基于 Arduino樹干噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì)

基于 Arduino樹干噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì),基于,Arduino樹干噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì),arduino,樹干,噴涂,機(jī)器人,設(shè)計(jì) - 1 - 大連大學(xué)2017 屆 畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計(jì) ）題 目 名 稱 ： 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 設(shè) 計(jì)所在學(xué)院：機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 專業(yè)（班級）：機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動 化學(xué)生姓名：唐 磊 生指導(dǎo)教師：李 洋 流評閱人：劉 安 生院長：吳 蒙 華DALIAN UNIVERSITY - 2 - 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 設(shè) 計(jì)總 計(jì) ： 畢 業(yè) 論 文 ： 48 頁表 格 ： 6 表插 圖 ： 19 幅 指 導(dǎo) 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(jī) 器 人 自 動 控 制 技 術(shù) 與 人 機(jī) 一 體 化 技 術(shù) 結(jié) 合 起 來 ， 使 用 Solidworks、 CAD 分析 等 軟 件 設(shè) 計(jì) 研 究 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 ， 使 其 能 夠 完 成 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 的 設(shè) 計(jì) 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(jìn) 行 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 的 過 程 中 ， 充 分 利 用Solidworks 軟 件 的 功 能 ， 使 設(shè) 計(jì) 具 有 圖 形 化 、 模 塊 化 、 層 次 化 的 結(jié) 構(gòu) ， 提 高 了 設(shè) 計(jì) 效 率 。在 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) 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(zhǔn) 確 。 在 設(shè) 計(jì) 完 成 后 ， 進(jìn) 行 加 工 制 造 ， 發(fā) 現(xiàn) 加 工 過 程 中 的 問 題 ， 進(jìn) 一步 完 善 作 品 。 最 后 使 用 Arduino 控 制 板 。 對 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 進(jìn) 行 了 控 制 。 所 以 本 課 題 設(shè)計(jì) 研 究 的 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 ， 對 于 機(jī) 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(jī) 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(jī) 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(jī) 器 人 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) .- 4 -2.1 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 車 身 設(shè) 計(jì) .- 4 -2.2 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 石 灰 水 箱 設(shè) 計(jì) . - 8 -2.3 電 機(jī) 、 車 輪 、 水 泵 的 選 型 .- 10 -2.4 本 章 總 結(jié) .- 13 -3. 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 機(jī) 械 手 設(shè) 計(jì) .- 14 -3.1 機(jī) 械 手 設(shè) 計(jì) .- 14 - 3.2機(jī) 械 手 升 降 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) .- 17 -3.3 軸 承 的 選 型 與 設(shè) 計(jì) .- 22 -3.4 四 桿 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動 示 意 圖 .- 24 -3.5 本 章 小 結(jié) .- 24 -4. 控 制 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) .- 25 -4.1 Arduino控 制 方 案 .- 25 -4.2 控 制 程 序 設(shè) 計(jì) 流 程 圖 .- 26 -4.3 本 章 小 結(jié) .- 26 -5. 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 實(shí) 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(shí) 物 展 示 .- 28 -6. 結(jié) 論 .- 30 -參 考 文 獻(xiàn) .- 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(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 1 - 1.緒 論1.1 課 題 的 的 目 的 和 意 義噴 涂 機(jī) 器 人 又 叫 噴 漆 機(jī) 器 人 （ spray painting robot） ， 是 可 以 進(jìn) 行 自 動 噴 漆 工作 或 輔 助 其 他 設(shè) 備 進(jìn) 行 其 他 材 料 的 噴 涂 。 噴 漆 機(jī) 器 人 具 備 四 大 優(yōu) 點(diǎn) ， 其 一 是 自 身 結(jié) 構(gòu) 柔性 大 ， 自 身 實(shí) 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(hù) ， 可 進(jìn) 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(yùn) 轉(zhuǎn) 利 用 率 高 ， 利 用 率 可 達(dá) 90%-95%。 噴 涂 機(jī) 器 人 的 大 量 運(yùn) 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(jī) 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(jī) 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(jī) 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(jī) 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(jī) 器 人 將 會 迅 速 占 領(lǐng) 市 場 。樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 所 帶 來 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 是 一 筆 巨 大 的 財(cái) 產(chǎn) 。1.2 國 內(nèi) 外 噴 涂 機(jī) 器 人 發(fā) 展 概 況國 外 工 業(yè) 機(jī) 器 人 技 術(shù) 在 當(dāng) 今 已 經(jīng) 相 當(dāng) 成 熟 ， 且 在 自 動 化 生 產(chǎn) 過 程 中 已 裝 備 機(jī) 器 人 數(shù)量 龐 大 ， 從 剛 開 始 各 類 通 用 和 專 業(yè) 機(jī) 器 人 的 研 制 生 產(chǎn) ， 到 現(xiàn) 在 發(fā) 展 成 為 一 種 標(biāo) 準(zhǔn) 設(shè) 備 被工 業(yè) 界 廣 泛 應(yīng) 用 。 工 業(yè) 機(jī) 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(jī) 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(jī) 器 人 。在 全 球 出 現(xiàn) 了 一 批 有 競 爭 力 的 知 名 機(jī) 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(jìn) 行 研 發(fā) 得 時 間 早 、 目 前 技 術(shù) 成 熟 ， 它 們 開 發(fā) 的 機(jī) 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(jī) 交 互 功 能 更 強(qiáng) 等 方 面 發(fā) 展 ， 其 機(jī) 器 人 大 規(guī) 模生 產(chǎn) 水 平 高 ， 并 能 制 造 出 先 進(jìn) 的 自 動 化 生 產(chǎn) 線 ， 基 本 上 壟 斷 了 世 界 工 業(yè) 機(jī) 器 人 市 場 。 其中 ， 日 本 擁 有 機(jī) 器 人 的 數(shù) 量 和 產(chǎn) 量 最 多 ， 日 本 和 德 國 的 工 業(yè) 機(jī) 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(jìn) 。面 對 國 外 成 熟 技 術(shù) 和 國 內(nèi) 薄 弱 的 機(jī) 器 人 基 礎(chǔ) ， 中 國 的 機(jī) 器 人 行 業(yè) 正 面 臨 著 如 何 與 國 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 2 - 際 接 軌 、 參 與 國 際 分 工 的 巨 大 挑 戰(zhàn) 。 因 此 加 快 進(jìn) 行 工 業(yè) 機(jī) 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(qiáng) 國 的 重 要 手 段 和 必 要 途 徑 ， 必 須 堅(jiān) 持 不 懈 的 努 力 發(fā) 展 高 、 精 、尖 、 智 能 化 的 工 業(yè) 機(jī) 器 人 。我 國 現(xiàn) 代 機(jī) 器 人 研 究 和 開 發(fā) 開 始 于 20 世 紀(jì) 70年 代 ， 到 80 年 代 中 期 進(jìn) 入 現(xiàn) 代 機(jī) 器人 的 快 速 發(fā) 展 階 段 ， 在 二 十 一 世 紀(jì) 開 始 進(jìn) 入 到 機(jī) 器 人 產(chǎn) 業(yè) 化 階 段 ， 經(jīng) 過 十 多 年 努 力 ， 我國 機(jī) 器 人 裝 機(jī) 容 量 實(shí) 現(xiàn) 很 大 的 突 破 ， 開 始 向 機(jī) 器 人 全 產(chǎn) 業(yè) 鏈 的 生 產(chǎn) 制 造 發(fā) 展 。 國 家 大 力扶 持 機(jī) 器 人 技 術(shù) 和 產(chǎn) 業(yè) ,國 家 科 技 攻 關(guān) 計(jì) 劃 、 國 家 高 技 術(shù) 研 究 與 發(fā) 展 計(jì) 劃 等 ， 都 將 機(jī) 器人 的 研 究 和 開 發(fā) 列 為 我 國 機(jī) 器 人 行 業(yè) 發(fā) 展 的 重 點(diǎn) 。我 國 機(jī) 器 人 的 研 究 開 發(fā) ， 主 要 集 中 在 高 等 院 校 的 重 點(diǎn) 實(shí) 驗(yàn) 室 和 各 研 究 所 中 ， 如 清 華大 學(xué) 、 北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 、 哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 、 中 國 科 學(xué) 研 究 院 大 學(xué) 、 上 海 交 通 大 學(xué) 、 南開 大 學(xué) 等 高 校 ， 他 們 在 機(jī) 器 人 的 基 礎(chǔ) 技 術(shù) 研 究 以 及 原 理 性 樣 機(jī) 研 制 方 面 做 了 大 量 的 研 究 工 作 ， 并 為 國 內(nèi) 機(jī) 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(yàn) 樣 機(jī) 在 很 多 方 面取 得 接 近 或 超 過 國 際 先 進(jìn) 水 平 的 一 系 列 成 果 ， 但 距 離 投 入 實(shí) 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(jìn) 行 產(chǎn) 業(yè) 化 、 大 批 量 的 工 業(yè) 生產(chǎn) 。 目 前 ， 我 國 對 于 機(jī) 器 人 的 研 發(fā) 主 要 包 括 數(shù) 控 機(jī) 床 關(guān) 鍵 技 術(shù) 與 裝 備 、 機(jī) 器 人 各 類 自 動生 產(chǎn) 線 、 優(yōu) 化 機(jī) 器 人 各 種 操 作 、 智 能 控 制 以 及 對 應(yīng) 的 軟 硬 件 設(shè) 計(jì) 和 機(jī) 器 人 運(yùn) 動 軌 跡 規(guī) 劃等 。 噴 涂 機(jī) 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(jī) 械 、 電子 、 輕 工 行 業(yè) ， 這 些 行 業(yè) 對 噴 涂 機(jī) 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(jī) 械 電 子 部 北 京 自 動 化研 究 所 生 產(chǎn) 的 PT系 列 噴 漆 機(jī) 器 人 得 到 了 較 好 的 評 價 。噴 涂 機(jī) 器 人 是 一 種 主 要 用 于 表 面 加 工 、 與 進(jìn) 行 美 化 工 作 的 特 殊 機(jī) 器 人 ， 可 以 實(shí) 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(jìn)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(jìn) 行 評 價 的 重 要指 標(biāo) 也 是 噴 涂 機(jī) 器 人 的 重 要 檢 測 指 標(biāo) 。 噴 涂 機(jī) 器 人 實(shí) 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(jī) 器 人 進(jìn) 行 噴 漆 工 作的 主 要 優(yōu) 點(diǎn) 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(fèi) ， 實(shí) 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(jī) 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(yùn) 用 不 同 程 度 的 機(jī) 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(jì) 實(shí) 用 的噴 漆 機(jī) 器 人 有 很 重 要 的 現(xiàn) 實(shí) 意 義 。 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 3 - 1.3 本 論 文 研 究 的 主 要 內(nèi) 容本 文 通 過 對 工 業(yè) 機(jī) 器 人 的 研 究 學(xué) 習(xí) ， 在 對 工 業(yè) 噴 漆 機(jī) 器 人 進(jìn) 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(jī) 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(jī) 器 人 是 將 機(jī) 械 和 電 子 控 制 結(jié) 合在 一 起 的 機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品 ， 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 主 要 采 用 滾 珠 絲 杠 結(jié) 構(gòu) 、 四 桿 機(jī) 構(gòu) （ 平 行 四 邊 形 原理 ） 、 車 身 設(shè) 計(jì) 等 ， 控 制 結(jié) 構(gòu) 主 要 采 用 Ardunio控 制 軟 件 控 制 各 部 分 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 的 運(yùn) 動 。樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 的 三 維 建 模 圖 如 圖 1-1所 示 。本 論 文 設(shè) 計(jì) 的 主 要 內(nèi) 容 如 下 ：（ 1） 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 的 三 維 建 模 模 型 。（ 2） 車 身 結(jié) 構(gòu) 、 噴 涂 機(jī) 械 手 、 噴 嘴 、 機(jī) 械 手 升 降 機(jī) 構(gòu) 、 石 灰 箱 、 石 灰 水 罐 裝 機(jī) 等 機(jī)構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) 。 （ 3） 各 種 機(jī) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 說 明 。（ 4） 控 制 程 序 設(shè) 計(jì) 。（ 5） 實(shí) 物 制 作 及 制 作 過 程 中 問 題 的 解 決 。 圖 1-1樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 三 維 建 模 圖 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 4 - 2 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)2.1樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 車 身 設(shè) 計(jì)2.1.1設(shè) 計(jì) 信 息 采 集在 連 大 校 園 內(nèi) 有 很 多 樹 木 ， 我 們 通 過 隨 機(jī) 采 樣 ， 在 校 園 內(nèi) 采 集 100顆 樹 木 的 周 長 ，對 這 些 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 研 究 ， 以 確 定 機(jī) 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(jì) 念 園 、 博 學(xué) 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(jìn) 行 隨 機(jī) 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(jìn) 行 隨 機(jī) 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(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 5 - 2.1.2 信 息 處 理 結(jié) 果采 用 繪 制 散 點(diǎn) 圖 、 折 線 圖 等 數(shù) 據(jù) 處 理 方 法 ， 對 所 采 集 到 的 信 息 進(jìn) 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(diǎn) 圖 圖 2-2 樹 干 涂 白 高 度 折 線 圖 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 6 - 圖 2-3 樹 干 圍 欄 尺 寸 折 線 圖通 過 散 點(diǎn) 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(jì) 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(jì) ， 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(jī) 器 人 的 機(jī) 械 手 要 完全 包 裹 住 樹 干 ， 故 機(jī) 械 手 的 半 徑 要 大 于 111.41mm， 取 整 之 后 我 們 采 用 半 徑 為 120mm的 機(jī)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(jì) ， 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(jì) 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(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 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(jī) 構(gòu) 由 噴 涂 機(jī) 械 手 臂 、 龍 門 架 及 對 應(yīng) 的 支 撐 運(yùn) 動等 部 分 組 成 ， 第 一 層 主 要 放 置 驅(qū) 動 機(jī) 構(gòu) ， 放 置 四 個 伺 服 驅(qū) 動 電 機(jī) 、 一 個 滾 珠 絲 杠 驅(qū) 動 電機(jī) 、 石 灰 水 箱 與 機(jī) 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(jī) 。 第 一 層與 第 二 層 之 間 進(jìn) 行 焊 接 ， 將 它 們 連 接 在 一 起 。 然 后 ， 將 機(jī) 械 手 升 降 機(jī) 構(gòu) 安 裝 在 車 身 上 組成 完 整 的 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 的 車 身 結(jié) 構(gòu) 。 設(shè) 計(jì) 圖 如 2-4所 示 。 圖 2-4 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 三 維 模 型 圖 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 8 - 2.2 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 石 灰 水 箱 設(shè) 計(jì)2.2.1 石 灰 水 箱 尺 寸 設(shè) 計(jì)樹 干 噴 涂 機(jī) 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(jìn) 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(jì) 算 得 樹 干 的 涂 白 后 的 體 積 為 24175710.6 47213795.0 3mm ， 通 過 計(jì) 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(jī) 器 人 車 身 的 第 二 層 設(shè) 計(jì) 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(jī) 器 人 提 供 長 達(dá) 180棵 樹 木 的 噴 涂 工 作 ， 實(shí) 現(xiàn) 了 樹干 噴 涂 機(jī) 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(jì)樹 干 噴 涂 機(jī) 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(jì) 石 灰 水 罐 裝 機(jī) 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(jī) 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(shí) 物 制 作 石 灰 水 罐 裝 管道 圖 ， 圖 2-7 是 石 灰 水 罐 裝 機(jī) 構(gòu) 罐 裝 口 圖 。 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 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(jī) 構(gòu) 罐 裝 口 圖 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 10 - 2.3 電 機(jī) 、 車 輪 、 水 泵 的 選 型2.3.1 電 機(jī) 的 選 型樹 干 噴 涂 機(jī) 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(jī) 的 選 擇 很 重 要 。 圖 2-8 車 輪 電 機(jī) 圖機(jī) 械 所 需 輸 入 功 率 Pw由 機(jī) 器 工 作 阻 力 和 運(yùn) 動 參 數(shù) 計(jì) 算 求 得 ,即0.24KW0.959550 1.780.0011196753.769550TnP 輸 出 功 率 計(jì) 算 ： KW25.00.950.24PdP 取 P =1.2 0.25=0.3 KW根 據(jù) 表 2-9電 機(jī) 選 用 要 點(diǎn) 選 擇 電 機(jī) 。 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 11 - 選 擇 要 點(diǎn) 一 根 據(jù) 機(jī) 械 負(fù) 載 特 性 、 生 產(chǎn) 工 藝 、 電 網(wǎng) 要 求 、 建 設(shè) 費(fèi) 用 、 運(yùn) 行 費(fèi) 用 綜 合 指標(biāo) ， 合 理 選 擇 電 動 機(jī) 的 類 型 。選 擇 要 點(diǎn) 二 根 據(jù) 機(jī) 械 負(fù) 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(jī) 的 功 率 ， 使 功 率 匹 配 合 理 ， 并 具 有 適 當(dāng) 的 備 用 功 率 ， 力 求 運(yùn)行 安 全 、 經(jīng) 濟(jì) 可 靠 。選 擇 要 點(diǎn) 三 根 據(jù) 使 用 場 所 的 環(huán) 境 ， 選 擇 電 動 機(jī) 的 防 護(hù) 等 級 和 結(jié) 構(gòu) 型 式 。選 擇 要 點(diǎn) 四 根 據(jù) 生 產(chǎn) 機(jī) 械 的 最 高 機(jī) 械 轉(zhuǎn) 速 和 傳 動 調(diào) 速 系 統(tǒng) 的 要 求 ， 選 擇 電 動 機(jī) 的 轉(zhuǎn)速 。選 擇 要 點(diǎn) 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(jī) 的 轉(zhuǎn)速 。選 擇 要 點(diǎn) 六 根 據(jù) 電 網(wǎng) 電 壓 、 頻 率 ， 選 擇 電 動 機(jī) 的 額 定 電 壓 、 頻 率 ?？?結(jié) 在 選 用 電 動 機(jī) 時 ， 要 努 力 執(zhí) 行 國 家 技 術(shù) 經(jīng) 濟(jì) 政 策 ， 積 極 采 用 節(jié) 能 產(chǎn) 品 和新 產(chǎn) 品 ， 提 高 綜 合 經(jīng) 濟(jì) 效 益 。 表 2-4 電 機(jī) 選 用 要 點(diǎn)最 后 選 用 24V 直 流 伺 服 電 機(jī) 。2.3.2車 輪 的 選 型樹 干 噴 涂 機(jī) 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(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 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(jī) 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(jì)樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 要 將 石 灰 水 箱 中 的 石 灰 水 輸 送 到 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 的 機(jī) 械 手 噴 嘴 ， 進(jìn)行 噴 涂 作 用 。 所 以 在 噴 涂 機(jī) 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(jī)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(jī) 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(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 13 - 水 泵 的 要 求 如 下 :（ 1） 為 了 實(shí) 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(jì) 尺 寸 ： 390*210*670mm；石 灰 水 罐 裝 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) ： 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(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 14 - 3、 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 機(jī) 械 手 設(shè) 計(jì)3.1、 機(jī) 械 手 設(shè) 計(jì)3.1.1 機(jī) 械 手 設(shè) 計(jì) 方 案方 案 一 ： 面 噴 涂 機(jī) 械 手機(jī) 械 手 采 用 U字 型 機(jī) 械 手 ， 通 過 夾 持 裝 置 ， 夾 持 住 樹 干 的 兩 個 側(cè) 邊 面 ， 先 對 其 進(jìn) 行噴 涂 ， 之 后 機(jī) 械 手 隨 著 車 身 做 周 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動 與 上 下 升 降 運(yùn) 動 完 成 整 棵 樹 的 涂 白 工 作 。 機(jī) 械 手結(jié) 構(gòu) 如 圖 3-1所 示 。 圖 3-1面 噴 涂 機(jī) 械 手 圖方 案 二 ： 整 體 包 裹 噴 涂 機(jī) 械 手整 體 包 裹 噴 涂 機(jī) 械 手 是 利 用 關(guān) 節(jié) 的 原 理 ， 首 先 先 將 機(jī) 械 手 打 開 ， 將 樹 干 放 入 到 其 中 ，在 機(jī) 械 手 關(guān) 閉 的 整 個 過 程 中 ， 機(jī) 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(shí) 現(xiàn) 樹 干 的 包 裹 ， 然 后 利 用 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 的 升 降 機(jī) 構(gòu) 帶 動 機(jī) 械 手 自 上 而 下 的 進(jìn) 行 移動 ， 一 個 周 期 后 ， 便 可 完 成 樹 干 的 涂 白 工 作 。 機(jī) 械 手 結(jié) 構(gòu) 如 圖 3-2所 示 。 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 15 - 圖 3-2整 體 包 裹 噴 涂 機(jī) 械 手 圖方 案 三 ： 噴 嘴 霧 化 機(jī) 械 手噴 嘴 霧 化 機(jī) 械 手 是 利 用 霧 化 器 將 石 灰 水 在 機(jī) 械 手 噴 嘴 處 霧 化 后 噴 涂 到 樹 干 的 原 理 。機(jī) 械 手 在 作 業(yè) 前 首 先 處 于 張 開 狀 態(tài) ， 運(yùn) 動 到 距 離 樹 干 合 適 距 離 時 ， 逐 步 慢 慢 控 制 機(jī) 械 手的 關(guān) 閉 。 關(guān) 閉 后 的 狀 態(tài) 是 ： 樹 干 噴 涂 機(jī) 械 手 的 噴 嘴 距 離 樹 干 有 一 定 的 距 離 ， 在 石 灰 水 通過 水 泵 運(yùn) 輸 到 機(jī) 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(jī) 械手 關(guān) 閉 后 ， 在 升 降 機(jī) 構(gòu) 的 帶 動 下 ， 自 上 而 下 進(jìn) 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(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 16 - 圖 3-3噴 嘴 霧 化 機(jī) 械 手3.1.2 機(jī) 械 手 設(shè) 計(jì) 方 案 選 擇樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) 的 核 心 是 噴 涂 機(jī) 械 手 的 選 擇 ， 我 們 首 先 對 噴 涂 機(jī) 器 人 機(jī) 械 手 臂的 設(shè) 計(jì) 方 案 進(jìn) 行 比 較 。 比 較 方 案 如 表 3-1所 示 。表 3-1 噴 涂 機(jī) 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(jī) 械 手 的 三 種 設(shè) 計(jì) 方 案 進(jìn) 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(biāo) 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(jī) 械 手 設(shè) 計(jì) 方 案 。 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 17 - 3.1.3 機(jī) 械 手 張 開 、 閉 合 設(shè) 計(jì)機(jī) 械 手 張 開 設(shè) 計(jì) ：樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 機(jī) 械 手 張 開 設(shè) 計(jì) ， 主 要 采 用 四 連 桿 結(jié) 構(gòu) ， 通 過 四 連 桿 的 運(yùn) 動 ， 帶 動機(jī) 械 手 的 張 開 與 閉 合 。機(jī) 械 手 的 開 口 角 度 由 連 桿 的 最 大 角 來 確 定 ， 最 終 實(shí) 現(xiàn) 對 樹 干 的 包 圍 。3.1.4 機(jī) 械 手 石 灰 水 注 入 設(shè) 計(jì)機(jī) 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(shí) 現(xiàn) 樹 干 的 整 體 全 部 噴 涂 以 及 一 次 性 噴 涂 任 務(wù) 。3.2機(jī) 械 手 升 降 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)3.2.1 設(shè) 計(jì) 方 案方 案 一 ： 鑒 于 叉 車 的 機(jī) 械 臂 通 過 鏈 條 的 傳 動 ， 可 以 實(shí) 現(xiàn) 高 效 率 的 工 作 ， 提 高 了 機(jī) 械 手 的 可 載 重 量 ， 且 設(shè) 計(jì) 結(jié) 構(gòu) 比 較 簡 單 。 借 鑒 叉 車 機(jī) 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(jī) 械 手 進(jìn) 行 傳 動 ， 使 其 實(shí) 現(xiàn) 上 下 的 升 降 運(yùn) 動 。方 案 二 ： 預(yù) 采 用 滾 珠 絲 杠 結(jié) 構(gòu) 對 機(jī) 械 手 進(jìn) 行 上 下 的 升 降 運(yùn) 動 ， 絲 杠 結(jié) 構(gòu) 能 夠 實(shí) 現(xiàn) 高效 率 的 傳 動 ， 且 運(yùn) 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(zhǔn) 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(zhǔn) 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(dá) 92%一 99%，功 率 消 耗 相 當(dāng) 于 普 通 絲 杠 傳 動 的 1/4一 1/3，同 時 由 于 發(fā) 熱 小 ， 可 以 實(shí) 現(xiàn) 高 速 運(yùn) 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(yùn)動 轉(zhuǎn) 換 成 克 線 運(yùn) 動 ， 也 能 將 直 線 運(yùn) 動 轉(zhuǎn) 換成 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 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(jì) 算由 2.1 節(jié) 設(shè) 計(jì) 可 得 ， 樹 干 的 涂 白 高 度 為 1050mm， 故 我 們 設(shè) 計(jì) 的 機(jī) 械 手 升 降 高 度 大 樹 干 噴 涂 機(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 18 - 于 1050， 可 實(shí) 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(jì) ：滾 珠 絲 杠 結(jié) 構(gòu) 是 將 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動 轉(zhuǎn) 化 為 直 線 運(yùn) 動 ， 或 將 直 線 運(yùn) 動 轉(zhuǎn) 化 為 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動 的 理 想結(jié) 構(gòu) 。 本 設(shè) 計(jì) 采 用 將 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動 轉(zhuǎn) 化 為 直 線 運(yùn) 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(jī) 和 精 密 機(jī) 械 上 最 常 使 用 的 傳動 元 件 ， 其 主 要 功 能 是 將 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動 轉(zhuǎn) 化 成 線 性 運(yùn) 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(diǎn) 。滾 珠 絲 杠 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 ：（ 1） 絲 杠 副 的 導(dǎo) 程 maxmaxh niVP :maxV 最 高 移 動 速 度 ；:nmax 電 機(jī) 最 大 轉(zhuǎn) 速 ；：i 傳 動 比電 機(jī) 與 絲 杠 之 間 為 齒 輪 連 接 式 ， 4i ；查 得 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 為 1500r/minnmax 得 mmPh 67.0查 現(xiàn) 代 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 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(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 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(dǎo) 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(jì) 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(jì) 算 出 mamh dCP 2, 在 現(xiàn) 代 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 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(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 20 - NFp 733(6)行 程 補(bǔ) 償 值 與 拉 伸 力行 程 補(bǔ) 償 值 3108.11 utlC (3-9)式 中 an 2LLLl ku (3-10)查 現(xiàn) 代 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 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(fù) 荷根 據(jù) 現(xiàn) 代 機(jī) 床 使 用 手 冊 選 取 軸 承 型 號 規(guī) 格當(dāng) BPFmmd 預(yù) 加 負(fù) 荷,30 ,所 以 選 7602030TVP 軸 承2336N2900N,30 BPFmmd 預(yù) 加 負(fù) 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(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 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(jī) 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(yàn) 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(jī) 器 人 設(shè) 計(jì) - 22 - 其 中 ： 正 壓 力： 靜 摩 擦 系 數(shù)： 靜