擦玻璃幕墻機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考
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1、本頁為“1畢業(yè)論文封面(共1頁)”,點(diǎn)擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進(jìn)行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息,可一直保留,不影響打印。(本行右側(cè)的紅色順序編碼制幾個(gè)字也是非打印信息)順序編碼制 密級:_ 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)擦玻璃幕墻機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)題 目:_ 作 者:_41240048學(xué) 號:_機(jī)械工程學(xué)院學(xué) 院:_機(jī)械工程及自動(dòng)化專 業(yè):_成 績:_ 年 月本頁為“3畢業(yè)論文聲明頁(共1頁)”,點(diǎn)擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進(jìn)行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息,可一直保留,不影響打印。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)擦玻璃幕墻機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)題 目: Constructi
2、on Design of a Glass英文題目: Cleaning Robot 機(jī)械工程學(xué)院學(xué) 院: 機(jī)自1202班 級: 學(xué) 生: 41240048學(xué) 號: 副教授指導(dǎo)教師: 職稱: 指導(dǎo)教師: 職稱: 聲 明本人鄭重聲明:所呈交的論文是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得研究結(jié)果。論文在引用他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果時(shí),已經(jīng)作了明確的標(biāo)識;除此之外,論文中不包括其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果,均為獨(dú)立完成。其它同志對本文所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表達(dá)了謝意。學(xué)生簽名:_ 年 月 日導(dǎo)師簽名:_ 年 月 日本頁為“4畢業(yè)論文任務(wù)書(共1頁或2頁)”,點(diǎn)擊菜單“UST
3、B本科論文各部分”中的本部分菜單進(jìn)行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息,可一直保留,不影響打印。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文)任 務(wù) 書_一、學(xué)生姓名: 學(xué)號:41240048二、題目:擦玻璃幕墻機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、題目來源:真實(shí)、自擬四、結(jié)業(yè)方式:設(shè)計(jì)、論文五、主要內(nèi)容:1.國內(nèi)外機(jī)器人的發(fā)展概況及發(fā)展前景; 2.擦玻璃幕墻機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案的確定與設(shè)計(jì)計(jì)算; 3.擦玻璃幕墻機(jī)器人的三維模型與工程圖繪制; 4.主要零件的強(qiáng)度剛度分析。 六、主要(技術(shù))要求:1、工作速度0.10.5m/s,工作最高高度0.3m,工作重量30kg; 2、設(shè)備裝置有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。 3、結(jié)構(gòu)簡單,維修方便;
4、4、工作量按學(xué)校統(tǒng)一要求。 七、日程安排:第1-2周:資料準(zhǔn)備、實(shí)習(xí)、實(shí)習(xí)報(bào)告、外文資料翻譯、開題報(bào)告; 第3-4周:方案比較、確定; 第5-7周:主要零件設(shè)計(jì)計(jì)算; 第8-11周:繪制三維模型零部件; 第12-14周:工程圖繪制; 第15-16周:撰寫論文;答辯。 八、主要參考文獻(xiàn)和書目:1劉極峰, 丁繼斌. 機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ) 北京:高等教育出版社,2012 2李金泉, 楊向東, 付鐵.碼垛機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .北京:北京理工大學(xué)出版社,2011 3日本機(jī)器人學(xué)會(huì)編 ,宗光華, 程君實(shí)等譯. 新版機(jī)器人技術(shù)手冊.北京:科學(xué)出版社,2007 4. 宋偉剛.機(jī)器人學(xué):運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)與控制
5、.北京:科學(xué)出版社,2007 5. 趙長明, 劉萬菊. 數(shù)控加工工藝及設(shè)備.北京:高等教育出版社,2008 6. 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.化學(xué)工業(yè)出版社 .2010 7.Houxiang Zhang, Jianwei Zhang, Guanghua Zong. Realization of a Service Climbing Robot for Glass-wall Cleaning. Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics August 22 - 26, 2004, S
6、henyang, China, 0-7803-8641-8/04/ 2004 IEEE 8. Mohammad A. Jaradat, Mohammad Tauseef, Yousuf Altaf, Roba Saab, Hussam Adel, Nadeem Yousuf, and Yousef H. Zurigat. A FULLY PORTABLE ROBOT SYSTEM FOR CLEANING SOLAR PANELS . 978-1-4673-7797-3/15/ 2015 IEEE 指導(dǎo)教師簽字:年月日 學(xué) 生 簽 字:年月日 系(所)負(fù)責(zé)人章:年月日 本頁為“5畢業(yè)論文摘要(
7、1頁或2頁)”,點(diǎn)擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進(jìn)行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息,可一直保留,不影響打印。摘 要隨著小型機(jī)械和控制技術(shù)的發(fā)展,機(jī)器人逐步走進(jìn)了人們的生活。一些高危工作、重復(fù)性工作、工作環(huán)境惡劣的工作都將由機(jī)器人來代替人類執(zhí)行,如高空作業(yè)、粉塵含量高的工作環(huán)境等。機(jī)器人作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)是在機(jī)器人不出故障的前提下可以連續(xù)作業(yè)、工作質(zhì)量均勻等。因此本文對涉及高空作業(yè)、重復(fù)性工作和大量灰塵的玻璃幕墻清潔工作提出了一種機(jī)器人作業(yè)方案。本設(shè)計(jì)通過AUTO INVENTOR和AUTO CAD等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),采用機(jī)械、氣動(dòng)、電氣等復(fù)合設(shè)計(jì),從而達(dá)到高效、高可靠性
8、的要求。本文通過對機(jī)器人常用吸附方式、載體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方式等的比較,確定了本文所研究的擦玻璃幕墻機(jī)器人的總體方案。本設(shè)計(jì)中的擦玻璃幕墻機(jī)器人是工作范圍較大的大型機(jī)器人,其中,機(jī)器人本體采用6061鋁合金型材組合機(jī)架,整個(gè)機(jī)體通過真空吸盤吸附在玻璃幕墻上。通過300mm的大行程氣缸推動(dòng)機(jī)器人前進(jìn),通過50mm的小行程氣缸對機(jī)器人進(jìn)行壓下,從而調(diào)節(jié)毛刷的壓下力。通過86系列步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)裝有三個(gè)圓盤刷的運(yùn)動(dòng)梁在機(jī)架上滑動(dòng)進(jìn)行掃刷,通過42系列直流電機(jī)帶動(dòng)圓盤刷轉(zhuǎn)動(dòng),其中直流電機(jī)采用速比為27的行星減速器進(jìn)行減速增矩。該機(jī)器人的特點(diǎn)是效率高,清潔效率約為;越障性能好,采用框架結(jié)構(gòu)可以有效避免窗框?qū)C(jī)器人
9、的阻礙;工作半徑大,機(jī)器人靜止時(shí)的工作范圍是 。關(guān)鍵詞:玻璃幕墻,清潔,機(jī)器人,真空吸附,氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)- I -本頁為“6畢業(yè)論文Abstract(1頁或2頁)”,點(diǎn)擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進(jìn)行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息,可一直保留,不影響打印。Construction Design of a Glass Cleaning RobotAbstractWith the development of small machinery and control technology, the robot has gradually come into peoples life
10、. Some works which are high-risk, repetitive and operating environment hostile will be performed by the robot, which replaces human implementation. such as high-altitude operations, high dust content of the work environment, etc. The advantages of the robot is that the robot can work continuously an
11、d the quality of the work is even and so on. So this paper puts forward a kind of robot work plan for the cleaning work of the glass wall which involves aerial work, repetitive work and a lot of dust.This robot is designed by AUTO INVENTOR and AUTO CAD which is used for structural design. And it use
12、s mechanical, pneumatic, electrical and other complex design, so as to meet the requirements of high efficiency and high reliability.Based on the comparison of the commonly used methods of adsorption, the structure and the driving mode of the robot, this paper determined the overall scheme of the gl
13、ass wall robot. The design of clean glass wall robot is the scope of work of large robot. The robot uses frame combined by 6061 aluminum alloy profile, and the whole body adsorbs on the glass wall by vacuum sucker. Besides, the robot is propelled forward by the 300mm large stroke cylinder. The robot
14、 reduces the height by 50 small stroke cylinder, so as to adjust the brush pressure force. By 86 series of step motor drive with three disc brushes moving beam on the frame sliding brush, it uses 42 series DC motor which uses ratio 27 planetary reducer to decelerate and increase the moment to drive
15、the circular disc brush, Key Words:Glass wall, Cleaning, Robot,Vac-sorb, Pneumatic actuator- III -本頁為“7畢業(yè)論文目錄(1頁或若干頁)”,點(diǎn)擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進(jìn)行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息,可一直保留,不影響打印。目 錄摘 要IAbstractIII附表清單VII插圖清單VIII注釋說明清單IX1 引 言12 設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案22.1 吸附方式的比較22.2 載體結(jié)構(gòu)的比較22.3 驅(qū)動(dòng)方式比較32.4 總體方案簡圖32.5 傳感器選擇(氣動(dòng)擦窗機(jī)器人的控制和環(huán)
16、境檢測)43 選擇動(dòng)力裝置53.1 真空吸盤選型(真空吸盤的設(shè)計(jì)及應(yīng)用)53.1.1 真空吸盤吸附原理53.1.2 真空吸盤的吸附能力53.1.3 吸盤安全性驗(yàn)算83.2 真空發(fā)生器選型(http:/www.s-)83.2.1 真空發(fā)生裝置選擇83.2.2 真空發(fā)生器原理83.3 氣泵選型93.4 電動(dòng)機(jī)選型103.4.1 毛刷設(shè)計(jì)103.4.2 運(yùn)動(dòng)梁步進(jìn)電機(jī)選型103.4.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)113.4.4 毛刷旋轉(zhuǎn)普通電機(jī)選型143.5 減速器選型163.5.1 真空吸盤的切換頻率163.6 結(jié)構(gòu)件選型174 選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)184.1 推進(jìn)氣缸選型184.2 壓下氣缸選型215 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)25
17、5.1 圓盤驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)255.1.1 按轉(zhuǎn)矩估算軸徑255.2 圓盤驅(qū)動(dòng)軸承選型255.2.1 初選軸承型號265.2.2 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷265.2.3 求壽命265.3 帶輪驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)265.3.1 按轉(zhuǎn)矩估算軸徑265.4 圓盤驅(qū)動(dòng)軸承選型275.4.1 初選軸承型號275.4.2 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷275.4.3 求壽命276 受力分析286.1 框架簡支梁受力分析286.1.1 強(qiáng)度計(jì)算286.1.2 剛度計(jì)算297 重量校合318 結(jié) 論32參考文獻(xiàn)33附錄A外文文獻(xiàn)原文35附錄B外文文獻(xiàn)譯文37附錄C39在學(xué)取得成果40致 謝41- VI -本頁為“8畢業(yè)論文圖表清單頁(可選,1頁或若
18、干頁)”,點(diǎn)擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進(jìn)行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息,可一直保留,不影響打印。附表清單表1.1 壁面移動(dòng)機(jī)器人幾種吸附方式的比較2表1.2 壁面移動(dòng)機(jī)器人幾種載體結(jié)構(gòu)的比較2表2.1 機(jī)器人三種驅(qū)動(dòng)方式比較3表3.1 真空發(fā)生器技術(shù)參數(shù)18表3.2 真空發(fā)生器技術(shù)參數(shù)29表3.4 便攜式車載氣泵技術(shù)參數(shù)10表3.5氣缸技術(shù)參數(shù)11插圖清單圖2.1 總體驅(qū)動(dòng)方案3圖2.2 清洗驅(qū)動(dòng)方案4圖2.3 吸盤吸附原理5圖2.4 吸盤剖視圖7圖2.5 吸盤配管8圖2.7氣缸實(shí)物圖11圖2.8鋁型材截面圖及工藝參數(shù)13圖3.1 真空發(fā)生器符號圖8圖3.2 真空發(fā)生器
19、實(shí)物圖8圖3.3 便攜式車載氣泵實(shí)物圖10圖4.1 機(jī)器人每次向前推進(jìn)爬行時(shí)的受力分析12- VIII -本頁為“9畢業(yè)論文注釋說明清單頁(可選,1頁或若干頁)”,點(diǎn)擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進(jìn)行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息,可一直保留,不影響打印。注釋說明清單- IX -本頁為“10畢業(yè)論文正文頁(若干頁)”,點(diǎn)擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進(jìn)行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息,可一直保留,不影響打印。1 引 言2015年3月5日,十二屆全國人大三次會(huì)議在人民大會(huì)堂舉行開幕會(huì),國務(wù)院總理李克強(qiáng)作政府工作報(bào)告上提出“中國制造2025”,這不僅是對我國工業(yè)
20、下一階段發(fā)展的重要指導(dǎo),也是向世界先進(jìn)水平看齊的重要策略。因此機(jī)器人的發(fā)展必將成為歷史舞臺的主角,特別是特種機(jī)器人的發(fā)展,將會(huì)更受關(guān)注。特種機(jī)器人包含一個(gè)重要的領(lǐng)域生活服務(wù)類機(jī)器人。這也將成為極其重要的一個(gè)研究領(lǐng)域,從某種程度上講,生活服務(wù)類機(jī)器人不僅是一個(gè)國家科技水平的體現(xiàn),也是人民生活水平的重要決定因素。隨著建筑水平的提高,玻璃幕墻建筑在我們的現(xiàn)實(shí)生活中越來越多,因?yàn)樗泄怩r亮麗的特點(diǎn),所以被人們所青睞。但是,玻璃幕墻由于風(fēng)吹日曬雨淋的緣故極容易結(jié)灰塵,因此擦玻璃幕墻機(jī)器人成了很多學(xué)者和企業(yè)研究的對象。前人在擦玻璃幕墻機(jī)器人方面也做了一些研究,但是大多都受到工作效率低、不能連續(xù)工作,安全性
21、差、容易傷人的限制。因此本文在前人的研究基礎(chǔ)上對擦玻璃幕墻機(jī)器人進(jìn)行了較大的改進(jìn)?;诎踩缘目紤],該機(jī)器人采用安全繩懸掛,防止因機(jī)器人意外墜落砸到玻璃幕墻下方的人?;跈C(jī)器人本體重量的考慮,該機(jī)器人采用外部供水的方式對玻璃進(jìn)行清洗?;跈C(jī)器人工作的連續(xù)性,該機(jī)器人采用外部供電的方式進(jìn)行作業(yè)。因此該機(jī)器人可以在墻面上安全連續(xù)地工作而不需要考慮加水、充電等問題。本文中設(shè)計(jì)的機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單,易于加工、裝配和維修,而且成本低、效率高。其中,機(jī)器人采用鋁合金型材框架,大大減輕了工作重量??蚣艿耐七M(jìn)采用4個(gè)大行程氣缸同時(shí)推動(dòng),不僅行進(jìn)速度快而且清潔環(huán)保。同時(shí)框架的壓下也使用氣缸壓下,使得毛刷的壓下力
22、更易于控制。毛刷裝在動(dòng)梁上,與框架和墻壁垂直,動(dòng)梁可以在框架上來回移動(dòng),使得玻璃清潔的更干凈。2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案機(jī)器人的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)方案多種多樣,有連桿式、框架式、箱體式等;執(zhí)行機(jī)構(gòu)也是多種多樣,有電動(dòng)馬達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓馬達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),甚至有現(xiàn)在流行的直線電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。本節(jié)通過對常用設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較,確定本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人的總體方案。2.1 吸附方式的比較表2. 1壁面移動(dòng)機(jī)器人幾種吸附方式的比較1 吸附方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)真空吸附單吸盤易實(shí)現(xiàn)小型化,輕量化,結(jié)構(gòu)簡單,易于控制。要求壁面有一定的平滑度,越障能力低,對于復(fù)雜壁面不適應(yīng),遇到縫隙或凹凸面,負(fù)壓難以維持。多吸盤吸盤尺寸小,密封
23、性較好,吸盤吸附穩(wěn)定可靠,越障能力和帶負(fù)載能力均較強(qiáng)。吸盤增多會(huì)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化,控制難度增加。磁吸附永磁體能產(chǎn)生較大的吸附力,不受壁面凹凸或縫隙的限制,不消耗電能,不受斷電的影響。只能在導(dǎo)磁壁面上爬行,步行時(shí)磁體與壁面難脫離。電磁體能產(chǎn)生較大的吸附力,不受壁面凹凸或縫隙的限制,控制較方便。只能在導(dǎo)磁壁面上爬行,維持吸附力需要耗能,電磁體本身很重。推力吸附對壁面形狀材料適應(yīng)能力強(qiáng)。負(fù)載小,難控制,噪聲大,體積大,效率低。綜合以上,選擇多吸盤真空吸附式機(jī)器人。2.2 載體結(jié)構(gòu)的比較表2. 2壁面移動(dòng)機(jī)器人幾種載體結(jié)構(gòu)的比較1載體類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)車輪式移動(dòng)速度快,行走控制簡單著地面積小,維持吸附力比較困難
24、履帶式對壁面適應(yīng)能力強(qiáng),著地面積大體積大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,轉(zhuǎn)彎較為困難,重量較大腳步式對壁而適應(yīng)能力強(qiáng),越障能力和帶負(fù)載能力均較強(qiáng)移動(dòng)速度慢,動(dòng)作有間歇性,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,控制難度大框架式結(jié)構(gòu)簡單,剛性較好,控制方便,越障能力和帶載能力均較強(qiáng)移動(dòng)速度慢,有間歇性綜合以上,選擇框架式結(jié)構(gòu)。2.3 驅(qū)動(dòng)方式比較表2. 3機(jī)器人三種驅(qū)動(dòng)方式比較特點(diǎn)液壓傳動(dòng)氣壓傳動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)重量輕重一般控制距離中短短不限信號轉(zhuǎn)換容易較難很容易技術(shù)成熟性好好好構(gòu)造難度方便一般一般負(fù)載能力一般較大較大可靠性好好好可控性一般好好綜合以上,選擇氣壓傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。2.4 總體方案簡圖綜合以上方案比較,機(jī)器人的總體驅(qū)動(dòng)方案簡圖如下:123
25、4567圖2.1總體驅(qū)動(dòng)方案1清洗機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)梁2同步帶輪3壓下機(jī)構(gòu)4滑塊5吸盤固定板6吸盤7步進(jìn)電機(jī)1234圖2.2清洗驅(qū)動(dòng)方案1電機(jī)2諧波減速器3聯(lián)軸器4清洗圓盤刷3 選擇動(dòng)力裝置3.1 真空吸盤選型(真空吸盤的設(shè)計(jì)及應(yīng)用)3.1.1 真空吸盤吸附原理真空吸附裝置是依靠真空源產(chǎn)生的真空吸力來對物體進(jìn)行起吊、搬運(yùn)及夾持的一種省力機(jī)械。和機(jī)械、電磁起吊裝置相比,具有以下特點(diǎn):(1)結(jié)構(gòu)簡單、成本低;(2)安裝方便、操作容易,(3)維修費(fèi)用少;(4)不損傷工件;(5)吸附、放開工件迅速,(6)工件材料的種類不限,(7)最大吸附力有限,(8)難以得到準(zhǔn)確的位置精度。真空吸盤是真空吸附裝置的執(zhí)行元件,它
26、將真空能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。真空吸盤設(shè)計(jì)的合理程度直接影響著真空吸附裝置的工作性能。根據(jù)不同的應(yīng)用場合,有效地選擇、設(shè)計(jì)真空吸盤是成功地應(yīng)用真空吸附技術(shù)的關(guān)鍵之一。圖2.3吸盤吸附原理3.1.2 真空吸盤的吸附能力根據(jù)實(shí)際情況,真空吸盤最大真空度取-0.08Mpa,由于工作表面是玻璃,工作過程中取摩擦系數(shù)為【8真空吸附式壁面清洗機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究_田靜眉】(3- 1)真空吸附技術(shù)是以大氣壓為作用力。在吸盤與工件形成的密閉容積內(nèi)(圖1所示),通過真空源抽出一定量的氣體分于來使壓力降低,使吸盤的內(nèi)外形成壓力差。在這個(gè)壓力差的作用下把吸盤壓向工件,從而把工件吸起。吸盤所產(chǎn)生的吸附力為:(3- 2)式中:
27、吸附力,;吸盤內(nèi)真空度(相對壓力),;吸盤的有效吸附面積,;安全系數(shù)。通常取吸盤的有效吸附面積為吸盤面積的80%左右,真空度取最大值的90%左右。安全系數(shù)隨使用條件而異,水平吸附時(shí)取,垂直吸附時(shí)取。安全系數(shù)除上述條件外,還應(yīng)考慮以下因素:(1)工件吸附表面的粗糙度;(2)工件表面是否有油份附著;(3)工件移動(dòng)的加速度,(4)工件重心與吸附力作用線是否重合;(6)工件的材料。要根據(jù)實(shí)際情況再增加1-2倍。由于該機(jī)器人要求的最大工作質(zhì)量是,機(jī)器人本體的質(zhì)量預(yù)估是,故則該機(jī)器人工作時(shí)的總質(zhì)量為,總重力是,依據(jù)圖2.1,爬行時(shí),最少只有4條腿(20個(gè)吸盤)處于工作狀態(tài),記單個(gè)吸盤與墻壁的摩擦力為,故(
28、3- 3)摩擦力(3- 4)真空度(3- 5)由式(3- 6) 吸盤有效面積吸盤面積吸盤直徑因此,選取SMC公司的丁睛橡膠吸盤ZPT125HNA16,其剖視圖和配管分別是圖2.5和圖2.6。圖4.4吸盤剖視圖圖4.5吸盤配管3.1.3 吸盤安全性驗(yàn)算由第五章 玻璃的力學(xué)性能得玻璃強(qiáng)度,取玻璃強(qiáng)度為,吸盤面積為,玻璃可以承受的最大吸盤力,故此時(shí)玻璃足夠安全。3.2 真空發(fā)生器選型3.2.1 真空發(fā)生裝置選擇真空發(fā)生裝置一般有兩種:真空泵和真空發(fā)生器。真空發(fā)生器和真空泵有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝維修方便、真空產(chǎn)生解除快的優(yōu)點(diǎn),但消耗功率大,要不間斷的供應(yīng)壓縮空氣。由于本機(jī)器人是全氣動(dòng)的,必須有一個(gè)連
29、續(xù)供氣的氣源,從各個(gè)方面綜合考慮選擇真空發(fā)生器作為真空發(fā)生裝置。3.2.2 真空發(fā)生器原理真空發(fā)生器是利用文丘利原理工作的,它利用空氣射流的卷吸現(xiàn)象,在噴管兩端壓差高于定值后,噴射管射出高速射流,將擴(kuò)散腔的氣體抽走,使該腔形成很低的真空度。在吸附口裝上吸盤就可以形成一定的吸力而工作。圖3.1所示為真空發(fā)生器符號圖,P為進(jìn)氣口,右側(cè)為出氣口,V為真空口。高速氣流從P口入右側(cè)口出,將擴(kuò)散腔V中的氣體抽走,使V中形成一定的真空度。圖3.1真空發(fā)生器符號圖根據(jù)技術(shù)參數(shù)見表3.1,真空發(fā)生器選擇SMC公司的ZH系列盒式標(biāo)準(zhǔn)型真空發(fā)生器ZH07BS-06-06,其中供氣口和真空口的直徑均為,節(jié)流口的直徑為
30、0.7mm,真空度為-88kPa,質(zhì)量28g。其實(shí)物圖見圖3.2。圖3.2真空發(fā)生器實(shí)物圖表3.1真空發(fā)生器技術(shù)參數(shù)13.3 氣泵選型 ( 由于選取的真空發(fā)生器入口壓力為0.5MPa,氣缸由于其工作壓力較?。?.40.6MPa)(機(jī)械設(shè)計(jì)手冊氣壓傳動(dòng)與控制p112),故選用如圖3.3所示的便攜式車載氣泵,表3.4為其技術(shù)參數(shù)表。由于 ,該泵的壓力是0.9653MPa,約為1MPa,符合使用要求。圖3.3便攜式車載氣泵實(shí)物圖表3.2便攜式車載氣泵技術(shù)參數(shù)3.4 電動(dòng)機(jī)選型3.4.1 毛刷設(shè)計(jì)毛刷的設(shè)計(jì)直徑為,機(jī)器人工作過程中共使用3個(gè)毛刷,其與玻璃接觸的總面積為。3.4.2 運(yùn)動(dòng)梁步進(jìn)電機(jī)選型取
31、清洗毛刷與玻璃的動(dòng)摩擦系數(shù)【機(jī)器人壁面自動(dòng)清洗系統(tǒng)的工程研究_張海洪】,考慮到滑動(dòng)導(dǎo)軌采用鋁合金材料,并采取潤滑措施,故取其摩擦系數(shù)【各種材料摩擦系數(shù)表】。根據(jù)以往實(shí)驗(yàn)推算,清洗毛刷與玻璃的正壓力和滑動(dòng)導(dǎo)軌上的正壓力為?!静┦空撐摹抗是逑疵⑴c玻璃的摩擦力(5- 1)滑動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦力(5- 2)工作機(jī)受到的總阻力電動(dòng)機(jī)功率工作機(jī)實(shí)際需要的電動(dòng)機(jī)輸出功率,;工作機(jī)需要的輸入功率,;電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率。由于工作機(jī)采用2級同步帶傳動(dòng),同步帶傳動(dòng)效率【同步帶傳動(dòng)_百度百科】,故工作機(jī)阻力,;工作機(jī)線速度,;工作機(jī)的效率。取,3.4.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目代號公式及數(shù)據(jù)單位說明設(shè)計(jì)功率取
32、帶型由于,選擇帶輪轉(zhuǎn)速 ,故選擇L型帶。節(jié)距9.525帶速帶輪節(jié)徑,取傳動(dòng)比為1,帶輪齒數(shù),取節(jié)線長,取初定中心距(),取,取括號內(nèi)的整數(shù)部分故一條帶即可滿足設(shè)計(jì)要求。查表得基準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作拉力,單位長度的重量故電機(jī)的阻力矩。根據(jù)圖3-4,選擇中國米思米公司86系列HSTM86型保持力矩為步進(jìn)電機(jī),重量1.7kg。注:圖3.4電機(jī)參數(shù)1圖3.5毛刷受力分析13.4.4 毛刷旋轉(zhuǎn)普通電機(jī)選型圖3.6毛刷受力分析2每個(gè)毛刷受到玻璃的摩擦阻力所產(chǎn)生的阻力矩為 其中R為圓盤毛刷的半徑故每個(gè)工作機(jī)功率工作機(jī)阻力矩,;工作機(jī)轉(zhuǎn)速,;工作機(jī)的效率。取,每個(gè)電動(dòng)機(jī)功率工作機(jī)實(shí)際需要的電動(dòng)機(jī)輸出功率,;
33、工作機(jī)需要的輸入功率,;電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率。由于工作機(jī)最多采用2級同步帶傳動(dòng),同步帶傳動(dòng)效率【同步帶傳動(dòng)_百度百科】,故根據(jù)圖3-7,選擇中國米思米公司42系列FBLM42型52.5W無刷直流電機(jī),重0.45kg。圖3.7電機(jī)參數(shù)23.5 減速器選型選擇普菲德數(shù)控公司的SEN SUDRIVE 42行星減速機(jī),減速比27:1。3.5.1 真空吸盤的切換頻率對于固定的吸盤容積,其內(nèi)真空達(dá)到所需值的時(shí)間t1和解除真空的時(shí)間t2之和,稱為該吸盤的切換周期。切換周期的倒數(shù)稱為吸盤的切換頻率。切換頻率的大小反映了吸盤的動(dòng)作快慢程度,在實(shí)際工作中,需滿足機(jī)器的整個(gè)工作循環(huán)時(shí)間對該項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的
34、要求。真空形成時(shí)間t1受兩個(gè)因素的影響:(1)真空源本身的抽吸能力;(2)管道對氣流的阻礙作用。對于真空發(fā)生器,則(3)式中,V真空系統(tǒng)的容積,(L);C由真空度而定的常數(shù),真空發(fā)生器的型式指數(shù)。其中C、是生產(chǎn)廠家給定的參數(shù),在真空發(fā)生器的產(chǎn)品樣本或說明書中可以查到。3.6 結(jié)構(gòu)件選型圖4.6鋁型材截面圖及工藝參數(shù)結(jié)構(gòu)件選擇上海澳宏金屬制品有限公司的鋁型材。4 選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)4.1 推進(jìn)氣缸選型圖4.7機(jī)器人每次向前推進(jìn)爬行時(shí)的受力分析假設(shè)機(jī)器人每次向前推進(jìn)爬行時(shí)作初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),則初速度,由于機(jī)器人要求的工作速度范圍是,取最大值作為勻加速直線運(yùn)動(dòng)的末速度,則末速度為 。機(jī)器人每次向
35、前推進(jìn)爬行的設(shè)計(jì)行程是 ,由(4-1)機(jī)器人向前推進(jìn)爬行時(shí),在豎直方向爬行時(shí),所需推動(dòng)力最大,記最大推動(dòng)力為F,虛加慣性力為 ,氣缸導(dǎo)向?qū)к壸枇?,其中是機(jī)器人向前推進(jìn)爬行時(shí)氣缸導(dǎo)向?qū)к壴诖怪庇诒诿娣较蛏系恼龎毫?,由于此時(shí)清潔毛刷不工作,故此時(shí)正壓力可忽略不計(jì)。由達(dá)朗貝爾原理可得(4-2)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊氣壓傳動(dòng)與控制p101,選用雙作用氣缸,其中D活塞直徑(m)d活塞桿直徑(m)p氣缸工作壓力(Pa)Fz氣缸工作時(shí)的工作總阻力(N)氣缸工作時(shí)的總阻力Fz與眾多因素有關(guān),如運(yùn)行部件慣性力、背壓阻力、密封處的摩擦力等。以上因素可以用載荷率 計(jì)入公式。則氣缸的靜推力F1和靜拉力F2為 (4-3)
36、(4-4)由圖4.1機(jī)器人每次向前推進(jìn)爬行時(shí)的受力分析可得 (4-5)由于該機(jī)器人的氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般,且工作頻率低,基本是勻速運(yùn)動(dòng),其載荷率可取。此處取。當(dāng)推力做功時(shí) (4-6)當(dāng)拉力做功時(shí) (4-7)用式(4-7)計(jì)算時(shí),活塞桿直徑d可根據(jù)氣缸拉力預(yù)先估定。估定活塞桿直徑可用計(jì)算。將代入式(4-7),則可得 (4-8)由式(4-3),(4-4),(4-5),(4-8)可得由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊氣壓傳動(dòng)與控制p112,取氣缸工作壓力p=0.5MPa,由式(4-6),(4-7)可得 因此,根據(jù)表4.1的標(biāo)準(zhǔn)氣缸參數(shù)圓整后,取。故驅(qū)動(dòng)氣缸選擇SMC公司CM2系列帶磁性開關(guān)的單桿雙作用標(biāo)準(zhǔn)型氣缸CDM2
37、L32-300 Z- V-M9BW2,其中驅(qū)動(dòng)氣缸選擇帶2個(gè)磁性開關(guān),缸徑32mm,根據(jù)表4.2確定行程為300mm,安裝形式選擇圖4.8紅色箭頭所指,桿端外螺紋,桿端支件選擇單肘節(jié)。根據(jù)表4.3確定單個(gè)氣缸的質(zhì)量根據(jù)圖4.9和表4.4可得氣缸的管接口是1/8管螺紋。4.2 壓下氣缸選型根據(jù)前述設(shè)計(jì),機(jī)器人工作時(shí)的極限壓下力為, 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊氣壓傳動(dòng)與控制p101,選用雙作用氣缸,其中D活塞直徑(m)d活塞桿直徑(m)p氣缸工作壓力(Pa)Fz氣缸工作時(shí)的工作總阻力(N)氣缸工作時(shí)的總阻力Fz與眾多因素有關(guān),如運(yùn)行部件慣性力、背壓阻力、密封處的摩擦力等。以上因素可以用載荷率 計(jì)入公式。氣缸
38、壓下使用氣缸的靜拉力F2,故 (4-9)由于該機(jī)器人的氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般,且工作頻率低,基本是勻速運(yùn)動(dòng),其載荷率可取。此處取。當(dāng)拉力做功時(shí) (4-10)用式(4-7)計(jì)算時(shí),活塞桿直徑d可根據(jù)氣缸拉力預(yù)先估定。估定活塞桿直徑可用計(jì)算。將代入式(4-7),由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊氣壓傳動(dòng)與控制p112,取氣缸工作壓力p=0.5MPa,則可得 (4-11)因此,根據(jù)表4.1的標(biāo)準(zhǔn)氣缸參數(shù)圓整后,取。故驅(qū)動(dòng)氣缸選擇SMC公司CM2系列帶磁性開關(guān)的單桿雙作用標(biāo)準(zhǔn)型氣缸CDM2L40-25 Z- V-M9BW2,其中驅(qū)動(dòng)氣缸選擇帶2個(gè)磁性開關(guān),缸徑,根據(jù)表4.2確定行程為,安裝形式選擇圖4.8紅色箭頭所指,桿端
39、外螺紋,桿端支件選擇單肘節(jié)。根據(jù)表4.3確定單個(gè)氣缸的質(zhì)量根據(jù)圖4.9和表4.4可得氣缸的管接口是1/8管螺紋。圖4.8氣缸實(shí)物圖表4.1氣缸技術(shù)參數(shù)1表4.2氣缸技術(shù)參數(shù)2表4.3氣缸技術(shù)參數(shù)3圖4.9氣缸外形圖表4.4氣缸外形參數(shù)5 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)5.1 圓盤驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)5.1.1 按轉(zhuǎn)矩估算軸徑該軸設(shè)計(jì)為實(shí)心軸,則,其中軸傳遞的額定轉(zhuǎn)矩,軸傳遞的額定功率,軸的轉(zhuǎn)速,選擇鍛鋁6A02作材料,鋁合金以屈服極限為基準(zhǔn),除以安全系數(shù)后得許用應(yīng)力,即,許用切應(yīng)力?!景俣劝倏圃S用應(yīng)力】查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得鍛鋁的,取,則取軸的許用切應(yīng)力。故圓盤驅(qū)動(dòng)軸軸徑,取。鍛鋁6A02力學(xué)性能:抗拉強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度伸長率注
40、:棒材室溫縱向力學(xué)性能試樣尺寸棒材直徑(方棒、六角棒內(nèi)切圓直徑)25。(5.2 圓盤驅(qū)動(dòng)軸承選型5.2.1 初選軸承型號由于該處軸承承受軸向中載荷和徑向輕載荷聯(lián)合載荷,故初步選擇70000AC型軸承,其主要數(shù)據(jù)如下: 。5.2.2 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷取毛刷的壓下力為軸承軸向載荷,徑向載荷,查表9-7【機(jī)械設(shè)計(jì)教程】,取。由于,查得,由下式計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷5.2.3 求壽命由于毛刷運(yùn)行載荷平穩(wěn),查表9-6故取。工作溫度在以下,查表9-5,取。對于球軸承,于是故該軸承可使用約529年。5.3 帶輪驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)5.3.1 按轉(zhuǎn)矩估算軸徑該軸設(shè)計(jì)為實(shí)心軸,則,其中軸傳遞的額定轉(zhuǎn)矩,選擇鍛鋁6A02作材料,鋁合
41、金以屈服極限為基準(zhǔn),除以安全系數(shù)后得許用應(yīng)力,即,許用切應(yīng)力?!景俣劝倏圃S用應(yīng)力】查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得鍛鋁的,取,則取軸的許用切應(yīng)力。故帶輪驅(qū)動(dòng)軸軸徑,取。鍛鋁6A02力學(xué)性能:抗拉強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度伸長率注:棒材室溫縱向力學(xué)性能試樣尺寸棒材直徑(方棒、六角棒內(nèi)切圓直徑)25。(5.4 圓盤驅(qū)動(dòng)軸承選型5.4.1 初選軸承型號由于該處軸承主要承受徑向輕載荷,故初步選擇61800型球軸承,其主要數(shù)據(jù)如下: 。5.4.2 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷由于軸承軸向載荷,取帶傳動(dòng)的預(yù)緊力為徑向載荷,查表9-7【機(jī)械設(shè)計(jì)教程】,取。由于,查得,由下式計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷5.4.3 求壽命由于機(jī)器人運(yùn)行有中等慣性力,查表9-6故取
42、。工作溫度在以下,查表9-5,取。對于球軸承,于是故該軸承可使用約1.25年。6 受力分析6.1 框架簡支梁受力分析6.1.1 強(qiáng)度計(jì)算假設(shè)機(jī)器人工作時(shí),玻璃對毛刷的極限壓力,則根據(jù)彎矩圖6-1得出毛刷運(yùn)動(dòng)到梁的中點(diǎn)時(shí)彎矩最大,記梁總長為,且,故,查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊,硬鋁2A11的抗拉強(qiáng)度為370MPa,顯然,滿足強(qiáng)度要求。圖6. 16.1.2 剛度計(jì)算,撓度7 重量校合8 結(jié) 論- 40 -參考文獻(xiàn)1 田靜眉真空吸附式壁面清洗機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究D:學(xué)位論文四川:西南交通大學(xué),20132 武麗君間隙式單吸盤爬壁機(jī)器人系統(tǒng)的研究:學(xué)位論文浙江:中國計(jì)量學(xué)院,20133 4 趙凱華,羅蔚茵新概念物
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50、外文文獻(xiàn)原文附錄B 外文文獻(xiàn)譯文本頁為“13畢業(yè)論文在學(xué)成果頁(1或2頁)”,點(diǎn)擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進(jìn)行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息,可一直保留,不影響打印。附錄C 在學(xué)取得成果一、 在學(xué)期間所獲的獎(jiǎng)勵(lì)(應(yīng)注明獎(jiǎng)勵(lì)名稱、授獎(jiǎng)機(jī)構(gòu)、授獎(jiǎng)時(shí)間等)。不用此信息時(shí),請刪除本段。二、 在學(xué)期間發(fā)表的論文(應(yīng)按照參考文獻(xiàn)的格式來填寫)。不用此信息時(shí),請刪除本段。三、 在學(xué)期間取得的科技成果(應(yīng)注明課題名稱、參加身份、通過時(shí)間、通過方式、評定機(jī)構(gòu)等)。不用此信息時(shí),請刪除本段。本頁為“15畢業(yè)論文撰寫指南頁(若干頁)”,請打印以前各頁。本提示信息為非打印信息,可一直保留,不影響打印。致 謝- 41 -
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