無攀爬式全自動高空接線機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書

1、<p><b>　　本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　無攀爬式全自動高空接線機(jī)器人</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p><b>　　哈爾濱工程大學(xué)</b></p><p><b>　　二○一二年六月</b>&

2、lt;/p><p>　　The Graduation Design for Bachelor's Degree</p><p>　　Structure Design of No Climbing Full-automatic High Altitude Wiring Robot</p><p>　　Candidate: </p><p>

3、　　Specialty: Mechanical Design and</p><p>　　Manufacturing & Automation</p><p>　　Class: B08-4</p><p>　　Supervisor: </p><p>　　Heilongjiang Institute of Technology<

4、/p><p>　　2012-06·Harbin</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在一切追求人性化的今天，越來越多繁重、危險和高難度的工作，開始采用機(jī)器人（包括機(jī)械手）來代替人類完成。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)人員的棘手問題，由于其危險性極大，作業(yè)條件艱難，僅靠人力很難做到，所以都

5、是借助高空作業(yè)車的幫助來實現(xiàn)的。近年來，越來越多的人致力于多自由度的高空全自動繞線裝置的研究，試圖找到一種簡便、經(jīng)濟(jì)、安全、有效的方法，來解決這一難題。因此，無攀爬式全自動高空接線機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，該機(jī)器人通過實現(xiàn)高空握持導(dǎo)線、不規(guī)則的圓周繞線運(yùn)動和橫向進(jìn)給運(yùn)動等動作，來完成繞線任務(wù)。通過對各種方案的對比，決定采用斜齒輪傳動繞線，螺旋傳動進(jìn)給來實現(xiàn)主要功能。</p><p>　　本設(shè)計構(gòu)思新穎，而且具有結(jié)構(gòu)輕便、經(jīng)

6、濟(jì)適用、效率高、安全等顯著優(yōu)勢，順應(yīng)時代發(fā)展方向，具有很高的可行性，適用于各種工作場合。</p><p>　　關(guān)鍵詞：無攀爬式；自動繞線；斜齒輪傳動；進(jìn)給；螺旋傳動</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In this information era, more and more heavy, dangero

7、us 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 ha

8、ve 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 eff

9、icient </p><p>　　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.

10、</p><p>　　Key words: no climbing; full-automatic wiring; helical gearing; feed; screw driven</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　

11、AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究背景1</p><p>　　1.2 課題研究目的和意義1</p><p>　　1.2.1 課題研究目的1</p><p>　　1.2.2 課題研究意義1</p>

12、<p>　　1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4 發(fā)展前景展望4</p><p>　　第2章 總體方案確定5</p><p>　　2.1 齒輪齒條繞線機(jī)構(gòu)5</p><p>　　2.2 內(nèi)嚙合齒輪繞線機(jī)構(gòu)6</p><p>　　2.3 斜齒輪嚙合繞線機(jī)構(gòu)6</p>&

13、lt;p>　　2.4 本章小結(jié)7</p><p>　　第3章 參數(shù)的確定及電機(jī)的選擇8</p><p>　　3.1 繞線機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定8</p><p>　　3.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定11</p><p>　　3.3 抓線和導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定13</p><p>　　3.3.1 抓線機(jī)構(gòu)參數(shù)確定1

14、3</p><p>　　3.3.2 導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定15</p><p>　　3.4 電機(jī)的選擇16</p><p>　　3.4.1 進(jìn)給機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇16</p><p>　　3.4.2 握持機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇17</p><p>　　3.5 本章小結(jié)18</p><p>　　第4

15、章 繞線機(jī)構(gòu)設(shè)計19</p><p>　　4.1 繞線機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計19</p><p>　　4.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計20</p><p>　　4.3 支架結(jié)構(gòu)設(shè)計20</p><p>　　4.4 本章小結(jié)22</p><p>　　第5章 抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計24</p><p>　　5.1

16、 抓線機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計24</p><p>　　5.2 導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計24</p><p>　　5.3 本章小結(jié)25</p><p>　　第6章 實體機(jī)構(gòu)裝配26</p><p>　　6.1 實體機(jī)構(gòu)裝配26</p><p>　　6.2 本章小結(jié)29</p><p><b&g

17、t;　　結(jié)論30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 課題研究背景</p><p>　

18、　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繞線裝置的研究是高空接線中亟待解決的瓶頸問題。而且高空繞線工作危險大、難度高，需借助高空作業(yè)車的幫助來完成，并且對工作環(huán)境的要求較高，在惡劣環(huán)境條件下無法正常工作，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。無攀爬式全自動高空接線機(jī)器人的應(yīng)運(yùn)而生，能夠代替

19、工人進(jìn)行操作，避免了工作中潛在的各種危險，同時能夠提高工作效率，并且減少了高壓輸電線路的電流損耗。</p><p>　　1.2 課題研究目的和意義</p><p>　　1.2.1 課題研究目的 </p><p>　　針對傳統(tǒng)接線工作中存在的各種弊端，無攀爬式全自動高空接線機(jī)器人出現(xiàn)了，它是為實現(xiàn)無攀爬式全自動高空接線而設(shè)計的機(jī)器人裝置。裸高壓導(dǎo)線輸電線路的備用導(dǎo)線高

20、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繞線裝置的研究是高空接線中亟待解決的瓶頸問題。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)動機(jī)構(gòu)及其組合，實現(xiàn)高空握持導(dǎo)線、不規(guī)則的圓周繞線運(yùn)動和橫向進(jìn)給運(yùn)動的全新自動繞線機(jī)器人的研究。</p><p>　　1.2.2 課題研究意義</p><p>　　在一切智慧化

21、、人性化、高效率化的今天，越來越多的機(jī)器人代替人進(jìn)行繁重、危險的勞動，在一很多高度危險和繁重的工作中，都采用了機(jī)器人，它們的高效率和幾乎為零的風(fēng)險是人類無法與之相比的優(yōu)勢。機(jī)器人技術(shù)的采用顯著減輕了工人的勞動強(qiáng)度和工作負(fù)擔(dān)，大大改善了勞動條件，提高了勞動生產(chǎn)率和自動化水平。在高空裸導(dǎo)線的接線中，以前都需要操作人員攀高接線，勞動強(qiáng)度大、安全性不可靠；而無攀爬式全自動高空接線機(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，同時提

22、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)提供了一個新的探索方案。該設(shè)計經(jīng)濟(jì)實用性高，具有光明的發(fā)展前景。</p><p>　　本設(shè)計是主要實現(xiàn)高空握持導(dǎo)線、不規(guī)則的圓周繞線運(yùn)動和橫向進(jìn)給運(yùn)動的全新自動繞線裝置具體設(shè)計要求如下：</p><p>　　導(dǎo)線直徑： 10mm </p><p><b>　　繞線直徑：2 mm</b>

23、</p><p><b>　　繞線材料： 鋁</b></p><p><b>　　導(dǎo)線高度：20m</b></p><p>　　整機(jī)重量：7.5kg</p><p>　　完成繞線時間：1分鐘左右</p><p>　　要求經(jīng)濟(jì)適用，效率高。</p><p&g

24、t;　　1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　本課題設(shè)計的無攀爬式全自動高空接線機(jī)器人主要實現(xiàn)高空握持導(dǎo)線、不規(guī)則的圓周繞線運(yùn)動和橫向進(jìn)給運(yùn)動，其主要結(jié)構(gòu)有：導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)和繞線機(jī)構(gòu)。</p><p>　　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)展起來的，機(jī)械手研究始于20世紀(jì)中期，隨著計算機(jī)和自動化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺數(shù)字電子計算機(jī)問世以來，計算機(jī)

25、取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。同時，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(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，美國于1947年開發(fā)了遙控機(jī)械手控制系統(tǒng)和遙控機(jī)械手，1948年又開發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手控制系統(tǒng)和機(jī)械手。</p><p>　　機(jī)械手控制系統(tǒng)首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾

26、最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機(jī)器人進(jìn)行動作示教，機(jī)器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人控制系統(tǒng)?，F(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年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手鉚接機(jī)器人控制系統(tǒng)。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工

27、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以實現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，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。</p><p>　　機(jī)械手控制系統(tǒng)經(jīng)歷了以下幾個階段：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)和中國等地域機(jī)械手及其控制系統(tǒng)也開始百花爭艷。尤其注塑

28、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)過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)趨于成熟和完善。</p><p>　　機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、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)動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。</p><p>　　20世紀(jì)40年代后期，美國在原子能實驗中，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)

29、械手進(jìn)行各種操作和實驗。50年代以后機(jī)械手逐步推廣到工業(yè)部門，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機(jī)床、自動生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用，完成上下料和從刀庫中取放刀具并按國定程序更換刀具等。</p><p>　　本設(shè)計的另一主要功能是繞線，而現(xiàn)今最常見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)定而在國際繞線機(jī)市場上占有重要

30、地位。 歐美繞線機(jī)一般可繞0.01-2mm的線徑，轉(zhuǎn)動誤差極小。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)對話簡單，即使工作人員并無繞線工作的經(jīng)驗也可應(yīng)付自如。目前歐洲生產(chǎn)的繞線機(jī)已經(jīng)趨于自動化，而美國的繞線機(jī)介于自動和半自動之間，德國制造的外形比較美觀，零件比較講究，但是造價高。隨著國際繞線機(jī)市場的蓬勃發(fā)展，相互間的競爭越來越激烈，各國的廠家都必須開發(fā)出新一代的繞線機(jī)?，F(xiàn)在主要是趨向自動化的發(fā)展方向。</p&g

31、t;<p>　　全自動繞線機(jī)是近幾年才發(fā)展起來的新機(jī)種，為了適應(yīng)高效率、高產(chǎn)量的要求，全自動機(jī)種一般都采用多頭聯(lián)動設(shè)計，國內(nèi)的生產(chǎn)廠家大多都是參照了臺灣等地的進(jìn)口機(jī)型的設(shè)計，采用可編程控制器作為設(shè)備的控制核心，配合機(jī)械手、氣動控制元件和執(zhí)行附件來完成自動排線、自動纏腳、自動剪線、自動裝卸骨架等功能，這種機(jī)型的生產(chǎn)效率極高，大大的降低了對人工的依賴，一個操作員工可以同時照看幾臺這樣的設(shè)備，生產(chǎn)品質(zhì)比較穩(wěn)定，非常適合產(chǎn)量要求高

32、的加工場合。這種機(jī)型由于集成了數(shù)控、氣動、光控許多的新技術(shù)，所以價格小則幾萬元高則十幾萬元，價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)故障相對的維修過程將會很復(fù)雜，周期也會比較長。</p><p>　　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、槽輪機(jī)構(gòu)等，只要能實現(xiàn)圓周運(yùn)動，即可實現(xiàn)繞線功能。工作原理：槽輪是由圓銷的主動撥盤和具有若干徑

33、向槽輪及機(jī)架組成。當(dāng)撥盤作等速連續(xù)轉(zhuǎn)動時，槽輪做反向或同向的單向間歇運(yùn)動，在圓銷未進(jìn)入槽輪徑向時，槽輪上的內(nèi)凹鎖住撥銷，槽輪被主動撥盤的外凹鎖住弧卡住，使槽輪停歇在確定的位置上不動。當(dāng)撥盤上撥銷進(jìn)入槽輪徑向槽時，鎖住弧松開，撥銷驅(qū)動槽輪轉(zhuǎn)動，循環(huán)往復(fù)，時停時動，因此，槽輪機(jī)構(gòu)是一種間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。應(yīng)用示例：機(jī)床自動轉(zhuǎn)為機(jī)構(gòu)，電影放映機(jī)卷片等。當(dāng)放映卷片時，膠片上的畫面依次在方框中停留，以適應(yīng)人眼的視覺停留現(xiàn)象。槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，易加工，工

34、作可靠，轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確，機(jī)械效率高。但是其動程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不能太小，槽輪在起停時的角速度大，有沖擊，并隨著轉(zhuǎn)速的增加或槽輪數(shù)的減少而加劇，故不宜用于高速場合。對于本設(shè)計的繞線部分，齒輪傳動是首選。</p><p>　　1.4 發(fā)展前景展望</p><p>　　無攀爬式全自動高空接線機(jī)器人的主要優(yōu)點：</p><p>　　(1)經(jīng)濟(jì)性：現(xiàn)在使用的高空作業(yè)車格價一般為幾百萬

35、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)；而無攀爬式全自動高空接線機(jī)器人的價格在幾千元左右，與前者相比，優(yōu)越性一目了然。</p><p>　　(2)安全性：高空作業(yè)安全一直是我國的重中之重，而本設(shè)計可避免這一問題，安全性高。</p><p>　　(3)效率高：無攀爬式全自動高空接線機(jī)器人在繞線過程中的時間約為1分鐘，而整個過程約為2分鐘，與較傳統(tǒng)的方法相比較，工作效率大大提高。<

36、/p><p>　　(4)適用范圍廣：在何種環(huán)境均可工作，對工作條件沒有特別高的要求，實用性強(qiáng)。</p><p>　　鑒于以上優(yōu)點，無攀爬式全自動高空接線機(jī)器人具有很高的可行性，發(fā)展前景廣闊。</p><p>　　第2章 總體方案確定</p><p>　　2.1 齒輪齒條繞線機(jī)構(gòu)</p><p>　　現(xiàn)有使用較廣泛的繞線裝置

37、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)定而在國際繞線機(jī)市場上占有重要地位。 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)對話簡單，即使工作人員并無繞線工作的經(jīng)驗也可應(yīng)付自如。目前歐洲生產(chǎn)的繞線機(jī)已經(jīng)趨于自動化，而美國的繞線機(jī)介于自動和半自動之間，德國制造的外形比較美觀，零件比較講究，但是造價高。隨著國際

38、繞線機(jī)市場的蓬勃發(fā)展，相互間的競爭越來越激烈，各國的廠家都必須開發(fā)出新一代的繞線機(jī)?，F(xiàn)在主要是趨向自動化的發(fā)展方向。然而本設(shè)計課題，要求結(jié)構(gòu)簡便，對重量有要求，大型的繞線機(jī)顯然不符合設(shè)計要求，因此，不考慮使用繞線機(jī)。</p><p>　　圖2.1 全自動十二軸繞線機(jī)</p><p>　　繞線主要是通過圓周運(yùn)動實現(xiàn)，可以實現(xiàn)圓周運(yùn)動的機(jī)構(gòu)有很多，本方案選擇齒輪齒條傳動作為繞線機(jī)構(gòu)。齒輪齒條傳

39、動將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動，它的傳動功率大，速度范圍廣，效率高，工作可靠，壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，能保證恒定傳動比。但是，這樣的機(jī)構(gòu)可以反向驅(qū)動，也就是齒條做直線運(yùn)動來帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，適合大距離的傳動，如機(jī)床導(dǎo)軌底下帶動拖板箱移動的就是齒輪齒條傳動，齒輪齒條機(jī)構(gòu)需要外加鎖緊裝置，因為齒輪齒條機(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大的傳動及振動沖擊較大的場合。</p><p>　　在本設(shè)計方

40、案中，齒條的上、下面均有輪齒，分別于兩個齒輪嚙合，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，下面的齒輪通過螺旋傳動橫向進(jìn)給，進(jìn)而帶動上面的繞線齒輪在繞線的同時有橫向位移。在繞線之前，將引線抓過來與導(dǎo)線握在一起，隨后，將整個繞線裝置通過兩邊的對稱把手掛在高壓線上面，然后開始繞線，繞線完成后，取下整個裝置。本設(shè)計存在的主要缺點之一就是，齒條的尺寸要求很大，因為即使齒輪只轉(zhuǎn)動一圈，齒條的長度就是它的周長，該繞線機(jī)構(gòu)中，繞線齒輪的周長

41、大約為半米，這就意味著齒條的長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)計目的，很難滿足結(jié)構(gòu)輕便這一基本要求。</p><p>　　2.2 內(nèi)嚙合齒輪繞線機(jī)構(gòu)</p><p>　　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)動和動力的齒輪機(jī)構(gòu)，它的主、從動齒之間轉(zhuǎn)向相同，在同樣的傳動比情況下所占地位小，直齒圓柱齒輪省料，經(jīng)濟(jì)

42、比較便宜，且傳動尺寸小，傳動比大，傳動比精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大；缺點是成本高，不能遠(yuǎn)距離傳動，制造和安裝精度要求高。當(dāng)兩軸間需要較大的傳動比時，如果只用一對齒輪傳動，由于兩輪齒數(shù)相差懸殊而使小齒輪易于磨損，同時兩輪的尺寸相差較大時就可以采用內(nèi)嚙合的齒輪?？梢杂糜跍p速器中、電動滾筒中等。</p><p>　　進(jìn)給運(yùn)動時采用的是四桿機(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)

43、構(gòu)的優(yōu)點是低副的移動副，滑塊可以左右或者上下往復(fù)運(yùn)動，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于往復(fù)活塞式發(fā)動機(jī)﹑壓縮機(jī)﹑沖床等的機(jī)構(gòu)中。</p><p>　　抓線機(jī)構(gòu)也是采用的四桿機(jī)構(gòu)的原理。</p><p>　　2.3 斜齒輪嚙合繞線機(jī)構(gòu)</p><p>　　本方案中，繞線部分采用斜齒輪嚙合傳動。與直齒輪傳動相比，斜齒輪有以下主要優(yōu)點：重合度大，齒面接觸情況好，因此運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，承載能

44、力高；無根切的最小齒數(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。主要缺點是運(yùn)轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生軸向力，對傳動不利。無攀爬式全自動高空接線機(jī)器人工作時，線盒被安放在從動齒輪上，隨著從動齒輪作圓周運(yùn)動和橫向進(jìn)給。</p><p>　　而進(jìn)給采用的是滑動螺旋傳動。工作時，螺桿與齒輪旋和，同時連接著一個聯(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)動時，一方面與主動齒輪旋和，同時主動齒輪又與從動齒輪嚙合，這樣

45、完成繞線功能；而與聯(lián)軸器相連的進(jìn)給桿則帶動架子和主、從動齒輪進(jìn)給。通常所說的滑動螺旋傳動就是普通滑動螺旋傳動?；瑒勇菪ǔ２捎锰菪温菁y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;對于受力不大和精密機(jī)構(gòu)的調(diào)整螺旋，有時也采用三角螺紋。螺旋傳動的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、承載能力大，傳動平穩(wěn)、無噪聲，能實現(xiàn)自鎖要求，傳動精度高，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。缺點是，

46、螺紋之間產(chǎn)生較大的相對滑動，摩擦磨損嚴(yán)重，傳動效率低。</p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　通過查閱資料，并對幾種方案進(jìn)行分析和比較優(yōu)缺點，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，滑動螺旋傳動進(jìn)給，這樣進(jìn)給和繞線共用一個電動機(jī)，可以減少一個電動機(jī)的使用，從減少重量和電動機(jī)的角度看，都是很好的選

47、擇。</p><p>　　第3章 參數(shù)的確定及電機(jī)的選擇</p><p>　　3.1 繞線機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定</p><p><b>　　斜齒圓柱齒輪傳動</b></p><p>　　1. 選精度等級、材料及齒數(shù)</p><p><b>　　1) 材料：尼龍</b></p&

48、gt;<p>　　2) 精度等級：7級</p><p>　　3) 小齒輪（主動）齒數(shù)=19，大齒輪齒數(shù)=38</p><p>　　4) 選取螺旋角 初選β＝16\O </p><p>　　2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計</p><p>　　按參考文獻(xiàn)[2]中式（10-21）計算，即</p><p><b&

49、gt;　　（3.1）</b></p><p>　　(1) 確定公式中各計算數(shù)值</p><p><b>　　1) 試選 </b></p><p>　　2) 由參考文獻(xiàn)[2]中圖10-30 選取區(qū)域系數(shù)</p><p>　　3) 由參考文獻(xiàn)[2]中圖10-26 查得 ，，則 </p><

50、;p><b>　　4) 許用接觸應(yīng)力</b></p><p>　　MPa （3.2）</p><p>　　5) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩N·mm</p><p>　　6) 選取齒寬系數(shù) </p><p>　　7) 由參考文獻(xiàn)[2]中表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)</p>&l

51、t;p><b>　　齒數(shù)比</b></p><p><b>　　(2) 計算</b></p><p>　　1) 小齒輪分度圓直徑 </p><p><b>　　2) 計算圓周速度</b></p><p>　　m／s （3.3）</p><p&

52、gt;　　3) 計算齒寬b及模數(shù)</p><p>　　mm （3.4）</p><p>　　mm (3.5)</p><p>　　mm (3.6)</p><p>　　4) 計算縱向重合度</p><p><b>　　(3.7)&l

53、t;/b></p><p>　　5) 計算載荷系數(shù)K</p><p><b>　　查得使用載荷系數(shù)</b></p><p><b>　　動載荷系數(shù)</b></p><p><b>　　齒向載荷分布系數(shù)</b></p><p>　　因此

54、 （3.8）</p><p>　　6) 按實際的載荷系數(shù)校正算得的分度圓直徑，由式（10-10a）得</p><p>　　mm （3.9）</p><p><b>　　7) 計算模數(shù)</b></p><p>　　mm （3.10）</p><p>　　

55、3. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計</p><p>　　由參考文獻(xiàn)[2]中式 （10-17）</p><p><b>　　（3.11）</b></p><p>　　(1) 確定計算參數(shù)</p><p><b>　　1) 計算載荷系數(shù)</b></p><p><b>　?。?.

56、12）</b></p><p>　　2) 根據(jù)縱向重合度，從參考文獻(xiàn)[2]中圖10-28查得</p><p><b>　　螺旋角影響系數(shù)</b></p><p><b>　　3) 計算當(dāng)量齒數(shù)</b></p><p><b>　　（3.13）</b></p&g

57、t;<p><b>　　4) 查取齒形系數(shù)</b></p><p>　　由參考文獻(xiàn)[2]中表 10-5查得 ，</p><p>　　5) 查取應(yīng)力校正系數(shù)</p><p>　　由參考文獻(xiàn)[2]中表10-5 查得 ，</p><p>　　6) 計算大、小齒輪的，并加以比較（對于大、小齒輪MPa）</p&

58、gt;<p><b>　　（3.14）</b></p><p><b>　　小齒輪的數(shù)值大</b></p><p><b>　　(2) 設(shè)計計算</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　4. 幾何

59、尺寸計算</b></p><p><b>　　(1) 計算中心距</b></p><p>　　mm (3.15)</p><p>　　將中心距圓整為119mm</p><p>　　(2) 按圓整后的中心距修正螺旋角</p><p><b>　　=16

60、76;25′</b></p><p>　　因為值無太大變化，故參數(shù)、、等不必修正</p><p>　　(3) 計算大、小齒輪的分度圓直徑</p><p>　　mm （3.16）</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　(4) 計算

61、齒輪寬度</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　因為對齒輪強(qiáng)度要求不高，所以最后取mm,mm</p><p>　　3.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定</p><p>　　進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用螺旋傳動，螺桿選擇,普通螺紋，螺距</p><p><b>　　設(shè)計計算</b>

62、;</p><p><b>　　1. 耐磨性計算</b></p><p>　　螺紋工作面上的耐磨性條件為</p><p><b>　　（3.17）</b></p><p>　　令，則，代入式（3.17），整理后得</p><p><b>　　(3.18)</b

63、></p><p>　　對于普通螺紋，接觸高度(=0.6495 mm)</p><p><b>　　代入，有</b></p><p>　　在式（3.17）中，各參數(shù)值如下：</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　mm</b&

64、gt;</p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　MPa</b></p><p><b>　　因此，有</b></p><p><b>　　強(qiáng)度足夠</b></p><p>　　2. 螺桿的強(qiáng)度計算 &l

65、t;/p><p><b>　　第四強(qiáng)度理論</b></p><p><b>　?。?.19）</b></p><p>　　其中，F(xiàn)：螺桿受的軸向力，N</p><p>　　A：螺紋段的危險截面面積 ，mm²</p><p>　　: 螺紋段的抗扭截面系數(shù) ，mm³

66、; </p><p>　　T：螺桿所受扭矩，N·mm </p><p>　?。郝輻U材料的許用應(yīng)力，MPa ,(MPa）</p><p>　　其中，，根據(jù)螺桿轉(zhuǎn)速,查得kg·cm=60N·mm</p><p><b>　　因此有</b></p><p>　　MPa＜30

67、0MPa</p><p>　　3. 螺桿的穩(wěn)定性計算</p><p><b>　　螺桿的穩(wěn)定性條件</b></p><p><b>　　(3.20)</b></p><p>　　：螺桿穩(wěn)定性的計算安全系數(shù)</p><p>　?。郝輻U穩(wěn)定性安全系數(shù)，取</p>&

68、lt;p>　　：螺桿的臨界載荷，N</p><p>　　根據(jù)歐拉公式計算，即</p><p>　?。?.21） </p><p>　　由參考文獻(xiàn)[2]中表5-14查得螺桿的長度系數(shù)</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　因,

69、所以無需進(jìn)行穩(wěn)定性校核</p><p>　　3.3 抓線和導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定</p><p>　　3.3.1 抓線機(jī)構(gòu)參數(shù)確定</p><p>　?。╝） （b）</p><p><b>　　圖3.1 抓手</b></p><p>　

70、　如圖3.1所示，抓手部分主要由兩部分驅(qū)動，其中圖（a）為抓線時抓手位置，中間空間為高壓線所處空間，整個抓線過程中，抓手應(yīng)實現(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，即抓手的動力來源，推桿工作時，兩個小圓環(huán)是拉手，通過將推桿上下移動，來使抓手實現(xiàn)抓線和松開線的動作。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。</p><p><b>　?。╝）</b><

71、;/p><p><b>　　(b)</b></p><p>　　圖3.2 抓手零件尺寸示意圖</p><p>　　如圖3.2所示，為抓手上部的零件尺寸參數(shù)。</p><p><b>　?。╝）</b></p><p><b>　　(b)</b></p&

72、gt;<p>　　圖3.3 抓手推桿部分零件尺寸示意圖</p><p>　　如圖3.3（a）和3.3（b）所示，為抓手推桿部分的尺寸參數(shù)。</p><p>　　3.3.2 導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定</p><p>　　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，兩個相同的抓手將導(dǎo)線握在一起，其具體參數(shù)主要根據(jù)導(dǎo)線的尺

73、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)動仿真分析而定，運(yùn)動仿真之后，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動軌跡表現(xiàn)清晰，一目了然，運(yùn)動范圍也可確定，由此，各部分的尺寸也就可相應(yīng)確定</p><p><b>　　(a)</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p&g

74、t;　　圖3.4導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)</p><p>　　如圖所示，圖3.4（a）為導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)的實體圖，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)。</p><p><b>　　3.4 電機(jī)的選擇</b></p><p>　　3.4.1 進(jìn)給機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇</p><p>　　進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用的是

75、螺旋傳動，選取是的普通螺紋，根據(jù)機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊查得，螺距。在整個繞線過程中，計劃繞線20圈，因此，從動齒輪要相應(yīng)轉(zhuǎn)動20圈，根據(jù)傳動比，可得出主動齒輪轉(zhuǎn)40圈，而螺桿也就轉(zhuǎn)動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)計對電機(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

76、僅為。</p><p>　　3.4.2 握持機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇</p><p>　　握持機(jī)構(gòu)采用四桿機(jī)構(gòu)，通過一根桿的進(jìn)給運(yùn)動，是抓手部分產(chǎn)生一定角度，當(dāng)角度達(dá)到一定程度時，便能夠?qū)⒏邏壕€扣住。二本部分結(jié)構(gòu)功能的實現(xiàn)主要是通過驅(qū)動桿產(chǎn)生的位移，其位移量很小，所選擇的電動機(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

77、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。安裝電動推桿時，應(yīng)考慮現(xiàn)場手動操作、調(diào)試及維護(hù)方便的空間，也必須考慮推桿自身的運(yùn)動空間。其安裝尺寸參見各規(guī)格推桿安裝尺寸圖表。電動推桿安裝完畢后應(yīng)對以下部分進(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

78、在架子的兩側(cè)，工作是同時的，即要保證兩個抓手工作的同步性。永磁直流電機(jī)的特點：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：首先永磁直線電機(jī)不需要直流勵磁電源，可以有效的減少電源</p><p><b>　　圖3.5直動電機(jī)</b></p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b

79、></p><p>　　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)實際情況，比如高壓線直徑，來估算出大致需要多大尺寸的齒輪，然后在初選參數(shù)，進(jìn)行計算，強(qiáng)度校核，進(jìn)而確定具體的參數(shù)，然后再對其他參數(shù)進(jìn)行計算，所有數(shù)據(jù)校核并確定后，選擇合適的電動。而四桿機(jī)構(gòu)等的參數(shù)確定，則要根據(jù)實際運(yùn)動軌跡等因素，這些都是根據(jù)具體情況而定，沒有特別標(biāo)準(zhǔn)的參照和理論依據(jù)，主要是根據(jù)設(shè)計需求而定，靈活性比較大。在電動機(jī)的選擇

80、上，本設(shè)計較多采用了直動電動機(jī)，這是出于對結(jié)構(gòu)簡便和節(jié)省原材料、重量的考慮。</p><p>　　第4章 繞線機(jī)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　4.1 繞線機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　主動齒輪上面只有四個減重孔，無其他特別結(jié)構(gòu)。</p><p>　　從動齒輪上面要有一個線盒，線盒是粘接在齒輪上面的，繞線時，隨著從動齒輪的轉(zhuǎn)動，線盒中的鋁線被

81、帶出，纏繞導(dǎo)線，可以在線盒外端出口處，加個彈簧片，該彈簧片的作用是，當(dāng)線盒經(jīng)過兩根高壓線時，沒有彈力作用，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，即對其有個彈力作用，起到緊線作用。線盒中鋁線的長度是一定的，這樣，能夠保證在繞線動作完成時，線盒內(nèi)沒有多余的殘留線，這也就減少了一個動作，即當(dāng)繞線完成后，沒有剪線的動作，減小了工作的難度。</p><p><b>　　圖

82、4.1 從動齒輪</b></p><p>　　本設(shè)計要求重量輕，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（簡稱PA），是分子主鏈上含有重復(fù)酰胺基團(tuán)—[NHCO]—的熱塑性樹脂總稱。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年在美國被成功的合成，是世界

83、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，同時也是高分子化學(xué)的一個重要里程碑。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)成堅韌的固體胚件，再經(jīng)過有關(guān)工藝處理，得到預(yù)定的制品。MC尼龍的特點：摩擦系數(shù)比鋼低8.8

84、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</p><p>　　4.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用滑動螺旋傳動，整個繞線過程中，要纏繞20圈，因此從動齒輪轉(zhuǎn)動20圈，螺桿也轉(zhuǎn)動40圈。目前我國常用的螺桿材料有

85、45號鋼、40Cr、氨化鋼、38CrMOAl，高溫合金等。而為了滿足設(shè)計要求，本設(shè)計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，尼龍螺桿便是一種很好的選擇。</p><p>　　4.3 支架結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　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)計時，也要盡量減輕重

86、量，無論是支撐一對齒輪的小架子，還是機(jī)構(gòu)的整體架子，都要盡可能多的減重。</p><p>　　1. 小架子結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　小架子的設(shè)計目的是要保證繞線時，機(jī)構(gòu)不會搖晃，即保證平衡，同時，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)計時，高壓線所在的豎直平面相當(dāng)于架子的對稱中心，架子的結(jié)構(gòu)要完

87、全對稱，才能使機(jī)構(gòu)穩(wěn)定，繞線時，小架子的移動和主動齒輪是完全一致的，沒有相對位移，這是因為在小齒輪和架子之間有個類似套筒的東西，它與主動齒輪用鍵連接，同時用卡環(huán)固定，使軸向固定，這樣，當(dāng)套筒進(jìn)給時，帶動架子和主動齒輪同時運(yùn)動，而且鍵連接使得主動齒輪隨之轉(zhuǎn)動，與從動齒輪嚙合繞線。套筒狀物體內(nèi)部有螺紋，這是保證進(jìn)給的必要條件。小架子與從動齒輪接觸處有一個支撐從動齒輪的約圓筒，圓筒與從動齒輪邊緣處有一個圓柱銷，防止齒輪軸向竄動。在該圓筒上與進(jìn)

88、給方向相反的一方邊緣處，安裝有一個“V”型彈簧片，當(dāng)齒輪繞線時，從齒輪進(jìn)入的高壓線是約為長徑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時，長徑和小徑各增加了4mm左右，這樣，彈簧片的彈力就給了高壓線一個夾緊力，使得纏繞在高壓線上面的鋁線不會松動，起到了緊線的作用。在小架子的</p><p><b>　　圖4.2 小架子</b></p><p&

89、gt;　　2. 大架子結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　大架子的主要功能是當(dāng)機(jī)構(gòu)繞線時，將整個機(jī)構(gòu)掛在高壓線上，減輕操作人員的勞動強(qiáng)度。大架子的兩邊對稱布置著兩個完全相同的四桿機(jī)構(gòu)，該四桿機(jī)構(gòu)由一個直動推桿驅(qū)動，在繞線前后，四桿機(jī)構(gòu)通過其中一個桿的直線位移，使掛線處發(fā)生角度變化，進(jìn)而實現(xiàn)掛線、松開線兩次動作。兩個四桿機(jī)構(gòu)的動作是同步進(jìn)行的，四桿機(jī)構(gòu)的電機(jī)（即直動推桿）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

90、其發(fā)生空間位移，四桿兩邊各有一個實心圓柱體，該圓柱體起到限位作用，使得四桿的原動桿的運(yùn)動軌跡不能脫離兩個圓柱實體，同時，因為在掛住高壓線之后，幾乎重量都由兩邊的四桿機(jī)構(gòu)承受著，所以，對四桿機(jī)構(gòu)的剛度要求很大，因此，為了增加強(qiáng)度，在四桿的原動桿和圓柱實體處，連接著滑塊，該滑塊剛度很大，可隨著四桿的移動而自由滑動。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

91、。架子上方兩邊各有一個類似滑道的結(jié)構(gòu)，因為當(dāng)操作人員在下方舉著機(jī)構(gòu)時，無法很準(zhǔn)確地將高壓線線對準(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</p><p><b>　　圖 4.3 大架子</b></p><p><b>　　4.4 本章小結(jié)</b></p><p>

92、　　在本部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，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)計成共用一個電動機(jī)。該電動機(jī)工作時，既要帶動主動齒輪轉(zhuǎn)動，主動齒輪又與從動齒輪嚙合，進(jìn)而從動齒輪進(jìn)行繞線動作，又要實現(xiàn)進(jìn)給，這就增加了機(jī)構(gòu)的難度。設(shè)計時，用一個套筒狀結(jié)構(gòu)解決這一難題，該結(jié)構(gòu)將繞線和進(jìn)給實現(xiàn)在一個電動機(jī)上，借助卡環(huán)和鍵這些標(biāo)準(zhǔn)件的幫助，實現(xiàn)了這兩個功能的結(jié)合。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計節(jié)約了能源、減少重量，而且操作方便，尤其是在共用一個電動機(jī)這一點上面，充分詮

93、釋了設(shè)計初衷。</p><p>　　第5章 抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　5.1 抓線機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　如圖所示為抓線機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)有一個細(xì)長空管，里面有一根拉桿，動力通過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，將抓手之間的角度變大，這樣，手張開一個曲線，將懸著的引線帶進(jìn)手指之間，然后拉桿向下拉，這

94、時，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，再次向上推拉桿，這時，手指再次張開，將兩根高壓線同時握在手里，將其抓緊。然后送整個支架上去，進(jìn)行繞線工作。</p><p>　?。╝） （b） （c）</p><p><b>　　圖5.1 抓線機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　5.2 導(dǎo)

95、線握持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　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)點是：連桿機(jī)構(gòu)為低副，運(yùn)動副為面接觸，壓強(qiáng)小，承載能力大，耐沖擊；運(yùn)動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)動軌跡的設(shè)計要求。主要缺點有：運(yùn)動積累誤差較大，因而影響傳動精度；由于慣性力不好平衡，因而不適于應(yīng)用在高速傳動；設(shè)計方法相對復(fù)雜。在本設(shè)計中，當(dāng)握線機(jī)構(gòu)不工作時，四桿的握持部分是張開的，有一

96、定角度，當(dāng)整個機(jī)構(gòu)被送至高壓線處時，直動電機(jī)將推桿向上推，同時，握持部分的角度逐漸變小，直至為零，此時，四桿機(jī)構(gòu)將高壓線緊緊握住，動作完成，架子兩邊的把手同時抓線、松線。在抓手的外側(cè)，有一個擋板固定，而且發(fā)生角度變化處的推桿也有兩個小圓柱與之接觸，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)計成橢圓形的，這樣當(dāng)高壓線被握住時，由于接觸緊湊，而且整個該裝置有重力作用，會對高壓線產(chǎn)生作用力，迫使兩根高壓線成豎

97、直排列，避免其晃動，更加便于纏線。</p><p>　?。╝） (b)</p><p>　　圖5.2 導(dǎo)線握持機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　5.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本部分的設(shè)計主要是抓線、握線部分結(jié)構(gòu)設(shè)計。由于高壓線引線是懸在空中的，沒有固定裝置，因此，要對其施

98、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，而且容易實現(xiàn)運(yùn)動軌跡的復(fù)雜性，是首選機(jī)構(gòu)。</p><p>　　第6章 實體機(jī)構(gòu)裝配</p><p>　　6.1 實體機(jī)構(gòu)裝配</p><p>　　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)計早已經(jīng)成為可能，這一技術(shù)將設(shè)計者從復(fù)雜

99、且繁重的計算和艱巨的繪圖工作中解救出來，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越受歡迎，人們在有了基礎(chǔ)設(shè)計理念之后，即可利用三維軟件生成實體，通過分析比較，再進(jìn)行實體裝配，最后，通過運(yùn)動仿真，來確定最終機(jī)構(gòu)。這樣，就避免了空泛和抽象的想象，將實體表現(xiàn)出來更加形象。例如pro/e畫圖軟件，即可精確、快速的完成機(jī)構(gòu)的三維實體造型，并且通過對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真，大大的簡化了機(jī)構(gòu)的設(shè)計開

100、發(fā)過程，并提高了設(shè)計的準(zhǔn)確性。</p><p>　　實體裝配時，由于抓線和繞線時分開實現(xiàn)的，所以，裝配也分兩部分進(jìn)行。</p><p>　　第一部分是抓手部分，將該抓手的主要零部件設(shè)計生成實體后，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)動仿真，仿真部分即可看清抓手抓線的動作，比二維圖清晰明了。</p><p>　　第二部分就是繞線部分的裝配和仿真，此處由

101、于涉及的零部件較多，因此，也較為復(fù)雜。首先是整個架子的放置，然后裝配支撐主、從動齒輪的小架子，該小架子同大架子一樣，在底部對稱分布著兩個孔，該孔將分別與兩根導(dǎo)桿配合，在小架子處為間隙配合，因為小架子要在導(dǎo)桿上面進(jìn)給，有相對運(yùn)動，而與大架子的配合是過盈配合，因為大架子與導(dǎo)桿無相對滑動。放置小架子后，再安裝從動齒輪，從動齒輪的裝配靠與主動齒輪的嚙合來實現(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)的功能實現(xiàn)靠的是四桿機(jī)構(gòu)，該四桿機(jī)構(gòu)由微型

102、蝸輪蝸桿減速電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)連著一個推桿，該推桿上、下移動，推動四桿機(jī)構(gòu)上下運(yùn)動，同時，抓手部分實現(xiàn)分、和動作，從而繞線。抓手與架子的固定主要靠一個圓柱，該圓柱和四桿的活動桿分別于同一個滑塊相配合，這樣，可以保證四桿與整體相對位置的穩(wěn)定性，而且增加了四桿的強(qiáng)度，因為在掛住高壓線之后，整個機(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)，有一個擋板，這也是為了控制四桿的相對位置穩(wěn)定性，防止其向架子兩側(cè)偏

103、移。電機(jī)安裝在推桿的下面，與推桿接觸。</p><p><b>　　抓手部分</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　(a)</b></p><p><b&

104、gt;　　(b)</b></p><p><b>　　(c)</b></p><p><b>　?。╠）</b></p><p><b>　　(e)</b></p><p>　　圖6.1 抓線手各零件實體圖</p><p><b>

105、　　繞線部分裝配</b></p><p>　　(a)爆炸圖 (b)總裝1</p><p><b>　　（c）總裝2</b></p><p>　　圖6.2機(jī)構(gòu)整體裝配圖</p><p>　　如圖6.2示，（a）圖為爆炸圖，清晰地表現(xiàn)了各個單一零件在未

106、裝配時的狀態(tài)，（b）圖為將各個零件裝配到一起時的整體效果，而圖（c）為從另一角度觀看到的整體效果。</p><p><b>　　6.2 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章是實體設(shè)計的最后部分，從最初的參數(shù)選擇、確定以及結(jié)構(gòu)設(shè)計、點機(jī)選擇等，都是為這一部分的基礎(chǔ)，實體裝配可以說是對前面工作的一個檢驗過程，也是對運(yùn)動仿真的鋪墊，在實體裝配過程中，若零件之間的配合有

107、什么問題，都能夠準(zhǔn)確的表現(xiàn)出來，尤其是要進(jìn)行運(yùn)動仿真時，若機(jī)構(gòu)間存在任何問題，都會對運(yùn)動仿真產(chǎn)生不利影響，阻礙其順利進(jìn)行，因此，實體裝配極為重要。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本設(shè)計的題目為無攀爬式全自動高空接線機(jī)器人的設(shè)計，由題目可知，該設(shè)計以全自動為中心，即在無人操作的前提下完成主要功能，如抓線、繞線、進(jìn)給等動作，它主要是針對

108、目前高空作業(yè)的高難度、危險性大等弊端而設(shè)計的，具有傳統(tǒng)接線方法無法比擬的優(yōu)勢。</p><p>　　本設(shè)計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，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，對重量有要求。繞線機(jī)構(gòu)采用的是斜齒輪嚙合傳動，進(jìn)給部分運(yùn)用滑動螺旋傳動，而抓線部分是四桿機(jī)構(gòu)。由于本設(shè)計要求重量在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

109、料、尼龍等輕質(zhì)材料?？傮w看來，本設(shè)計較為合理，能夠滿足低碳經(jīng)濟(jì)、效率高等設(shè)計初衷。不過由于其尺寸結(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)計的一個主要缺點是抓引線時，還需人借助桿才能實現(xiàn)，這一方面應(yīng)該加以改進(jìn)，試圖找到一種全自動的、無需借助人力來完成的機(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，應(yīng)該加以優(yōu)化

110、；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)計工作中，應(yīng)該得到改善和解決。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 鄭甲紅，朱建儒，劉喜平.機(jī)械原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[2] 殷玉楓.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計[S].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.</p&g

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