机械手毕业设计论文终稿

1、. . 青岛理工大学 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 题目：题目：高空带电作业车机械手设计高空带电作业车机械手设计 院院 别：别：汽车与交通学院汽车与交通学院 专业班级：专业班级：交通运输二班交通运输二班 学生姓名：学生姓名：台秀华台秀华 学学 号：号：200524139200524139 指导老师：指导老师：朱永强朱永强 . . 20092009 年年 6 6 月月 1818 日日 . . 摘 要 带电作业是为了保证供电设备安全、可靠运行、提高电网经济运行和服务 质量的重要检修手段。 本篇论文基于高空带电作业的需要设计了高空带电作业车机械手。为了达 到一种简易直观的效果，本文选用

2、SolidWorks 软件对其进行设计，以 SolidWorks 软件为平台，对高空带电作业机械手进行了零件建模、虚拟装配、 爆炸视图及动画演示。 本篇论文首先大致介绍了带电作业车及带电作业的知识,然后着重叙述了高 空带电作业机械手零部件建模、装配、爆炸视图及动画演示的制作方法。在机 械手的零部件设计中，主要设计底座、绝缘机构、旋转台、机械臂、液压机构、 机械手末端、专用夹具等，所使用的操作主要有拉伸、镜像、旋转、扫描等。 最后，对运用 SolidWorks 软件设计高空带电作业车机械手进行了总结。 关键词：SolidWorks，带电作业车，机械手，动作仿真 . . ABSTRACT Live

3、 Line Work has become an important means for examining and repairing，which can ensure power supply equipment to ran safely and reliable, ensuring power net to ran economically and afford better service for the users. The paper was based on the needs of live line work at height, in order to achieve a

4、 simple visual effects, SolidWorks was used to design animators of live line work trucks. As a platform for high-altitude operation, SolidWorks charged parts manipulator modeling, virtual assembly, exploded view and animation presentation. Firstly, the paper introduced the live line work trucks and

5、knowledge of live line work. And then, it focused on the high-altitude manipulator charged parts modeling, assembly, exploded view and animation demo production methods. There were lots of accessories in the robot design in the paper, such as the main design of the base, insulated body, turntable, a

6、rm, hydraulic body manipulator end, special fixtures, etc. Main operations used in the design were stretch, mirror, rotate and scanning. Finally, the design of manipulator of high-altitude operation truck used SolidWorks was summarized. Key words: SolidWorks, live line work trucks, robot, animator .

7、 . 目 录 摘 要.I ABSTRACT .II 目 录.1 1 绪论.1 1.1 研究背景.1 1.2 高空带电作业车机械手研究意义.1 1.3 本文研究内容.1 2 高空带电作业车介绍.3 2.1 带电作业.3 2.2 带电作业车机械手研究概况.3 2.2.1 国外研究概况.3 2.2.2 国内研究概况.4 3 高空带电作业车机械手设计与建模.7 3.1 高空带电作业车机械手总体设计.7 3.2 高空带电作业车机械手底座.8 3.2.1 底座的设计.8 3.2.2 底座的建模.8 3.3 高空带电作业车机械手绝缘机构.14 3.3.1 绝缘机构的设计.14 3.3.2 绝缘机构的建模.1

8、6 3.4 高空带电作业车机械手旋转台.17 3.4.1 旋转台的设计.17 3.4.2 旋转台的建模.18 3.5 高空带电作业车机械手机械臂 .27 3.5.1 机械臂的设计.27 3.5.2 机械臂的建模.27 3.6 高空带电作业车机械手液压机构.32 3.6.1 液压机构的设计.32 . . 3.6.2 液压机构的建模.34 3.7 高空带电作业车机械手末端.41 3.7.1 机械手末端的设计.41 3.7.2 机械手末端的建模.43 3.8 高空带电作业车机械手专用夹具.46 3.8.1 机械手专用夹具的设计.46 3.8.2 机械手专用夹具的建模.47 3.9 高空带电作业车机械

9、手其他小零件.51 3.9.1 机械手小零件的设计.51 3.9.2 机械手小零件的建模.52 4 高空带电作业车机械手的虚拟装配.55 4.1 机械手主要零部件的装配内容.55 4.1.1 绝缘子的装配.55 4.1.2 机械臂的装配.57 4.1.3 机械手末端的装配.58 4.2 装配体统计.60 5 机械手虚拟装配动画制作.61 5.1 装配体爆炸.61 5.2 爆炸视图的爆炸步骤.61 5.3 解除爆炸.63 6 高空带电作业车机械手动作仿真.64 6.1 高空带电作业车机械手的工作流程.64 6.1.1 准备工作.64 6.1.2 取线动作.65 6.1.3 接线对准动作.65 6

10、.1.4 接线动作.66 6.1.5 断线动作.66 6.2 动作仿真动画制作.66 6.2.1 SolidWorks Animator .66 . . 6.2.2 制作步骤.66 7 结论和展望.69 7.1 结论.69 7.2 高空带电作业车机械手发展展望.69 致 谢.71 参考文献.72 . . 1 绪论 1.1 研究背景研究背景 国际上关于现代机械手的研究始于 20 世纪中期，其技术背景是计算机和自 动化的发展，以及原子能的应用。为了能代替人在原子能实验室的恶劣环境中 去处理放射性物质，美国原子能委员会的阿尔贡研究所 1948 年开发了机械式的 主从机械手1。进入二十世纪 80 年代

11、以来，由于科学技术特别是计算机技术的 发展、各国政府以及科研人员的努力，机械手技术得到了迅猛的发展。机械手 也在各个领域得到广泛的应用，其中高空带电作业车机械手就是非制造业领域 较为典型的一种。 1.2 高空带电作业车机械手研究意义高空带电作业车机械手研究意义 带电作业已成为保证供电设备安全、可靠运行、提高电网经济运行和为用 户服务质量的一个重要检修手段。带电作业的价值也是非常明显的，经济效益 和社会效益都是很可观的。 但是，过去几十年里， （特别是在我国）带电作业都是人工完成的，即所谓 人工带电作业。人工带电作业虽然创造过不少“奇迹” ，但也存在着许多固有缺 陷，首先在人们的心理上和实践中总

12、是存在安全方面的重大威胁；其次，所需 设备复杂、造价昂贵，对作业人员的技术水平和熟悉程度要求都很高，从而限 制了人工带电作业的发展。并且，在今后输电线路的发展中，为了减少线路走 廊的空间，将出现紧凑型杆塔的线路。这种类型的线路，将给保证人工带电作 业的安全距离带来困难。 使用机械手作业可以提高配电可靠性、提高带电作业人员的人身安全，降 低作业的劳动强度，提高带电作业的自动化水平。 1.3 本文研究内容本文研究内容 本文基于高空带电作业的需要，运用 solidWorks 软件，设计了高空带电作 业车机械手。首先进行机械手的总体设计与建模，高空带电作业车机械手主要 . . 零部件有底座、绝缘机构、

13、旋转台、机械臂、液压机构、机械手末端、专用夹 具等；其次，分别对该零部件的设计过程作了详细介绍；再次，讲解机械手各 零部件的具体装配过程和爆炸视图过程；最后运用 SolidWorks Animator 描述 机械手的动画仿真的制作过程。 机械手是高空带电作业车重要组成部分，合理地设计机械手各组成机构的 零件布局、运动原理，可以大大提高现有机械手的安全性，操纵稳定性以及轻 便性，提高使用性能、减小总成体积、降低生产成本、保证产品质量稳定，以 便逐步推广和普及。 本设计要解决的主要问题是学习 SolidWorks 软件并使用 SolidWorks 软件 设计高空带电作业车机械手的各个零部件，对其进

14、行虚拟装配，作业方式也作 了扼要说明，并进行动作仿真动画演示。 . . 2 高空带电作业车介绍 2.1 带电作业带电作业 带电作业是在高压电器 设备上进行不停电检修、部 件更换或测试的作业。带电 作业是一项特殊的工程技术， 它直接涉及人的生命安全。 如图 2-1。 2.2 带电作业车机械手带电作业车机械手 研究概况研究概况 2.2.1 国外研究概况国外研究概况 为了提高带电作业的自动化水平和安全性，减轻操作人员的劳动强度和强 电磁场对操作人员的人身威胁，许多国家都先后开展了高空带电作业车的研究， 如日本、西班牙、美国、加拿大、意大利等国家先后开展了对高空带电作业车 的研究。在日本,由九州电力公

15、司和安川机器人公司合作，于 1984 牛开始了高 空高压带电作业机械手的研究。现在，日本的高空高压带电作业机械手研究已 经进入第三代（Phase ） 。日本的第一代机器人（Phase）已经达到实用化 的程度。美国、加拿大也是在 80 年代中期开展了高空带电作业车的研究。西班 牙在 1990 年首次开展了带电作业机械手的研制，并于 1994 年完成了第一个阶 段的工作2。 纵观国外 20 多年来带电作业车的发展历史，可以将其分为三代： 第一代，主从控制式。这也是国外正在广泛使用的形式，以日本为代表， 采取主从控制，有两个作业机械臂，工作人员在高空的工作室中，通过控制手 柄或主手对机器人的作业进行

16、控制的形式。如图 2-2 所示。 第二代，半自主式。操作人员在地面控制机械手作业，应用了一些视觉、 图 2-1 带电作业 . . 激光测距等传感器，能识别作业目标的大体位置，通过人机交互来精确定位， 不能识别较为复杂的环境。如图 2-3 所示。 第三代，全自主式。目前尚未研制出样机，具有较高的智能，具有对环境 的三维识别、自身控制以及自主作业决策的功能，这种全自主的机器人研制尚 需一定的时日。 图 2-2 日本第一代高空带电作业车 图 2-3 日本第二代高空带电作业车3 2.2.2 国内研究概况国内研究概况 根据国内带电作业的发展来看，带电作业技术发展可以分为四个阶段4： 1、绝缘防护技术阶段

17、。在这一阶段里，操作工人通过绝缘手套、绝缘服、 绝缘鞋直接对带电设备进行带电作业。由于这种作业方式危险性较大，国内已 经废止。 2、绝缘工具技术阶段。操作人员通过绝缘工具间接进行带电作业，如利用 环氧树脂玻璃布管做成的绝缘工具进行带电作业。这种作业方式需要操作人员 具有很熟练的操作技巧，并且属于高空作业，因此劳动强度大、危险性高。 3、绝缘斗臂车技术阶段。操作人员借助于绝缘斗臂车进行带电作业，与上 述两个阶段相比，作业方式有了较大的进步，减轻了工人登高的劳动强度，增 大了绝缘防护力度。国内带电作业水平现在正处于这个阶段。 4、机器人技术阶段。利用机械手辅助或代替人进行带电作业，不仅保证了 .

18、. 操作人员的人身安全，而且大大地降低了劳动强度、提高劳动效率和操作的规 范性，还可以做到全天候带电作业。 通过调查，潍坊市总供电公司辖有诸城、寿光、青州、安丘、高密、昌乐、 昌邑、临朐、寒亭 9 个供电公司，城区、坊子、峡山、滨海、开发区 5 个供电 部。每个供电单位有至少 2 台的高空带电作业车，全部为第三阶段绝缘斗臂车 技术阶段的高空带电作业车。 现在国内汽车厂商生产的高空带电作业车如图 2-4，2-5，2-6 所示。 图 2-4 北汽福田生产的奥铃高空带电作业车 图 2-5 北汽福田生产的欧马可高空带电作业车 . . 图 2-6 青特集团青岛中汽特种汽车有限公司生产的高空带电作业车 1

19、999 年，山东电力集团公司在国内首次对第四阶段的高空带电作业车进行 了立项。2002 年 3 月，山东省电力研究院、山东鲁能智能技术有限公司和济宁 电业局成功研制出我国第一台“高压带电作业机器人” ，这是我国具有自主知识 产权的高空带电作业车样机（如图 2-7） 。2002 年 l1 月 l2 日，该高空带电作业 车样机通过国家验收鉴定。2008 年，该高空带电作业车普及推广工程已经启动， 预计 2009 年年底进入实用化应用5。 2005 年 2 月 26 日由山东科技大学机器人研究中心承担，经过两年多的努 力，研制成功的“配电带电作业机器人”在济南通过了 863 专家组验收6。 图 2-

20、7 山东省电力研究院设计的高压带电作业机器人实验室样机 . . 3 高空带电作业车机械手设计与建模 3.1 高空带电作业车机械手总体设计高空带电作业车机械手总体设计 高空带电作业车主要组成部分：拖动汽车及其底盘、升降系统 、机械手。 根据我国电力系统的实际情况，为了避免机械手结构上不必要的繁琐和复 杂程度，降低高空带电作业车的研制和生产成本，提高工效，选择了主从控制 操作式高空带电作业车机械手的设计。该机械手的性能介于国外第一代和第二 代高空带电作业车之间，即操作人员在绝缘斗内进行操作，采用局部人机交互 智能控制技术。 该机械手设计的关键是高空带电作业车机械手机构的设计、绝缘安全和专 用夹具设

21、计。 本设计所设计的高空带电作业车机械手主要由如下部分组成：底座、绝缘 机构、旋转台、机械臂、液压机构、机械手末端、专用夹具。如图 3-1，3- 2，3-3 所示。 图 3-1 高空带电作业车机械手总装配图 . . 图 3-2 机械手末端装配图 图 3-3 机械手夹具 该机械手的功能：以主从遥控方式，利用机械手末端所携带的相应专用工 具，可以完成 10kV 线路的带电断线、带电接线、带电修补导线、带电更换绝缘 子、带电更换跌落开关、带电更换避雷器等。并且，该机器人所能完成 10kV 线 路带电作业工作的种类和质量跟机械手末端所携带的专用工具也是密切相关的。 如携带断线钳时，可以剪断导线；携带压

22、线钳时，可以接线。 操作人员在绝缘斗内进行操作，采用人机交互智能控制技术来控制作业机 械手完成相应的带电作业工作。带电断线、带电接线、带电修补导线时采用主 从操作。机械手在完成精确作业任务如更换绝缘子、更换跌落开关、更换避雷 器等任务时采用主从与自主结合的方法进行控制。 3.2 高空带电作业车机械手底座高空带电作业车机械手底座 3.2.1 底座的设计底座的设计 底座的设计比较简单， 最终生成的零件图,如图 3-4 所示。 3.2.2 底座的建模底座的建模 完成如图 3-4 所示高 空带电作业车机械手底座 的设计流程如下： 图 3-4 高空带电作业车机械手底座 . . (1)新建文件。首先打开

23、SolidWorks 软件，在下拉菜单选择“文件” “新建”命令或标准工具栏“新建”图标, 选择“零件”，单击确定 7如图 3-5 所示。 (2)草图绘制 1。在绘图前先选定前视为绘图的基准面，然后单击正视于 进行绘图。单击矩形在基准面上画一矩形，并通过智能尺寸修改尺寸。 如图 3-6 所示。 图 3-5 新建文件 图 3-6 草图绘制 1 (3)生成拉伸 1。单击拉伸进行拉伸，如图 3-7 所示，输入给定深度尺寸。 图 3-7 生成拉伸 1 (4)草图绘制 2。单击基准面 1，如图 3-8 所示。单击正视于,单击 矩形在基准面上画一矩形，并通过智能尺寸修改尺寸，如图 3-9。 . . 图 3

24、-8 基准面 1 图 3-9 草图绘制 2 （5)生成切除拉伸 1。单击切除拉伸进行切除拉伸，如图 3-10 所示， 选择完全贯穿。 图 3-10 生成切除拉伸 1 （6)草图绘制 2。单击基准面 2，如图 3-11 所示。单击正视于,单击矩 形在基准面上画两个矩形，并通过智能尺寸修改尺寸，如图 3-12。 图 3-11 基准面 2 图 3-12 草图绘制 2 . . （7)生成切除拉伸 3。单击切除拉伸进行切除拉伸，如图 3-13 所示， 选择完全贯穿。 图 3-13 切除拉伸 3 （8)草图绘制 3。单击基准面 3 如图 3-14 所示。单击正视于,单击中心 线在基准面上画中心线，单击圆在

25、基准面上画出所需直径的圆，单击镜 像实体得到对称圆，并通过智能尺寸修改尺寸。如图 3-15。 图 3-14 基准面 3 . . 图 3-15 草图绘制 3 （9)生成切除拉伸 6。单击切除拉伸进行切除拉伸，如图 3-16 所示， 选择成形到下一面。 图 3-16 生成切除拉伸 6 （10)生成圆角。单击圆角如图 3-17 生成圆角 2，如图 3-18 生成圆角 3，如图 3-19 生成圆角 4。 . . 图 3-17 圆角 2 图 3-18 圆角 3 . . 图 3-19 圆角 4 （11）保存。单击保存，底座设计完成。 3.3 高空带电作业车机械手绝缘机构高空带电作业车机械手绝缘机构 3.3

26、.1 绝缘机构的设计绝缘机构的设计 为了保证操作人员与高压电场完全隔离，就是要求操作人员在作业时不能 接触到机械手各部位，进行操作的各电器设备相对于操作人员的电位差均为 0。高空带电作业车进行作业时操作人员站立于绝缘斗内，操作机器人主手、机 器人主控计算机控制机械手进行作业。这就要求机器人绝缘斗、机器人主手、 机器人主控计算机均与高压电场绝缘。为保证作业人员的人身安全，设计的机 械手采用了如下绝缘防护措施： （1）绝缘夹具、涂料 高压带电作业机械手末端夹具是与高压线路直接接触的部分，为保证整个 电器系统的高压安全以及机器人作业平台对地绝缘。机械手末端设计了绝缘夹 具保证高压线与机械臂绝缘，机器

27、人从手覆盖绝缘涂料，防止相间短路。 （2）无线电传输 当机械手末端夹具绝缘防护失灵时，高压电会经控制回路使机器人主手带 . . 电。操作人员操作机器人主手时会造成人身事故。为此在主控制系统与从控制 系统之间加装了无线数传台，对主控制柜与从控制柜进行电器隔离，达到后备 防护的目的。 无线电传输的使用如图 3-20 所示： 图 3-20 无线电传输 机器人控制系统中的主控电脑采集主手位置信息，通过无线电传输发送到 机器人从控制柜，机器人主控制柜与从控制柜之间没有任何电器连接。 （3）绝缘部件 机械手本体安装于作业平台上，共两个机械手，每个机械手包括旋转台， 八个机械臂，四个液压缸，一个机械手末端，

28、八个夹具。由于整个机器人系统 的重量较大考虑到整个升降平台的机械强度， 整个平台为钢结构支架。由于机器人从手直 接接触高压导线，必须考虑两机械臂之间的 绝缘、机械臂与作业平台之间的绝缘，其它 各组件之间的绝缘以及对作业平台的绝缘， 为此必须考虑增加绝缘机构。因此在底座与 旋转台之间增加绝缘机构不失为一个好方法。 设计的绝缘部件，如图 3-21 所示。每个 机械手通过 4 个绝缘部件与旋转台相连，如 图 3-22 所示。 图 3-21 绝缘部件 . . 3-22 绝缘部件连接方式 3.3.2 绝缘机构的建模绝缘机构的建模 完成如图 3-21 所示高空带电作业车机械手 绝缘机构的设计流程如下： (

29、1)新建文件。首先打开 SolidWorks 软件， 在下拉菜单选择“文件”“新建”命令或标准 工具栏“新建”图标, 选择“零件”，单 击确定。 (2)草图绘制 1。在绘图前先选定前视为绘 图的基准面，然后单击正视于进行绘图。单 击中心线和直线在基准面上画中心线和 直线，并通过智能尺寸修改尺寸，如图 3-23 所示。 (3)生成旋转凸台 2。单击旋转凸台 进行旋转，如图 3-24 所示，选择选项。 图 3-23 草图绘制 1 . . 图 3-24 生成旋转凸台 2 （4）保存。单击保存，绝缘部件设计完成。 3.4 高空带电作业车机械手旋转台高空带电作业车机械手旋转台 3.4.1 旋转台的设计旋

30、转台的设计 设计的高空带电作业车机械手旋转台分上下两部分，如图 3-25，3-26 所示。 旋转台下部通过绝缘部件与底座固定，旋转台上部通过螺栓与下臂固定，如图 3-27 所示。驱动方式为液压旋转马达。 图 3-25 旋转台下 图 3-26 旋转台上 . . 图 3-27 旋转台连接方式 3.4.2 旋转台的建模旋转台的建模 1.完成如图 3-25 所示高空带电作业车机械手旋转台下的设计流程如下： (1)新建文件。首先打开 SolidWorks 软件，在下拉菜单选择“文件” “新建”命令或标准工具栏“新建”图标, 选择“零件”，单击确定。 (2)草图绘制 1。在绘图前先选定前视为绘图的基准面，

31、然后单击正视于 进行绘图。单击矩形在基准面上画一矩形，并通过智能尺寸修改尺寸， 如图 3-28 所示。 图 3-28 草图绘制 1 (3)生成拉伸 1。单击拉伸进行拉伸，如图 3-29 所示，输入给定深度尺 寸。 . . 图 3-29 生成拉伸 1 (4)草图绘制 2。单击基准面 1 如图 3-30 所示。单击正视于,单击圆 在基准面上画圆，并通过智能尺寸修改尺寸。如图 3-31 所示。 图 3-30 基准面 1 图 3-31 草图绘制 2 (5)生成拉伸 2。单击拉伸进行拉伸，如图 3-32 所示，输入给定深度尺 寸。 . . 图 3-32 生成拉伸 2 (6)草图绘制 3。单击基准面 2，

32、如图 3-33 所示。单击正视于,单击圆 在基准面上画圆，并通过智能尺寸修改尺寸，如图 3-34。 图 3-33 基准面 2 图 3-34 草图绘制 3 (7)生成拉伸 3。单击拉伸进行拉伸，如图 3-35 所示，输入给定深度尺 寸。 . . 图 3-35 生成拉伸 3 （8)草图绘制 4。单击基准面 3，如图 3-36 所示。单击正视于,单击中 心线在基准面上画中心线，单击圆在基准面上画出所需直径的圆，单击 镜像实体得到对称圆，并通过智能尺寸修改尺寸，如图 3-37。 图 3-36 基准面 3 图 3-37 草图绘制 4 （9)生成切除拉伸 1。单击切除拉伸进行切除拉伸，如图 3-38 所示

33、， 选择完全贯穿。 . . 图 3-38 生成拉伸 1 （10)生成圆角。单击圆角，如图 3-39 生成圆角 1。 图 3-39 生成圆角 1 （11）保存。单击保存，旋转台下设计完成。 2.完成如图 3-26 所示高空带电作业车机械手旋转台上的设计流程如下： (1)新建文件。首先打开 SolidWorks 软件，在下拉菜单选择“文件” “新建”命令或标准工具栏“新建”图标, 选择“零件”，单击确定。 (2)草图绘制 1。在绘图前先选定前视为绘图的基准面，然后单击正视于 . . 进行绘图。单击矩形在基准面上画一矩形，并通过智能尺寸修改尺寸。 如图 3-40 所示。 图 3-40 草图绘制 1

34、(3)生成拉伸 1。单击拉伸进行拉伸，如图 3-41 所示，输入给定深度尺 寸。 图 3-41 生成拉伸 1 (4)草图绘制 2。单击基准面 1，如图 3-42 所示。单击正视于,单击圆 在基准面上画圆，并通过智能尺寸修改尺寸，如图 3-43。 . . 图 3-42 基准面 1 图 3-43 草图绘制 2 （5)生成切除拉伸 1。单击切除拉伸进行切除拉伸，如图 3-44 所示， 选择给定深度。 图 3-44 生成切除拉伸 1 （6)草图绘制 3。单击基准面 2，如图 3-45 所示。单击正视于,单击中 心线在基准面上画中心线，单击矩形在基准面上画出矩形，单击镜像实 体得到对称圆，并通过智能尺寸

35、修改尺寸，如图 3-46。 . . 图 3-45 基准面 2 图 3-46 草图绘制 3 （7)草图绘制 4。单击基准面 3，如图 3-47 所示。单击正视于,单击中 心线在基准面上画中心线，单击圆在基准面上画出所需直径的圆，单击 镜像实体得到对称圆，并通过智能尺寸修改尺寸，如图 3-48。 图 3-47 基准面 3 图 3-48 草图绘制 4 （8)生成切除 拉伸 2。单击切除拉 伸进行切除拉 伸，如图 3-49 所示， 选择给定深度。 （9）同理对另 两个进行切除拉伸 后如图 3-50 所示。 图 3-49 生成切除拉伸 2 . . 图 3-50 切除拉伸 （10)生成圆角。单击圆角，如图

36、 3-51 生成圆角 1，如图 3-52 生成圆 角 3。 图 3-51 生成圆角 1 图 3-52 生成圆角 3 . . （11）保存。单击保存，旋转台上设计完成。 3.5 高空带电作业车机械手机械臂高空带电作业车机械手机械臂 3.5.1 机械臂的设计机械臂的设计 机械臂有两种方案：方案一为长方体如图 3-54；方案二为圆柱体如图 3- 53。 因为长方体中间为空心，使得机械手的质量大大减轻，对于进行高空作业 的高空带电作业车的升降系统来说这无疑是最大的优势。其次对于此机械手来 说，长方体的结构比圆柱体的结构更为稳定。因而，采用长方体方案。 所设计的机械手有四个机械臂：（1）下臂如图 3-5

37、4；（2）中臂如图 3- 55；（3）上臂如图 3-56；（4）小臂如图 3-57。 图 3-53 下臂圆柱体方案 图 3-54 下臂 图 3-55 中臂 图 3-56 上臂 图 3-57 小臂 3.5.2 机械臂的建模机械臂的建模 1.完成如图 3-54 所示高空带电作业车机械手机械臂的设计流程如下： (1)新建文件。首先打开 SolidWorks 软件，在下拉菜单选择“文件” . . “新建”命令或标准工具栏“新建”图标, 选择“零件”，单击确定。 (2)草图绘制 1。在绘图前先选定前视为绘图的基准面，然后单击正视于 进行绘图。单击矩形在基准面上画一矩形，并通过智能尺寸修改尺寸， 如图 3

38、-58 所示。 图 3-58 草图绘制 1 (3)生成拉伸 1。单击拉伸进行拉伸，如图 3-59 所示，输入给定深度尺 寸。 图 3-59 生成拉伸 1 (4)草图绘制 2。单击基准面 1，如图 3-60 所示。单击正视于,单击矩形 在基准面上画一矩形，并通过智能尺寸修改尺寸，如图 3-61 所示。 . . 图 3-60 基准面 1 图 3-61 草图绘制 2 (5)生成拉伸 2。单击拉伸进行拉伸，如图 3-62 所示，输入给定深度尺 寸。 图 3-62 生成拉伸 2 (6)草图绘制 3。单击基准面 2，如图 3-63 所示。单击正视于,单击中心 线在基准面上画中心线，单击圆在基准面上画出所需

39、直径的圆，并通过 智能尺寸修改尺寸，如图 3-64 所示。 . . 图 3-63 基准面 2 图 3-64 草图绘制 3 （7)生成切除拉伸 1。单击切除拉伸进行切除拉伸，如图 3-65 所示， 选择完全贯穿。 图 3-65 生成切除拉伸 1 （8）同理生成切除拉伸 2,如图 3-66。 图 3-66 生成切除拉伸 2 （9)生成圆角。单击圆角,如图 3-67，生成圆角 2，如图 3-68 生成圆 . . 角 8。 图 3-67 生成圆角 2 图 3-68 生成圆角 8 （10）保存。单击保存，下臂设计完成。 2.其它机械臂：中臂、上臂、小臂也都是用拉伸、切除来做。不做赘述。 尺寸如图 3-6

40、9，3-70，3-71，3-72，3-73，3-74。 图 3-69 中臂 图 3-70 上臂 图 3-71 小臂 . . 图 3-72 中臂 图 3-73 上臂 图 3-74 小臂 下臂、中臂、上臂、小臂最后生成的零件图如图 3-54，3-55，3-56，3- 57。 3.6 高空带电作业车机械手液压机构高空带电作业车机械手液压机构 3.6.1 液压机构的设计液压机构的设计 在选择机械手各个机构的动力来源时有两种方案：方案一为用电动机；方 案二为用液压缸。 因为是带电作业，需要考虑的首要问题就是绝缘，以保证操作人员的安全。 电动机虽然易于精确控制，但是，因为有线束控制，会大大增加高压电防护成

41、 本。而且一旦高压电弧击穿电动机线匝，后果更为严重。因而，选择用液压缸 作为机械手动力来源。 此外，在接线时要用到液压钳，如果使用电动机必 须加电-液伺服机构。这样不仅成本加大，结构也变得 复杂，不易维修。液压缸柱塞的结构，如图 3-75 所示。 所设计的机械手有四个液压缸：（1）下臂液压缸， 如图 3-76；（2）中臂液压缸，如图 3-77；（3）上臂 液压缸，如图 3-78；（4）小臂液压缸，如图 3-79。 图 3-75 液压缸柱塞 . . 图 3-76 下臂液压缸 图 3-77 中臂液压缸 图 3-78 上臂液压缸 图 3-79 小臂液压缸 对于中臂液压缸和上臂液压缸的结构还有第二种同图 3-79 小臂液压缸的结 构的方案。 如果采用第二种设计必须把机械臂的上臂和小臂设计成和中臂一样的开槽， 如图 2-80。上臂和小臂如果不开槽，液压缸两个孔、机械臂三点就会成为三角 形如图，由三角形的稳定性，机械臂不会运动。 图 3-80 开槽 图 3-81 不开槽 . . 最终选择了如图 3-81 的方案一。这样由于平行四边形的不稳定性，只要液 压缸柱塞运动，机械臂定会运动。 方案一比方案二有两大优点： （1）可以精简机构，优化结构。而且开槽的方式会增加加工工续，增