.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及存在問題 31.2.1機器人的分類 41.2.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 41.2.3目前存在的問題 51.3本論文的研究工作 52爬桿機器人仿生結構分析研究 72.1仿生機器人概述 72.2總體方案分析 82.2.1貼附功能分析 82.2.2移動功能分析 92.3本章小結 3爬桿機器人結構方案設計 3.1總體結構設計 3.2夾緊裝置分析研究 3.3爬升動力系統(tǒng)分析研究 3.4爬桿機器人運動原理 3.5本章小結 4主體尺寸參數(shù)的設計校核 4.1爬桿機器人各零部件尺寸設計 4.1.1貼附功能分析 4.1.3夾緊手臂 4.1.5估算上部分總質量 4.1.6氣缸 4.1.7估算整體質量 4.1.8計算工作所需夾緊力 4.1.9電機的選擇計算與定型 4.2滑動絲杠傳動的設計計算及校核 4.2.1傳動螺紋選擇 寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計24.2.2耐磨性計算及選材 4.2.3校核驗算 4.3齒輪傳動設計 204.3.1選定齒輪類型、精度、材料及齒數(shù) 214.3.2按齒面接觸疲勞強度設計 214.3.3按齒根彎曲疲勞強度設計計算 224.3.4幾何尺寸計算 4.4軸承選用 4.4.1直線軸承介紹 4.4.2直線軸承選擇 244.5聯(lián)軸器 4.6本章小結 27參考文獻 28 30寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計3牌柱(圖1-1),他們是通常5-30米，有的甚至高達100米，墻漆、電鍍、玻璃和鋼寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計4寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計5國外東京大學的代表已經(jīng)開發(fā)出一種關節(jié)式步行機器人，可水平或垂直直桿爬行，可跨法蘭阻擋，平行桿，可繞T桿和L桿爬行。國內(nèi)有一個典型的斜拉橋纜索涂裝機器人研究所的氣動蠕動式纜索機器人維修的過程中，同時可以進行其他清潔能源來實現(xiàn)光桿和其他桿狀城市建筑清洗操作設1)分析爬桿機器人各種結構模型；2)建立爬桿機器人的結構模型；3)提出本論文爬行機器人的結構及設計方法、設計準則；4)完成爬桿機器人的結構設計各部件尺寸設計；寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計65)零部件的校核計算；寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計72.1仿生機器人概述仿生機器人是指模仿生物、從事生物特點工作的機器人。目前在西方國家，機械寵物十分流行，另外，仿麻雀機器人可以擔任環(huán)境監(jiān)測的任務，具有廣闊的開發(fā)前景。二十一世紀人類將進入老齡化社會，發(fā)展仿人機器人將彌補年輕勞動力的嚴重不足，解決老齡化社會的家庭服務和醫(yī)療等社會問題，并能開辟新的產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)造新的就業(yè)機會。感知(信息)仿生如仿生蚯蚓等如仿生編蝠耳等能量仿生仿生機器人控制傷生運動仿生寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計8人爬樹時(如圖2-2),兩腳夾緊樹桿，兩腿一蹬，兩手抱住樹桿上移，然后兩手寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計9貼附方式概要特點式手由夾緊力產(chǎn)生的摩擦力使機械手夾緊在桿體上能適應任何壁面吸附式真空吸附真真空泵設置許多吸盤，由真空人吸附在壁面上可實現(xiàn)小型、輕量化，無需附加供氣裝置，但要求壁面有一定的平滑度噴射器在本體上安裝噴嘴，由噴射器經(jīng)噴嘴將壓縮空氣噴出，其周圍形成真空，吸附在壁面上能效低、噪音大，且需要供氣裝置，但對壁面的適應能力強電磁吸附永永磁體吸在壁面上磁體電磁體通電將其吸附吸附時需要電能，也只適用于導磁性壁面的吸附寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計3爬桿機器人結構方案設計本課題所設計機器人的運動方式其實是一種蠕動爬行，蠕動是一種周期性的動保證在夾緊桿單運動結束后，機器人在一個單一的工作保求度驅動力求離系統(tǒng)結構護速度調(diào)整動中等好中等容易良好短稍復雜容易寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計動動電氣驅動慢短復雜困難液壓驅動系統(tǒng)一般使用2-15MPa的油液驅動，能夠產(chǎn)生很大的驅動力，但是其爬桿機器人的總體結構如圖3-1所示。結合圖3-1可以看出，機器人的爬行動作原理可分為以下6步：1)下電機轉動，帶動下絲杠旋轉，使手臂夾緊在圓柱桿上。2)上電機轉動，帶動上絲杠旋轉，讓上手臂松開。3)氣缸向上推動，運動到指定位置后，停止運動保持。4)上電機轉動，帶動上絲杠旋轉，讓上手臂夾緊桿子。5)下電機轉動，帶動下絲杠旋轉，使手臂松開圓柱桿。6)氣缸收回，帶動機器人下部分向上運動。寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計圖3-1爬桿機器人總體結構上述為爬桿機器人的一個運動周期，每運行一個周期，機器人整體向上爬行一次，重復上面6個步驟就可以實現(xiàn)機器人機械手之間的協(xié)調(diào)動作和機器人整體的攀爬運動。3.5本章小結本章主要介紹了爬桿機器人的結構設計方案，第一節(jié)提出了機器人的大致總體結構構想，第二節(jié)對比分析了機械式和氣、液壓式夾緊裝置，第三節(jié)對動力爬升系統(tǒng)進行了具體分析研究，第四節(jié)闡述了爬桿機器人的工作原理。4主體尺寸參數(shù)的設計校核在估算零件質量的過程中，忽略小孔及倒角、圓角，對絲杠作光桿處理，尺寸按較大方向來選取。4.1.1貼附功能分析為了減輕機器人的質量又能夠達到工作所需要的強度，選用底板材料為鋁合金，圖4-1底板厚度為15mm,估算底板的質量m板要求所設計機構能夠適應完成10-30cm絲杠工作長度設計成150mm,直徑32mm,材料選擇調(diào)質45號鋼，密度p=7.85g/cm3,圖4-2所示：圓柱體的攀爬運動，經(jīng)過設計計算初步將兩端長度各為40mm,直徑20mm,絲杠彈性模量為196~206Gpa,絲杠結構如夾爪于手臂之間用螺釘連接，其結構如圖4-3所示：圖4-3手臂Vf=5×22×0.5+2×20×5×0.5+2×8×130×0.3myw=Vfw×P=189×7.85=150電機質量估算4000g。機器人上部分總質量：=4000+2×1505.15+3202+4×9還有齒輪以及一些小零件(螺栓、橡膠片、聯(lián)軸器等)估取m=15kg。根據(jù)所需的力來確定活塞桿的推力和拉力大小。應選擇氣缸，使氣缸的輸出力略有余量。如果選擇小孔徑，輸出功率不夠，氣缸不能正常工作；但直徑過大，不僅設備笨重，成本高，而且耗氣量增加，造成能源浪費。下面是氣缸理論力的計算公式：氣缸的工作效率為85%,則氣缸理論輸出力：計算得出D=21.32mm:查機械設計手冊，選擇QM系列氣缸，氣缸直徑為25mm,氣缸的結構及安裝尺寸如圖4-4所示。圖4-4氣缸MM:M10×1.25NN:M27×2PP:ZG1/8=2×12362.3+2×4000=3估算選取M=36kg。摩擦材料選擇橡膠，橡膠對鑄鐵摩擦系數(shù)所以工作所需夾緊力為225N。電動機俗稱馬達，是一種將電能轉化成機械能，并可再使用機械能產(chǎn)生動能，用來驅動其他裝置的電氣設備。它是將電能轉變?yōu)闄C械能的一種機器。電機的工作通常是電機的旋轉部分，這就是所謂的轉子電機；有直線運動，稱為直線電機。電動機可以提供范圍廣泛的功率，從兆瓦到千瓦級。該電機的使用和控制十分方便，自啟動、加速、制動、逆變電源，能滿足各種操作要求；電機工作效率高，無粉塵、異味，無環(huán)境污染，噪音小。由于其優(yōu)點，廣泛應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、商用及家用電器、醫(yī)療電氣設備等方面。下面進行電機的計算選型，上文經(jīng)過估算已近計算得出，工作所需的夾緊力為計算工作所需電機轉矩：寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計根據(jù)轉矩查相關機械手冊，選取電機型號40YB01電機電機額定轉速為260r/min,額定轉矩為1.3N·m,質量4kg;外形、尺寸如圖4-5構造簡單、加工方便、易于自鎖、但摩擦大、效率低(一般為30%-40%)、磨損快，滑動螺旋。靜壓螺旋傳動效率可達99%,但結構復雜，需要供油系統(tǒng)。滾珠絲杠傳選用梯形螺紋，牙型為等腰梯形，牙型角α=30°,高徑比y=1.5。絲杠材料選用45號鋼，螺母材料同樣也選用45鋼。查表得，許用壓力根據(jù)(GB/T5796.1~5796.3—1986)選擇絲杠標準公稱直徑d=32mm.絲杠螺距P=6mm,牙頂間隙a=0.5mm,中徑d?=d-0.5p=32-0.5×6=29mm,d?=d-2h?=32-2×(3+0.5)=25mm。螺母高度H=Yd?=1.5×29=43.5mm,圓整成整數(shù)為44mm。螺母旋合圈數(shù)n=H/P=44/6=7.33,n≤10-12,滿足條件。(1)自鎖性驗算：要求自鎖時，當量摩擦角p≤πdtanp;p=arctan(f/cosβ)°=arctan(0.12/cos15°)=πdtanp=3.14×32×tan8.25?=14p<πdtanp,符合自鎖條件，可以實現(xiàn)自鎖。(2)絲杠強度校核驗算：查表計算得，許用拉應力：(3)螺母螺牙強度校核驗算：查機械手冊得，許用彎曲應力：許用切應力梯形螺紋螺牙根部寬度b: 寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計梯形螺紋螺紋的工作高度H:H?=0.5P=0.5×6=3mm螺母絲杠彎曲應力的計算：螺母(4)穩(wěn)定性校核計算細長比查機械手冊得，長度系數(shù)μ=0.5λ<40,符合要求，故無需校核絲杠的穩(wěn)定性。4.3齒輪傳動設計齒輪傳動是利用主、從動輪直接傳遞運動和動力的裝置。齒輪傳動是利用兩齒輪輪齒嚙合傳動和機械傳動的運動。根據(jù)齒輪軸的相對位置、圓柱齒輪傳動的平行軸、錐齒輪傳動與交錯軸斜齒輪傳動的交點。本實用新型結構緊湊，效率高，使用壽命長。齒輪傳動是各種機械傳動中應用最廣泛的一種，它可以用來傳輸相對短距離的兩個軸之間的運動和動力。齒輪傳動的特點是：齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比準確，工作可靠，效率高，壽命長，使用功率大，速度快，尺寸范圍大。如傳動功率由小到數(shù)十萬千瓦；速度可達300米/秒；齒輪直徑從幾毫米到超過和20米。但齒輪需要特殊的齒輪制造，嚙合傳動會(1)按工作要求，選用直齒圓柱齒輪傳動。(2)大小齒輪的材料選用40Cr,表面淬火，表面硬度為HRC48-55。(3)因為表面淬火，輪齒變形小，采用七級精度。②小齒輪傳遞的扭矩為T=2×10°N·mmN?=60n,jL=60×260×1×(300×15×8)=0.5616×10°⑨計算接觸疲勞許用應力：取安全系數(shù)S=1,則寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計②計算小齒輪分度圓圓周速度：b=d?=0.4×59.37=23.74④計算齒寬與齒高之比：齒高h=2.25m,=2.25×2.9685=6.68mm⑤計算載荷系數(shù)：查圖，由v=8.09m/s,7級精度，得K,=1.12;K=K?KKmKp=1×1.12×1.1×4.3.3按齒根彎曲疲勞強度設計計算(1)確定設計公式中的參數(shù)①查圖，得大、小齒輪的彎曲疲勞強度極限：②查圖，得彎曲疲勞壽命系數(shù)：③計算彎曲疲勞許用應力：取安全系數(shù)S=1.4,則④計算載荷系數(shù)：K=K?K?KrKp=1.0×1.12×1.1×⑤查表，得齒形系數(shù)：⑥查表，得應力校正系數(shù)：⑦計算重合度系數(shù)：所以，小齒輪的彎曲強度較弱。(2)計算齒輪模數(shù)就近圓整模數(shù)為標準值m=3mm,(1)計算分度圓直徑：(2)計算中心距：(3)計算齒輪寬度：手臂在導桿上滑動時會產(chǎn)生很大的摩擦力，大大降低爬桿機器人工作時的工作效寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計承，其內(nèi)徑為20mm,外徑為32mm,寬度為45mm。寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計(1)定位螺絲固定：兩個定位螺絲間隔90°對所固定的軸進行鎖緊，是一種傳(2)夾緊螺絲固定：利用內(nèi)六角螺栓擰緊的力量，使狹縫收縮，而將軸心緊緊(3)鍵槽型：這種類型與定位螺絲固定型一樣，是一種最傳統(tǒng)的固定方式，適(4)復合固定方式：在聯(lián)軸器的固定中，采用兩種固定方式來進行聯(lián)接固定稱軸伸，符合本機構的工作，其結構如圖4-7所示：圖4-7聯(lián)軸器軸直徑d(H7):20mm寧夏大學新華學院2016屆本科畢業(yè)設計[1]蔣新松.機器人學導論[M].遼寧：遼寧科學技術出版社，1994.[2]王園宇，武利生，李元宗.壁面清洗機器人發(fā)展趨勢淺析[J].引進與咨詢，[3]邵浩.壁面清洗爬壁機器人.中國第五屆機器人學術會議論文集[C].北京：[4]ElkmannN,FelschT,SackM,etal.Modularcli[J].IndustrialRobot,1999,26(6):460-465.[5]TohruMIYAKE,HidenoriISHIHARA.MechanismsWindowCleaningRobot[C].Proceedingsofthe2003IEEUASMEInternaConferenceonAdvancedIntel-lige