无攀爬式全自动高空接线机器人结构设计开题报告.doc

0毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目:无攀爬式全自动高空接线机器人结构设计院系名称:机电工程学院专业班级:机械08-4班学生姓名:导师姓名:开题时间:2012年2月27日指导委员会审查意见：签字：年月日11课题研究的目的和意义1.1设计目的无攀爬式全自动高空接线机器人是为实现无攀爬式全自动高空接线而设计的机器人装置。裸高压导线输电线路的备用导线高空接线，其绕线轨迹不规范、转子线圈的线径粗、折弯力较大、折弯运动空间受限等，给高空接线增加了难度，而多自由度的高空全自动绕线装置的研究是高空接线中亟待解决的瓶颈问题。本课题根据仿生学和机器人学的原理，运用常用的机械运动机构及其组合，实现高空握持导线、不规则的圆周绕线运动和横向进给运动的全新自动绕线机器人的研究。1.2设计意义机器人可以代替人进行繁重、危险的劳动，显著减轻了工人的劳动强度和工作负担，大大改善了劳动条件，提高了劳动生产率和自动化水平。在高空裸导线的接线中，以前都需要操作人员攀高接线，劳动强度大、安全性不可靠；而无攀爬式全自动高空接线机器人能够代替工人进行高空作业，避免了工作中潜在的各种危险，同时提高了工作效率，并且减少了高压输电线路的电流损耗，也为低碳经济提供了一个新的探索方案。该设计经济实用性高，具有光明的发展前景。2文献综述2.1现状及分析裸高压导线输电线路的高空接线工作，一直是困扰高空作业人员的棘手问题，由于其危险性极大，作业条件艰难，仅靠人力很难做到，所以都是借助高空作业车的帮助来实现的。而高空作业车体积庞大且笨重，耗资巨大，而且在路况不好的地方很难行进，这就导致了很多地区的高空接线工作很难进行。近年来，越来越多的人致力于多自由度的高空全自动绕线装置的研究，试图找到一种简便、经济、安全、有效的方法，来解决这一难题。在一切追求人性化的今天，越来越多繁重、危险和高难度的工作，开始采用机器人（包括机械手）来代替人类完成。无论在国外还是国内，高空接线这种工作都已经考虑运用机器人技术。人类的很多不足都能够通过机器人来弥补，这样不仅节省了人力，而且降低了风险，同时也让机器人得到充分的利用。目前，无2攀爬式全自动高空接线机器人还没有真正投入使用，但由于其显著的优越性，即高效率、安全性高、经济性强等，正在被越来越多的专家学者研究试验，前景可观。本课题设计的无攀爬式全自动高空接线机器人主要实现高空握持导线、不规则的圆周绕线运动和横向进给运动，其主要结构有：1)握持导线机构机械手是一种能模拟人的手臂动作，按预定程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置，主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。机械手按用途分为通用机械手和专用机械手两类；按驱动方式分，有气压传动机械手、液压传动机械手、机械传动机械手和电力传动机械手；按控制方式分为点位控制和连续轨迹控制机械手。机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在PLC程序控制的条件下，采用液压传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置.本课题的机械手要能够满足抓住引线、握住导线，并且手臂最好能够进行横向伸缩，而且要具有一定的承载能力，因为在绕线机构缠线过程中，机械手要支撑住整个机构，如果承载能力不够，会出现安全问题。2)全自动绕线机构该部分的主要功能是将导线和引线用绑线缠住，绕线机、齿轮齿条机构、行星齿轮机构等均能够实现绕线动作。(1)绕线机：3绕线机，顾名思义是把线状的物体缠绕到特定的工件上的机器。欧美绕线机以其加工精度高、质量稳定而在国际绕线机市场上占有重要地位。欧美绕线机一般可绕0.01-2mm的线径，转动误差极小。绕线机用精密微机控制，以程序控制操作，这些程序极易掌握，人机对话简单，即使工作人员并无绕线工作的经验也可应付自如。目前欧洲生产的绕线机已经趋于自动化，而美国的绕线机介于自动和半自动之间，德国制造的外形比较美观，零件比较讲究，但是造价高。随着国际绕线机市场的蓬勃发展，相互间的竞争越来越激烈，各国的厂家都必须开发出新一代的绕线机。现在主要是趋向自动化的发展方向。全自动绕线机是近几年才发展起来的新机种，为了适应高效率、高产量的要求，全自动机种一般都采用多头联动设计，国内的生产厂家大多都是参照了台湾等地的进口机型的设计，采用可编程控制器作为设备的控制核心，配合机械手、气动控制元件和执行附件来完成自动排线、自动缠脚、自动剪线、自动装卸骨架等功能，这种机型的生产效率极高，大大的降低了对人工的依赖，一个操作员工可以同时照看几台这样的设备，生产品质比较稳定，非常适合产量要求高的加工场合。这种机型由于集成了数控、气动、光控许多的新技术，所以价格小则几万元高则十几万元，价格也使得许多的用户望而叹步，另外由于功能要求决定了该设备的零部件采用了大量非标准件和定制件，所以一旦出现故障相对的维修过程将会很复杂，周期也会比较长。而且这种绕线机多数形体巨大，适合大批量，高精度的工作要求场合，不是本设计的理想选择。(2)齿轮齿条机构：齿轮齿条传动将旋转运动变为直线运动，它的传动功率大，速度范围广，效率高，工作可靠，寿命长，结构紧凑，能保证恒定传动比。但是，这样的机构可以反向驱动，也就是齿条做直线运动来带动齿轮旋转，适合大距离的传动，如机床导轨底下带动拖板箱移动的就是齿轮齿条传动，齿轮齿条机构需要外加锁紧装置，因为齿轮齿条机构不能自锁。而且它的制造及其安装精度要求高，成本高，不适于两轴中心距过大的传动及振动冲击较大的场合。(3)行星齿轮机构：行星齿轮机构有很多类型，其中最简单的行星齿轮机构是由1个太阳轮、1个齿圈、1个行星