畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-噴灑機(jī)器人的設(shè)計(jì)

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1、噴灑機(jī)器人的設(shè)計(jì) 噴灑機(jī)器人的設(shè)計(jì) 摘 要 本文設(shè)計(jì)一種噴灑機(jī)器人，該機(jī)器人通過(guò)底座固定在小車架體上，其中底盤能夠?qū)崿F(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)齒輪嚙合減速并旋轉(zhuǎn)，通過(guò)電機(jī)抱閘鎖定旋轉(zhuǎn)位置。機(jī)械臂的折疊通過(guò)拉桿實(shí)現(xiàn)，拉桿的強(qiáng)度相對(duì)較高通過(guò)鑄鐵加工成本較低，經(jīng)濟(jì)性較好。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由車輪、支架、減速器等主要部分構(gòu)成。減速機(jī)選用蝸輪蝸桿一級(jí)減速機(jī)，蝸輪蝸桿能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖。行進(jìn)到位置后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪蝸桿減速機(jī)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器連接車輪，車輪即停止轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自鎖。該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用雙前驅(qū)的結(jié)構(gòu)形式，前端兩個(gè)輪子分別采用電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)正轉(zhuǎn)即是前進(jìn)、同時(shí)反轉(zhuǎn)即是后退，一正一反轉(zhuǎn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)彎。

2、通過(guò)對(duì)各機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算校核，并對(duì)噴灑機(jī)器人進(jìn)行SW三維建模，并輸出二維CAD圖紙。文中還對(duì)控制系統(tǒng)各模塊做了簡(jiǎn)單闡述。 關(guān)鍵詞：噴灑機(jī)器人，行走機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)，折疊 全套圖紙加扣 3346389411或3012250582Design of spray robot ABSTRACT In this paper, a spray robot is designed. The robot is fixed on the trolley frame through the base, in which the chassis can achieve 360 degre

3、e rotation. The rotating mechanism mainly decelerates and rotates through gear mesh, and locks the rotating position through the motor brake. The folding of the mechanical arm is realized by the pull rod, the strength of the pull rod is relatively high, the processing cost of the cast iron is low, a

4、nd the economy is good. The driving system consists of wheel, bracket, reducer and other main parts. The first stage reducer of worm and worm is selected for the reducer, and the worm and worm can realize self-locking. The output shaft of the worm gear reducer is connected with the wheel through the

5、 coupling, and the wheel stops rotating to realize self-locking. The driving system adopts the structure of double front drives. The front two wheels are separately driven by motors. At the same time, forward rotation means forward, while reverse rotation means backward. One forward and one reverse

6、rotation can realize left and right turns. Through the analysis, calculation and verification of each mechanism, and the SW 3D modeling of the spray robot, and output 2D CAD drawings. In addition, the modules of the control system are briefly described. KEY WORDS: Spray robot, walking mechanism,

7、rotation, folding 目　錄 前　言 1 第1章 緒論 2 1.1 研究背景 2 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.3 發(fā)展前景 3 第2章 噴灑機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì) 4 2.1機(jī)器人組成結(jié)構(gòu) 4 2.2機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)圖 5 2.3 關(guān)于材料的選用 6 第3章 噴灑機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 3.1 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 3.2蝸輪蝸桿減速機(jī)傳動(dòng)比的確定 8 3.2.1各軸功率計(jì)算 8 3.2.2各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 8 3.2.3各軸輸入扭矩的計(jì)算 8 3.3蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì) 9 3.3.1關(guān)于蝸輪蝸桿齒數(shù)的確定 9 3.3.2驗(yàn)算車輪的速度 9 3.3

8、.3減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)中心距計(jì)算 9 3.4 蝸輪軸的設(shè)計(jì) 11 3.4.1軸的材料選擇 11 3.4.2軸徑的初步計(jì)算 11 3.5 滾動(dòng)軸承的校核 12 3.6 鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核 12 3.7 蝸桿軸輸入端聯(lián)軸器的選擇 13 第4章 噴灑臂及其旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 4.1 噴灑臂整體方案的確定 14 4.2 噴灑臂旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 4.2.1 選定齒輪類型﹑精度等級(jí)﹑材料及齒數(shù) 16 4.2.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 17 4.3 噴灑臂折疊設(shè)計(jì) 19 5 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 5.1可編程控制器(PLC)的簡(jiǎn)介及選擇 21 5.2變頻器的介紹及選型 21 5.

9、3控制電路設(shè)計(jì) 21 5.4蓄電池的選用 22 5.5行走避障原理 22 5.6 防撞電路 23 6 基于SolidWorks的三維建模 24 6.1 SolidWorks軟件簡(jiǎn)介 24 6.2 SolidWorks實(shí)體造型 24 結(jié)　論 24 謝 辭 27 參考文獻(xiàn) 28 前　言 本文主要研究噴灑機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，目的是設(shè)計(jì)一種能夠服務(wù)于公園、農(nóng)業(yè)種植等噴灑農(nóng)藥環(huán)境下的小型噴灑機(jī)器人。通過(guò)噴灑機(jī)器人的使用能夠代替人工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化噴灑。當(dāng)前人工成本逐年提高，且純?nèi)斯ぷ鳂I(yè)效率低，如果能夠通過(guò)機(jī)器人代替人工作業(yè)，勢(shì)必會(huì)減少惡劣工作環(huán)境下人工緊張的局面。目前

10、各種環(huán)境下的機(jī)器人層出不窮，但是關(guān)于噴灑作業(yè)的機(jī)器人研究還是相對(duì)較少，通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料，總結(jié)機(jī)器人、噴灑等專業(yè)方向知識(shí)，設(shè)計(jì)一款適合小型噴灑的機(jī)器人。目前生產(chǎn)制造的主要發(fā)展方向就是智能制造,即我們所說(shuō)的工業(yè)4.0時(shí)代，智能制造的核心內(nèi)容就是工業(yè)機(jī)器人。使用工業(yè)機(jī)器人可以有效提高工作效率，減少人工作業(yè)的強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本。隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的普遍應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人集群協(xié)作模式對(duì)控制中心的運(yùn)算、協(xié)調(diào)能力提出了更高的要求。工業(yè)機(jī)器人云服務(wù)平臺(tái)，是由前列的信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及新興云計(jì)算、聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)融會(huì)貫通的產(chǎn)物，是一種源于互聯(lián)網(wǎng)的、指向工業(yè)機(jī)器人的服務(wù)框架產(chǎn)物。機(jī)器人云服務(wù)平臺(tái)通過(guò)云計(jì)算在內(nèi)的當(dāng)代信息

11、技術(shù)前沿理念，在普遍的網(wǎng)絡(luò)資源環(huán)境下，協(xié)助機(jī)器人卸載運(yùn)算計(jì)量的工作，使控制中心的運(yùn)算能力大大提高，將產(chǎn)品打造成高附加值、低成本和全機(jī)球化制造的服務(wù)。 噴灑機(jī)器人的設(shè)計(jì) 第1章 緒論 1.1 研究背景 早期的機(jī)器人主要以模仿人手的動(dòng)作，進(jìn)行簡(jiǎn)單的抓取零件的作業(yè)，定位精度也不是十分準(zhǔn)確，只能簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)抓取。隨著我國(guó)步入改革開放，一直到近期的不斷發(fā)展。機(jī)器人也從原先的非常簡(jiǎn)早期的機(jī)器人主要以模仿人手的動(dòng)作，進(jìn)行簡(jiǎn)單的抓取零件的作業(yè)，定位精度也不是十分準(zhǔn)確，只能簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)抓取。隨著我國(guó)步入改革開放，一直到近期的不斷發(fā)展。機(jī)器人也從原先的非常簡(jiǎn)單的發(fā)展到現(xiàn)在復(fù)雜的機(jī)器人。現(xiàn)在應(yīng)用在

12、汽車行業(yè)，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配機(jī)器人，其定位精度已經(jīng)可達(dá)0.05毫米，其結(jié)構(gòu)是六軸機(jī)器人，每個(gè)關(guān)節(jié)都采用非常精準(zhǔn)的私服電機(jī)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，定位后又通過(guò)位置信息反饋進(jìn)行二次確認(rèn)。針對(duì)現(xiàn)在國(guó)家的工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)，高精密機(jī)器人主要應(yīng)用在汽車行業(yè)，電子行業(yè)等比較精密的行業(yè)。其中電子行業(yè)的機(jī)器人種類最多，從簡(jiǎn)單的兩軸、三軸、一直到六軸、七軸的機(jī)器人應(yīng)有具有。機(jī)器人的快速發(fā)展也得益于PLC編程程序的進(jìn)步。機(jī)器人每個(gè)零件的加工精度必須保證在IT5級(jí)左右，只有這樣加工出來(lái)的機(jī)器人才能保證定位準(zhǔn)確,PLC和機(jī)械加工是機(jī)器人的關(guān)鍵構(gòu)成部分。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2012年亞馬遜公司通過(guò)自動(dòng)化物流提供商Kiva花

13、重金買下了機(jī)器人倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)務(wù)后，通過(guò)機(jī)器人來(lái)對(duì)倉(cāng)庫(kù)的貨物配貨和盤點(diǎn)等工作。當(dāng)今亞馬遜公司的幾十個(gè)倉(cāng)庫(kù)里，努力工作的Kiva機(jī)器人超過(guò)15000個(gè)。正因如此，亞馬遜成為全世界最有效率的倉(cāng)庫(kù)。亞馬遜把倉(cāng)庫(kù)分割成兩大部分：一部分是員工只用在特定的位置對(duì)貨物進(jìn)行盤點(diǎn)和配貨。另一部分是Kiva機(jī)器人將貨物分揀到員工身邊。GreyOrange的主要自動(dòng)化工業(yè)機(jī)器人推出了三種：一種是用于包裹的分析和快速分揀的機(jī)器人系統(tǒng)Sorter,第二種是高速動(dòng)態(tài)的尺寸維度稱重系統(tǒng)Profiler,第三種是用于存儲(chǔ)和檢查的機(jī)器人Butler。他們可以對(duì)要派發(fā)的用戶的包裹進(jìn)行收集，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)計(jì)算庫(kù)存來(lái)進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)貨。 國(guó)外關(guān)于機(jī)

14、器人的發(fā)展，最好的以德國(guó)和日本為典型。日本和德國(guó)在機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展是非常迅速的，他們對(duì)設(shè)計(jì)的圖紙到加工到組裝等諸多環(huán)節(jié)，都通過(guò)6S嚴(yán)格把控，質(zhì)量非常有保證。同時(shí)日本和德國(guó)對(duì)世界機(jī)械行業(yè)的自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的付出也是非常巨大的，他們?cè)O(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)器，雖然價(jià)格相對(duì)昂貴，但是精密度是相當(dāng)高的，諸多行業(yè)只有使用該兩國(guó)的機(jī)器才能加工出合格的產(chǎn)品。也有在少數(shù)行業(yè)，他們的設(shè)備已經(jīng)形成了壟斷。 我國(guó)的自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)較快，但是起步比較晚，和發(fā)達(dá)國(guó)家還是有一定差距的，如果我們能在加工制造行業(yè)取得較大進(jìn)步，同時(shí)芯片行業(yè)也有較大進(jìn)展的情況下，那么我們生產(chǎn)出來(lái)的機(jī)器人也會(huì)有較高的市場(chǎng)價(jià)值，相信在黨中央國(guó)務(wù)院的領(lǐng)導(dǎo)下，我們

15、的發(fā)展一定會(huì)越來(lái)越好。 國(guó)內(nèi)的機(jī)器人相對(duì)起步較晚，但是發(fā)展也是相當(dāng)迅速的，中國(guó)自上世紀(jì)世紀(jì)70年代末改革開放，才開始陸續(xù)重視機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)。關(guān)于機(jī)器人的發(fā)展正式開始，還是上個(gè)世紀(jì)90年代。隨著中國(guó)加入WTO對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的要求越來(lái)越嚴(yán)格，加工無(wú)論是從加工精度還是加工難度都逐漸人工作業(yè)已經(jīng)無(wú)法滿足基本需求，陸陸續(xù)續(xù)開始使用機(jī)器人對(duì)放在產(chǎn)線上進(jìn)行代替人工作業(yè)，機(jī)器人也在這種大環(huán)境下逐漸誕生。國(guó)內(nèi)許多企業(yè)都將用到自動(dòng)機(jī)器人，如果將一些問(wèn)題處理好，該項(xiàng)發(fā)展的空間特別大，自動(dòng)化的社會(huì)指日可待。一個(gè)國(guó)家的高科技水平和發(fā)展水平要看最頂端的工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和制造技術(shù)，它代表著機(jī)電一體化的最高榮譽(yù)。從科學(xué)技術(shù)研發(fā)

16、的角度來(lái)說(shuō)，機(jī)器人的構(gòu)架的硬件平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)智能化。為了讓機(jī)械臂與環(huán)境更好的融合、更加靈活、跟上智能生產(chǎn)的步伐。最初的機(jī)器人機(jī)械臂主要應(yīng)用于太空探索的方向，現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用普遍各個(gè)行業(yè)，是整個(gè)生產(chǎn)型企業(yè)的發(fā)展主要方向。 1.3 發(fā)展前景 從世界的大發(fā)展環(huán)境下，工業(yè)4.0時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。智能制造、精密制造已經(jīng)是現(xiàn)在刻不容緩的話題，如何才能實(shí)現(xiàn)高的工作效率，還要降低生產(chǎn)成本保證企業(yè)利潤(rùn)，各種機(jī)器人的開發(fā)勢(shì)在必行，其中機(jī)器人就是機(jī)器人的一種。以往生產(chǎn)線中分揀作業(yè)都是通過(guò)人工進(jìn)行手工分揀，不但效率低下還會(huì)浪費(fèi)大量的人工成本，目前工人的工資也是逐年升高，通過(guò)機(jī)器人進(jìn)行分解不但效率高，更重要的是可以

17、24小時(shí)不間斷作業(yè)。未來(lái)關(guān)于機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)是機(jī)器人的結(jié)構(gòu)越來(lái)越精密、精度越來(lái)越高、分揀速度越來(lái)越快、智能化會(huì)越來(lái)越強(qiáng)大。智能制造的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)是操作人員在辦公室坐著，就可以對(duì)車間上的機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。不夸張的說(shuō)，一個(gè)操作者可以控制一條生產(chǎn)線乃至一個(gè)車間的所有自動(dòng)化設(shè)備。 第2章 噴灑機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì) 2.1機(jī)器人組成結(jié)構(gòu) 噴灑機(jī)器人通過(guò)底座固定在小車上，其中底盤能夠?qū)崿F(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)齒輪減速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)后通過(guò)電機(jī)抱閘鎖定位置。折疊臂通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)拉桿實(shí)現(xiàn)，拉桿的強(qiáng)度相對(duì)較高通過(guò)鑄鐵加工成本較低，經(jīng)濟(jì)性較好。關(guān)于該機(jī)器人的機(jī)構(gòu)構(gòu)成如下

18、圖2-1所示。 噴灑機(jī)器人 控制系統(tǒng) 智能系統(tǒng) 機(jī)械系統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 噴灑機(jī)構(gòu) 折疊機(jī)構(gòu) 行走機(jī)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 噴灑機(jī)構(gòu) 折疊機(jī)構(gòu) 行走機(jī)構(gòu) 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 電液混合驅(qū)動(dòng) 圖2-1 機(jī)器人組成機(jī)構(gòu)圖 機(jī)器人的工作需要根據(jù)指令進(jìn)行相應(yīng)的操作，所謂的指令就是PLC程序。根據(jù)動(dòng)作的需要先對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作進(jìn)行PLC編程，之后機(jī)器人的每個(gè)動(dòng)作都是根據(jù)程序進(jìn)行動(dòng)作的。機(jī)器人的其機(jī)械系統(tǒng)分成執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩部分，每次操作的位置是否準(zhǔn)確又通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行位置信息反饋給PLC,如果位置信息不準(zhǔn)確，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，

19、需要人工進(jìn)行排除處理。關(guān)于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)除了采用馬達(dá)的方式之外，也可以采用氣缸、液壓缸等均可做為動(dòng)力源。各部分關(guān)系圖如下圖2-2所示。 控制系統(tǒng) 機(jī)械系統(tǒng) 智能系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)-傳動(dòng)裝置 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 工作對(duì)象 位形檢測(cè) 圖2-2 各部分關(guān)系圖 2.2機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)機(jī)器人的使用條件及零件的參數(shù)，機(jī)器人的材料需要輕便且承重性好，噴灑機(jī)器人的結(jié)構(gòu)圖如下所示。 圖2-3 整體結(jié)構(gòu)圖 表2-1 零部件明細(xì)表 2.2 關(guān)于材料的選用 本次設(shè)計(jì)選用鋁合金制架體，鋁合金的密度只有2.7，是

20、鐵的三分之一，能夠保證整體的質(zhì)量非常輕，確定了比較適合本次設(shè)計(jì)的鋁合金型號(hào)就是6063-T5。關(guān)于軸的材料選用45號(hào)鋼，因?yàn)樵摬牧显谡{(diào)質(zhì)處理之后都會(huì)有著非常高的強(qiáng)度，滿足軸高扭矩的使用工況。這里的調(diào)質(zhì)處理硬度達(dá)到HB220-230的強(qiáng)度即可。 第3章 噴灑機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由車輪、支架、減速器等主要部分構(gòu)成。減速機(jī)選用蝸輪蝸桿一級(jí)減速機(jī)，蝸輪蝸桿能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖。行進(jìn)到位置后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪蝸桿減速機(jī)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器連接車輪，車輪即停止轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自鎖。該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用雙前驅(qū)的結(jié)構(gòu)形式，前端兩個(gè)輪子分別采用電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)正轉(zhuǎn)即是前進(jìn)、同時(shí)反轉(zhuǎn)即是后退，一正

21、一反轉(zhuǎn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)彎。 由車輪的行進(jìn)力和其旋轉(zhuǎn)行進(jìn)速度v,得 （3.1） 其中： （3.2） m行進(jìn)重物的質(zhì)量，單位Kg，整套設(shè)備的自重以及行進(jìn)阻力等按照600Kg計(jì)算，其中兩套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，每套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分擔(dān)的負(fù)載是300Kg。 g為重力加速度，單位N/Kg； 帶入數(shù)據(jù)得 各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和軸承的效率為： 法蘭效率 單級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)的效率是 雙滾動(dòng)軸

22、承效率 臺(tái)階鍵槽固定聯(lián)軸器傳動(dòng)效率： 驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器-減速機(jī)-聯(lián)軸器-車輪的總傳動(dòng)效率 將以上查詢數(shù)值帶入得： 驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的功率為 因?yàn)楦鞣N機(jī)構(gòu)導(dǎo)致功率損耗，所以驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的實(shí)際功率計(jì)算公式為： （3.3） 則 選用的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速首先要滿足的條件是在以上的計(jì)算范圍內(nèi)，同時(shí)還需要考慮在整個(gè)設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)的尺寸需要滿足便于安裝，需要考慮電動(dòng)機(jī)的價(jià)格及是否方便采購(gòu)，是否方便維修和保養(yǎng)，通過(guò)綜合比較最終決定選擇的電動(dòng)機(jī)；滿載轉(zhuǎn)速：=940 。 電機(jī)做為該設(shè)備

23、的主要驅(qū)動(dòng)裝置，在設(shè)備中如同心臟一樣重要。電機(jī)的選型必須滿足設(shè)計(jì)需求。選擇合適類型的電機(jī)后可以按照相關(guān)的使用需求，對(duì)電動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行確定。電機(jī)的主要參數(shù)是矩扭必須滿足的使用要求，所選電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于該設(shè)備的負(fù)載扭矩。而計(jì)算相關(guān)扭矩又需要對(duì)各轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。電機(jī)轉(zhuǎn)速有750轉(zhuǎn)/分鐘、1000轉(zhuǎn)/分鐘、1500轉(zhuǎn)/分鐘等多種樣式，需要結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)的實(shí)際要求去確定電機(jī)的具體轉(zhuǎn)速。除此之外，還要通過(guò)確定其他參數(shù)，校核電機(jī)型號(hào)是否滿足要求。 3.2蝸輪蝸桿減速機(jī)傳動(dòng)比的確定 蝸桿一般頭數(shù)選擇一個(gè)頭的，蝸輪可以初選50個(gè)齒的，一般減速機(jī)減速比40~60時(shí)性能較為穩(wěn)定，強(qiáng)度

24、較好。 選定轉(zhuǎn)速比為：i＝50/1 所以車輪轉(zhuǎn)速 從而，車輪直徑： （3.4） 圓整為170mm 3.2.1各軸功率計(jì)算 （3.5） （3.6） 3.2.2各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 3.2.3各軸輸入扭矩的計(jì)算 （3.7） 表3-1 蝸輪蝸桿減速機(jī)各軸參數(shù)計(jì)算

25、匯總 名稱 功率Kw 轉(zhuǎn)速 扭矩N.m 蝸桿軸 1.47 940 14.93 蝸輪軸 0.97 18.8 492.74 3.3蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì) 蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力[] =190N/mm 蝸輪彎曲應(yīng)力[]=44N/mm 3.3.1關(guān)于蝸輪蝸桿齒數(shù)的確定 選取Z＝1， 則Z＝Z·i＝1×50＝50 （3.8） 故取Z＝50

26、 3.3.2驗(yàn)算車輪的速度 實(shí)際傳動(dòng)比 i＝50/1 工作機(jī)車輪轉(zhuǎn)速 n＝940/50=18.8 鋼絲繩的行進(jìn)速度 （3.9） 速度誤差 （3.10） 3.3.3減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)中心距計(jì)算 關(guān)于蝸桿的功率的詳細(xì)計(jì)算公式如下： （3.11） 式中 K——關(guān)于應(yīng)用場(chǎng)合參數(shù)，由于該行進(jìn)機(jī)構(gòu)屬于

27、小型的K＝0.7； K——加工等級(jí)參數(shù)，蝸桿的加工精度等級(jí)為IT7，所以K＝0.9； K——速度參數(shù)，機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度為10米/分鐘，K＝0.85。 以上參數(shù)帶入公式 ＝KW （3.12） 蝸桿傳動(dòng)幾何參數(shù)匯總?cè)缦隆? 表3-2 蝸輪蝸桿幾何尺寸匯總表 序號(hào) 名稱 代號(hào)或公式 數(shù)值 1 中心距 a 100mm 2 齒數(shù)比 u=z2/z1 50 3 蝸輪齒數(shù) z2 50 4 蝸桿頭數(shù) z1 1 5 蝸桿齒頂圓直徑 45mm 6 蝸桿齒寬 53mm 7 蝸桿螺紋部分長(zhǎng)度 L 59mm 8

28、 蝸桿齒頂圓弧半徑 Ra1 82mm 9 蝸桿齒頂圓最大直徑 de1 53.8mm 10 蝸輪端面模數(shù) m＝ 3.18mm 11 徑向間隙 0.51mm 12 齒頂高 h=0.75 m 2.23mm 13 齒根高 h= h+ C 2.74mm 14 全齒高 h= h+ h 4.97mm 15 蝸桿分度圓直徑 ＝（0.624＋）a 40.53mm 16 蝸輪分度圓直徑 ＝2a－ 159.47mm 17 蝸輪齒根圓直徑 d＝－2 h 153.98mm 18 蝸桿齒根圓直徑 d＝－2 h

29、 35.05mm 19 蝸輪齒根圓弧半徑 82.48mm 20 分度圓壓力角 （2.15） 24° 21 蝸桿分度圓齒厚 （2.15） 4.298mm 22 蝸桿分度圓法向齒厚 （2.15） 4.29mm 23 蝸輪分度圓法向齒厚 （2.15） 5.49mm 圖3-1 蝸輪加工圖 3.4 蝸輪軸的設(shè)計(jì) 3.4.1軸的材料選擇 材料選用40Cr,通過(guò)調(diào)質(zhì)處理硬度需要達(dá)到285HBS，加工等級(jí)均IT7級(jí)精度。=650 3.4.2軸徑的初步計(jì)算

30、 （3.13） 其中 —— 轉(zhuǎn)速單位r/min —傳遞功率單位kw —— 危險(xiǎn)截面直徑，單位mm mm 蝸輪軸固定聯(lián)軸器處的直徑是，根據(jù)公式，轉(zhuǎn)距變化很小，故取Ka=1.3，則，選用YL11型凸緣聯(lián)軸器。 圖3-2 蝸輪軸圖 3.5 滾動(dòng)軸承的校核 已經(jīng)初選圓錐滾子軸承7306E，查得： C＝52.5KN C＝60.5KN e＝0.83 Y=0.7 ==1.62833>e=0.83 考慮到載荷系數(shù)f=1.2 1.2（0.4×2655.5367+0.7

31、×5952.4）=6274.673616 軸承壽命 L= （3.14） ==21778.8311h 該行進(jìn)機(jī)平均每天使用半小時(shí)，故所選軸承壽命為 ＝＝120.9935y 所選軸承合適。 3.6 鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核 蝸桿軸上安裝聯(lián)軸器處的鍵聯(lián)接選用普通平鍵6×6、鍵的工作長(zhǎng)度l＝28。 鍵的工作高度 k＝＝3 查得鍵聯(lián)接的許用比壓 [p]=50～60N/ （3.15）

32、 =9.276 N/< [p] 式中： —傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為； —鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，，為鍵的高度，單位為； —鍵的工作長(zhǎng)度，單位為； d —軸的直徑，單位為； —鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為。 通過(guò)計(jì)算，所選平鍵合格。 3.7 蝸桿軸輸入端聯(lián)軸器的選擇 選用凸緣聯(lián)軸器，查得 K＝1.3， （3.16） ＝1.3×11428.5165＝1

33、4857.07145N·㎜ 選用YL3型聯(lián)軸器。 14 第4章 噴灑臂及其旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 噴灑臂整體方案的確定 圖3-1 折疊臂傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 圖3-1為折疊臂傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，折疊臂主要是通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行俯仰動(dòng)作，俯仰角度為±50度。伺服電機(jī)通過(guò)減速機(jī)進(jìn)行減速，減速器輸出軸帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行俯仰動(dòng)作，連桿機(jī)構(gòu)性能穩(wěn)定、強(qiáng)度較高，能夠很好的滿足該噴灑工況的使用需求。同時(shí)連桿機(jī)構(gòu)也是機(jī)器人較為常見的使用機(jī)構(gòu)，這里根據(jù)操作要求設(shè)計(jì)連桿的長(zhǎng)度，以次實(shí)現(xiàn)不同位置的噴灑需求，折疊臂做為噴灑機(jī)器人末端執(zhí)行部分，既需要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、盡量減

34、輕重量減少機(jī)器人的負(fù)載，同時(shí)還要保證有足夠的強(qiáng)度來(lái)承受抓手的抓取作業(yè)。 小齒輪的要求相對(duì)更高一些所以材料選用40Cr,通過(guò)調(diào)質(zhì)處理硬度需要達(dá)到285HBS，大齒輪考慮到生產(chǎn)成本的情況下，以滿足使用需求為前提，采用45#鋼為材質(zhì)，調(diào)質(zhì)處理后硬度為245HBS,大小齒輪的加工等級(jí)均IT7級(jí)精度。 傳動(dòng)比按照i=4.23，結(jié)合實(shí)際、并保證使用強(qiáng)度需求，選用小齒輪的齒數(shù)為Z1=23,則大齒輪的齒數(shù)為： 圓整為97 圓柱直齒輪分度圓直徑定位d1，需要滿足如下要求： 1）查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)Kt=1.3 2）扭矩為 T=55.47Nm 3）查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得到取齒寬系數(shù)。 3）

35、彈性影響系數(shù)為 4） 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)并結(jié)合使用要求得到：， 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)并結(jié)合使用要求得到大齒的接觸疲勞強(qiáng)度為：。。 5） 此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用壽命為10年，按照每天兩個(gè)班次進(jìn)行生產(chǎn)，每班次8小時(shí)，每天的工作時(shí)間為16小時(shí)。每年的工作天數(shù)按照365天進(jìn)行計(jì)算?；谝陨系臈l件，按照如下的公式對(duì)齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)進(jìn)行計(jì)算： 6） 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)接觸疲勞壽命系數(shù)取值是： KHN1=0.85; KHN2=0.88 7） 許用接觸應(yīng)力中的安全系數(shù)為S=1進(jìn)行計(jì)算 8） 計(jì)算直齒輪分度圓直徑 通過(guò)如下的公式對(duì)直齒輪分度圓直徑進(jìn)行計(jì)算：

36、 9） 圓周速度的確定 10） 齒寬b的確定 11） 寬高比 通過(guò)如下的公式對(duì)齒輪的模數(shù)進(jìn)行計(jì)算 通過(guò)如下的公式對(duì)齒輪的高度h進(jìn)行計(jì)算： 12） 載荷系數(shù)的確定 圓周速度v為4.22m/s，Kv=1.15，通過(guò)查詢也可以確定直齒輪的齒間載荷分配系數(shù)KHa=KFa=1，KA=1.25，小齒輪的系數(shù)為，基于，。 將以上確認(rèn)的相關(guān)系數(shù)代入到如下的公式中，得出載荷系數(shù)為： 13） 分度圓直徑的計(jì)算。 15）確定模數(shù)的計(jì)算如下 機(jī)器人臂的設(shè)計(jì)其主要是設(shè)計(jì)機(jī)械臂的相關(guān)結(jié)構(gòu)和選擇合適的電機(jī)。電機(jī)的主要參數(shù)是矩扭矩必須滿足使

37、用要求，保證機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的狀況下能夠抓起重物。計(jì)算相關(guān)扭矩需要對(duì)各轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。選擇電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，首先需要確定電動(dòng)機(jī)的類型，選擇合適類型的電動(dòng)機(jī)后可以按照相關(guān)的使用需求，對(duì)電動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行確定。電機(jī)的選擇非常重要、所選電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于減速機(jī)負(fù)載扭矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速有750轉(zhuǎn)/分鐘、1000轉(zhuǎn)/分鐘、1500轉(zhuǎn)/分鐘等等多種多樣，需要結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)的實(shí)際要求去確定電機(jī)的具體型號(hào)。電機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大扭矩都能滿足設(shè)計(jì)要求，并在加了安全系數(shù)的條件下也能很好的滿足使用要求，電機(jī)做為減速機(jī)的主要驅(qū)動(dòng)裝置，在設(shè)備中如果心臟一樣尤為重要，電機(jī)的選型必須滿足設(shè)計(jì)需求。 4.2 噴灑

38、臂旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.2.1 選定齒輪類型﹑精度等級(jí)﹑材料及齒數(shù) （1）按傳動(dòng)方案選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 （2）本機(jī)工作速度、功率都不高，故選用 7 級(jí)精度。 （3）齒輪材料及熱處理：選擇小齒輪材料為 40Gr，調(diào)質(zhì)處理，硬度 250HBS，大齒 輪材料為 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 230HBS，二者硬度差為 20HBS。 （4） 齒數(shù)選擇。選取小齒輪齒數(shù) 18，初步確定傳動(dòng)比為 則大齒輪齒數(shù) 此時(shí)傳動(dòng)比 4.2.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 （1）確定各參數(shù)的值 （4.1

39、） 因大小齒輪為鋼制，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表12.12查得彈性影響系數(shù) （5-2） 初擬載荷系數(shù) K=2.0 取齒寬系數(shù) 0.3 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪傳動(dòng)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖12.16查得 設(shè)，求得; 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)計(jì)算： 使用時(shí)間 8 ×350 ×16 =44800h 小齒輪循環(huán)次數(shù) 大齒輪循環(huán)次數(shù) 按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為

40、： 小齒輪： ； 大齒輪： 接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù) 查教材得接觸疲勞壽命系數(shù) ， 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1，安全系數(shù) S=1，得 （2）參數(shù)計(jì)算 1）試算小齒輪分度圓直徑，由計(jì)算公式得 （4.2） 2）計(jì)算平均圓周速度 3）計(jì)算載荷系數(shù)K 已知使用系數(shù)，根據(jù)v=4.4m/s，8級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù)；查得K=1.42；得K=1.35；得。 故載荷系數(shù) （4.3） 4）按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分

41、度圓直徑 （4.4） 5）計(jì)算齒寬b和模數(shù) b= m= 6）齒輪部分相關(guān)參數(shù) 查手冊(cè)得齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 查手冊(cè)得彎曲疲勞壽命系數(shù)。 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，則 7）校核 （4.5） 滿足要求。 （4.6） 所以安全。 4.3 噴灑臂折疊設(shè)計(jì) 關(guān)于空間的工作

42、分析，空間我們通常分為x軸、y軸、z軸，通常所說(shuō)的六個(gè)自由度包括x軸的移動(dòng)、y軸的移動(dòng)、z軸的移動(dòng)、以及x軸的旋轉(zhuǎn)、y軸的旋轉(zhuǎn)，z軸的旋轉(zhuǎn)。這里根據(jù)使用要求，我們只需要對(duì)x軸的旋轉(zhuǎn)，y軸的旋轉(zhuǎn)以及x軸的移動(dòng)和y軸的移動(dòng)四個(gè)自由度進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足這四個(gè)自由度即可滿足料袋噴灑機(jī)器人的基本使用要求，在這幾個(gè)自由度的基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)尺寸和旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。機(jī)器人的設(shè)計(jì)相對(duì)是比較繁瑣的，由于其精度比較高，每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都是尤為重要的，由于自身能力和本科生研究領(lǐng)域所限，這里只針對(duì)主要部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。 圖4-1 噴灑機(jī)器人位置示意圖 L1為機(jī)械主體部分臂部的長(zhǎng)度按照6

43、65mm取值； L2為折疊臂的長(zhǎng)度根據(jù)任務(wù)書使用要求折疊臂的長(zhǎng)度按照630mm取值； θ1為大臂的旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)噴灑的要求-150o~150o就可以滿足使用要求； θ2為折疊臂的旋轉(zhuǎn)角度根據(jù)使用要求，這里按照±65°； 根據(jù)上圖4.1所示A點(diǎn)：長(zhǎng)機(jī)械臂的最小值按照符號(hào)θ1min、小機(jī)械臂的最小值按照符號(hào)θ2min。 B點(diǎn)是大臂極限位置用θ1max表示。 C點(diǎn)大臂轉(zhuǎn)動(dòng)到最大極限時(shí)的值用θ1max表示，折疊臂達(dá)到正極限值為θ2max。 D點(diǎn)為大臂達(dá)到負(fù)極限時(shí)θ1min表示，折疊臂達(dá)到正極限值，由θ2max表示。 A-B和C-D的圓心是大機(jī)械臂的

44、起點(diǎn)，為了方便后續(xù)說(shuō)明和詳細(xì)計(jì)算，把這里定義為坐標(biāo)原點(diǎn)。其中E點(diǎn)為A-D圓弧的中間，F(xiàn)點(diǎn)為B-C圓弧的中間。 E點(diǎn)： F點(diǎn)： 對(duì)以上個(gè)點(diǎn)計(jì)算匯總?cè)缦? 表4-1 坐標(biāo)點(diǎn)位置匯總 坐標(biāo)點(diǎn) X坐標(biāo) Y坐標(biāo) Z坐標(biāo) A -1174 547 0 B 31.7 547.3 0 C -5.8 118 0 D -336.5 852 0 E -602.7 281 0 F 602.7 281 0 通過(guò)以上分析，大機(jī)械臂和小機(jī)械臂的工作平面及XZ的平面構(gòu)成坐標(biāo)系，同時(shí)本機(jī)器人的底座又能夠在X-Y-Z這三個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)等動(dòng)作，這樣就可以

45、通過(guò)上述分析繪制出XZ工作空間的具體圖紙，從而進(jìn)行分析計(jì)算比較，然后選型。 以上的分析過(guò)程及計(jì)算的結(jié)果可以看出折疊臂末端的覆蓋范圍要比作業(yè)的空間大。以上的計(jì)算和分析都是基于手腕具有多自由度時(shí)，可以取其操作臂最大覆蓋范圍的二分之一。所以一般可以滿足覆蓋范圍時(shí)，一定是可以滿足機(jī)械作業(yè)的范圍。所以此方案是正確的。  5 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5.1可編程控制器(PLC)的簡(jiǎn)介及選擇 可編程程序控制器因?yàn)槠淇梢愿鶕?jù)實(shí)際的使用需求編寫不同的程序，使得相應(yīng)的設(shè)備可以自動(dòng)的完成一定的操作 ，可變性比較強(qiáng)，可以適用不同的需求，同時(shí)具有很好的穩(wěn)定性，因此在很多行業(yè)都引進(jìn)和使用可編程的控制器，尤其是工

46、業(yè)控制行業(yè)，更是一種趨勢(shì)。如果想在相關(guān)行業(yè)內(nèi)具有很大的發(fā)展勢(shì)頭和提升自身在行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)力，使可編程程序控制器是一種必然的選擇。通過(guò)可編程程序控制器可以使得相關(guān)的氣動(dòng)和電動(dòng)裝置按照設(shè)定好的程序進(jìn)行動(dòng)作和運(yùn)行，同時(shí)，可以根據(jù)操作步驟和工序要求的不同，調(diào)用不同的程序來(lái)完成預(yù)期的操作。 5.2變頻器的介紹及選型 交流變頻器是將工業(yè)電源轉(zhuǎn)換為變頻功率輸出控制裝置，其原理是通過(guò)功率半導(dǎo)體元件的關(guān)閉來(lái)控制。工業(yè)中經(jīng)常使用的變頻器主要是采用交流-直流-交流控制方式原理，先把工廠的工頻交流電源通過(guò)變頻器內(nèi)部的三個(gè)整流條轉(zhuǎn)換成直流電源，然后通過(guò)各種控制命令將直流電源轉(zhuǎn)換成電壓可調(diào)節(jié)，頻率可改變的交流輸出控

47、制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而改變電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能和轉(zhuǎn)速大小。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的公式如下： 算式中　n——為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，單位為m/s; f——為電源的輸出頻率,單位為HZ； s——為轉(zhuǎn)差率(異步電動(dòng)機(jī))； p——為極對(duì)數(shù)(異步電動(dòng)機(jī)) 由上述的公式可以看出，電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速n與三相電的頻率f之間為正比例關(guān)系，電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)控制三相電的頻率來(lái)改變，當(dāng)三相線輸出的頻率在0HZ-50HZ之間變化時(shí)，那么電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將從零到額定轉(zhuǎn)速之間變化，因此交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n調(diào)節(jié)范圍很寬。根據(jù)公式可以通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的頻率輸出來(lái)調(diào)節(jié)變頻器的轉(zhuǎn)速。這是一個(gè)

48、很理想，高效率和高性能的調(diào)速方法，廣泛應(yīng)用在工廠實(shí)踐中。 5.3控制電路設(shè)計(jì) 噴灑機(jī)器人臂在控制系統(tǒng)上的大致思路就是運(yùn)用可編程控制器的控制變頻的停止和啟動(dòng)狀態(tài)，其中包括多頻段的認(rèn)定以及正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)的運(yùn)作，同時(shí)包括了電動(dòng)機(jī)在通過(guò)對(duì)變頻器參數(shù)的控制從而得到良好的運(yùn)轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，作為外部傳感器，將限位信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使得通過(guò)對(duì)變頻器的PLC控制來(lái)達(dá)到停止輸出。 可編程控制器的主線主要有繼電器的輸入和輸出，以及輸入按鈕。按鈕的輸入包括了傳感器信號(hào)的輸入，變頻器故障的顯示以及變頻器啟動(dòng)關(guān)閉按鈕。其中所包含的輸出有變頻器正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)輸出的可控性選擇，變頻器的多放段多速輸出?？删幊炭刂破鞯倪B接線主要是控制電

49、路。 5.4蓄電池的選用 該噴灑機(jī)器人臂采用蓄電池供電，使用更便捷不用考慮現(xiàn)場(chǎng)電源的問(wèn)題。為滿足裝置在醫(yī)院隨時(shí)移動(dòng)的使用要求，需要實(shí)現(xiàn)自主供電，在裝置上安裝電池，本設(shè)計(jì)中的電源為可充電電池。在選擇電池時(shí)需要充分考慮成本價(jià)格、使用壽命、電壓大小、電池容量等要素。就市面上現(xiàn)有的蓄電池來(lái)看，其常見的有：鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、金屬氧化物鎳蓄電池、鐵鎳蓄電池、鋅銀蓄電池、鋅鎳蓄電池和鋰離子蓄電池。 從節(jié)省成本方面考慮，選用鉛酸蓄電池最為合算，但缺點(diǎn)也很明顯。比能量低，在電動(dòng)汽車中所占的質(zhì)量和體積較大，一次充電后的行駛里程短。使用壽命短，導(dǎo)致了使用成本高、充電時(shí)間長(zhǎng)。鉛是重金屬，存在污染。相

50、比較而言，鋰電池可以算作是更好的選擇。鋰電池的優(yōu)點(diǎn)有超長(zhǎng)的壽命、使用安全、能夠?qū)崿F(xiàn)大電流快速充電、容量大、行程長(zhǎng)、體積小質(zhì)量輕以及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。電池成本隨著鋰液提純技術(shù)的提高也能夠接受。因此，本裝置選用高效環(huán)保的鋰電池作為供電能源。電源采用24V充電式電源，充滿一次電可連續(xù)48個(gè)小時(shí)使用。 5.5行走避障原理 當(dāng)噴灑機(jī)器人遇到障礙物不能及時(shí)避開的時(shí)候，不但會(huì)影響其正常工作，還會(huì)因?yàn)榕鲎矊?duì)自身造成損害，因此檢測(cè)并避開障礙物是至關(guān)重要的。為了檢測(cè)設(shè)備移動(dòng)的路徑上是否存在障礙物，在內(nèi)部放置三個(gè)超聲波距離感應(yīng)器。 頻率高于20000HZ的聲波叫超聲波。因?yàn)槌暡ǖ姆较蛐院?，且在同一種介質(zhì)中

51、的傳播速率是不變的，但是在不同介質(zhì)的界面處回反射回來(lái)如圖5-1。根據(jù)這一特點(diǎn)，可以通過(guò)測(cè)量其發(fā)射波和反射波之間的時(shí)間間隔和傳播的速度進(jìn)行計(jì)算，確定障礙物的距離。通過(guò)超聲波確認(rèn)障礙物的位置后，避開障礙物。 圖5-1 超聲波傳感器測(cè)距的原理 噴灑機(jī)器人移動(dòng)的過(guò)程中，超聲波感應(yīng)器不斷檢測(cè)，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，會(huì)將收到的反射信息發(fā)給控制器，通過(guò)控制器控制電機(jī)帶動(dòng)齒輪齒條調(diào)整噴灑機(jī)器人的方向有效地避開障礙物。同時(shí)，障礙物的大小也可以通過(guò)信號(hào)的幅值進(jìn)行判斷。噴灑機(jī)器人使用超聲波傳器 可以有效地避免與家具等障礙物碰撞，避免對(duì)自身及物件的損害。 5.6 防撞電路 當(dāng)經(jīng)過(guò)被檢測(cè)物體時(shí)，噴灑機(jī)器人

52、將足夠量的發(fā)光器所發(fā)射的光線直接反射回受光器，光電開關(guān)產(chǎn)生檢測(cè)開關(guān)信號(hào)。如圖5-2所以該傳感器能以非接觸方式檢測(cè)出前方一定范圍內(nèi)的物體，并轉(zhuǎn)換成高電平信號(hào)輸出。 圖5-2 防撞電路 6 基于SolidWorks的三維建模 6.1 SolidWorks軟件簡(jiǎn)介 Solidworks是所有三維軟件中應(yīng)用最廣泛的一種，由于其操作非常簡(jiǎn)單方便快捷，深受廣大機(jī)械設(shè)計(jì)者的喜愛(ài)。軟件中有鈑金模塊、鑄造模塊、建模等諸多模塊，通過(guò)針對(duì)每一個(gè)零件進(jìn)行繪制草圖，然后通過(guò)旋轉(zhuǎn)、拉伸、掃描等等一系列操作，最終將零件繪制成一個(gè)模型。然后通過(guò)裝配功能將每一個(gè)零件組裝成一個(gè)整體，裝配過(guò)程中會(huì)應(yīng)用到各種配合

53、，例如重合、平行、垂直、角度等等。通過(guò)裝配功能將設(shè)備整體呈現(xiàn)在面前，非常直觀的表達(dá)了設(shè)備各個(gè)零部件之間的配合關(guān)系，也可可通過(guò)仿真功能進(jìn)行模型的仿真運(yùn)動(dòng)。零件的建模的基本步驟是首先要建立一個(gè)草圖，草圖建立完成之后可以通過(guò)拉伸，旋轉(zhuǎn)，掃描等一系列操作，最終成為一個(gè)實(shí)體。 在實(shí)體的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)拉伸切除孔異形孔打螺紋孔，等一系列操作最終呈現(xiàn)在面前的是一個(gè)完整的模型。每一個(gè)零部件建模完成之后，可通過(guò)組裝功能將它們組裝成一個(gè)整體，組裝的時(shí)候主要應(yīng)用配合去實(shí)現(xiàn)，配合的關(guān)系有同軸度、重合、平行、垂直等一系列位置關(guān)系，將他們鎖定。Solidwork三維軟件在目前的機(jī)械行業(yè)應(yīng)用非常的廣泛，應(yīng)用于非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)

54、計(jì)行業(yè)以及鈑金展開行業(yè)、模具制造、機(jī)加工等行業(yè)，因?yàn)樵撥浖褂梅浅１憬?，軟件的操作通俗易懂、便于理解、入門等級(jí)比較低，通過(guò)短時(shí)間的努力便可充分掌握各大主要功能。 6.2 SolidWorks實(shí)體造型 圖6-1 噴灑機(jī)器人三維模型 各大主要零部件建模完成之后，通過(guò)軟件的組裝功能，將零件組裝成一個(gè)整體，這樣一個(gè)裝配模型就呈現(xiàn)在面前，通過(guò)軟件自有的渲染功能將模型進(jìn)行渲染，渲染后的噴灑機(jī)器人更加逼真形象。渲染功能的應(yīng)用更有利于對(duì)該噴灑機(jī)器人的造型設(shè)計(jì)，因?yàn)橥ǔ５谝慌_(tái)設(shè)備都會(huì)生產(chǎn)出來(lái)一個(gè)樣機(jī)，來(lái)觀察其外形的優(yōu)缺點(diǎn)，這樣通過(guò)渲染功能設(shè)備的真實(shí)狀態(tài)就呈現(xiàn)在面前，可以非常直觀的觀看效果

55、、非常方便，不用通過(guò)加工實(shí)物就能發(fā)現(xiàn)不足，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中的缺陷直接通過(guò)三維模型進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，最終得到最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，最終生成出實(shí)物服務(wù)于廣大急救行業(yè)工作者。結(jié)　論 噴灑機(jī)器人通過(guò)底座固定在小車架體上，其中底盤能夠?qū)崿F(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)齒輪嚙合減速并旋轉(zhuǎn)，通過(guò)電機(jī)抱閘鎖定旋轉(zhuǎn)位置。機(jī)械臂的折疊通過(guò)拉桿實(shí)現(xiàn)。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由車輪、支架、減速器等主要部分構(gòu)成。減速機(jī)選用蝸輪蝸桿一級(jí)減速機(jī)，蝸輪蝸桿能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖。行進(jìn)到位置后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪蝸桿減速機(jī)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器連接車輪，車輪即停止轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自鎖。該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用雙前驅(qū)的結(jié)構(gòu)形式，前端兩個(gè)輪子分別采用電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)正轉(zhuǎn)即是前進(jìn)、同時(shí)

56、反轉(zhuǎn)即是后退，一正一反轉(zhuǎn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)彎。 設(shè)計(jì)是服務(wù)于人，如果按照常規(guī)設(shè)計(jì)只是普通的器械，只能滿足人們的基本要求。本次設(shè)計(jì)的裝置中也加入了人工智能部分，但是由于本人知識(shí)能力所限，這一部分只是進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。噴灑機(jī)器人裝置中可以融入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)備的控制系統(tǒng)中含有GPS定位裝置，可以通過(guò)定位裝置實(shí)施監(jiān)控機(jī)器人位置。進(jìn)一步暢想也可以在設(shè)備上安裝攝像頭，這樣工作人員就可以通過(guò)手機(jī)對(duì)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)看管。關(guān)于人工智能是未來(lái)發(fā)展的大趨勢(shì)所在，未來(lái)社會(huì)隨著人民生活水平的提高以及制造成本、人工成本的增加，智能化是必然的發(fā)展產(chǎn)物。 28 噴灑機(jī)器人的設(shè)計(jì) 謝 辭 盡管有再多的不舍，還

57、是阻止不了時(shí)間向前移動(dòng)的腳步，還是阻止不了畢業(yè)的臨近。大學(xué)這幾年時(shí)間是我人生中最難忘的時(shí)光，在這四年里我經(jīng)歷了太多的成長(zhǎng)，從以往做事更多的需要父母的建議到大學(xué)時(shí)代更多的獨(dú)立的解決問(wèn)題。這不僅僅包含學(xué)業(yè)上需要解決的問(wèn)題，還有自己獨(dú)立面對(duì)和解決生活中的問(wèn)題。在大學(xué)的這段時(shí)光里，我的學(xué)習(xí)能力和處理事情的能力以及一些世界觀人生觀和價(jià)值觀的成長(zhǎng)是顯而易見的。我的這些成長(zhǎng)離不開學(xué)校提供給學(xué)生的濃厚的學(xué)習(xí)氛圍，離不開老師對(duì)我的關(guān)愛(ài)和幫助，也離不開同學(xué)對(duì)我的幫助和鼓勵(lì)。 通過(guò)知網(wǎng)檢索文獻(xiàn)查閱資料，分析相似課題的研究成果，通過(guò)總結(jié)分析形成自己的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了指導(dǎo)老師非常大的幫助。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)

58、solidworks軟件進(jìn)行了三維建模，過(guò)程中熟練掌握了軟件的使用，solidworks軟件目前在機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)使用非常廣泛，對(duì)自己以后走上工作崗位都會(huì)受益匪淺。三維建模之后通過(guò)CAD二維軟件轉(zhuǎn)化了圖紙，圖紙繪制過(guò)程中對(duì)大學(xué)的課程也是一次很好的鞏固，尤其是工程圖學(xué)中的繪圖基本知識(shí)、以及機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)相關(guān)知識(shí)都是一次很好的復(fù)習(xí)，大學(xué)期間所學(xué)課程有很多，走上工作崗位未必每個(gè)課程都會(huì)用的上，但是通過(guò)學(xué)習(xí)的過(guò)程中掌握一種學(xué)習(xí)知識(shí)的方法，這種方法掌握了以后無(wú)論做什么事情都會(huì)用得上。 這段經(jīng)歷對(duì)于我個(gè)人來(lái)講是一個(gè)蛻變的過(guò)程，通過(guò)這段經(jīng)歷將我從一個(gè)懵懵懂懂，做事按部就班的人變成一個(gè)積極主動(dòng)地，遇到事情可以主動(dòng)

59、尋找解決問(wèn)題方法的人，而且解決問(wèn)題這個(gè)過(guò)程中不但可以成長(zhǎng)，還能收獲快樂(lè)和喜悅，這對(duì)我畢業(yè)以后的生活和工作是一筆巨大的財(cái)富。生活不會(huì)一帆風(fēng)順，一定會(huì)遇到很多的問(wèn)題，在遇到問(wèn)題時(shí)候，面對(duì)問(wèn)題的態(tài)度會(huì)影響我們的人生品質(zhì)，通過(guò)在大學(xué)里面學(xué)習(xí)到的知識(shí)和個(gè)人性格的培養(yǎng)，可以使我在面對(duì)困難的時(shí)候不再彷徨和害怕，而是想著做任何事情都有解決的辦法。“花有再開日，人無(wú)再少年”，在大學(xué)的這幾年，是我們?nèi)松凶顚氋F的幾年，或許會(huì)因有些想做而沒(méi)做的事情而留有一些遺憾，但卻沒(méi)有后悔的事情。感謝大學(xué)的生活和學(xué)習(xí)帶給我個(gè)人的成長(zhǎng)，也非常感謝在大學(xué)這幾年時(shí)間里面老師和同學(xué)對(duì)我的幫助，希望每個(gè)人在面對(duì)未來(lái)的生活時(shí)都可以更加自信和

60、從容。 參考文獻(xiàn) [1]Li-Kai Yeh-Liu,Sheng-Yu Hsu,Po-Yu Chen,Jyh-Wei Lee,Jenq-Gong Duh. Improvement of CrMoN/SiN x coatings on mechanical and high temperature Tribological properties through biomimetic laminated structure design[J]. Elsevier B.V.,2020,393. [2]陳廣輝,熊茂華.基于視覺(jué)檢測(cè)的采摘機(jī)械臂的研究與開發(fā)[J].南方農(nóng)機(jī),2020,51

61、(09):15-17. [3]. Science - Mechanical Science; Data on Mechanical Science Discussed by Researchers at Hunan University (On Crashworthiness Design of Hybrid Metal-composite Structures)[J]. Chemicals & Chemistry,2020. [4]王旭,陳乃建,王超,黃玉林,李映君.助老助殘輪椅用繩傳動(dòng)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2020,34(03):300-305.

62、[5]鄭長(zhǎng)源.機(jī)械臂噴涂應(yīng)用設(shè)計(jì)探索[J].中國(guó)設(shè)備工程,2020(08):114-115. [6]李石.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2020(11):189-190. [7]李胤鑌,羅炳任,牙舉輝,鄺禹聰.可換電動(dòng)機(jī)的機(jī)械臂關(guān)節(jié)[J].機(jī)械工程師,2020(04):28-29+33. [8]盧佳偉,張秋菊,趙宏磊.助老服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)及仿人運(yùn)動(dòng)研究[J].工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào),2020,27(02):269-278. [9]梁一,朱益民,魏延輝,尚雪.六自由度水下機(jī)械臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2020,42(03):68-74. [10]孫元元.巡檢機(jī)器人機(jī)械結(jié)

63、構(gòu)設(shè)計(jì)探究[J].中國(guó)設(shè)備工程,2020(06):106-107. [11]顧翔杰,肖恭林,楊志剛,穆彥青,董鵬.機(jī)械臂鑄造工藝的設(shè)計(jì)[J].鑄造工程,2020,44(02):49-51. [12]C.M. Koller,S.A. Glatz,H. Riedl,S. Kolozsvári,P. Polcik,H. Bolvardi,P.H. Mayrhofer. Structure and mechanical properties of architecturally designed Ti-Al-N and Ti-Al-Ta-N-based multilayers[J]. Elsevi

64、er B.V.,2020,385. [13]董琦,曾繁迪.五自由度桌面級(jí)多功能機(jī)械臂設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2020(08):25-26. [14]石亮,張愛(ài)濤,王世旭,郎珊珊.鋼軌磨削機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].中國(guó)建材科技,2020,29(01):99+98. [15]盧佳園,謝宗武,吳廣鑫.空間機(jī)器人遙操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械與電子,2020,38(02):71-75. [16]羅嘉樂(lè),吳佳欣,李捷,吳錦濤.機(jī)械臂輔助配藥及自助式取藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦編程技巧與維護(hù),2020(02):124-127+142. [17]顧潘龍,石學(xué)文,胡金帥,姜良澤.蔬菜大棚智能噴灑機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù),2018,47(08):73-76+72. [18]權(quán)龍哲,王建森,奚德君,酈亞軍,孫文峰,陳詞.靶向滅草機(jī)器人藥液噴灑空氣動(dòng)力學(xué)模型建立與驗(yàn)證[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2017,33(15):72-80. [19]朱光強(qiáng). 智能噴灑機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].佳木斯大學(xué),2017. 30