无攀爬式全自动高空接线机器人结构设计【15张图/15100字】【优秀机械毕业设计论文】

文档包括:
说明书一份,38页,15100字左右.
开题报告一份.

图纸共15张,如下所示
A0-装配图.dwg
A1-推杆等四个零件图.dwg
A1-主动轮等四个零件图.dwg
A2-架子.dwg
A3-小架子.dwg
A3-抓线杆.dwg
A4-三张零件图.dwg

摘 要
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。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。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。因此，无攀爬式全自动高空接线机器人应运而生，该机器人通过实现高空握持导线、不规则的圆周绕线运动和横向进给运动等动作，来完成绕线任务。通过对各种方案的对比，决定采用斜齿轮传动绕线，螺旋传动进给来实现主要功能。
本设计构思新颖，而且具有结构轻便、经济适用、效率高、安全等显著优势，顺应时代发展方向，具有很高的可行性，适用于各种工作场合。

关键词：无攀爬式；自动绕线；斜齿轮传动；进给；螺旋传动

ABSTRACT
In this information era, more and more heavy, dangerous and difficult works are being done by robot, manipulator included. The connection of bare high-tension wire has always been troubled steeplejacks. It’s extremely dangerous, and the work condition is hard, so people have to get help from the aloft working car. In recent years, more and more people are concentrated on development of device of full-automatic high altitude wiring. They try to find a convenient, economical, safely and efficient program to solve this problem. Then the no climbing full-automatic high altitude wiring robot comes out. It accomplishes its task by holding wires in high attitude, coiling in circle irregularly and transverse feed. Through the comparison of several programs, the helical gearing and screw driven are used to wiring and feed, respectively. 
This design has a novel idea, and it has advantage of light structure, economic and applicable, efficient and safely. It complies with the development of era and can work in any conditions.

Key words: no climbing; full-automatic wiring; helical gearing; feed; screw driven

目 录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究目的和意义 1
1.2.1 课题研究目的 1
1.2.2 课题研究意义 1
1.3 国内外发展现状 2
1.4 发展前景展望 4
第2章 总体方案确定 5
2.1 齿轮齿条绕线机构 5
2.2 内啮合齿轮绕线机构 6
2.3 斜齿轮啮合绕线机构 6
2.4 本章小结 7
第3章 参数的确定及电机的选择 8
3.1 绕线机构参数的确定 8
3.2 进给机构参数的确定 11
3.3 抓线和导线握持机构参数的确定 13
3.3.1 抓线机构参数确定 13
3.3.2 导线握持机构参数的确定 15
3.4 电机的选择 16
3.4.1 进给机构电机的选择 16
3.4.2 握持机构电机的选择 17
3.5 本章小结 18
第4章 绕线机构设计 19
4.1 绕线机构结构设计 19
4.2 进给机构结构设计 20
4.3 支架结构设计 20
4.4 本章小结 22
第5章 抓取机构的设计 24
5.1 抓线机构结构设计 24
5.2 导线握持机构结构设计 24
5.3 本章小结 25
第6章 实体机构装配 26
6.1 实体机构装配 26
6.2 本章小结 29
结论 30
参考文献 31
致谢 32

毕业设计（论文）开题报告

1 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：
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个行星架和支承在行星架上的几个行星齿轮组成的，称为1个行星排。行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈及行星架有一个共同的固定轴线，行星齿轮支承在固定于行星架的行星齿轮轴上，并同时与太阳轮和齿圈啮合。当行星齿轮机构运转时，空套在行星架上的行星齿轮轴上的几个行星齿轮一方面可以绕着自己的轴线旋转，另一方面又可以随着行星架一起绕着太阳轮回转，就像天上行星的运动那样，兼有自转和公转两种运动状态（将星齿轮的名称即因此而来），在行星排中，具有固定轴线的太阳轮、齿圈和行星架称为行星排的3个基本元件。行星齿轮机构可按不同的方式进行分类，按照齿轮的啮合方式不同，行星齿轮机构可以分为外啮合式和内啮合式两种。外啮合式行星齿轮机构体积大，传动效率低，故在汽车上已被淘汰；内啮合式行星齿轮机构结构紧凑，传动效率高，因而在自动变速器中被广为使用。按照齿轮的排数不同，行星齿轮机构可以分为单排和多排两种。多排行星齿轮机构是由几个单排行星齿轮机构组成的。按照太阳轮和齿圈之间的行星齿轮组数的不同，行星齿轮机构可以分为单行星齿轮式和双行星齿轮式两种。
全自动绕线机构要用直径为2mm的细线将直径粗10mm的导线握在一起，然后用1分钟左右的时间完成绕线过程。所以考虑到本设计要求经济适用，效率高，优先考虑行星齿轮机构和齿轮齿条机构，这两种机构较绕线机相比，更符合设计要求，机构轻便，而且价格适宜，具有更强的实用性，更加大众化。除此之外，带传动，四杆机构等也可以绕线，具体设计就要根据设计内容和要求而确定。
2.2初步可行性研究
无攀爬式全自动高空接线机器人的主要优点：
(1)经济性：现在使用的高空作业车格价一般为几百万不等，经济性低，需要使用者的经济承受能力很强；而无攀爬式全自动高空接线机器人的价格在几千元左右，与前者相比，优越性一目了然。
(2)安全性：高空作业安全一直是我国的重中之重，而本设计可避免这一问题，安全性高。
(3)效率高：无攀爬式全自动高空接线机器人在绕线过程中的时间约为1分钟，而整个过程约为2分钟，与较传统的方法相比较，工作效率大大提高。
(4)适用范围广：在何种环境均可工作，对工作条件没有特别高的要求，实用性强。
鉴于以上优点，无攀爬式全自动高空接线机器人具有很高的可行性。
3 基本内容、拟解决的主要问题
3.1基本内容
本设计主要完成无攀爬式的高空遥控作业，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。具体内容为用绕线直径为2mm的铝质绑线将直径为10mm的引线和导线缠在一起，并完成导线的固定工作，绕线用时1分钟左右。
3.1.1无攀爬式全自动高空接线机器人的拟实现工作流程
(1)用绝缘拉杆插入拉杆插孔后，送机器人接近引线，控制机器人右手抓住引线；
(2)送机器人接近导线，控制机器人左右手同时握住导线；
(3)控制机器人用嘴咬住导线和引线后，使绑线如舌头一样，勾住导线和引线，同时身体做绕导运动，将绑线缠在导线和引线上；
(4)最后，用嘴咬断多余绑线后，工作结束。
3.2 拟解决问题
(1)机器人手臂要能够抓住引线，并握住导线。
(2)绕线机构将导线和引线缠在一起，在绕线结束之后，将绑线两头固定，保证其不会松动。
4 技术路线
通过查阅资料，明确设计目的，进行总体结构方案的拟定，经过对运动和动力参数的计算，进行绕线机构、握持机构、进给机构等的结构设计，然后进行总体装配图的绘制，最后，绘制主要零件工作图，编写设计说明书。
5 进度安排
2月27日～3月20日：分配任务，书写开题报告；
3月21日～4月10日：查阅资料，进行设计分析；
4月11日～4月18日：拟定总体设计方案；
4月19日～5月3日： 运动和力学参数的计算；
5月4日～5月10日：绕线机构、握持机构、进给机构等结构设计
5月11日～5月30日：绘制无攀爬式全自动高空接线机器人总体装配图
6月1日～6月10日：绘制主要零件工作图，编写设计说明书；
6月11日～6月15日：完成设计，准备答辩。
6 主要参考文献
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