基于 Arduino樹干噴涂機器人設(shè)計

基于 Arduino樹干噴涂機器人設(shè)計,基于,Arduino樹干噴涂機器人設(shè)計,arduino,樹干,噴涂,機器人,設(shè)計 - 1 - 大連大學2017 屆 畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計 ）題 目 名 稱 ： 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計所在學院：機 械 工 程 學 院 專業(yè)（班級）：機 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化學生姓名：唐 磊 生指導教師：李 洋 流評閱人：劉 安 生院長：吳 蒙 華DALIAN UNIVERSITY - 2 - 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計總 計 ： 畢 業(yè) 論 文 ： 48 頁表 格 ： 6 表插 圖 ： 19 幅 指 導 教 師 ： 李 洋 流評 閱 人 ： 劉 安 生完 成 時 間 ： 2017.5.22 - 3 - 摘 要本 文 將 機 器 人 自 動 控 制 技 術(shù) 與 人 機 一 體 化 技 術(shù) 結(jié) 合 起 來 ， 使 用 Solidworks、 CAD 分析 等 軟 件 設(shè) 計 研 究 樹 干 噴 涂 機 器 人 ， 使 其 能 夠 完 成 樹 干 噴 涂 機 器 人 的 設(shè) 計 任 務(wù) 、 理 論 分析 任 務(wù) 、 加 工 制 作 任 務(wù) 、 控 制 系 統(tǒng) 檢 測 任 務(wù) 。 在 進 行 機 械 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 的 過 程 中 ， 充 分 利 用Solidworks 軟 件 的 功 能 ， 使 設(shè) 計 具 有 圖 形 化 、 模 塊 化 、 層 次 化 的 結(jié) 構(gòu) ， 提 高 了 設(shè) 計 效 率 。在 進 行 設(shè) 計 結(jié) 構(gòu) 分 析 過 程 中 ， 充 分 利 用 有 Solidworks、 CAD 軟 件 的 功 能 ， 使 分 析 過 程 更加 合 理 ， 分 析 結(jié) 果 準 確 。 在 設(shè) 計 完 成 后 ， 進 行 加 工 制 造 ， 發(fā) 現(xiàn) 加 工 過 程 中 的 問 題 ， 進 一步 完 善 作 品 。 最 后 使 用 Arduino 控 制 板 。 對 樹 干 噴 涂 機 器 人 進 行 了 控 制 。 所 以 本 課 題 設(shè)計 研 究 的 樹 干 噴 涂 機 器 人 ， 對 于 機 電 一 體 會 技 術(shù) 的 應(yīng) 用 、 軟 件 的 分 析 處 理 功 能 的 應(yīng) 用 、制 造 過 程 中 問 題 的 解 決 都 具 有 重 要 意 義 。 關(guān) 鍵 字 ： 樹 干 噴 涂 技 術(shù) ， 機 電 一 體 化 技 術(shù) ， Solidworks， CAD， Arduino - 4 - ABSTRACTIn this paper, we combined The robot automatic control technology and man-machineintegration technology combined with Solidworks, CAD analysis software design of trunkspraying robot, which can complete the design task of trunk spraying robot, task analysis, taskprocessing, detection task control system. The mechanical structure design process, make fulluse of Solidworks software functions. The design has the graphical, modular, hierarchicalstructure and improve the design efficiency. In the course of structural analysis, make full useof Solidworks, the function of CAD software, make the analysis more Reasonable andaccurate analysis results. Upon completion of the design, manufacturing, processing andfound problems in the process, to further improve the work. Finally, using theArduino controlpanel. The trunk spraying robot was controlled. So this topic design of trunk spraying robot,the application of mechatronic technology, application analysis software that is of greatsignificance to solve the problems in the manufacturing process. Key words: Trunk spraying technology, mechatronic technology, Solidworks,CAD, Arduino - 5 - 目 錄1. 緒 論 .- 1 -1.1 課 題 的 目 的 和 意 義 .- 1 -1.2 國 內(nèi) 外 噴 涂 機 器 人 發(fā) 展 概 況 .- 1 -1.3 本 論 文 研 究 的 主 要 內(nèi) 容 .- 3 -2. 樹 干 噴 涂 機 器 人 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 .- 4 -2.1 樹 干 噴 涂 機 器 人 車 身 設(shè) 計 .- 4 -2.2 樹 干 噴 涂 機 器 人 石 灰 水 箱 設(shè) 計 . - 8 -2.3 電 機 、 車 輪 、 水 泵 的 選 型 .- 10 -2.4 本 章 總 結(jié) .- 13 -3. 樹 干 噴 涂 機 器 人 機 械 手 設(shè) 計 .- 14 -3.1 機 械 手 設(shè) 計 .- 14 - 3.2機 械 手 升 降 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 .- 17 -3.3 軸 承 的 選 型 與 設(shè) 計 .- 22 -3.4 四 桿 機 構(gòu) 運 動 示 意 圖 .- 24 -3.5 本 章 小 結(jié) .- 24 -4. 控 制 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 .- 25 -4.1 Arduino控 制 方 案 .- 25 -4.2 控 制 程 序 設(shè) 計 流 程 圖 .- 26 -4.3 本 章 小 結(jié) .- 26 -5. 樹 干 噴 涂 機 器 人 實 物 制 作 .- 27 -5.1 制 作 過 程 中 遇 到 的 問 題 .- 27 -5.2 問 題 的 解 決 方 案 .- 27 -5.3 實 物 展 示 .- 28 -6. 結(jié) 論 .- 30 -參 考 文 獻 .- 31 - 致 謝 .- 32 -附 錄 1 外 文 翻 譯 .- 33 -附 錄 2 外 文 原 文 .43 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 1 - 1.緒 論1.1 課 題 的 的 目 的 和 意 義噴 涂 機 器 人 又 叫 噴 漆 機 器 人 （ spray painting robot） ， 是 可 以 進 行 自 動 噴 漆 工作 或 輔 助 其 他 設(shè) 備 進 行 其 他 材 料 的 噴 涂 。 噴 漆 機 器 人 具 備 四 大 優(yōu) 點 ， 其 一 是 自 身 結(jié) 構(gòu) 柔性 大 ， 自 身 實 現(xiàn) 工 作 的 范 圍 大 ； 其 二 是 相 比 人 工 噴 涂 它 可 提 高 噴 涂 質(zhì) 量 和 材 料 使 用 率 ；其 三 是 整 體 結(jié) 構(gòu) 易 于 操 作 和 維 護 ， 可 進 行 離 線 編 程 ， 大 大 的 縮 短 現(xiàn) 場 調(diào) 試 時 間 ； 其 四 是設(shè) 備 運 轉(zhuǎn) 利 用 率 高 ， 利 用 率 可 達 90%-95%。 噴 涂 機 器 人 的 大 量 運 用 ， 使 得 在 危 險 環(huán) 境 下工 作 的 勞 動 力 得 以 解 放 ， 同 時 也 提 高 了 汽 車 生 產(chǎn) 制 造 的 生 產(chǎn) 效 率 ， 并 保 證 了 極 高 的 噴 涂質(zhì) 量 ， 降 低 成 品 返 修 率 ， 同 時 使 得 油 漆 利 用 率 得 到 提 高 ， 減 少 了 廢 油 漆 、 廢 溶 劑 的 排 放量 ， 有 助 于 構(gòu) 建 新 型 環(huán) 保 的 綠 色 工 廠 。 樹 干 噴 涂 機 器 人 與 傳 統(tǒng) 的 人 力 噴 涂 相 比 ， 它 的 工 作 效 率 很 高 ， 它 自 身 攜 帶 大 容 量 的石 灰 水 箱 ， 還 有 石 灰 水 灌 入 機 構(gòu) ， 可 以 勾 兌 石 灰 水 ， 往 自 身 的 石 灰 水 箱 罐 裝 石 灰 水 ， 提升 了 自 身 的 作 業(yè) 時 間 ， 可 以 長 時 間 工 作 。樹 干 噴 涂 機 器 人 未 來 如 果 推 廣 將 迅 速 占 領(lǐng) 整 個 市 場 ， 將 取 代 傳 統(tǒng) 的 人 工 噴 涂 作 業(yè) ，用 機 器 自 主 工 作 。 在 國 內(nèi) 隨 處 都 可 以 看 見 很 多 大 大 小 小 的 樹 木 ， 那 么 對 其 在 冬 天 的 涂 白工 作 將 是 很 繁 重 的 工 作 ， 所 以 我 們 的 樹 干 噴 涂 機 器 人 將 會 迅 速 占 領(lǐng) 市 場 。樹 干 噴 涂 機 器 人 所 帶 來 的 經(jīng) 濟 效 益 是 一 筆 巨 大 的 財 產(chǎn) 。1.2 國 內(nèi) 外 噴 涂 機 器 人 發(fā) 展 概 況國 外 工 業(yè) 機 器 人 技 術(shù) 在 當 今 已 經(jīng) 相 當 成 熟 ， 且 在 自 動 化 生 產(chǎn) 過 程 中 已 裝 備 機 器 人 數(shù)量 龐 大 ， 從 剛 開 始 各 類 通 用 和 專 業(yè) 機 器 人 的 研 制 生 產(chǎn) ， 到 現(xiàn) 在 發(fā) 展 成 為 一 種 標 準 設(shè) 備 被工 業(yè) 界 廣 泛 應(yīng) 用 。 工 業(yè) 機 器 人 及 自 動 化 生 產(chǎn) 線 成 套 裝 備 ， 己 成 為 高 端 裝 備 的 重 要 組 成 部 分 ， 這 也 成 為 一 種 自 動 化 生 產(chǎn) 的 發(fā) 展 趨 勢 。 在 汽 車 生 產(chǎn) 線 、 機 械 加 工 行 業(yè) 、 立 體 式 自 動停 車 庫 、 電 子 電 氣 行 業(yè) 、 食 品 加 工 工 業(yè) 、 物 流 、 制 造 業(yè) 等 領(lǐng) 域 已 經(jīng) 廣 泛 應(yīng) 用 工 業(yè) 機 器 人 。在 全 球 出 現(xiàn) 了 一 批 有 競 爭 力 的 知 名 機 器 人 公 司 ， 包 括 ： ABBRobotics、 AmericanRobot、KUKA、 FANUC、 S-T Robotics、 YASKAWA、 Adept Technology、 Emerson等 ， 這 些 世 界 級的 公 司 進 行 研 發(fā) 得 時 間 早 、 目 前 技 術(shù) 成 熟 ， 它 們 開 發(fā) 的 機 器 人 已 經(jīng) 向 高 性 能 、 結(jié) 構(gòu) 模 塊化 和 可 重 構(gòu) 化 、 可 感 知 范 圍 越 來 越 廣 和 人 機 交 互 功 能 更 強 等 方 面 發(fā) 展 ， 其 機 器 人 大 規(guī) 模生 產(chǎn) 水 平 高 ， 并 能 制 造 出 先 進 的 自 動 化 生 產(chǎn) 線 ， 基 本 上 壟 斷 了 世 界 工 業(yè) 機 器 人 市 場 。 其中 ， 日 本 擁 有 機 器 人 的 數(shù) 量 和 產(chǎn) 量 最 多 ， 日 本 和 德 國 的 工 業(yè) 機 器 人 及 其 生 產(chǎn) 線 在 全 世 界中 生 產(chǎn) 應(yīng) 用 最 廣 、 最 為 先 進 。面 對 國 外 成 熟 技 術(shù) 和 國 內(nèi) 薄 弱 的 機 器 人 基 礎(chǔ) ， 中 國 的 機 器 人 行 業(yè) 正 面 臨 著 如 何 與 國 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 2 - 際 接 軌 、 參 與 國 際 分 工 的 巨 大 挑 戰(zhàn) 。 因 此 加 快 進 行 工 業(yè) 機 器 人 的 研 究 、 開 發(fā) 與 生 產(chǎn) 是 我國 從 制 造 大 國 邁 向 制 造 強 國 的 重 要 手 段 和 必 要 途 徑 ， 必 須 堅 持 不 懈 的 努 力 發(fā) 展 高 、 精 、尖 、 智 能 化 的 工 業(yè) 機 器 人 。我 國 現(xiàn) 代 機 器 人 研 究 和 開 發(fā) 開 始 于 20 世 紀 70年 代 ， 到 80 年 代 中 期 進 入 現(xiàn) 代 機 器人 的 快 速 發(fā) 展 階 段 ， 在 二 十 一 世 紀 開 始 進 入 到 機 器 人 產(chǎn) 業(yè) 化 階 段 ， 經(jīng) 過 十 多 年 努 力 ， 我國 機 器 人 裝 機 容 量 實 現(xiàn) 很 大 的 突 破 ， 開 始 向 機 器 人 全 產(chǎn) 業(yè) 鏈 的 生 產(chǎn) 制 造 發(fā) 展 。 國 家 大 力扶 持 機 器 人 技 術(shù) 和 產(chǎn) 業(yè) ,國 家 科 技 攻 關(guān) 計 劃 、 國 家 高 技 術(shù) 研 究 與 發(fā) 展 計 劃 等 ， 都 將 機 器人 的 研 究 和 開 發(fā) 列 為 我 國 機 器 人 行 業(yè) 發(fā) 展 的 重 點 。我 國 機 器 人 的 研 究 開 發(fā) ， 主 要 集 中 在 高 等 院 校 的 重 點 實 驗 室 和 各 研 究 所 中 ， 如 清 華大 學 、 北 京 航 空 航 天 大 學 、 哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學 、 中 國 科 學 研 究 院 大 學 、 上 海 交 通 大 學 、 南開 大 學 等 高 校 ， 他 們 在 機 器 人 的 基 礎(chǔ) 技 術(shù) 研 究 以 及 原 理 性 樣 機 研 制 方 面 做 了 大 量 的 研 究 工 作 ， 并 為 國 內(nèi) 機 器 人 產(chǎn) 業(yè) 的 發(fā) 展 打 下 了 良 好 的 基 礎(chǔ) ， 生 產(chǎn) 制 作 的 試 驗 樣 機 在 很 多 方 面取 得 接 近 或 超 過 國 際 先 進 水 平 的 一 系 列 成 果 ， 但 距 離 投 入 實 際 生 產(chǎn) 應(yīng) 用 ， 還 存 在 很 大 的差 距 ， 研 究 的 成 果 不 能 在 短 時 間 內(nèi) 投 入 到 工 業(yè) 生 產(chǎn) 應(yīng) 用 中 進 行 產(chǎn) 業(yè) 化 、 大 批 量 的 工 業(yè) 生產(chǎn) 。 目 前 ， 我 國 對 于 機 器 人 的 研 發(fā) 主 要 包 括 數(shù) 控 機 床 關(guān) 鍵 技 術(shù) 與 裝 備 、 機 器 人 各 類 自 動生 產(chǎn) 線 、 優(yōu) 化 機 器 人 各 種 操 作 、 智 能 控 制 以 及 對 應(yīng) 的 軟 硬 件 設(shè) 計 和 機 器 人 運 動 軌 跡 規(guī) 劃等 。 噴 涂 機 器 人 的 應(yīng) 用 范 圍 很 廣 ,我 國 目 前 的 主 要 應(yīng) 用 市 場 還 在 汽 車 行 業(yè) , 機 械 、 電子 、 輕 工 行 業(yè) ， 這 些 行 業(yè) 對 噴 涂 機 器 人 的 需 求 比 例 也 在 逐 年 上 升 。 國 內(nèi) 研 制 生 產(chǎn) 了 至 少5個 品 種 40余 臺 ,但 是 其 中 真 正 用 于 生 產(chǎn) 的 只 有 不 到 30臺 。 其 中 機 械 電 子 部 北 京 自 動 化研 究 所 生 產(chǎn) 的 PT系 列 噴 漆 機 器 人 得 到 了 較 好 的 評 價 。噴 涂 機 器 人 是 一 種 主 要 用 于 表 面 加 工 、 與 進 行 美 化 工 作 的 特 殊 機 器 人 ， 可 以 實 現(xiàn) 環(huán) 保 、 高 效 率 和 柔 性 加 工 生 產(chǎn) 的 需 要 ， 因 而 在 現(xiàn) 代 化 的 自 動 噴 涂 生 產(chǎn) 線 上 有 望 取 代 人 工 進行 噴 涂 工 作 。 涂 層 的 厚 度 、 均 勻 度 、 光 澤 度 和 豐 滿 度 等 是 涂 裝 表 面 質(zhì) 量 進 行 評 價 的 重 要指 標 也 是 噴 涂 機 器 人 的 重 要 檢 測 指 標 。 噴 涂 機 器 人 實 現(xiàn) 安 全 環(huán) 保 、 高 效 和 高 質(zhì) 量 的 噴 涂工 作 ， 是 未 來 自 動 化 涂 裝 生 產(chǎn) 線 上 必 不 可 少 的 噴 涂 設(shè) 備 。 采 用 噴 漆 機 器 人 進 行 噴 漆 工 作的 主 要 優(yōu) 點 是 可 以 提 高 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 和 加 工 穩(wěn) 定 性 ， 減 少 廢 品 率 ， 同 時 減 少 噴 涂 材 料 和 能 量的 浪 費 ， 實 現(xiàn) 涂 裝 的 自 動 化 生 產(chǎn) ， 提 高 勞 動 生 產(chǎn) 效 率 。在 我 國 眾 多 的 中 、 小 型 家 具 、 家 用 電 器 和 小 型 機 械 設(shè) 備 生 產(chǎn) 企 業(yè) 的 產(chǎn) 品 加 工 過 程 中 ,雖 然 在 漆 料 控 制 、 物 料 傳 送 以 及 烘 干 過 程 等 中 運 用 不 同 程 度 的 機 械 化 、 自 動 化 裝 備 ,但是 在 面 對 像 噴 涂 這 樣 一 個 單 調(diào) 、 重 復(fù) 的 動 作 時 ， 仍 多 采 用 人 工 噴 漆 或 刷 漆 ,這 樣 的 加 工過 程 ， 環(huán) 境 惡 劣 且 操 作 的 隨 意 性 大 ,很 難 保 證 噴 漆 質(zhì) 量 的 穩(wěn) 定 性 。 因 此 ,開 發(fā) 經(jīng) 濟 實 用 的噴 漆 機 器 人 有 很 重 要 的 現(xiàn) 實 意 義 。 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 3 - 1.3 本 論 文 研 究 的 主 要 內(nèi) 容本 文 通 過 對 工 業(yè) 機 器 人 的 研 究 學 習 ， 在 對 工 業(yè) 噴 漆 機 器 人 進 行 深 入 了 解 之 后 ， 將 工業(yè) 噴 漆 技 術(shù) 應(yīng) 用 到 樹 干 涂 白 工 作 ， 用 噴 漆 機 器 人 取 代 人 工 去 完 成 樹 干 涂 白 工 作 ， 或 者 作為 輔 助 設(shè) 備 ， 幫 助 人 們 去 完 成 樹 干 涂 白 工 作 。 樹 干 噴 涂 機 器 人 是 將 機 械 和 電 子 控 制 結(jié) 合在 一 起 的 機 電 一 體 化 產(chǎn) 品 ， 機 械 結(jié) 構(gòu) 主 要 采 用 滾 珠 絲 杠 結(jié) 構(gòu) 、 四 桿 機 構(gòu) （ 平 行 四 邊 形 原理 ） 、 車 身 設(shè) 計 等 ， 控 制 結(jié) 構(gòu) 主 要 采 用 Ardunio控 制 軟 件 控 制 各 部 分 機 械 結(jié) 構(gòu) 的 運 動 。樹 干 噴 涂 機 器 人 的 三 維 建 模 圖 如 圖 1-1所 示 。本 論 文 設(shè) 計 的 主 要 內(nèi) 容 如 下 ：（ 1） 樹 干 噴 涂 機 器 人 的 三 維 建 模 模 型 。（ 2） 車 身 結(jié) 構(gòu) 、 噴 涂 機 械 手 、 噴 嘴 、 機 械 手 升 降 機 構(gòu) 、 石 灰 箱 、 石 灰 水 罐 裝 機 等 機構(gòu) 的 設(shè) 計 。 （ 3） 各 種 機 構(gòu) 的 設(shè) 計 計 算 說 明 。（ 4） 控 制 程 序 設(shè) 計 。（ 5） 實 物 制 作 及 制 作 過 程 中 問 題 的 解 決 。 圖 1-1樹 干 噴 涂 機 器 人 三 維 建 模 圖 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 4 - 2 樹 干 噴 涂 機 器 人 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計2.1樹 干 噴 涂 機 器 人 車 身 設(shè) 計2.1.1設(shè) 計 信 息 采 集在 連 大 校 園 內(nèi) 有 很 多 樹 木 ， 我 們 通 過 隨 機 采 樣 ， 在 校 園 內(nèi) 采 集 100顆 樹 木 的 周 長 ，對 這 些 數(shù) 據(jù) 進 行 研 究 ， 以 確 定 機 械 手 的 大 小 。 將 采 集 到 的 信 息 繪 制 成 如 表 2-1所 示 的 信息 表 格 。 信 息 主 要 來 源 于 防 火 通 道 、 紀 念 園 、 博 學 樓 、 日 新 樓 、 圖 書 館 輔 樓 等 地 域 。表 2-1 樹 干 周 長 數(shù) 據(jù) 采 集 表 在 校 園 內(nèi) 進 行 隨 機 采 樣 ， 收 集 了 20顆 樹 木 的 涂 白 高 度 ， 如 表 2-2所 示 。表 2-2樹 干 涂 白 高 度 信 息 表樹 干 涂 白 高 度 （ 單 位 mm）第 一 組 1052 1092 1011 1048 1073 1100 1046 1013 1089 598第 二 組 578 1043 1038 1058 1036 1073 1035 1029 1047 1053在 校 園 內(nèi) 進 行 隨 機 采 樣 ， 收 集 了 10個 樹 木 圍 欄 尺 寸 ， 如 表 2-3所 示 。表 2-3樹 干 圍 欄 尺 寸 信 息 表樹 干 圍 欄 尺 寸 （ 單 位 mm）圍 欄 尺寸 1286 1105 1147 1242 1156 1238 1167 1138 1256 1249樹 干 周 長 數(shù) 據(jù) 采 集 表 (單 位 mm)第 一 組 820 452 553 675 386 643 589 712 623 675第 二 組 635 662 658 521 489 623 716 489 636 710第 三 組 860 526 812 536 713 537 612 659 732 649第 四 組 667 676 692 472 589 610 709 761 351 489第 五 組 872 743 638 532 616 731 698 543 578 649第 六 組 359 796 742 543 487 618 637 483 569 616第 七 組 803 433 1543 428 627 584 716 598 629 389第 八 組 576 652 1375 506 489 537 645 572 613 716第 九 組 623 489 536 623 754 1232 631 598 703 812第 十 組 498 267 562 581 629 638 710 529 533 596 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 5 - 2.1.2 信 息 處 理 結(jié) 果采 用 繪 制 散 點 圖 、 折 線 圖 等 數(shù) 據(jù) 處 理 方 法 ， 對 所 采 集 到 的 信 息 進 行 處 理 ， 處 理 結(jié) 果如 圖 2-1、 圖 2-2、 圖 2-3所 示 。 圖 2-1樹 干 周 長 采 集 散 點 圖 圖 2-2 樹 干 涂 白 高 度 折 線 圖 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 6 - 圖 2-3 樹 干 圍 欄 尺 寸 折 線 圖通 過 散 點 圖 、 折 線 圖 可 以 直 觀 的 看 出 ， 樹 干 周 長 主 要 集 中 在 500mm 700mm之 間 ，樹 干 涂 白 高 度 主 要 集 中 在 1000mm 1100mm之 間 ， 樹 干 圍 欄 尺 寸 主 要 集 中 在 1100mm1300mm之 間 。2.1.3車 身 設(shè) 計 參 數(shù) 選 擇根 據(jù) 取 樣 調(diào) 查 結(jié) 果 顯 示 ， 樹 干 涂 白 高 度 在 1000 1100mm之 間 ， 為 了 方 便 車 身 結(jié) 構(gòu)設(shè) 計 ， 我 們 選 用 1050mm作 為 樹 干 涂 白 高 度 。根 據(jù) 取 樣 調(diào) 查 結(jié) 果 顯 示 ， 樹 干 周 長 主 要 集 中 在 500-700mm之 間 ， 通 過 公 式 rL 2 ，3.1415 得 樹 干 的 半 徑 是 在 79.58 111.41之 間 ， 因 為 樹 干 噴 涂 機 器 人 的 機 械 手 要 完全 包 裹 住 樹 干 ， 故 機 械 手 的 半 徑 要 大 于 111.41mm， 取 整 之 后 我 們 采 用 半 徑 為 120mm的 機械 手 。 根 據(jù) 取 樣 調(diào) 查 結(jié) 果 顯 示 ， 樹 干 圍 欄 尺 寸 在 1100 1300mm 之 間 ， 且 主 要 集 中 分 布 在1200mm左 右 ， 為 了 方 便 車 身 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計 ， 我 們 采 用 1200mm的 樹 干 圍 欄 尺 寸 ， 圍 欄 面 積為 2144000012001200mm mmmm ， 假 設(shè) 每 棵 樹 都 種 在 圍 欄 的 中 間 位 置 ， 那 么 根 據(jù) 結(jié) 果計 算 出 樹 干 的 圓 心 到 圍 欄 邊 的 尺 寸 為 600mm。最 終 確 定 車 身 尺 寸 為 ： 450*390*1200mm,第 一 層 高 度 240mm,第 二 層 高 度 700mm。 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 7 - 2.1.4車 身 結(jié) 構(gòu) 方 案車 身 結(jié) 構(gòu) 采 用 雙 層 結(jié) 構(gòu) ， 主 體 噴 涂 機 構(gòu) 由 噴 涂 機 械 手 臂 、 龍 門 架 及 對 應(yīng) 的 支 撐 運 動等 部 分 組 成 ， 第 一 層 主 要 放 置 驅(qū) 動 機 構(gòu) ， 放 置 四 個 伺 服 驅(qū) 動 電 機 、 一 個 滾 珠 絲 杠 驅(qū) 動 電機 、 石 灰 水 箱 與 機 械 手 連 接 的 水 泵 。 第 二 層 主 要 放 置 石 灰 水 箱 與 石 灰 水 灌 裝 機 。 第 一 層與 第 二 層 之 間 進 行 焊 接 ， 將 它 們 連 接 在 一 起 。 然 后 ， 將 機 械 手 升 降 機 構(gòu) 安 裝 在 車 身 上 組成 完 整 的 樹 干 噴 涂 機 器 人 的 車 身 結(jié) 構(gòu) 。 設(shè) 計 圖 如 2-4所 示 。 圖 2-4 樹 干 噴 涂 機 器 人 三 維 模 型 圖 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 8 - 2.2 樹 干 噴 涂 機 器 人 石 灰 水 箱 設(shè) 計2.2.1 石 灰 水 箱 尺 寸 設(shè) 計樹 干 噴 涂 機 器 人 為 了 適 應(yīng) 長 時 間 的 作 業(yè) ， 就 需 要 大 容 量 的 石 灰 水 箱 與 其 相 配 合 ， 更有 效 的 進 行 工 作 。根 據(jù) 調(diào) 查 結(jié) 果 顯 示 ， 樹 干 的 半 徑 為 79.58 111.41mm， 通 過 公 式 2RS 得 樹 干 的 底面 積 為 19895.05 38992.89 2mm ， 根 據(jù) 調(diào) 查 顯 示 ， 樹 干 的 涂 白 高 度 為 1200mm， 通 過 公式 SHT 得 樹 干 涂 白 源 體 積 為 23874054.4 46791468.0 3mm 。假 設(shè) 樹 干 的 涂 白 厚 度 為 0.5mm。通 過 計 算 得 樹 干 的 涂 白 后 的 體 積 為 24175710.6 47213795.0 3mm ， 通 過 計 算 的 樹干 的 涂 白 層 厚 度 的 體 積 為 301656.2 422327.02 3mm ， 折 算 后 涂 層 體 積 為 0.30 0.42L。在 噴 涂 機 器 人 車 身 的 第 二 層 設(shè) 計 了 石 灰 水 箱 ， 尺 寸 為 670mm390210 ,石 灰 水 箱 的 容 積 為 54.87L， 能 夠 噴 涂 樹 木 個 數(shù) 為 182 130棵 。這 樣 的 石 灰 水 箱 可 以 為 樹 干 噴 涂 機 器 人 提 供 長 達 180棵 樹 木 的 噴 涂 工 作 ， 實 現(xiàn) 了 樹干 噴 涂 機 器 人 的 長 時 間 、 高 效 率 的 作 業(yè) 功 能 。2.2.2石 灰 水 的 罐 裝 設(shè) 計樹 干 噴 涂 機 器 人 作 業(yè) 需 要 石 灰 水 的 罐 裝 ， 車 載 石 灰 水 箱 的 容 積 為 54.87 升 。 在 一 次作 業(yè) 完 畢 后 ， 需 要 罐 裝 新 的 石 灰 水 ， 所 以 需 要 設(shè) 計 石 灰 水 罐 裝 機 構(gòu) 。石 灰 水 是 由 生 石 灰 10 份 、 水 30 份 、 食 鹽 1 份 ， 粘 著 劑 （ 如 粘 土 、 油 脂 等 ） 1 份 等組 成 ， 其 中 具 有 殺 菌 治 蟲 的 作 用 是 生 石 灰 ， 延 長 作 用 時 間 的 成 分 是 食 鹽 和 粘 著 劑 ， 還 可并 在 其 中 加 入 有 針 對 性 的 殺 蟲 劑 以 提 高 整 體 效 果 。所 以 石 灰 水 罐 裝 機 構(gòu) 需 要 考 慮 到 石 灰 水 中 的 顆 粒 、 殘 渣 等 雜 質(zhì) ， 通 過 對 比 調(diào) 查 我 們 最 終選 用 ， 石 灰 水 罐 裝 口 徑 為 105mm， 罐 裝 口 深 80mm， 過 濾 網(wǎng) 口 寬 度 3mm， 石 灰 水 罐 裝輸 水 口 口 徑 50mm， 側(cè) 注 水 口 口 徑 18mm。 如 圖 2-5 所 示 。 圖 2-6是 實 物 制 作 石 灰 水 罐 裝 管道 圖 ， 圖 2-7 是 石 灰 水 罐 裝 機 構(gòu) 罐 裝 口 圖 。 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 9 - 圖 2-5 石 灰 水 注 水 裝 置 外 形 圖 圖 2-6石 灰 水 罐 裝 管 道 圖 圖 2-7石 灰 水 罐 裝 機 構(gòu) 罐 裝 口 圖 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 10 - 2.3 電 機 、 車 輪 、 水 泵 的 選 型2.3.1 電 機 的 選 型樹 干 噴 涂 機 器 人 將 要 工 作 在 磚 瓦 路 ， 因 為 路 面 不 平 ， 且 常 常 會 出 小 大 大 小 小 的 縫 隙 、與 大 小 不 一 的 石 子 。 所 以 電 機 的 選 擇 很 重 要 。 圖 2-8 車 輪 電 機 圖機 械 所 需 輸 入 功 率 Pw由 機 器 工 作 阻 力 和 運 動 參 數(shù) 計 算 求 得 ,即0.24KW0.959550 1.780.0011196753.769550TnP 輸 出 功 率 計 算 ： KW25.00.950.24PdP 取 P =1.2 0.25=0.3 KW根 據(jù) 表 2-9電 機 選 用 要 點 選 擇 電 機 。 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 11 - 選 擇 要 點 一 根 據(jù) 機 械 負 載 特 性 、 生 產(chǎn) 工 藝 、 電 網(wǎng) 要 求 、 建 設(shè) 費 用 、 運 行 費 用 綜 合 指標 ， 合 理 選 擇 電 動 機 的 類 型 。選 擇 要 點 二 根 據(jù) 機 械 負 載 所 要 求 的 過 載 能 力 、 啟 動 轉(zhuǎn) 矩 、 工 作 制 及 工 況 條 件 ， 合 理選 擇 電 動 機 的 功 率 ， 使 功 率 匹 配 合 理 ， 并 具 有 適 當 的 備 用 功 率 ， 力 求 運行 安 全 、 經(jīng) 濟 可 靠 。選 擇 要 點 三 根 據(jù) 使 用 場 所 的 環(huán) 境 ， 選 擇 電 動 機 的 防 護 等 級 和 結(jié) 構(gòu) 型 式 。選 擇 要 點 四 根 據(jù) 生 產(chǎn) 機 械 的 最 高 機 械 轉(zhuǎn) 速 和 傳 動 調(diào) 速 系 統(tǒng) 的 要 求 ， 選 擇 電 動 機 的 轉(zhuǎn)速 。選 擇 要 點 五 根 據(jù) 使 用 環(huán) 境 溫 度 ， 維 修 檢 修 方 便 、 安 全 可 靠 等 要 求 ， 選 擇 電 動 機 的 轉(zhuǎn)速 。選 擇 要 點 六 根 據(jù) 電 網(wǎng) 電 壓 、 頻 率 ， 選 擇 電 動 機 的 額 定 電 壓 、 頻 率 ?？?結(jié) 在 選 用 電 動 機 時 ， 要 努 力 執(zhí) 行 國 家 技 術(shù) 經(jīng) 濟 政 策 ， 積 極 采 用 節(jié) 能 產(chǎn) 品 和新 產(chǎn) 品 ， 提 高 綜 合 經(jīng) 濟 效 益 。 表 2-4 電 機 選 用 要 點最 后 選 用 24V 直 流 伺 服 電 機 。2.3.2車 輪 的 選 型樹 干 噴 涂 機 器 人 的 作 業(yè) 場 地 不 平 ， 且 常 常 會 出 小 大 大 小 小 的 縫 隙 、 與 大 小 不 一 的 石子 。 所 以 車 輪 為 了 能 夠 適 應(yīng) 工 作 場 合 ， 需 要 加 寬 輪 轂 的 寬 度 ， 且 增 加 輪 胎 橡 膠 層 以 防 過度 磨 損 。 圖 2-10 車 輪 圖 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 12 - 輪 轂 尺 寸 為 ： 輪 轂 厚 20mm， 輪 轂 直 徑 80mm，車 輪 尺 寸 ： 橡 膠 層 厚 度 為 10mm， 輪 胎 直 徑 100mm選 擇 較 寬 的 車 輪 ， 目 的 在 于 讓 樹 干 噴 涂 機 器 人 能 夠 適 應(yīng) 作 業(yè) 場 地 的 作 業(yè) 環(huán) 境 。2.3.3水 泵 的 設(shè) 計樹 干 噴 涂 機 器 人 要 將 石 灰 水 箱 中 的 石 灰 水 輸 送 到 樹 干 噴 涂 機 器 人 的 機 械 手 噴 嘴 ， 進行 噴 涂 作 用 。 所 以 在 噴 涂 機 械 手 臂 與 石 灰 水 箱 要 安 裝 一 個 水 泵 ， 將 石 灰 水 輸 送 到 噴 涂 機械 手 。石 灰 水 的 輸 送 管 道 采 用 6mm的 塑 料 管 ， 通 過 水 泵 將 石 灰 水 從 石 灰 水 箱 中 抽 出 來 ， 然后 通 過 管 道 連 接 器 ， 將 6mm塑 料 管 中 的 石 灰 水 轉(zhuǎn) 換 到 4mm的 塑 料 管 中 ， 加 大 石 灰 水 的 壓力 ， 輸 送 到 樹 干 噴 涂 機 械 手 臂 上 的 噴 嘴 ， 然 后 通 過 霧 化 裝 置 將 石 灰 水 霧 化 ， 然 后 再 噴 涂到 樹 干 上 。 采 用 水 管 連 接 器 ， 一 分 器 、 二 分 器 、 三 分 器 ， 管 徑 選 擇 為 4mm、 6mm。 圖 2-11 是 水 管連 接 器 圖 、 圖 2-12 是 連 接 器 的 應(yīng) 用 圖 。 圖 2-11 水 管 連 接 器 圖 圖 2-12 連 接 器 的 應(yīng) 用 圖 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 13 - 水 泵 的 要 求 如 下 :（ 1） 為 了 實 現(xiàn) 長 時 間 的 作 業(yè) ， 我 們 必 須 選 擇 高 效 的 水 泵 。（ 2） 水 泵 的 壓 力 必 須 能 夠 將 石 灰 水 從 霧 化 噴 嘴 口 處 壓 出 ， 且 石 灰 水 還 具 有 一 定 的 壓 力 。 表 2-4 水 泵 參 數(shù) 選 擇 表最 后 我 們 選 用 KQYH25-200 葉 輪 代 號 D 系 列 的 水 泵2.4、 本 章 總 結(jié)車 身 尺 寸 ： 450*390*1200mm； 樹 干 涂 白 高 度 ： 1050mm； 水 箱 設(shè) 計 尺 寸 ： 390*210*670mm；石 灰 水 罐 裝 機 構(gòu) 設(shè) 計 ： 輸 水 口 口 徑 50mm， 濾 網(wǎng) 口 徑 3mm； 輪 轂 尺 寸 為 ： 輪 轂 厚 20mm； 輪轂 直 徑 80mm； 車 輪 尺 寸 ： 橡 膠 層 厚 度 為 10mm， 輪 胎 直 徑 100mm 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 14 - 3、 樹 干 噴 涂 機 器 人 機 械 手 設(shè) 計3.1、 機 械 手 設(shè) 計3.1.1 機 械 手 設(shè) 計 方 案方 案 一 ： 面 噴 涂 機 械 手機 械 手 采 用 U字 型 機 械 手 ， 通 過 夾 持 裝 置 ， 夾 持 住 樹 干 的 兩 個 側(cè) 邊 面 ， 先 對 其 進 行噴 涂 ， 之 后 機 械 手 隨 著 車 身 做 周 轉(zhuǎn) 運 動 與 上 下 升 降 運 動 完 成 整 棵 樹 的 涂 白 工 作 。 機 械 手結(jié) 構(gòu) 如 圖 3-1所 示 。 圖 3-1面 噴 涂 機 械 手 圖方 案 二 ： 整 體 包 裹 噴 涂 機 械 手整 體 包 裹 噴 涂 機 械 手 是 利 用 關(guān) 節(jié) 的 原 理 ， 首 先 先 將 機 械 手 打 開 ， 將 樹 干 放 入 到 其 中 ，在 機 械 手 關(guān) 閉 的 整 個 過 程 中 ， 機 械 手 上 的 各 個 噴 涂 小 塊 定 軸 轉(zhuǎn) 動 ， 一 個 接 著 一 個 動 ， 最終 實 現(xiàn) 樹 干 的 包 裹 ， 然 后 利 用 樹 干 噴 涂 機 器 人 的 升 降 機 構(gòu) 帶 動 機 械 手 自 上 而 下 的 進 行 移動 ， 一 個 周 期 后 ， 便 可 完 成 樹 干 的 涂 白 工 作 。 機 械 手 結(jié) 構(gòu) 如 圖 3-2所 示 。 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 15 - 圖 3-2整 體 包 裹 噴 涂 機 械 手 圖方 案 三 ： 噴 嘴 霧 化 機 械 手噴 嘴 霧 化 機 械 手 是 利 用 霧 化 器 將 石 灰 水 在 機 械 手 噴 嘴 處 霧 化 后 噴 涂 到 樹 干 的 原 理 。機 械 手 在 作 業(yè) 前 首 先 處 于 張 開 狀 態(tài) ， 運 動 到 距 離 樹 干 合 適 距 離 時 ， 逐 步 慢 慢 控 制 機 械 手的 關(guān) 閉 。 關(guān) 閉 后 的 狀 態(tài) 是 ： 樹 干 噴 涂 機 械 手 的 噴 嘴 距 離 樹 干 有 一 定 的 距 離 ， 在 石 灰 水 通過 水 泵 運 輸 到 機 械 手 噴 嘴 處 時 ， 通 過 霧 化 器 ， 能 夠 將 石 灰 水 直 接 噴 涂 到 樹 干 表 面 。 機 械手 關(guān) 閉 后 ， 在 升 降 機 構(gòu) 的 帶 動 下 ， 自 上 而 下 進 行 作 業(yè) ， 一 個 周 期 后 ， 完 成 樹 干 的 噴 涂 作業(yè) 。 如 圖 3-3所 示 。 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 16 - 圖 3-3噴 嘴 霧 化 機 械 手3.1.2 機 械 手 設(shè) 計 方 案 選 擇樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 的 核 心 是 噴 涂 機 械 手 的 選 擇 ， 我 們 首 先 對 噴 涂 機 器 人 機 械 手 臂的 設(shè) 計 方 案 進 行 比 較 。 比 較 方 案 如 表 3-1所 示 。表 3-1 噴 涂 機 械 手 方 案 比 較 表噴 涂 效 率 噴 涂 質(zhì) 量 適 用 范 圍 制 作 難 易 程 度方 案 一 低 良 好 窄 簡 單方 案 二 較 高 較 好 較 寬 難方 案 三 最 高 最 好 最 寬 較 難在 對 機 械 手 的 三 種 設(shè) 計 方 案 進 行 對 比 之 后 發(fā) 現(xiàn) ， 方 案 三 是 最 好 的 ， 它 的 制 作 雖 然 比較 難 ， 但 是 它 的 噴 涂 效 率 、 噴 涂 質(zhì) 量 、 適 用 范 圍 等 衡 量 指 標 都 是 最 優(yōu) 的 ， 所 以 通 過 比 較 選 擇 ， 我 們 選 用 方 案 三 做 為 我 們 的 機 械 手 設(shè) 計 方 案 。 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 17 - 3.1.3 機 械 手 張 開 、 閉 合 設(shè) 計機 械 手 張 開 設(shè) 計 ：樹 干 噴 涂 機 器 人 機 械 手 張 開 設(shè) 計 ， 主 要 采 用 四 連 桿 結(jié) 構(gòu) ， 通 過 四 連 桿 的 運 動 ， 帶 動機 械 手 的 張 開 與 閉 合 。機 械 手 的 開 口 角 度 由 連 桿 的 最 大 角 來 確 定 ， 最 終 實 現(xiàn) 對 樹 干 的 包 圍 。3.1.4 機 械 手 石 灰 水 注 入 設(shè) 計機 械 手 上 總 共 安 裝 8 個 噴 嘴 ， 每 個 噴 嘴 都 是 由 總 注 水 口 注 入 石 灰 水 ， 然 后 連 接 霧 化噴 嘴 ， 以 張 角 為 120 度 ， 這 樣 能 夠 實 現(xiàn) 樹 干 的 整 體 全 部 噴 涂 以 及 一 次 性 噴 涂 任 務(wù) 。3.2機 械 手 升 降 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計3.2.1 設(shè) 計 方 案方 案 一 ： 鑒 于 叉 車 的 機 械 臂 通 過 鏈 條 的 傳 動 ， 可 以 實 現(xiàn) 高 效 率 的 工 作 ， 提 高 了 機 械 手 的 可 載 重 量 ， 且 設(shè) 計 結(jié) 構(gòu) 比 較 簡 單 。 借 鑒 叉 車 機 械 臂 的 鏈 條 傳 動 結(jié) 構(gòu) ， 我 們 采 用 鏈 傳動 結(jié) 構(gòu) ， 對 樹 干 噴 涂 機 械 手 進 行 傳 動 ， 使 其 實 現(xiàn) 上 下 的 升 降 運 動 。方 案 二 ： 預(yù) 采 用 滾 珠 絲 杠 結(jié) 構(gòu) 對 機 械 手 進 行 上 下 的 升 降 運 動 ， 絲 杠 結(jié) 構(gòu) 能 夠 實 現(xiàn) 高效 率 的 傳 動 ， 且 運 動 平 穩(wěn) 。 表 3-2鏈 傳 動 與 絲 杠 傳 動 比 較 表鏈 傳 動 絲 杠 傳 動1、 鏈 傳 動 沒 有 彈 性 滑 動 ， 能 保 持 準 確 的 平均 傳 動 比 ；2、 鏈 傳 動 需 要 的 張 緊 力 小 ， 作 用 于 軸 的 壓力 也 小 ， 可 減 少 軸 承 的 摩 擦 損 失 ；3、 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ； 4、 能 在 溫 度 較 高 、 有 油 污 等 惡 劣 環(huán) 境 條 件下 工 作 ；5、 平 均 傳 動 比 準 確 ,傳 動 效 率 高 ， 軸 間 距 離適 應(yīng) 范 圍 較 大 ， 能 在 溫 度 較 高 、 濕 度 較 大的 環(huán) 境 中 使 用 ；6、 但 鏈 傳 動 一 般 只 能 用 作 平 行 軸 間 傳 動 ，且 其 瞬 時 傳 動 比 波 動 ， 傳 動 噪 聲 較 大 。 1、 滾 珠 絲 杠 傳 動 效 率 高 ， 摩 擦 損 失 小 。 滾珠 絲 杠 副 的 傳 動 效 率 可 高 達 92%一 99%，功 率 消 耗 相 當 于 普 通 絲 杠 傳 動 的 1/4一 1/3，同 時 由 于 發(fā) 熱 小 ， 可 以 實 現(xiàn) 高 速 運 動 ；2、 滾 珠 絲 杠 傳 動 平 穩(wěn) ， 不 易 產(chǎn) 生 爬 行 。3、 定 位 精 度 、 傳 動 剛 度 高 。4、 不 能 自 鎖 ， 具 有 可 逆 性 。 既 能 將 旋 轉(zhuǎn) 運動 轉(zhuǎn) 換 成 克 線 運 動 ， 也 能 將 直 線 運 動 轉(zhuǎn) 換成 旋 轉(zhuǎn) 運 動 。 因 此 絲 杠 在 垂 直 狀 態(tài) 使 用 時 ，應(yīng) 增 加 制 動 裝 置 ；5、 同 步 性 能 好 ， 無 側(cè) 隙 、 剛 性 高 。通 過 對 鏈 傳 動 與 滾 珠 絲 杠 傳 動 做 比 較 ， 最 終 決 定 采 用 滾 珠 絲 杠 結(jié) 構(gòu) 。3.2.2 升 降 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 計 算由 2.1 節(jié) 設(shè) 計 可 得 ， 樹 干 的 涂 白 高 度 為 1050mm， 故 我 們 設(shè) 計 的 機 械 手 升 降 高 度 大 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 18 - 于 1050， 可 實 現(xiàn) 作 業(yè) 高 度 要 控 制 在 1050mm， 這 樣 才 能 保 證 對 每 棵 樹 的 噴 涂 高 度 是 一 致的 。 絲 杠 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 ：滾 珠 絲 杠 結(jié) 構(gòu) 是 將 回 轉(zhuǎn) 運 動 轉(zhuǎn) 化 為 直 線 運 動 ， 或 將 直 線 運 動 轉(zhuǎn) 化 為 回 轉(zhuǎn) 運 動 的 理 想結(jié) 構(gòu) 。 本 設(shè) 計 采 用 將 回 轉(zhuǎn) 運 動 轉(zhuǎn) 化 為 直 線 運 動 的 滾 珠 絲 杠 結(jié) 構(gòu) 。由 螺 桿 、 螺 母 和 滾 珠 組 成 滾 珠 絲 杠 。 滾 珠 絲 杠 是 工 具 機 和 精 密 機 械 上 最 常 使 用 的 傳動 元 件 ， 其 主 要 功 能 是 將 旋 轉(zhuǎn) 運 動 轉(zhuǎn) 化 成 線 性 運 動 ， 或 將 扭 矩 轉(zhuǎn) 化 成 軸 向 反 覆 作 用 力 ，同 時 兼 具 高 精 度 、 可 逆 性 和 高 效 率 的 特 點 。滾 珠 絲 杠 設(shè) 計 計 算 ：（ 1） 絲 杠 副 的 導 程 maxmaxh niVP :maxV 最 高 移 動 速 度 ；:nmax 電 機 最 大 轉(zhuǎn) 速 ；：i 傳 動 比電 機 與 絲 杠 之 間 為 齒 輪 連 接 式 ， 4i ；查 得 電 機 的 轉(zhuǎn) 速 為 1500r/minnmax 得 mmPh 67.0查 現(xiàn) 代 機 床 設(shè) 計 手 冊 取 mmP h 5.0（ 2） 初 選 滾 珠 絲 杠 副由 公 式 知 36 )(6010 w kahtmamh f ffffFCnL (3-1)查 表 得 hLfffff hwkaht 10000,3.1,53.0,1,1,1 代 入 數(shù) 據(jù) 可 求 得 KNNCa 58.1313589 （ 3） 確 定 允 許 的 最 小 螺 紋 底 徑估 算 絲 杠 允 許 的 最 大 軸 向 變 形 量重 復(fù) 定 位 精 度)4/13/1( m (3-2) 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 19 - 定 位 精 度)5/14/1( m (3-3)mm ： 最 大 軸 向 變 形 量重 復(fù) 定 位 精 度 m10定 位 精 度 m25推 導 得 mmm 3)4/13/1( 中 (3-4)mmm 6)5/14/1( 中 (3-5)取 兩 種 結(jié) 果 中 的 最 小 值 mm 3估 計 最 小 螺 紋 底 徑 絲 杠 取 兩 端 固 定 的 支 撐 方 式 mmm LFELFd 002 039.01010 (3-6)mmd m 最 小 螺 紋 底 徑:2 hPL ）（行 程 1410)2.11.1( (3-7)靜 摩 擦 力 100 WF 已 知 行 程 2.0,800,1050 01 NWmm代 入 數(shù) 據(jù) 得 mmdNFmmL m 5.9,160,1100 20 （ 4） 確 定 滾 珠 絲 杠 副 的 代 號選 用 內(nèi) 循 環(huán) 浮 動 式 法 蘭 ， 直 筒 螺 母 型 墊 片 預(yù) 緊 形 式由 計 算 出 mamh dCP 2, 在 現(xiàn) 代 機 床 設(shè) 計 手 冊 中 選 取 相 應(yīng) 滾 珠 絲 杠 副 為NCNCPFFZD amah 1358922000,5,54005 （ 5） 確 定 滾 珠 絲 杠 副 預(yù) 緊 力max3/1 FFp (3-8)其 中 NF 2200max 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 20 - NFp 733(6)行 程 補 償 值 與 拉 伸 力行 程 補 償 值 3108.11 utlC (3-9)式 中 an 2LLLl ku (3-10)查 現(xiàn) 代 機 床 設(shè) 計 手 冊 得 1542110950 han PLLLk ）（，co2.5t溫 差 取代 入 數(shù) 據(jù) 得 m32C預(yù) 拉 伸 力 2295.1 tdFt (3-11)代 入 得 NFt 4807(7)確 定 滾 珠 絲 杠 副 支 撐 用 的 軸 承軸 承 所 受 最 大 軸 向 載 荷700722004807max BF軸 承 類 型兩 端 固 定 的 支 撐 形 式軸 承 內(nèi) 經(jīng) mmdFFd BBP 30,3/1,40d max2 取略 小 于 代 入 數(shù) 據(jù) 得 NFBP 2336軸 承 預(yù) 緊 力 ： BPF預(yù) 緊 力 負 荷根 據(jù) 現(xiàn) 代 機 床 使 用 手 冊 選 取 軸 承 型 號 規(guī) 格當 BPFmmd 預(yù) 加 負 荷,30 ,所 以 選 7602030TVP 軸 承2336N2900N,30 BPFmmd 預(yù) 加 負 荷 為（ 8） 傳 動 系 統(tǒng) 剛 度絲 杠 最 小 抗 壓 剛 度 2122min 106.6 ldk (3-12) 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 21 - 其 中 固 定 支 撐 距 離絲 杠 底 徑 ， : 12 ld代 入 得 mN /782絲 杠 最 大 抗 壓 剛 度 2010 122max 10)(46.6 lll ldk (3-13)代 入 數(shù) 據(jù) 得 mN /9000支 撐 軸 承 組 合 剛 度一 對 預(yù) 緊 軸 承 的 組 合 剛 度 5max2 sind34.22 aQBO FzK (3-14) 其 中 ： ： 軸 承 接 觸 角，最 大 軸 向 工 作 載 荷滾 珠 數(shù) ，滾 珠 直 徑 NFZd aQ :mm: max查 現(xiàn) 代 機 床 制 造 手 冊 得 7602030TVP 軸 承 amaxF 室 預(yù) 加 載 荷 的 3 倍mamBO NKNK /7008,/375 max 支 撐 軸 承 組 合 剛 度 mbBOb Nkkk /750,2 滾 珠 絲 杠 副 滾 珠 和 滾 道 的 接 觸 剛 度 3/1, )1.0/( apcc CFkk (3-15)其 中 ： NFNCNkk pacc 733,2200,/2150: m, 剛 度 ，代 入 數(shù) 據(jù) 得 m/1491: Nkc （ 10） 剛 度 驗 算 以 及 精 度 的 選 擇oQ Zd 60,17,5.3 cba kkkk 1/1/1/1/ minmin (3-16)代 入 得 1/301/ min k cba kkkk 1/1/1/1/ maxmax (3-17)代 入 得 1/4761/ max k100 wF (3-18)已 知 NNF 800w0.2,160 100 樹 干 噴 涂 機 器 人 設(shè) 計 - 22 - 其 中 ： 正 壓 力： 靜 摩 擦 系 數(shù)： 靜