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擦玻璃幕墙机器人结构设计参考

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1、本页为“1毕业论文封面(共1页)”,点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息,可一直保留,不影响打印。(本行右侧的红色顺序编码制几个字也是非打印信息)顺序编码制 密级:_ 本科生毕业设计(论文)擦玻璃幕墙机器人结构设计题 目:_ 作 者:_41240048学 号:_机械工程学院学 院:_机械工程及自动化专 业:_成 绩:_ 年 月本页为“3毕业论文声明页(共1页)”,点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息,可一直保留,不影响打印。本科生毕业设计(论文)擦玻璃幕墙机器人结构设计题 目: Constructi

2、on Design of a Glass英文题目: Cleaning Robot 机械工程学院学 院: 机自1202班 级: 学 生: 41240048学 号: 副教授指导教师: 职称: 指导教师: 职称: 声 明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得研究结果。论文在引用他人已经发表或撰写的研究成果时,已经作了明确的标识;除此之外,论文中不包括其他人已经发表或撰写的研究成果,均为独立完成。其它同志对本文所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表达了谢意。学生签名:_ 年 月 日导师签名:_ 年 月 日本页为“4毕业论文任务书(共1页或2页)”,点击菜单“UST

3、B本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息,可一直保留,不影响打印。毕 业 设 计(论 文)任 务 书_一、学生姓名: 学号:41240048二、题目:擦玻璃幕墙机器人结构设计三、题目来源:真实、自拟四、结业方式:设计、论文五、主要内容:1.国内外机器人的发展概况及发展前景; 2.擦玻璃幕墙机器人的设计方案的确定与设计计算; 3.擦玻璃幕墙机器人的三维模型与工程图绘制; 4.主要零件的强度刚度分析。 六、主要(技术)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、设备装置有足够的机械强度和刚度,运动平稳。 3、结构简单,维修方便;

4、4、工作量按学校统一要求。 七、日程安排:第1-2周:资料准备、实习、实习报告、外文资料翻译、开题报告; 第3-4周:方案比较、确定; 第5-7周:主要零件设计计算; 第8-11周:绘制三维模型零部件; 第12-14周:工程图绘制; 第15-16周:撰写论文;答辩。 八、主要参考文献和书目:1刘极峰, 丁继斌. 机器人技术基础 北京:高等教育出版社,2012 2李金泉, 杨向东, 付铁.码垛机器人机械结构与控制系统设计 .北京:北京理工大学出版社,2011 3日本机器人学会编 ,宗光华, 程君实等译. 新版机器人技术手册.北京:科学出版社,2007 4. 宋伟刚.机器人学:运动学、动力学与控制

5、.北京:科学出版社,2007 5. 赵长明, 刘万菊. 数控加工工艺及设备.北京:高等教育出版社,2008 6. 成大先.机械设计手册.化学工业出版社 .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 指导教师签字:年月日 学 生 签 字:年月日 系(所)负责人章:年月日 本页为“5毕业论文摘要(

7、1页或2页)”,点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息,可一直保留,不影响打印。摘 要随着小型机械和控制技术的发展,机器人逐步走进了人们的生活。一些高危工作、重复性工作、工作环境恶劣的工作都将由机器人来代替人类执行,如高空作业、粉尘含量高的工作环境等。机器人作业的优点是在机器人不出故障的前提下可以连续作业、工作质量均匀等。因此本文对涉及高空作业、重复性工作和大量灰尘的玻璃幕墙清洁工作提出了一种机器人作业方案。本设计通过AUTO INVENTOR和AUTO CAD等计算机辅助设计软件进行结构设计,采用机械、气动、电气等复合设计,从而达到高效、高可靠性

8、的要求。本文通过对机器人常用吸附方式、载体结构、驱动方式等的比较,确定了本文所研究的擦玻璃幕墙机器人的总体方案。本设计中的擦玻璃幕墙机器人是工作范围较大的大型机器人,其中,机器人本体采用6061铝合金型材组合机架,整个机体通过真空吸盘吸附在玻璃幕墙上。通过300mm的大行程气缸推动机器人前进,通过50mm的小行程气缸对机器人进行压下,从而调节毛刷的压下力。通过86系列步进电机带动装有三个圆盘刷的运动梁在机架上滑动进行扫刷,通过42系列直流电机带动圆盘刷转动,其中直流电机采用速比为27的行星减速器进行减速增矩。该机器人的特点是效率高,清洁效率约为;越障性能好,采用框架结构可以有效避免窗框对机器人

9、的阻碍;工作半径大,机器人静止时的工作范围是 。关键词:玻璃幕墙,清洁,机器人,真空吸附,气动执行机构- I -本页为“6毕业论文Abstract(1页或2页)”,点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息,可一直保留,不影响打印。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 -本页为“7毕业论文目录(1页或若干页)”,点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息,可一直保留,不影响打印。目 录摘 要IAbstractIII附表清单VII插图清单VIII注释说明清单IX1 引 言12 设计系统总体方案22.1 吸附方式的比较22.2 载体结构的比较22.3 驱动方式比较32.4 总体方案简图32.5 传感器选择(气动擦窗机器人的控制和环

16、境检测)43 选择动力装置53.1 真空吸盘选型(真空吸盘的设计及应用)53.1.1 真空吸盘吸附原理53.1.2 真空吸盘的吸附能力53.1.3 吸盘安全性验算83.2 真空发生器选型(http:/www.s-)83.2.1 真空发生装置选择83.2.2 真空发生器原理83.3 气泵选型93.4 电动机选型103.4.1 毛刷设计103.4.2 运动梁步进电机选型103.4.3 带传动设计113.4.4 毛刷旋转普通电机选型143.5 减速器选型163.5.1 真空吸盘的切换频率163.6 结构件选型174 选择执行机构184.1 推进气缸选型184.2 压下气缸选型215 传动装置设计25

17、5.1 圆盘驱动轴设计255.1.1 按转矩估算轴径255.2 圆盘驱动轴承选型255.2.1 初选轴承型号265.2.2 计算当量动载荷265.2.3 求寿命265.3 带轮驱动轴设计265.3.1 按转矩估算轴径265.4 圆盘驱动轴承选型275.4.1 初选轴承型号275.4.2 计算当量动载荷275.4.3 求寿命276 受力分析286.1 框架简支梁受力分析286.1.1 强度计算286.1.2 刚度计算297 重量校合318 结 论32参考文献33附录A外文文献原文35附录B外文文献译文37附录C39在学取得成果40致 谢41- VI -本页为“8毕业论文图表清单页(可选,1页或若

18、干页)”,点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息,可一直保留,不影响打印。附表清单表1.1 壁面移动机器人几种吸附方式的比较2表1.2 壁面移动机器人几种载体结构的比较2表2.1 机器人三种驱动方式比较3表3.1 真空发生器技术参数18表3.2 真空发生器技术参数29表3.4 便携式车载气泵技术参数10表3.5气缸技术参数11插图清单图2.1 总体驱动方案3图2.2 清洗驱动方案4图2.3 吸盘吸附原理5图2.4 吸盘剖视图7图2.5 吸盘配管8图2.7气缸实物图11图2.8铝型材截面图及工艺参数13图3.1 真空发生器符号图8图3.2 真空发生器

19、实物图8图3.3 便携式车载气泵实物图10图4.1 机器人每次向前推进爬行时的受力分析12- VIII -本页为“9毕业论文注释说明清单页(可选,1页或若干页)”,点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息,可一直保留,不影响打印。注释说明清单- IX -本页为“10毕业论文正文页(若干页)”,点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息,可一直保留,不影响打印。1 引 言2015年3月5日,十二届全国人大三次会议在人民大会堂举行开幕会,国务院总理李克强作政府工作报告上提出“中国制造2025”,这不仅是对我国工业

20、下一阶段发展的重要指导,也是向世界先进水平看齐的重要策略。因此机器人的发展必将成为历史舞台的主角,特别是特种机器人的发展,将会更受关注。特种机器人包含一个重要的领域生活服务类机器人。这也将成为极其重要的一个研究领域,从某种程度上讲,生活服务类机器人不仅是一个国家科技水平的体现,也是人民生活水平的重要决定因素。随着建筑水平的提高,玻璃幕墙建筑在我们的现实生活中越来越多,因为它有光鲜亮丽的特点,所以被人们所青睐。但是,玻璃幕墙由于风吹日晒雨淋的缘故极容易结灰尘,因此擦玻璃幕墙机器人成了很多学者和企业研究的对象。前人在擦玻璃幕墙机器人方面也做了一些研究,但是大多都受到工作效率低、不能连续工作,安全性

21、差、容易伤人的限制。因此本文在前人的研究基础上对擦玻璃幕墙机器人进行了较大的改进。基于安全性的考虑,该机器人采用安全绳悬挂,防止因机器人意外坠落砸到玻璃幕墙下方的人。基于机器人本体重量的考虑,该机器人采用外部供水的方式对玻璃进行清洗。基于机器人工作的连续性,该机器人采用外部供电的方式进行作业。因此该机器人可以在墙面上安全连续地工作而不需要考虑加水、充电等问题。本文中设计的机器人机械结构简单,易于加工、装配和维修,而且成本低、效率高。其中,机器人采用铝合金型材框架,大大减轻了工作重量。框架的推进采用4个大行程气缸同时推动,不仅行进速度快而且清洁环保。同时框架的压下也使用气缸压下,使得毛刷的压下力

22、更易于控制。毛刷装在动梁上,与框架和墙壁垂直,动梁可以在框架上来回移动,使得玻璃清洁的更干净。2 设计系统总体方案机器人的总体机械结构方案多种多样,有连杆式、框架式、箱体式等;执行机构也是多种多样,有电动马达执行机构、液压马达执行机构、气动执行机构,甚至有现在流行的直线电机执行机构等。本节通过对常用设计方案进行比较,确定本文设计的机器人的总体方案。2.1 吸附方式的比较表2. 1壁面移动机器人几种吸附方式的比较1 吸附方式优点缺点真空吸附单吸盘易实现小型化,轻量化,结构简单,易于控制。要求壁面有一定的平滑度,越障能力低,对于复杂壁面不适应,遇到缝隙或凹凸面,负压难以维持。多吸盘吸盘尺寸小,密封

23、性较好,吸盘吸附稳定可靠,越障能力和带负载能力均较强。吸盘增多会使结构复杂化,控制难度增加。磁吸附永磁体能产生较大的吸附力,不受壁面凹凸或缝隙的限制,不消耗电能,不受断电的影响。只能在导磁壁面上爬行,步行时磁体与壁面难脱离。电磁体能产生较大的吸附力,不受壁面凹凸或缝隙的限制,控制较方便。只能在导磁壁面上爬行,维持吸附力需要耗能,电磁体本身很重。推力吸附对壁面形状材料适应能力强。负载小,难控制,噪声大,体积大,效率低。综合以上,选择多吸盘真空吸附式机器人。2.2 载体结构的比较表2. 2壁面移动机器人几种载体结构的比较1载体类型优点缺点车轮式移动速度快,行走控制简单着地面积小,维持吸附力比较困难

24、履带式对壁面适应能力强,着地面积大体积大,结构复杂,转弯较为困难,重量较大脚步式对壁而适应能力强,越障能力和带负载能力均较强移动速度慢,动作有间歇性,结构复杂,控制难度大框架式结构简单,刚性较好,控制方便,越障能力和带载能力均较强移动速度慢,有间歇性综合以上,选择框架式结构。2.3 驱动方式比较表2. 3机器人三种驱动方式比较特点液压传动气压传动电机传动结构重量轻重一般控制距离中短短不限信号转换容易较难很容易技术成熟性好好好构造难度方便一般一般负载能力一般较大较大可靠性好好好可控性一般好好综合以上,选择气压传动驱动方式。2.4 总体方案简图综合以上方案比较,机器人的总体驱动方案简图如下:123

25、4567图2.1总体驱动方案1清洗机构运动梁2同步带轮3压下机构4滑块5吸盘固定板6吸盘7步进电机1234图2.2清洗驱动方案1电机2谐波减速器3联轴器4清洗圆盘刷3 选择动力装置3.1 真空吸盘选型(真空吸盘的设计及应用)3.1.1 真空吸盘吸附原理真空吸附装置是依靠真空源产生的真空吸力来对物体进行起吊、搬运及夹持的一种省力机械。和机械、电磁起吊装置相比,具有以下特点:(1)结构简单、成本低;(2)安装方便、操作容易,(3)维修费用少;(4)不损伤工件;(5)吸附、放开工件迅速,(6)工件材料的种类不限,(7)最大吸附力有限,(8)难以得到准确的位置精度。真空吸盘是真空吸附装置的执行元件,它

26、将真空能转化为机械能。真空吸盘设计的合理程度直接影响着真空吸附装置的工作性能。根据不同的应用场合,有效地选择、设计真空吸盘是成功地应用真空吸附技术的关键之一。图2.3吸盘吸附原理3.1.2 真空吸盘的吸附能力根据实际情况,真空吸盘最大真空度取-0.08Mpa,由于工作表面是玻璃,工作过程中取摩擦系数为【8真空吸附式壁面清洗机器人结构设计与研究_田静眉】(3- 1)真空吸附技术是以大气压为作用力。在吸盘与工件形成的密闭容积内(图1所示),通过真空源抽出一定量的气体分于来使压力降低,使吸盘的内外形成压力差。在这个压力差的作用下把吸盘压向工件,从而把工件吸起。吸盘所产生的吸附力为:(3- 2)式中:

27、吸附力,;吸盘内真空度(相对压力),;吸盘的有效吸附面积,;安全系数。通常取吸盘的有效吸附面积为吸盘面积的80%左右,真空度取最大值的90%左右。安全系数随使用条件而异,水平吸附时取,垂直吸附时取。安全系数除上述条件外,还应考虑以下因素:(1)工件吸附表面的粗糙度;(2)工件表面是否有油份附着;(3)工件移动的加速度,(4)工件重心与吸附力作用线是否重合;(6)工件的材料。要根据实际情况再增加1-2倍。由于该机器人要求的最大工作质量是,机器人本体的质量预估是,故则该机器人工作时的总质量为,总重力是,依据图2.1,爬行时,最少只有4条腿(20个吸盘)处于工作状态,记单个吸盘与墙壁的摩擦力为,故(

28、3- 3)摩擦力(3- 4)真空度(3- 5)由式(3- 6) 吸盘有效面积吸盘面积吸盘直径因此,选取SMC公司的丁睛橡胶吸盘ZPT125HNA16,其剖视图和配管分别是图2.5和图2.6。图4.4吸盘剖视图图4.5吸盘配管3.1.3 吸盘安全性验算由第五章 玻璃的力学性能得玻璃强度,取玻璃强度为,吸盘面积为,玻璃可以承受的最大吸盘力,故此时玻璃足够安全。3.2 真空发生器选型3.2.1 真空发生装置选择真空发生装置一般有两种:真空泵和真空发生器。真空发生器和真空泵有结构简单、成本低、安装维修方便、真空产生解除快的优点,但消耗功率大,要不间断的供应压缩空气。由于本机器人是全气动的,必须有一个连

29、续供气的气源,从各个方面综合考虑选择真空发生器作为真空发生装置。3.2.2 真空发生器原理真空发生器是利用文丘利原理工作的,它利用空气射流的卷吸现象,在喷管两端压差高于定值后,喷射管射出高速射流,将扩散腔的气体抽走,使该腔形成很低的真空度。在吸附口装上吸盘就可以形成一定的吸力而工作。图3.1所示为真空发生器符号图,P为进气口,右侧为出气口,V为真空口。高速气流从P口入右侧口出,将扩散腔V中的气体抽走,使V中形成一定的真空度。图3.1真空发生器符号图根据技术参数见表3.1,真空发生器选择SMC公司的ZH系列盒式标准型真空发生器ZH07BS-06-06,其中供气口和真空口的直径均为,节流口的直径为

30、0.7mm,真空度为-88kPa,质量28g。其实物图见图3.2。图3.2真空发生器实物图表3.1真空发生器技术参数13.3 气泵选型 ( 由于选取的真空发生器入口压力为0.5MPa,气缸由于其工作压力较小(0.40.6MPa)(机械设计手册气压传动与控制p112),故选用如图3.3所示的便携式车载气泵,表3.4为其技术参数表。由于 ,该泵的压力是0.9653MPa,约为1MPa,符合使用要求。图3.3便携式车载气泵实物图表3.2便携式车载气泵技术参数3.4 电动机选型3.4.1 毛刷设计毛刷的设计直径为,机器人工作过程中共使用3个毛刷,其与玻璃接触的总面积为。3.4.2 运动梁步进电机选型取

31、清洗毛刷与玻璃的动摩擦系数【机器人壁面自动清洗系统的工程研究_张海洪】,考虑到滑动导轨采用铝合金材料,并采取润滑措施,故取其摩擦系数【各种材料摩擦系数表】。根据以往实验推算,清洗毛刷与玻璃的正压力和滑动导轨上的正压力为。【博士论文】故清洗毛刷与玻璃的摩擦力(5- 1)滑动导轨的摩擦力(5- 2)工作机受到的总阻力电动机功率工作机实际需要的电动机输出功率,;工作机需要的输入功率,;电动机到工作机之间传动装置的总效率。由于工作机采用2级同步带传动,同步带传动效率【同步带传动_百度百科】,故工作机阻力,;工作机线速度,;工作机的效率。取,3.4.3 带传动设计计算项目代号公式及数据单位说明设计功率取

32、带型由于,选择带轮转速 ,故选择L型带。节距9.525带速带轮节径,取传动比为1,带轮齿数,取节线长,取初定中心距(),取,取括号内的整数部分故一条带即可满足设计要求。查表得基准宽度同步带的许用工作拉力,单位长度的重量故电机的阻力矩。根据图3-4,选择中国米思米公司86系列HSTM86型保持力矩为步进电机,重量1.7kg。注:图3.4电机参数1图3.5毛刷受力分析13.4.4 毛刷旋转普通电机选型图3.6毛刷受力分析2每个毛刷受到玻璃的摩擦阻力所产生的阻力矩为 其中R为圆盘毛刷的半径故每个工作机功率工作机阻力矩,;工作机转速,;工作机的效率。取,每个电动机功率工作机实际需要的电动机输出功率,;

33、工作机需要的输入功率,;电动机到工作机之间传动装置的总效率。由于工作机最多采用2级同步带传动,同步带传动效率【同步带传动_百度百科】,故根据图3-7,选择中国米思米公司42系列FBLM42型52.5W无刷直流电机,重0.45kg。图3.7电机参数23.5 减速器选型选择普菲德数控公司的SEN SUDRIVE 42行星减速机,减速比27:1。3.5.1 真空吸盘的切换频率对于固定的吸盘容积,其内真空达到所需值的时间t1和解除真空的时间t2之和,称为该吸盘的切换周期。切换周期的倒数称为吸盘的切换频率。切换频率的大小反映了吸盘的动作快慢程度,在实际工作中,需满足机器的整个工作循环时间对该项技术指标的

34、要求。真空形成时间t1受两个因素的影响:(1)真空源本身的抽吸能力;(2)管道对气流的阻碍作用。对于真空发生器,则(3)式中,V真空系统的容积,(L);C由真空度而定的常数,真空发生器的型式指数。其中C、是生产厂家给定的参数,在真空发生器的产品样本或说明书中可以查到。3.6 结构件选型图4.6铝型材截面图及工艺参数结构件选择上海澳宏金属制品有限公司的铝型材。4 选择执行机构4.1 推进气缸选型图4.7机器人每次向前推进爬行时的受力分析假设机器人每次向前推进爬行时作初速度为零的匀加速直线运动,则初速度,由于机器人要求的工作速度范围是,取最大值作为匀加速直线运动的末速度,则末速度为 。机器人每次向

35、前推进爬行的设计行程是 ,由(4-1)机器人向前推进爬行时,在竖直方向爬行时,所需推动力最大,记最大推动力为F,虚加惯性力为 ,气缸导向导轨阻力为,其中是机器人向前推进爬行时气缸导向导轨在垂直于壁面方向上的正压力,由于此时清洁毛刷不工作,故此时正压力可忽略不计。由达朗贝尔原理可得(4-2)根据机械设计手册气压传动与控制p101,选用双作用气缸,其中D活塞直径(m)d活塞杆直径(m)p气缸工作压力(Pa)Fz气缸工作时的工作总阻力(N)气缸工作时的总阻力Fz与众多因素有关,如运行部件惯性力、背压阻力、密封处的摩擦力等。以上因素可以用载荷率 计入公式。则气缸的静推力F1和静拉力F2为 (4-3)

36、(4-4)由图4.1机器人每次向前推进爬行时的受力分析可得 (4-5)由于该机器人的气缸动态参数要求一般,且工作频率低,基本是匀速运动,其载荷率可取。此处取。当推力做功时 (4-6)当拉力做功时 (4-7)用式(4-7)计算时,活塞杆直径d可根据气缸拉力预先估定。估定活塞杆直径可用计算。将代入式(4-7),则可得 (4-8)由式(4-3),(4-4),(4-5),(4-8)可得由机械设计手册气压传动与控制p112,取气缸工作压力p=0.5MPa,由式(4-6),(4-7)可得 因此,根据表4.1的标准气缸参数圆整后,取。故驱动气缸选择SMC公司CM2系列带磁性开关的单杆双作用标准型气缸CDM2

37、L32-300 Z- V-M9BW2,其中驱动气缸选择带2个磁性开关,缸径32mm,根据表4.2确定行程为300mm,安装形式选择图4.8红色箭头所指,杆端外螺纹,杆端支件选择单肘节。根据表4.3确定单个气缸的质量根据图4.9和表4.4可得气缸的管接口是1/8管螺纹。4.2 压下气缸选型根据前述设计,机器人工作时的极限压下力为, 根据机械设计手册气压传动与控制p101,选用双作用气缸,其中D活塞直径(m)d活塞杆直径(m)p气缸工作压力(Pa)Fz气缸工作时的工作总阻力(N)气缸工作时的总阻力Fz与众多因素有关,如运行部件惯性力、背压阻力、密封处的摩擦力等。以上因素可以用载荷率 计入公式。气缸

38、压下使用气缸的静拉力F2,故 (4-9)由于该机器人的气缸动态参数要求一般,且工作频率低,基本是匀速运动,其载荷率可取。此处取。当拉力做功时 (4-10)用式(4-7)计算时,活塞杆直径d可根据气缸拉力预先估定。估定活塞杆直径可用计算。将代入式(4-7),由机械设计手册气压传动与控制p112,取气缸工作压力p=0.5MPa,则可得 (4-11)因此,根据表4.1的标准气缸参数圆整后,取。故驱动气缸选择SMC公司CM2系列带磁性开关的单杆双作用标准型气缸CDM2L40-25 Z- V-M9BW2,其中驱动气缸选择带2个磁性开关,缸径,根据表4.2确定行程为,安装形式选择图4.8红色箭头所指,杆端

39、外螺纹,杆端支件选择单肘节。根据表4.3确定单个气缸的质量根据图4.9和表4.4可得气缸的管接口是1/8管螺纹。图4.8气缸实物图表4.1气缸技术参数1表4.2气缸技术参数2表4.3气缸技术参数3图4.9气缸外形图表4.4气缸外形参数5 传动装置设计5.1 圆盘驱动轴设计5.1.1 按转矩估算轴径该轴设计为实心轴,则,其中轴传递的额定转矩,轴传递的额定功率,轴的转速,选择锻铝6A02作材料,铝合金以屈服极限为基准,除以安全系数后得许用应力,即,许用切应力。【百度百科许用应力】查机械设计手册得锻铝的,取,则取轴的许用切应力。故圆盘驱动轴轴径,取。锻铝6A02力学性能:抗拉强度条件屈服强度伸长率注

40、:棒材室温纵向力学性能试样尺寸棒材直径(方棒、六角棒内切圆直径)25。(5.2 圆盘驱动轴承选型5.2.1 初选轴承型号由于该处轴承承受轴向中载荷和径向轻载荷联合载荷,故初步选择70000AC型轴承,其主要数据如下: 。5.2.2 计算当量动载荷取毛刷的压下力为轴承轴向载荷,径向载荷,查表9-7【机械设计教程】,取。由于,查得,由下式计算当量动载荷5.2.3 求寿命由于毛刷运行载荷平稳,查表9-6故取。工作温度在以下,查表9-5,取。对于球轴承,于是故该轴承可使用约529年。5.3 带轮驱动轴设计5.3.1 按转矩估算轴径该轴设计为实心轴,则,其中轴传递的额定转矩,选择锻铝6A02作材料,铝合

41、金以屈服极限为基准,除以安全系数后得许用应力,即,许用切应力。【百度百科许用应力】查机械设计手册得锻铝的,取,则取轴的许用切应力。故带轮驱动轴轴径,取。锻铝6A02力学性能:抗拉强度条件屈服强度伸长率注:棒材室温纵向力学性能试样尺寸棒材直径(方棒、六角棒内切圆直径)25。(5.4 圆盘驱动轴承选型5.4.1 初选轴承型号由于该处轴承主要承受径向轻载荷,故初步选择61800型球轴承,其主要数据如下: 。5.4.2 计算当量动载荷由于轴承轴向载荷,取带传动的预紧力为径向载荷,查表9-7【机械设计教程】,取。由于,查得,由下式计算当量动载荷5.4.3 求寿命由于机器人运行有中等惯性力,查表9-6故取

42、。工作温度在以下,查表9-5,取。对于球轴承,于是故该轴承可使用约1.25年。6 受力分析6.1 框架简支梁受力分析6.1.1 强度计算假设机器人工作时,玻璃对毛刷的极限压力,则根据弯矩图6-1得出毛刷运动到梁的中点时弯矩最大,记梁总长为,且,故,查询机械设计手册,硬铝2A11的抗拉强度为370MPa,显然,满足强度要求。图6. 16.1.2 刚度计算,挠度7 重量校合8 结 论- 40 -参考文献1 田静眉真空吸附式壁面清洗机器人结构设计与研究D:学位论文四川:西南交通大学,20132 武丽君间隙式单吸盘爬壁机器人系统的研究:学位论文浙江:中国计量学院,20133 4 赵凯华,罗蔚茵新概念物

43、理教程:力学M北京:高等教育出版社,19955 CRAWFPRD W,GORMAN M. Futuer libraries: dreams ,madness, & realityM. Chicago: American library Association, 1995.6 International Federation of library Association and institutions. Names of persons: national usages for entry in catalogues M. 3rd ed. London: ifla international

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50、外文文献原文附录B 外文文献译文本页为“13毕业论文在学成果页(1或2页)”,点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息,可一直保留,不影响打印。附录C 在学取得成果一、 在学期间所获的奖励(应注明奖励名称、授奖机构、授奖时间等)。不用此信息时,请删除本段。二、 在学期间发表的论文(应按照参考文献的格式来填写)。不用此信息时,请删除本段。三、 在学期间取得的科技成果(应注明课题名称、参加身份、通过时间、通过方式、评定机构等)。不用此信息时,请删除本段。本页为“15毕业论文撰写指南页(若干页)”,请打印以前各页。本提示信息为非打印信息,可一直保留,不影响打印。致 谢- 41 -

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