機(jī)器人洗車畢業(yè)論文

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1、機(jī)器人洗車畢業(yè)論文 機(jī)器人洗車畢業(yè)論文 1 緒論 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，家用轎車已經(jīng)越來(lái)越多地為家庭所擁有，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007年底，我國(guó)私人汽車擁有量已超過(guò)1500萬(wàn)輛，與此同時(shí)，與汽車相關(guān)的需求也在激增，比如洗車設(shè)備。轎車每次用都會(huì)在表面積一層灰塵，不僅影響美觀，還會(huì)對(duì)車漆造成傷害，因此對(duì)轎車表面的清潔工作很重要。 通常，較少進(jìn)行日常簡(jiǎn)單清潔的轎車每周要洗一到兩次，每次洗車的費(fèi)用在15元左右（不含上光打蠟）。轎車日常的簡(jiǎn)單清潔大多由車主人工完成，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此有必要設(shè)計(jì)一種能夠代替人進(jìn)行轎車的日常清潔工作的服務(wù)型機(jī)器人操作臂。 現(xiàn)在通常使用的洗車設(shè)備和方

2、法主要包括以下幾種： 1．高壓水槍洗車:高壓水槍洗車是先用高壓水槍噴灑水霧潤(rùn)濕車身，再用高壓射流清洗車身然后用清洗液清洗，最后用高壓射流清洗干凈，用麂皮將水吸干。高壓水槍清洗速度快、效果好；但高壓水槍壓力大，容易對(duì)車漆造成損害:高壓水柱的噴淋會(huì)改變空調(diào)冷凝器散熱的方向，導(dǎo)致空調(diào)制冷失靈；會(huì)直接導(dǎo)致車燈膠條密封不良，影響車燈的正常工作，產(chǎn)生危險(xiǎn)；會(huì)使密封不是很嚴(yán)的汽車側(cè)門(mén)玻璃進(jìn)水，銹蝕金屬件，造成電線短路；劣質(zhì)洗滌靈會(huì)降低車漆的亮度；洗后用毛巾多次擦拭會(huì)使車身增加劃痕。 2．蒸汽洗車：蒸汽洗車是將水加熱成蒸汽后，用蒸汽來(lái)消洗汽車。其具有節(jié)水、節(jié)能的特點(diǎn)。但由于設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題，存在安全性不高，極

3、易產(chǎn)生污水造成污染，洗車效果和效率差的缺點(diǎn) 。 3．無(wú)水洗車：無(wú)水洗車是先用撣子撣去車身表面浮土，再用無(wú)水洗車液進(jìn)行汽車清洗的一種新型環(huán)保洗車方式。它具有節(jié)約水資源，綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，受到政府的扶持，但是，對(duì)于較臟車輛以及汽車底盤(pán)等部位，無(wú)水洗車不能滿足要求，因此它并不能完全替代有水洗車。 4．無(wú)刷毛自動(dòng)洗車機(jī)：采用高速水刀噴出的高壓力水霧從上往下清洗汽車，灰塵沖掉后，自動(dòng)泡沫噴頭噴淋，然后用高壓清水進(jìn)行清洗。它有清洗速度快，效果好，不損傷車漆的優(yōu)點(diǎn)，但存在水耗大，設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用高昂的缺點(diǎn)。 5．全自動(dòng)電腦洗車機(jī)：電腦洗車機(jī)是利用電腦控制毛刷和高壓水槍來(lái)清洗汽車的一種設(shè)備。由復(fù)雜的電路

4、、氣路、水路和機(jī)械部分構(gòu)成。 某自動(dòng)洗車機(jī)結(jié)構(gòu)如下，包括高壓噴頭、機(jī)械清洗機(jī)構(gòu)、吹干機(jī)構(gòu)，其中，清洗機(jī)構(gòu)包括一個(gè)頂刷，兩個(gè)大側(cè)刷，兩個(gè)小側(cè)刷，如圖1-1所示。 1.軌道；2.機(jī)架；3、4.大側(cè)刷；5.頂刷；6.小側(cè)刷；7.吹干系統(tǒng) 圖1-1 大型電腦洗車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 洗車時(shí)，首先汽車?？康轿?，由高壓噴頭噴水沖掉汽車表面泥沙，再由組成清洗機(jī)構(gòu)的五個(gè)刷子圍繞汽車運(yùn)動(dòng)進(jìn)行清洗、打蠟，然后由吹干機(jī)構(gòu)將汽車表面吹干。這樣的大型機(jī)構(gòu)洗車時(shí)確實(shí)有很好的效果，但是用于個(gè)人洗車設(shè)備卻很不適宜。首先在水、電等資源方面會(huì)有很大的消耗，另外，其體積（通常3m*3m*3m，軌道10米，隧道式更大），價(jià)格（幾萬(wàn)到十

5、幾萬(wàn)間）也讓個(gè)人很難接受。 以上幾種一般用于洗車行，在個(gè)人洗車方面，除了傳統(tǒng)的水桶加抹布外，現(xiàn)在所研究的個(gè)人洗車設(shè)備也多為手動(dòng)。其中，前者耗費(fèi)大量體力、時(shí)間，而且效率低，也不容易洗得干凈，還容易刮損傷車漆。后者采用某些化學(xué)洗劑，在效果方面有很大改善，但是也要花費(fèi)車主的大量時(shí)間和體力。 適合個(gè)人使用的小型自動(dòng)洗車設(shè)備的研究方面較少，具有代表性的為日本人平松正彥的一項(xiàng)專利，其結(jié)構(gòu)（主視圖和俯視圖）如圖1-2和圖1-3所示。 圖1-2 平松正彥專利（主視圖） 圖1-3 平松正彥專利（俯視圖） 該洗車裝置主要包括洗車刷1、底盤(pán)3、支撐架6及底盤(pán)上的設(shè)備（水箱、發(fā)電機(jī)、控制器等）4。

6、 首先，洗車刷可以拆卸，安裝在刷軸上，由電機(jī)7帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)洗車動(dòng)作。底盤(pán)上安裝有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪及相應(yīng)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和四個(gè)萬(wàn)向輪。支撐架上安裝噴水管2、導(dǎo)輪5和照明裝置、力傳感器。控制部分、水箱、泵、發(fā)電機(jī)等安裝在底盤(pán)上洗車刷后面。 進(jìn)行汽車清洗時(shí)，噴水管向車身噴水、洗車刷與車表面接觸并轉(zhuǎn)動(dòng)洗去車表面灰塵等，同時(shí)，力傳感器檢測(cè)洗車刷和汽車間的壓力，由力傳感器檢測(cè)出的壓力值來(lái)控制轉(zhuǎn)向單元，當(dāng)該檢測(cè)值大于預(yù)先設(shè)定的允許范圍時(shí)，使洗車機(jī)向遠(yuǎn)離車身外周面的離開(kāi)方向行駛，而當(dāng)該檢測(cè)值小于預(yù)先設(shè)定的允許范圍時(shí)，使洗車機(jī)向接近該車身外周面的接近方向行駛。洗車設(shè)備圍繞汽車行駛一周后完成車側(cè)表面的清洗。但該設(shè)

7、備的局限性在于它只有清洗側(cè)面的立刷，不能對(duì)車頂部進(jìn)行清洗，并不能完全代替人對(duì)汽車進(jìn)行較全面的清洗。 因此有必要設(shè)計(jì)一種可以代替人進(jìn)行日常汽車清洗工作的機(jī)械操作臂。 2 操作臂機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)方式 2.1 動(dòng)作方案 2.1.1 機(jī)器人操作臂介紹及常用形式 機(jī)器人操作臂的設(shè)計(jì)涉及了力學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)科學(xué)和電子工程等多個(gè)學(xué)科，其結(jié)構(gòu)一般是由一系列連桿由旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)或移動(dòng)關(guān)節(jié)相連接的具有一定自由度數(shù)的開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈，一端固定在支座上，另一端自由，安裝手爪、工具等以實(shí)現(xiàn)各種操作。操作臂的自由度

8、數(shù)按照不同的適用場(chǎng)合不同，一般工業(yè)機(jī)器人操作臂的自由度數(shù)在6個(gè)以下，高自由度數(shù)的機(jī)器人具有冗余度，一般用于假肢或特殊場(chǎng)合，其價(jià)格也相應(yīng)更高。 按照對(duì)手臂機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)描述方式，機(jī)器人操作臂通常分為直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、極坐標(biāo)型和多關(guān)節(jié)型，如圖2-1所示。 圖2-1 操作臂分類 2.1.2 機(jī)器人操作臂方案設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中，操作臂搭載在一個(gè)可移動(dòng)平臺(tái)上，和可移動(dòng)平臺(tái)組成移動(dòng)機(jī)械操作臂系統(tǒng)，這樣的結(jié)構(gòu)使得操作臂擁有幾乎無(wú)限大的工作空間和很高的冗余度，同時(shí)擁有移動(dòng)和操作功能，因此，對(duì)于操作臂結(jié)構(gòu)而言，采用上述任何一種坐標(biāo)方式，只要設(shè)置得當(dāng)，都可以使操作臂末梢達(dá)到汽車表面需要清洗的每個(gè)地方。

9、 根據(jù)洗車的需要分析，初步擬定了如下幾種動(dòng)作方案： 首先考慮洗車動(dòng)作，洗車刷與汽車表面產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)擦除灰塵，可以用1、模仿人手擦車動(dòng)作，用擺動(dòng)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)；2、仿照大型電腦洗車，用圓柱形洗車刷的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。使用擺動(dòng)式洗車結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠嚤砻娌辉谕粋€(gè)平面內(nèi)，比如頂面、車前擋風(fēng)玻璃面、側(cè)面，要在這幾個(gè)不同的面內(nèi)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)式擦車，其機(jī)構(gòu)相對(duì)要復(fù)雜得多。因此采用旋轉(zhuǎn)刷洗車的結(jié)構(gòu)。 方案1采用雙臂結(jié)構(gòu)，兩個(gè)洗車刷裝在兩個(gè)腕關(guān)節(jié)處，腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)自由度實(shí)現(xiàn)洗車運(yùn)動(dòng)。雙臂中一臂固定在移動(dòng)小車上，側(cè)刷豎直，高度比汽車車身稍高，用于完成汽車側(cè)面清洗，另一臂水平，有豎直方向上的移動(dòng)自由度，完成車頂?shù)那逑?，?/p>

10、圖2-2所示。 圖2-2 機(jī)器人操作臂方案1簡(jiǎn)圖 該方案相當(dāng)于保留大型龍門(mén)式洗車的一個(gè)側(cè)刷和半個(gè)頂刷，將汽車的待清洗表面當(dāng)作一個(gè)較規(guī)則的長(zhǎng)方體表面，雖然體積有了一定減小，但整體尺寸依然很大，而且其洗車特點(diǎn)接近大型洗車機(jī)器，難以照顧到汽車的弧形不規(guī)則表面等細(xì)微之處。 方案2有一個(gè)腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)自由度為刷子的刷洗動(dòng)作，一個(gè)豎直方向上的移動(dòng)自由度和臂上一個(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)自由度使刷子能夠到達(dá)汽車表面各處，如圖2-3所示。 圖2-3 機(jī)器人操作臂方案2簡(jiǎn)圖 這個(gè)方案與前一個(gè)相比體積有所減小，但機(jī)構(gòu)采用的洗車刷要接近一米長(zhǎng)，仍然很大，同樣難以達(dá)到汽車表面的弧形部分，即使采用較軟的洗車刷，利用刷

11、變形來(lái)勉強(qiáng)與汽車表面曲線貼合，也會(huì)產(chǎn)生刷車的摩擦力不均勻的問(wèn)題。 方案3是在方案2的基礎(chǔ)上加一個(gè)水平方向的移動(dòng)自由度，這樣可以選擇較小的洗車刷，用臂的伸縮刷車的不同部位。雖然其結(jié)構(gòu)與前兩個(gè)相比更顯得復(fù)雜，重量也有所增加，但換來(lái)的是更多的自由度，操作臂的靈活性得到極大的提高，可以使執(zhí)行末端更容易地適應(yīng)汽車的曲面外形如圖2-4所示。 圖2-4 機(jī)器人操作臂方案3簡(jiǎn)圖 因此，最終本設(shè)計(jì)選擇方案3，刷洗過(guò)程為：首先由俯仰關(guān)節(jié)將刷面調(diào)整到水平方向，并可以作微小調(diào)整，使刷面與汽車的弧形頂面更好地貼合，豎直方向的移動(dòng)副將刷子升到車頂高度，移動(dòng)平臺(tái)繞汽車車身行走，同時(shí)伸縮關(guān)節(jié)調(diào)整刷的水平位置，完成車

12、頂?shù)乃⑾?，過(guò)程中可以選擇噴水或不噴水；刷洗車側(cè)面時(shí)，將刷面調(diào)整為豎直方向，并使刷子與車側(cè)面貼合，同樣繞車行駛，并配合升降機(jī)構(gòu)完成側(cè)面刷洗。 2.2 機(jī)器人操作臂驅(qū)動(dòng)方式 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為機(jī)器工作的動(dòng)力來(lái)源，通常是將其它種能源——比如電能、化學(xué)能等——轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，是任何一種機(jī)器都必不可少的，常見(jiàn)的形式包括水輪機(jī)、液壓馬達(dá)、電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。 2.2.1 機(jī)械臂常用驅(qū)動(dòng)比較 機(jī)械臂常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等不同方式，他們有各自的特點(diǎn)，但在機(jī)器人中都有很廣泛的應(yīng)用，前兩種主要用于工業(yè)機(jī)器人，有些機(jī)器人甚至同時(shí)采用多種驅(qū)動(dòng)方式。他們的特點(diǎn)如下： 液壓驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)： 1）驅(qū)動(dòng)力

13、及驅(qū)動(dòng)力矩大，在產(chǎn)生相同驅(qū)動(dòng)力的條件下，液壓驅(qū)動(dòng)體積小、重量輕、慣性?。? 2）速度反應(yīng)性好，調(diào)速范圍大，而且可以無(wú)級(jí)調(diào)速； 3）傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸收沖擊，可平穩(wěn)的實(shí)現(xiàn)較頻繁的換向； 4）定位精度較高； 5）油液泄漏、混入氣體、溫度變化等都會(huì)對(duì)系統(tǒng)傳動(dòng)性能、定位精度產(chǎn)生影響。 液壓驅(qū)動(dòng)常用于低速重載的情況。 氣壓驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)： 1）壓縮空氣可直接從大氣中吸取，動(dòng)力源獲取方便、廉價(jià)； 2）動(dòng)作速度更快，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速； 3）與液壓傳動(dòng)相比，管路壓力損失小，適于長(zhǎng)距離傳輸； 4）空氣壓縮性較大，因此氣壓系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及定位精度都較差； 5）結(jié)構(gòu)體積大，噪聲大 氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常用于高速、

14、低負(fù)載和工作條件較惡劣的場(chǎng)合。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)： 1）避免將電能轉(zhuǎn)換成壓力的中間環(huán)節(jié)，效率更高； 2）電機(jī)系統(tǒng)的體積最??； 3）電機(jī)系統(tǒng)的可靠性高、位置精度控制十分精確； 4）與氣壓液壓系統(tǒng)相比，電機(jī)系統(tǒng)維護(hù)更方便。 通過(guò)上述比較，可以看出，液壓及氣壓系統(tǒng)組成的機(jī)構(gòu)的繁瑣、維護(hù)不便，對(duì)于本設(shè)計(jì)中的移動(dòng)操作臂來(lái)說(shuō)是一個(gè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，另外從位置控制精度角度考慮，電機(jī)也是更好的選擇，因此最終選用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 2.2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)類型的選擇 電機(jī)的類型按使用電源分有交流電機(jī)、直流電機(jī)。使用交流電機(jī)必然會(huì)有電源線，對(duì)于移動(dòng)機(jī)器操作臂來(lái)說(shuō)，帶著長(zhǎng)長(zhǎng)的電源線移動(dòng)不僅不方便、移動(dòng)距離受限制，

15、在遇到物體時(shí)還難免會(huì)有電源線纏繞、交叉等問(wèn)題，因此難以實(shí)現(xiàn)，只能采用直流電機(jī)系統(tǒng)，用同樣搭載于移動(dòng)平臺(tái)上的電池作為電源。 直流電機(jī)系統(tǒng)有普通直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)等形式，它們的價(jià)格依次升高，但相應(yīng)的，其控制精度，輸出力矩等性能也有很大提高，步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)都能達(dá)到很高的控制精度要求。對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，伺服電機(jī)的成本過(guò)高，因此采用普通直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。 按照前文選定的方案，該機(jī)械操作臂共有手部關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、伸縮關(guān)節(jié)和豎直升降的關(guān)節(jié)四個(gè)自由度，即需要四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中手部關(guān)節(jié)帶動(dòng)洗車刷連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)工作，不需要位置精度控制，只要能夠輸出不同的轉(zhuǎn)速即可，因此可以采用普通直流減速電機(jī)，另外三

16、個(gè)關(guān)節(jié)需要控制速度的同時(shí)還要求較高的位置精度控制，因此都使用步進(jìn)電機(jī)，必要的地方用齒輪或者加減速箱以增大扭矩。 各個(gè)關(guān)節(jié)的具體電機(jī)功率計(jì)算和選型在下一章中介紹。 2.3 傳動(dòng)方式 傳動(dòng)方式是實(shí)現(xiàn)能量傳遞和改變運(yùn)動(dòng)方式的一類裝置，其主要作用是實(shí)現(xiàn)能量的分配與傳遞和運(yùn)動(dòng)形式或運(yùn)動(dòng)速度的改變。機(jī)械傳動(dòng)有嚙合傳動(dòng)、摩擦傳動(dòng)和流體傳動(dòng)三大類，在本設(shè)計(jì)中可能采用的具體傳動(dòng)方式包括帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)，下面對(duì)這幾種傳動(dòng)方式進(jìn)行比較并為各個(gè)關(guān)節(jié)選擇傳動(dòng)方式。 1.帶傳動(dòng)：帶傳動(dòng)通常由主動(dòng)帶輪、從動(dòng)帶輪和張緊在兩輪上的傳動(dòng)帶組成，當(dāng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，依靠帶與帶輪間的摩擦力（平帶或者V形帶）或者

17、帶與帶輪間的嚙合（齒形帶）拖動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，緩沖吸振，能實(shí)現(xiàn)較大間距的軸間的動(dòng)力傳遞，但其傳動(dòng)效率不高，平帶還存在打滑、傳動(dòng)比不精確的問(wèn)題，但齒形帶已經(jīng)解決了大部分缺點(diǎn)。 2.齒輪傳動(dòng)：齒輪傳動(dòng)是機(jī)械結(jié)構(gòu)中使用最為廣泛的，其傳動(dòng)效率是常用機(jī)械傳動(dòng)中效率最高的，而且結(jié)構(gòu)緊湊，具有不變的瞬時(shí)傳動(dòng)比。在正確安裝，良好潤(rùn)滑的和正常維護(hù)的條件下，其工作可靠性、使用壽命、傳動(dòng)精確性也是其它機(jī)械傳動(dòng)難以比擬的。但其制造及安裝精度要求較高，價(jià)格較貴，而且通常的齒輪傳動(dòng)采用閉式傳動(dòng)，需要良好的保養(yǎng)維護(hù)，因此使用齒輪的成本較高，而且齒輪傳動(dòng)只適用于軸間距較短的軸間動(dòng)力傳遞。 3.鏈傳動(dòng)

18、：鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)近似，由鏈條、主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪組成。鏈傳動(dòng)與平帶相比具有傳動(dòng)精確、效率高、不需要大的張緊力等優(yōu)點(diǎn)，而且載荷能力比帶傳動(dòng)大得多。但其傳動(dòng)精度低于同步帶輪，與齒輪相比具有制造安裝要求低的優(yōu)點(diǎn)，但其傳動(dòng)不平穩(wěn)，有較大噪聲、沖擊，而且瞬時(shí)傳動(dòng)比不同，磨損后容易發(fā)生跳齒現(xiàn)象，主要在要求工作可靠，負(fù)載大，軸距較遠(yuǎn)，工作環(huán)境差的條件下。 4.螺旋傳動(dòng)：由螺桿及螺母組成，利用螺桿與螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)。螺旋傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)，精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，具有増力作用，降速傳動(dòng)比大，能夠自鎖，可以產(chǎn)生較大軸向負(fù)載等優(yōu)點(diǎn)。但是對(duì)于滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，由于工作面間是滑動(dòng)摩擦，使其工作效率低，

19、，磨損快，不適宜用作高速和大功率傳遞。 2.4 操作臂結(jié)構(gòu) 對(duì)機(jī)器的設(shè)計(jì)而言，首先事先預(yù)定的使用功能是最基本的要求，然后再考慮性能、使用方便性、工作可靠性、小體積、高效率、美觀的外形等一系列問(wèn)題。對(duì)機(jī)器經(jīng)濟(jì)性方面，應(yīng)該在設(shè)計(jì)的過(guò)程中進(jìn)行全面的綜合的考慮，盡量用最低的成本設(shè)計(jì)出能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能的機(jī)器。這就要求合理地設(shè)計(jì)機(jī)器的各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)。 通常，機(jī)械臂有手部、腕部等多個(gè)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)中的機(jī)械臂為專用機(jī)械臂，其手部結(jié)構(gòu)為一洗車刷，不需要增加額外的夾持自由度，因此機(jī)械臂有腕部的旋轉(zhuǎn)、俯仰，以及臂的水平和豎直方向上的兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)組成。 2.4.1 腕部結(jié)構(gòu) 1）腕部轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu) 腕部的轉(zhuǎn)動(dòng)

20、自由度部分結(jié)構(gòu)直接與洗車刷相連接，其作用是使洗車刷轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)洗車的動(dòng)作，其運(yùn)動(dòng)形式是繞洗車刷的刷軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一個(gè)最簡(jiǎn)單的就是將電機(jī)軸直接與刷軸相連，帶動(dòng)刷旋轉(zhuǎn)。其結(jié)構(gòu)的主要零部件包括電機(jī)、外殼、電機(jī)座以及相應(yīng)的連接件等。腕部的結(jié)構(gòu)如圖示2-5所示。 圖2-5 腕部結(jié)構(gòu) 2）腕部俯仰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu) 俯仰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)屬于腕部的另一個(gè)自由度，它的作用是在臂部運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改變或調(diào)整末端執(zhí)行器的空間位置，擴(kuò)大機(jī)械臂工作范圍，使機(jī)械臂更為靈巧。在本例中，俯仰關(guān)節(jié)的具體作用是讓洗車刷工作面在洗車頂和車側(cè)面時(shí)分別定位于水平、豎直平面內(nèi)，并且讓刷面能夠作小角度的調(diào)整以適應(yīng)車身的弧面。 俯仰關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)如下

21、圖2-6所示，其擺動(dòng)自由度的擺動(dòng)范圍超過(guò)180，完全能夠滿足工作的需要。另外，出于美觀及協(xié)調(diào)考慮，將電機(jī)置于操作臂內(nèi)部，電機(jī)軸線與俯仰的轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直，要求傳動(dòng)空間垂直的兩軸間的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以采用蝸輪蝸桿或者是圓錐齒輪傳動(dòng)。雖然蝸輪蝸桿傳動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)構(gòu)上的自鎖，但其傳動(dòng)效率低而且更容易磨損，因此選擇直齒圓錐齒輪傳動(dòng)方式。 圖2-6 俯仰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu) 2.4.2 臂部結(jié)構(gòu) 手臂部分是機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)，它要支撐腕部結(jié)構(gòu)和末端執(zhí)行器，并帶動(dòng)它們做空間運(yùn)動(dòng)，將末端執(zhí)行器送到需要的工作面上的任意一點(diǎn)，另外，臂部還要承擔(dān)調(diào)整末端姿態(tài)的任務(wù)，因此，一般臂部需要有伸縮、左右旋轉(zhuǎn)和升降三個(gè)自由度。對(duì)于洗車機(jī)械

22、操作臂而言，因?yàn)橛幸苿?dòng)平臺(tái)，故左右回轉(zhuǎn)的自由度可以省略，只需要伸縮和升降兩個(gè)關(guān)節(jié)。 由于臂部通常受到扭轉(zhuǎn)和彎曲的作用，因此主要要考慮臂部的抗彎和抗扭強(qiáng)度。很顯然，在材料相同，截面積和重量近似的情況下，空心結(jié)構(gòu)的抗彎剛度要大得多，因此采用中空的型材能提高抗彎剛度的同時(shí)也大大減輕了臂的自重。 1）伸縮自由度 伸縮關(guān)節(jié)的主體結(jié)構(gòu)采用鋁合金方管型材，并且進(jìn)行鏤空去掉部分材料以減輕重量。伸縮關(guān)節(jié)的作用是使操作臂末端能達(dá)到汽車的寬度上每一處，而一般家用轎車寬度約1.5～2米，因此，伸縮機(jī)構(gòu)的行程至少要達(dá)到車寬的一半即0.9米才能滿足工作要求。為了減小收縮時(shí)的尺寸，伸縮機(jī)構(gòu)整體采用兩級(jí)伸縮的結(jié)構(gòu)。其傳

23、動(dòng)方式采用絲杠螺母的螺旋傳動(dòng)方式，絲杠副的運(yùn)動(dòng)方式為絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)螺母移動(dòng)，兩個(gè)螺母通過(guò)法蘭分別與兩個(gè)伸縮級(jí)相連接，帶動(dòng)伸縮級(jí)運(yùn)動(dòng)。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力由電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)提供。伸縮關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)如下圖2-7所示。 圖2-7 伸縮手臂的結(jié)構(gòu) 2）升降自由度 豎直方向的升降自由度作用是使洗車刷能夠達(dá)到從車頂部到底部的所有表面，一般家用轎車的高度約1.4～1.6米，底盤(pán)高10～20厘米，根據(jù)這一尺寸可以得出豎直方向上的升降行程要達(dá)到1.6米以上，取1.7米。升降機(jī)構(gòu)主要包括三個(gè)部分：支架，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。支架為四根型材，型材上有孔，將導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與支架相連接。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是升降機(jī)構(gòu)中比較重要的結(jié)構(gòu)，若要精度

24、高，最好采用直線導(dǎo)軌，但直線導(dǎo)軌特別是像這樣行程很長(zhǎng)直線導(dǎo)軌的價(jià)格過(guò)于昂貴，同時(shí)也會(huì)增加操作臂的整體重量，因此設(shè)計(jì)了一種精度稍差的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。升降機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)采用同步齒形帶傳動(dòng)，升降平臺(tái)與同步帶連接，由同步帶帶動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)升降動(dòng)作。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)如下圖2-8所示。 圖2-8 升降機(jī)構(gòu)（注：圖中同步帶，電機(jī)及升降平臺(tái)未表示） 本次設(shè)計(jì)的洗車操作臂的主要?jiǎng)幼骷跋鄳?yīng)的結(jié)構(gòu)即為上述四個(gè)，操作臂的整體效果圖如圖2-9所示。 圖2-9 整體效果圖 3 零部件材料選擇與計(jì)算 3.1 零件設(shè)計(jì)的一般要求 機(jī)械零件

25、是組成機(jī)器的最小也是最基本的單元，所有機(jī)器最終都是通過(guò)一個(gè)一個(gè)零件設(shè)計(jì)組裝而成的。每一個(gè)零件的設(shè)計(jì)都可能影響機(jī)器的使用或者性能、成本等，因此設(shè)計(jì)零件時(shí)首先要滿足機(jī)器的使用功能要求，在實(shí)現(xiàn)功能的同時(shí)綜合考慮零件生產(chǎn)加工的經(jīng)濟(jì)性。 機(jī)器在設(shè)計(jì)完成后都有負(fù)載能力、使用壽命的要求，即在規(guī)定的負(fù)載下在預(yù)期的使用壽命內(nèi)機(jī)器不會(huì)出現(xiàn)各種可能的實(shí)效，這也是要通過(guò)零部件的設(shè)計(jì)保證的，即要求機(jī)器的動(dòng)力源能夠提供足夠的功率、力或者力矩，機(jī)械零件在強(qiáng)度、剛度、耐磨性等方面滿足一定的要求，這樣才能保證機(jī)器工作的可靠性和使用壽命。 機(jī)器的成本同樣也是通過(guò)零部件的設(shè)計(jì)來(lái)體現(xiàn)，零件的生產(chǎn)制造成本降低必然會(huì)帶來(lái)機(jī)器整體

26、成本的下降，因此在設(shè)計(jì)零部件時(shí)要加工工藝性方面多加考慮，包括選擇合理的材料、合適的毛坯形式，根據(jù)情況選擇制定合適的加工精度、表面粗糙度等，并使零件的結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單、合理、易于加工裝配。另外，能夠使用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用零件時(shí)一定要使用，提高互換性。 3.2 零件材料的選擇 選擇合適的零件材料使設(shè)計(jì)零件時(shí)首先要考慮的問(wèn)題，不同的材料的強(qiáng)度、加工性能、密度、價(jià)格等都有非常大的差異，要根據(jù)機(jī)器的要求具體選擇，例如對(duì)機(jī)器質(zhì)量有限制時(shí)就應(yīng)該選用密度小的材料。通常機(jī)械零件的材料主要是金屬，包括黑色金屬（鋼材）、有色金屬（銅、鋁等）及其合金，另外，還有部分非金屬材料（工程塑料如尼龍66）等也常用來(lái)加工金

27、屬零件。他們各自有自己的特點(diǎn)，物理性能有很大差別。例如工程塑料和鋼材的密度就可能相差五倍左右。 從材料選擇的使用要求、加工性能和經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量限制等方面考慮，合理選擇機(jī)械臂的零件材料。 操作臂的材料選擇主要有機(jī)械臂的主體部分，包括支架、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)等、各關(guān)節(jié)處殼體等尺寸體積較大的零件，各個(gè)關(guān)節(jié)處的傳動(dòng)軸，傳動(dòng)零件如齒輪系、帶輪等。 1）大尺寸零件：任務(wù)要求設(shè)備的總體質(zhì)量在20Kg以內(nèi)，在強(qiáng)度滿足的情況下應(yīng)該盡量減少質(zhì)量，因此選擇密度小而強(qiáng)度高的鋁合金材料，例如硬鋁合金2A12、鍛造鋁合金6061、6063等。他們都有較高的強(qiáng)度，6061和6063的可加工性能要好于2A12。雖然

28、鋁合金比常用的鋼材價(jià)格要高，但其密度也要小很多。例如支架，在截面面積接近的情況下，根據(jù)ug的分析數(shù)據(jù)顯示，使用型鋼時(shí)每根支撐體的質(zhì)量是12kg左右，這樣操作臂的總質(zhì)量就遠(yuǎn)大于任務(wù)要求。相應(yīng)地，使用鋁合金時(shí)每根支撐柱的質(zhì)量只有4kg左右。因此對(duì)于機(jī)械臂的主體材料，選擇硬鋁合金或者鍛造鋁合金是比較合理的。另外，對(duì)于可移動(dòng)平臺(tái)，因?yàn)橐档椭匦模沟貌僮鞅坌旭倳r(shí)更穩(wěn)定，應(yīng)選用鑄鐵或鋼板這樣密度大的材料。 2）傳動(dòng)軸：在操作臂中，傳動(dòng)軸是很重要的零件，它們的強(qiáng)度、剛度等性能直接影響操作臂的工作性能。常用傳動(dòng)軸的材料是碳素鋼和合金鋼，碳素鋼價(jià)格低廉，進(jìn)行熱處理后物理性能也較好，應(yīng)用很廣泛。而合金鋼的機(jī)

29、械性能和熱處理性能都更優(yōu)秀，通常傳動(dòng)大動(dòng)力并要求減小尺寸時(shí)采用。洗車機(jī)械操作臂要傳遞的動(dòng)力較小，采用碳素鋼可以滿足設(shè)計(jì)要求，選擇45鋼，并進(jìn)行熱處理。 3）傳動(dòng)件：操作臂中的傳動(dòng)零件主要是齒輪和帶輪。對(duì)于齒輪而言，其設(shè)計(jì)要求是齒面耐磨性及齒芯的韌性。通常采用熱處理的鋼材作為加工材料。齒輪有軟齒面齒輪和硬齒面齒輪之分，前者用于強(qiáng)度、速度精度要求相對(duì)較低的場(chǎng)合，常用材料有45鋼、40Cr等；后者主要用于高速、重載、傳動(dòng)精度高的場(chǎng)合，常用材料為20Cr、20CrMnTi等。兩者的加工精度也有差別，通常軟齒面齒輪8級(jí)精度，而硬齒面齒輪則達(dá)到5到6級(jí)精度。操作臂的齒輪系傳動(dòng)精度、載荷大小及速度要求都

30、不是很高，故選用軟齒面齒輪即可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，材料選擇40Gr。而對(duì)于帶輪而言，其對(duì)耐磨性、抗沖擊性等要求都較低，因此常見(jiàn)的金屬包括鋼材、鋁合金、銅等材料都可以用來(lái)加工帶輪。在本設(shè)計(jì)中，同樣采用鋁合金。 另外對(duì)于操作臂中的其他一些零件，比如軸承座，端蓋等都采用6061鋁合金，形狀較復(fù)雜不容易機(jī)加工得到的采用鑄造鋁合金。 3.3 零部件計(jì)算 3.3.1 腕關(guān)節(jié)計(jì)算 1）電機(jī)功率選擇 洗車刷形狀為圓盤(pán)形，直徑0.2米，預(yù)計(jì)洗車摩擦力20牛，假設(shè)洗車摩擦力均勻分布于刷面上，則單位面積上摩擦力P=636.6N/m2。 則刷面的摩擦力矩

31、 （3-1） =1.3Nm 洗車刷轉(zhuǎn)速ω取1r/s，即3.14rad/s，則消耗功率P=Mω=4.08瓦 選擇DC-60直流減速電機(jī)，轉(zhuǎn)速3200 r/min，輸出扭矩0.46 kg/cm，減速比取1：50 。電機(jī)減速器輸出軸輸出轉(zhuǎn)速64 r/min，扭矩2.3 Nm ，滿足功率及扭矩要求。 2）洗車刷軸強(qiáng)度校核 洗車刷軸與洗車刷相連，傳遞扭矩和軸向力，受力分析如圖3-1所示。 圖3-1 洗車刷軸受力分析 其中T的大小為1.3Nm，刷軸為空心軸結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑d1=8mm,外徑d=15mm，則β=d1/d=0.533 。 軸的抗彎截面系

32、數(shù) （3-2） 所以 =T/W=0.133MPa<<。 （3-3） 故刷軸強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 3.3.2 俯仰關(guān)節(jié)計(jì)算 1）電機(jī)選擇 俯仰關(guān)節(jié)處選擇步進(jìn)電機(jī)，要求步進(jìn)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖。轉(zhuǎn)速n約為1rad/s，最大轉(zhuǎn)矩小于4 Nm。則電機(jī)功率較小，取15瓦足以滿足功率要求。最終選擇57BYGH250E-02型步進(jìn)電機(jī)。其最大靜扭矩為16.5kgcm。采用減速比為1：3的齒輪減速后扭矩滿足要求。 2）齒輪及軸設(shè)計(jì)： 大錐齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩T1=4000 Nmm， 取齒輪模數(shù)為1.25mm，小齒輪齒數(shù) =21，大齒

33、輪齒數(shù) =63。 則大小齒輪的分度錐角分別為 ，=71.57 （3-4） 大圓錐齒輪的當(dāng)量分度圓 =65.625mm （3-5） 齒輪受力分析： （3-6） （3-7） （3-8） 錐齒輪軸受力分析如圖3-2所示。 圖3-2 錐齒輪軸受力分析 在豎直平面內(nèi)，軸上受齒輪的切向力，連接件的力和，大小約為10牛，以及軸承豎直方向的支承力和。 分別對(duì)軸承兩個(gè)支承點(diǎn)取矩得： （3-9） 即： =97.74N 同理可得：

34、 =44.16N 在水平面內(nèi)，軸上受到齒輪的軸向力和徑向力，以及軸承水平方向的支承反力和。 用上述方法同樣可求得： =24.48N =10.45N 所以軸上的彎矩為： 豎直方向： （3-10） 水平方向： （3-11） 求得軸上的合成彎矩： （3-12） 可得軸上的彎矩及扭矩圖如3-3所示：（單位Nmm） 圖3-3 軸彎矩圖 校核軸的強(qiáng)度： 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變化，取=0.7，考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的影響，軸頸乘以0.94，所以： （3-13） 軸安全。 3

35、）軸承強(qiáng)度校核 軸承校核： 查表選擇軸承代號(hào)7004C，d=20mm，kN，kN， 由以上軸的受力分析可知軸承所受的最大力為： （3-14） （3-15） 7000C系列軸承的軸向附加力 故 ： 軸向力 ， 所以，左面軸承壓緊，右面軸承放松， ， 左軸承相對(duì)軸向載荷為： >e 查表17.7，用線性插值得X=0.44，Y=1.48 當(dāng)量動(dòng)載荷： （3-16）

36、同理可得： P2=79.11N P2

37、 （3-18） （式中Fa為軸向載荷；d2為螺紋中經(jīng)；h為螺紋工作高度，h=0.5p； H為螺母高度，H= d2） 所以， （3-19） 其中，查表9-1得[P]=11~18MPa,Fa=50N，所以 由于絲杠徑向尺寸較長(zhǎng)，故取d2較大值為18mm。 絲杠傳動(dòng)效率及驅(qū)動(dòng)力矩： 效率： （3-20） ：導(dǎo)程角： （3-21） ：誘導(dǎo)摩擦角：

38、 ，為牙型半角。 （3-22） 查表9-5，摩擦系數(shù)f=0.08~0.1，取0.1， 則： ， 驅(qū)動(dòng)力矩： （3-23） 剛度校核： （3-24） 其中，45鋼， 所以剛度滿足設(shè)計(jì)要求。 強(qiáng)度校核： 根據(jù)第四強(qiáng)度理論校核螺桿強(qiáng)度： 所以螺桿強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)以上電機(jī)功率計(jì)算及螺旋傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算選擇電機(jī)39BYG250C。 3）伸縮臂殼體強(qiáng)度校核： 抗拉強(qiáng)度為145MPa，剪切強(qiáng)度為270MPa 伸縮機(jī)構(gòu)完全伸展開(kāi)時(shí)即形成一個(gè)懸臂結(jié)構(gòu)，存在受到較

39、大彎矩和剪力的危險(xiǎn)截面，因此必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。三級(jí)伸縮機(jī)構(gòu)殼采用鋁合金矩型材，去除部分材料以減輕質(zhì)量，伸縮機(jī)構(gòu)伸展開(kāi)后受到的彎矩和剪力如圖3-5所示。 圖3-5 伸縮機(jī)構(gòu)受力分析圖 在m-m和n-n截面為危險(xiǎn)截面，截面的形狀如圖3-6所示。 圖3-6 截面形狀 型材厚度為3mm。 剪切強(qiáng)度：n-n截面面積為S1=396mm2，m-m截面面積S2=446mm2 則n-n和m-m截面處的剪應(yīng)力分別為0.14MPa和0.146MPa，小于許用剪切應(yīng)力。故伸縮臂抗剪切強(qiáng)度滿足要求。 抗彎強(qiáng)度：沿著彎曲方向，n-n截面和m-m截面處的抗彎截面系數(shù)分別為： 故

40、 （3-25） 兩個(gè)可能的危險(xiǎn)截面的最大彎曲正應(yīng)力都小于許用應(yīng)力。伸縮關(guān)節(jié)的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 3.3.4 豎直升降傳動(dòng)計(jì)算 1）功率計(jì)算： 豎直升降處采用帶傳動(dòng)主要承受載荷為機(jī)械臂的自重，約20kg，200N，升降的最大速度設(shè)定為0.6m/s。則需要的電機(jī)功率約120W，取2倍安全系數(shù)，則選擇電機(jī)的最大輸出功率為250W。 2）帶傳動(dòng)計(jì)算： 帶傳動(dòng)的額定功率P取200W，小帶輪轉(zhuǎn)速n1=240r/min，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)比i=1，軸距a=1600mm，斷續(xù)工作，軸間距可調(diào)，無(wú)張緊輪。 查表8-1-74得帶的工作情況系數(shù)KA=1.3 則帶的計(jì)算功率：

41、 （3-26） 根據(jù)帶轉(zhuǎn)速及計(jì)算功率查圖8-1-13，確定選擇H型同步帶，節(jié)距，帶寬38.1mm，許用工作拉力約1000N，滿足強(qiáng)度負(fù)載要求。 查表8-1-75，可知小帶輪最小齒數(shù)，取小帶輪齒數(shù)z1=18 則帶輪分度圓直徑： （3-27） 查表8-1-60知，帶輪外徑mm 可知帶速： < （3-28） 同步帶節(jié)線長(zhǎng) （3-29） 選擇1400齒的同步帶。 本章的設(shè)計(jì)計(jì)算和關(guān)鍵部分強(qiáng)度校核可以證明，在操作臂正常受力的情況下，各個(gè)部分可以滿足強(qiáng)度要求并滿足一定的使用壽命。

42、 4 附件及控制微略 4.1 附件 洗車機(jī)械操作臂要實(shí)現(xiàn)其清洗家用轎車的功能，除去實(shí)現(xiàn)其整體動(dòng)作的機(jī)械結(jié)構(gòu)外，還需要一系列的附加設(shè)備，主要包括洗車刷、水箱、水泵等。 4.1.1 洗車刷 洗車操作臂的設(shè)計(jì)功能是要能實(shí)現(xiàn)其不同的洗車方式，主要是在洗車時(shí)加水或不加水的問(wèn)題。而通常情況下，對(duì)不同洗車條件下所使用的洗車刷也應(yīng)該不同，例如用水洗車時(shí)，通常使用質(zhì)地較軟的海綿，洗完后將水擦干則常使用厚、軟的毛巾或者是麂皮。在不用水洗而只是簡(jiǎn)單除去汽車表面灰塵時(shí)通常使用毛刷。因此，為滿足不同的洗車要求，最好要準(zhǔn)備多種規(guī)格的洗車刷，并與操作臂要容易拆裝。 一般的盤(pán)

43、形洗車刷市場(chǎng)上都可以買(mǎi)到，有些廠家還可以根據(jù)客戶要求訂做生產(chǎn)不同材料不同外型的洗車刷，因此洗車刷可以根據(jù)市場(chǎng)情況選擇。 4.1.2 供水系統(tǒng) 通常洗車的過(guò)程為：水沖洗—擦洗—（加洗車液擦洗—）水沖洗—揩干表面水漬。按照這個(gè)程序才能較干凈的擦洗干凈汽車表面的灰塵污物，因此操作臂的附件中必須有一套供水的設(shè)備。 供水的設(shè)備主要包括管路、閥、水泵和水箱。首先，為使噴水噴頭能夠達(dá)到汽車的所有表面，噴頭必須隨著操作臂末端移動(dòng)，因此水管要采用容易彎曲的軟橡膠管，并且在布置時(shí)應(yīng)該注意在機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)時(shí)水管不會(huì)影響運(yùn)動(dòng)或者本身產(chǎn)生纏繞等現(xiàn)象，影響操作臂的工作。水箱分為大小兩個(gè)，大的用于盛水，容量在10升左右，

44、小的一格用于裝洗車液，洗車時(shí)可以進(jìn)行靈活的選擇。水泵使水噴出時(shí)具有一定的壓力，能夠更容易地沖洗掉汽車表面灰塵等。閥采用兩位兩通式，水泵吸水端通過(guò)閥分別與水和洗車液相同，通過(guò)閥控制洗車時(shí)噴水還是噴洗車液。 4.2 控制微略 洗車機(jī)器操作臂能夠完全代替人進(jìn)行自動(dòng)化洗車，就必須要有控制系統(tǒng)。首先是感覺(jué)系統(tǒng)，即傳感器，機(jī)器人通過(guò)傳感器采集周圍信息，進(jìn)行計(jì)算分析后完成預(yù)定的操作任務(wù)，因此傳感器的合理選用是很重要的。 洗車機(jī)械操作臂中要用到的有：力傳感器、接近傳感器、視覺(jué)傳感器。力傳感器裝在洗車刷上，控制洗車的力度均勻，不會(huì)因?yàn)橄窜嚵μ髣潅嚻峄蛘咭驗(yàn)橄窜嚵μ〔料床桓蓛簟? 接近傳感器主要用于測(cè)

45、量物體間的接近程度，它不能精確測(cè)出物體間的距離，只可以判斷兩個(gè)物體接近距離是在某個(gè)距離內(nèi)還是在這個(gè)距離之外。對(duì)于洗車機(jī)械操作臂而言，由于操作臂本體結(jié)構(gòu)多為金屬結(jié)構(gòu)，與汽車表面接觸時(shí)很容易劃傷車身，這就要求操作臂的突出部位或其它容易與車身接觸的部位要與汽車保持一定的安全距離，這就需要距離傳感器，作為安全保障用。 視覺(jué)傳感器用來(lái)判斷汽車位置和汽車外形，通過(guò)視覺(jué)傳感器還可以判斷擦洗車工作是否完成。判斷完成洗車還可以通過(guò)預(yù)先輸入車型參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 另外，控制部分還包括四個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)的控制。腕關(guān)節(jié)電機(jī)只要控制轉(zhuǎn)速，可以用PWM脈寬比實(shí)現(xiàn)，用開(kāi)環(huán)控制即可。而另外的三個(gè)關(guān)節(jié)步進(jìn)電機(jī)控制要求有較精確的位置姿態(tài)

46、，需要編碼盤(pán)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的反饋控制，以提高控制精度?？刂破骺梢圆捎卯a(chǎn)品化的控制模塊。 本章只是給出了操作臂控制的可能思路，軟件部分和硬件部分都沒(méi)有開(kāi)展，因此肯定會(huì)有很多不合理的地方。  結(jié) 論 移動(dòng)機(jī)械操作臂設(shè)計(jì)是一個(gè)集機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真、檢測(cè)技術(shù)、控制技術(shù)等多門(mén)學(xué)科的綜合性問(wèn)題，本文以洗車為目的，設(shè)計(jì)了家用轎車洗車機(jī)械操作臂，主要是機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)。 本次設(shè)計(jì)任務(wù)的工作總結(jié)如下： 1）調(diào)查了汽車清洗行業(yè)的情況，包括現(xiàn)有的常用于洗車行的大型洗車設(shè)備，已有的小型、適合家用的洗車設(shè)備，以及一些洗車機(jī)械的專利發(fā)明等。 2）了解了汽

47、車清洗的一般步驟，常用洗車方法等，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了洗車機(jī)械操作臂的幾種動(dòng)作方案，并通過(guò)不同方案的比較討論得出最終的設(shè)計(jì)方案，該動(dòng)作方案較為靈活，能夠完成汽車表面的簡(jiǎn)單清洗。 3）根據(jù)設(shè)計(jì)要求為操作比的各個(gè)部分選擇材料，并通過(guò)比較各種驅(qū)動(dòng)形式和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)選擇驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)方式，設(shè)計(jì)各個(gè)關(guān)節(jié)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并簡(jiǎn)單估算了驅(qū)動(dòng)功率，完成部分關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)選型，對(duì)關(guān)鍵部位強(qiáng)度進(jìn)行校核。 4）利用ug對(duì)機(jī)械操作臂進(jìn)行了三維建模、裝配，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)模擬和質(zhì)量分析，得出機(jī)械臂整體質(zhì)量（不包括水箱、水泵等）約為40kg，基本滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)得到操作臂的可移動(dòng)平臺(tái)尺寸為575460，占地面積約0.3m2，但是在

48、高度方向上操作臂的尺寸超過(guò)兩米，存放方面存在較大問(wèn)題，需要降低尺寸。 5）用CAD進(jìn)行裝配體二維平面圖制作，并用CAD畫(huà)了部分零件的零件圖。 6）文章最后提出了洗車刷等附件的選擇和控制微略，為操作比的最終完成提供參考。  致 謝 三年大學(xué)生活即將結(jié)束，想到此，三年中的每一個(gè)生活插曲都在我的腦海中閃閃而過(guò)。經(jīng)過(guò)五個(gè)多月的實(shí)習(xí)，我在蘇州軸承廠的師傅和學(xué)校指導(dǎo)老師的幫助下，順利的完成了畢業(yè)論文要求的任務(wù)。 畢業(yè)實(shí)習(xí)是高職高專院校人才培養(yǎng)過(guò)程中一項(xiàng)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，能夠更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)生理論和實(shí)踐的結(jié)合；是學(xué)生根據(jù)自身所學(xué)專業(yè)知識(shí)，到相關(guān)企事業(yè)單位開(kāi)展工程研究和生產(chǎn)實(shí)

49、踐，以課題論文和項(xiàng)目成果的形式，展示學(xué)生的理論與技術(shù)應(yīng)用水平、實(shí)踐能力的綜合性實(shí)踐活動(dòng)。并為我以后的學(xué)習(xí)和工作打下了基礎(chǔ)。 通過(guò)這次實(shí)習(xí)，我把我所學(xué)的專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，使我在實(shí)踐過(guò)程中的工作能夠事半功倍，而且我還能更好地理解在學(xué)校所學(xué)的知識(shí)，做到了理論與實(shí)踐相結(jié)合。在軸承廠里，我學(xué)到更多的知識(shí)，這是書(shū)本上所不能體現(xiàn)的。而且，我增強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力。 在此，我要誠(chéng)摯的感謝我的指導(dǎo)老師張，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中給予的支持和建議，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)更加的完善。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 張福學(xué)，機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京: 電子工業(yè)出版社，

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