全套設(shè)計(jì)（圖紙）加扣扣194535455.1工業(yè)機(jī)器人在實(shí)踐中的應(yīng)用1.1.1工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人的一種,它是一種能在三維空間完成各種作業(yè)，可重復(fù)編程，仿人操作自動(dòng)控制的機(jī)電一體化的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。它由控制器、操作機(jī)、檢測(cè)傳感器裝置和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成，特別適合多品種,變批量柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率,改善勞動(dòng)條件的快速更新?lián)Q代起著十分重要作用。隨著工業(yè)機(jī)器人智能水平的提高以及機(jī)器人發(fā)展的廣度和深度，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。現(xiàn)在不僅僅用于傳統(tǒng)的汽車制造領(lǐng)域，也廣泛用在了非制造領(lǐng)域。如建筑業(yè)機(jī)器人、采礦機(jī)器人以及用于水電系統(tǒng)設(shè)備維修維護(hù)的機(jī)器人等。在醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)、國(guó)防軍事、食品加工等領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用也逐漸廣泛起來。汽車制造是一個(gè)資金和技術(shù)高度密集的產(chǎn)業(yè)，同時(shí)該產(chǎn)業(yè)也是最廣泛應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的行業(yè)，幾乎占到整個(gè)工業(yè)機(jī)器人的一半以上。在我國(guó)，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用最初也是在工程機(jī)械和汽車行業(yè)中。在汽車生產(chǎn)中主要的制動(dòng)化設(shè)備就是工業(yè)機(jī)器人，在整車及零部件生產(chǎn)的沖壓、涂膠、弧焊、點(diǎn)焊、噴涂、搬運(yùn)等工藝中大量使用。據(jù)預(yù)測(cè)正在進(jìn)入汽車擁有率上升時(shí)期的中國(guó)，在未來較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，汽車仍將以每年超過10%的速度增長(zhǎng)。所以在未來幾年里，我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求將會(huì)呈現(xiàn)出高速增長(zhǎng)趨勢(shì)，工業(yè)機(jī)器人在我國(guó)汽車行業(yè)的應(yīng)用勢(shì)必也將快速發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人除了廣泛應(yīng)用在汽車行業(yè)之外，非金屬加工、電子、食品加工、木材家具和日用消費(fèi)品加工等行業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求也以較快速度增長(zhǎng)。工業(yè)機(jī)器人在石油方面也有廣泛的應(yīng)用，如海上煉油廠、石油鉆井、采油平臺(tái)、管道的檢測(cè)、大型油罐和儲(chǔ)罐的焊接等均可使用工業(yè)機(jī)器人來完成。在最近幾年里，工業(yè)機(jī)器人也廣泛采用了激光技術(shù)、傳感技術(shù)、工程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這些技術(shù)使工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用更為高質(zhì)、高效，同時(shí)也減少了運(yùn)行成本，使工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。1.1.2測(cè)量機(jī)器人測(cè)量機(jī)器人就是為了滿足現(xiàn)行工業(yè)的測(cè)量需求所設(shè)計(jì)的機(jī)器人。在工業(yè)化高速發(fā)展的今天，對(duì)工件的精度要求也越來越高，加工零件時(shí)的精度要求固然重要，但是加工完之后對(duì)工件的測(cè)量也必不可少。只有在加工時(shí)的高精度加工和加工完之后的準(zhǔn)確測(cè)量，才能保證工件是否滿足要求。對(duì)于小型工件我們已經(jīng)擁有了很多方便快捷的測(cè)量手段和方法，不管是傳統(tǒng)的測(cè)量方法還是新型的測(cè)量手段，都在現(xiàn)實(shí)工業(yè)中為我們的生產(chǎn)提供了很大的便利。但是現(xiàn)在對(duì)大型工件的測(cè)量裝置并不完善，雖然有高精度且全面的三維掃描儀等先進(jìn)的機(jī)器，但是由于其成本太高，阻礙了它的發(fā)展。而其他的一些測(cè)量方法并沒辦法將所需數(shù)據(jù)全部收集起來，所以，功能集合的能對(duì)大型工件測(cè)量的機(jī)器人有著廣泛的需求。1.2大型工件測(cè)量現(xiàn)狀1.2.1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的各個(gè)軸都設(shè)有微動(dòng)裝置和氣源制動(dòng)開關(guān)，可以完成每個(gè)軸的精密傳動(dòng)，并使用性能優(yōu)異的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它可以用來測(cè)量物體的長(zhǎng)度及圓周分度、幾何形狀等數(shù)據(jù)，其測(cè)量范圍是在一個(gè)六面體的空間范圍內(nèi)。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x又可定義“一種具有可作三個(gè)方向移動(dòng)的探測(cè)器，可在三個(gè)相互垂直的導(dǎo)軌上移動(dòng)，此探測(cè)器以接觸或非接觸等方式傳遞訊號(hào)，三個(gè)軸的位移測(cè)量系統(tǒng)（如光柵尺）經(jīng)數(shù)據(jù)處理器或計(jì)算機(jī)等計(jì)算出工件的各點(diǎn)（x，y，z）及各項(xiàng)功能測(cè)量的儀器?！比鴺?biāo)測(cè)量?jī)x的測(cè)量功能應(yīng)包括定位精度、輪廓精度、尺寸精度及幾何精度等。雖然有足夠的精度要求，但是裝置較大，移動(dòng)不方便，不適合對(duì)大型工件的測(cè)量。圖1-1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1.2.2三維掃描儀三維掃描儀是一種比較新型的技術(shù)，可以把它比喻成一部照相機(jī)，它們都是圓錐狀的視線范圍，對(duì)信息的搜集都被限定在一定的范圍內(nèi)。三維掃描儀測(cè)量的其實(shí)是距離，通過距離的測(cè)量，計(jì)算出所測(cè)物體的各個(gè)尺寸。通過這幾年的發(fā)展，三維掃描儀已經(jīng)把以前掃描速度慢的問題解決了，但是還有一個(gè)問題沒有解決，就是他的高成本，這始終是三維掃描儀未來發(fā)展的一個(gè)阻礙。圖1-2三維掃描儀1.2.3激光測(cè)距儀激光測(cè)距是目前最常用的手段，它是通過在運(yùn)行時(shí)，向被測(cè)物體發(fā)射很細(xì)的激光束，經(jīng)過反射后，被反射的激光束被光電元件接收，再利用計(jì)時(shí)器測(cè)定激光束從發(fā)射到接收之間的時(shí)間，根據(jù)激光在空氣中的速度，可得出從激光射出點(diǎn)到被測(cè)物之間的距離。由于它的低價(jià)，激光測(cè)距儀被廣泛使用于現(xiàn)代工業(yè)中，主要被用于距離的測(cè)量中。圖1-3激光測(cè)距儀1.2.4雙頻激光干涉儀雙頻激光干涉是一種擁有極高精度的測(cè)量方法，它可以達(dá)到μm，甚至nm的量級(jí)。它是用穩(wěn)頻的氦氖激光器作為光源，由于它的相干長(zhǎng)度很大，干涉儀的測(cè)量范圍可以大大的擴(kuò)展；而且由于它的光束發(fā)散角小，能量集中，因而它產(chǎn)生的干涉條紋可以用光電接收器接收，變?yōu)殡娪嵦?hào)，并由計(jì)數(shù)器一個(gè)不漏的記錄下來，從而提高了測(cè)量速度和測(cè)量精度。圖1-4雙頻激光干涉儀1.3研究?jī)?nèi)容及預(yù)期成果根據(jù)上述分析可知，目前對(duì)大型工件的測(cè)量是國(guó)內(nèi)外機(jī)械行業(yè)里的難題，其關(guān)鍵難題在于，如何在控制成本的基礎(chǔ)上，保證測(cè)量的精度，以及測(cè)量的多樣性。本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)直徑在800-1000mm之間的超大型工件的測(cè)量，其中包括了對(duì)工件長(zhǎng)度、直徑、同軸度、表面粗糙度等數(shù)據(jù)的測(cè)量。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，將設(shè)計(jì)一個(gè)，把激光測(cè)距原理測(cè)量長(zhǎng)度，百分表測(cè)量長(zhǎng)度和同軸度，以及激光輪廓測(cè)量技術(shù)測(cè)量表面粗糙度等測(cè)量裝置結(jié)合在一起，在鋰電池提供能源的基礎(chǔ)上，結(jié)合電機(jī)正反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，電動(dòng)升降桿裝置，電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)裝置，以及全方位輪式移動(dòng)裝置等運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，再加上輔助機(jī)器人的配合，以實(shí)現(xiàn)全方位，多功能，可遙控的測(cè)量機(jī)器人。根據(jù)需求設(shè)計(jì)思路如下：1、先對(duì)各種測(cè)量方法進(jìn)行深入探索，尋找到適合安裝在機(jī)器人上的測(cè)量方法；2、然后分別確定測(cè)量長(zhǎng)度、直徑、同軸度和表面粗糙度的方法，分析測(cè)量時(shí)所需的條件，以及具體的測(cè)量步驟；3、再根據(jù)各種測(cè)量需要，設(shè)計(jì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以保障能滿足測(cè)量需求。

2.1機(jī)器人各部分組成106143127528119106143127528119圖2-1機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)1-輪廓測(cè)量裝置2-擋板3-激光發(fā)射傳送裝置4-支撐臂5-測(cè)量頭6-Y型支架7-直徑測(cè)量裝置8-顯示臺(tái)9-旋轉(zhuǎn)臺(tái)10-升降桿11-底座12-行走輪輪廓測(cè)量裝置：該輪廓測(cè)量裝置，是由一個(gè)激光發(fā)射器及一個(gè)橫向光電感應(yīng)器組成，用于測(cè)量工件的表面粗糙度和同軸度（下文有介紹）。如圖2-2所示（含測(cè)量頭）：圖2-2測(cè)量頭及輪廓測(cè)量裝置擋板在長(zhǎng)度和直徑測(cè)量時(shí)，用于確定激光測(cè)量的基準(zhǔn)，使測(cè)量更加精確。如圖2-3所示：圖2-3擋板激光發(fā)射傳送裝置為了滿足測(cè)量高度的需求，使激光發(fā)射不被被測(cè)物體遮擋，于是選擇如圖2-4所示的裝置，讓激光在高點(diǎn)發(fā)射。圖2-4激光傳送裝置支撐臂：主要用于支撐測(cè)量頭，使測(cè)量頭能夠平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也是測(cè)量所用線路的存放處。如圖2-5所示：圖2-5支撐臂形狀測(cè)量頭測(cè)量頭兩側(cè)分別裝有同軸度測(cè)量裝置和表面粗糙度的測(cè)量裝置，而且可以根據(jù)測(cè)量時(shí)的需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)，方便測(cè)量。如圖2-2。Y型支架只要是用于確保在輪廓測(cè)量時(shí)，測(cè)量裝置與被測(cè)物體平行，如圖2-6：圖2-6Y型支架直徑測(cè)量裝置：用于對(duì)超大型工件的直徑測(cè)量。如圖2-7所示：圖2-7直徑測(cè)量裝置顯示臺(tái)：安裝一個(gè)顯示屏，用于顯示機(jī)器人測(cè)量完之后的結(jié)果顯示，并安置一個(gè)接口，用于將得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行拷貝。如圖2-8所示：圖2-8顯示臺(tái)形狀旋轉(zhuǎn)臺(tái)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)和渦輪蝸桿的帶動(dòng)下，使旋轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行360度的旋轉(zhuǎn)，使測(cè)量能夠滿足各個(gè)方位的需求。10、升降桿電動(dòng)升降桿，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)和渦輪蝸桿的帶動(dòng)下，能夠使測(cè)量裝置進(jìn)行垂直的上升和下降，使測(cè)量能夠滿足各個(gè)高度的需求。11、底座是機(jī)器人能源的存放處，里面裝有電源，同時(shí)也是放置用于機(jī)器人行走的全方位輪式機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的地方。12、行走輪采用的是全方位輪式機(jī)構(gòu)，控制機(jī)器人的行走。2.2輔助機(jī)器人輔助機(jī)器人主要用于輔助測(cè)量機(jī)器人實(shí)現(xiàn)一些測(cè)量，他并沒有太多復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，主要就是由行走裝置和不透光且反射率高的銅表面擋板，以及為了平衡重心的配重。如圖2-9所示：43214321圖2-9輔助機(jī)器人1-擋板2-配重3-底座4-行走輪擋板該擋板是為了反射由激光發(fā)射器發(fā)出激光，的是采用的50mm×250mm×1000mm的空心板，表面光滑均勻的鍍上銅。這是因?yàn)殂~的反射率高，能夠使測(cè)量更加精準(zhǔn)。配重該配重是為了平衡擋板的重力及力矩，所以相對(duì)于擋板，配重的重量略大且體積較小。底座是機(jī)器人能源的存放處，里面裝有電源，同時(shí)也是放置用于機(jī)器人行走的全方位輪式機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的地方。行走輪采用的是全方位輪式機(jī)構(gòu)，控制機(jī)器人的行走。2.3電源由于機(jī)器人中部有升降桿，所以在之間的線路連接會(huì)有一定困難，于是設(shè)計(jì)在旋轉(zhuǎn)臺(tái)和地盤各放一個(gè)電源。上面的電源主要負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)、測(cè)量頭的旋轉(zhuǎn)、激光的發(fā)射、顯示臺(tái)的顯示、以及同軸度和表面粗糙度的測(cè)量；下面的電源則主要負(fù)責(zé)升降臺(tái)的升降和行走輪的移動(dòng)。2.3.1供電部分由于機(jī)器人各部分供電需求不一樣，所以需要用到DC-DC變換，將主電源通過穩(wěn)壓電路輸出多組電壓，根據(jù)不同的需要供應(yīng)給不同的電機(jī)。根據(jù)之前的分析，主電源采用的是電壓為48V的蓄電池。各用電器所需電壓如下表2-1：表2-1所有用電器電壓用電器電壓（V）型號(hào)測(cè)量頭旋轉(zhuǎn)電機(jī)4856BYG250EK旋轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)4856BYG250DK升降桿電機(jī)4856BYG250DK行走輪轉(zhuǎn)向電機(jī)4856BYG250BK行走輪旋轉(zhuǎn)電機(jī)4856BYG250DK顯示臺(tái)12LED燈3相機(jī)3.7激光發(fā)射5根據(jù)上下電源分布，設(shè)計(jì)為上電源輸出電壓為48V、12V、5V、3.7V、3V，下電源輸出為48V、48V、24V。2.3.2監(jiān)測(cè)電路影響機(jī)器人穩(wěn)定運(yùn)行的最重要的因素之一就是電源的電壓和電量，所以對(duì)電壓和電量的監(jiān)測(cè)，是保障機(jī)器人安全運(yùn)行的必備要素。監(jiān)測(cè)電路主要是由三極管和觸發(fā)電路組成，原理如圖2-10：圖2-10監(jiān)測(cè)電路原理圖該監(jiān)測(cè)電路采用的是雙限比較電路，可以通過對(duì)可調(diào)電阻W1和W2的阻值的調(diào)整，來設(shè)定電壓值的上限和下限。以該機(jī)器人為例，設(shè)定電壓值的上限和下線分別是48.5V和44.5V。當(dāng)電池電壓低于45V時(shí)，觸發(fā)輸入2腳的電壓值小于1/3Vcc，3腳輸出高電平，三極管Q2導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D1發(fā)光和蜂鳴器H1發(fā)聲來報(bào)警；當(dāng)電池電壓高于48.5V時(shí)，觸發(fā)輸入6腳電壓高于2/3Vcc，3腳輸出低電平，三極管Q2關(guān)斷，停止報(bào)警。2.3.3過流保護(hù)過流保護(hù)就是為了避免因電流過大，導(dǎo)致電機(jī)和其它器件的損壞。過流保護(hù)電路分為采樣電路和放大比較電路兩部分。1、采樣電路如圖2-11所示，為了保證測(cè)量精度，所以選取了載流能力強(qiáng)、選取溫度系數(shù)低，精度可以達(dá)到1%的錳銅絲作為采樣電阻，R14=R15=0.05Ω，其總阻值R=0.025Ω。由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間與電動(dòng)機(jī)的容量有關(guān)，并且啟動(dòng)電流通常是其額定電流的4-7倍，，為了防止電機(jī)啟動(dòng)過程中過流保護(hù)電路產(chǎn)生誤動(dòng)作，而在堵轉(zhuǎn)時(shí)保護(hù)電路盡快動(dòng)作，在采樣電路中增加了低通濾波，把電機(jī)啟動(dòng)和堵轉(zhuǎn)瞬間產(chǎn)生的紋波電壓濾除。C9=417uF,R13=10k，則低通濾波電路時(shí)間常數(shù)為47ms。OUT+和OUT-分別為48V供電電源的正負(fù)極，V1為采樣電壓。圖2-11采樣電路2、電壓放大比較電路如圖2-12所示，V1為采樣電壓值；V2為經(jīng)過運(yùn)算放大器LM358之后的電壓值，其放大比例系數(shù)λ=(R1+R2)/R2=6；V3為基準(zhǔn)電壓，可以通過對(duì)可調(diào)電阻W3的調(diào)整為改變。Q3是正反饋射極跟隨器，它能夠制造一定回差，以此來避免過流點(diǎn)附近電流很小的波動(dòng)引起的不穩(wěn)定現(xiàn)象。當(dāng)V2>V3時(shí)，則表示電路過流，此時(shí)電壓比較器的輸出變?yōu)?，電源供電被切斷。圖2-12放大比較電路

3.1長(zhǎng)度測(cè)量該設(shè)計(jì)的激光測(cè)量的方法是采用的相位法，這是因?yàn)樗鄬?duì)于其他激光測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)就是精度較高，可以達(dá)到零點(diǎn)幾毫米的級(jí)別，雖然其測(cè)量距離不比其他方式遠(yuǎn)，但是100米左右的測(cè)量長(zhǎng)度完全足夠滿足測(cè)量的需要。相位法激光測(cè)距技術(shù)，所采用的激光頻率在無線電波段，先對(duì)激光的幅度進(jìn)行調(diào)制，再發(fā)射正弦調(diào)制光，經(jīng)輔助機(jī)器人擋板反射回來后，測(cè)定接收到的激光與發(fā)射時(shí)所產(chǎn)生的相位差。根據(jù)發(fā)射光的頻率和波長(zhǎng)，計(jì)算出激光往返的時(shí)間，再依據(jù)相關(guān)公式計(jì)算出所求距離。如圖3-1所示：圖3-1相位法激光測(cè)量原理圖由上圖原理，以及所學(xué)光學(xué)知識(shí)可以進(jìn)行求解：（3-1）（3-2）又：（3-3）（3-4）所以：（3-5）其中：D是所求距離，也就是激光發(fā)射器與輔助機(jī)器人擋板之間的距離；C是光速，即為299792458m/s；t是激光往返激光發(fā)射器與輔助機(jī)器人擋板之間一次所用時(shí)間；是激光光速發(fā)射時(shí)與接收反射時(shí)所形成的相位差；ω是調(diào)制信號(hào)的角頻率。是激光往返一次形成的相位差中不足半個(gè)波長(zhǎng)的部分；N是產(chǎn)生的相位差中含有半波長(zhǎng)的個(gè)數(shù)；因?yàn)闊o法確定N的數(shù)值，即激光在往返過程中的半波長(zhǎng)數(shù)，所以該方法就只能測(cè)定，即相位差中不足半波長(zhǎng)的部分。為了消除這個(gè)問題，就必須控制調(diào)制光的波長(zhǎng)，來決定測(cè)量范圍，也就是使發(fā)射出來的激光的半波長(zhǎng)要大于實(shí)測(cè)距離。測(cè)量的步驟如下：1、機(jī)器人通過遙控器的控制，用擋板去接觸被測(cè)物體的側(cè)表面；2、用輔助機(jī)器人去接觸被測(cè)物體的另外一個(gè)側(cè)面；3、機(jī)器人發(fā)射一束激光；4、激光經(jīng)過輔助機(jī)器人反射之后，機(jī)器人接收到反射回來的激光信號(hào)；5、將所得長(zhǎng)度數(shù)據(jù)減去激光發(fā)射口與擋板邊緣的距離，既是被測(cè)軸的長(zhǎng)度。具體操作如下圖3-4所示：圖3-4長(zhǎng)度測(cè)量3.2直徑測(cè)量直徑的測(cè)量是利用三點(diǎn)確定一個(gè)圓的原理，用三個(gè)百分表去觸碰圓表面，得出三個(gè)數(shù)值，再根據(jù)這些數(shù)值來建立一個(gè)坐標(biāo)系，求出被測(cè)工件直徑。在測(cè)量時(shí)，先用Y型支架去接觸被測(cè)物體，使其緊靠被測(cè)物體，并保持不動(dòng)，再調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，使Y型支架與行走輪的行走方向垂直，此時(shí)行走方向與被測(cè)物體平行。再通過對(duì)測(cè)量頭和旋轉(zhuǎn)臺(tái)的調(diào)整，使直徑測(cè)量裝置正對(duì)物體表面。再慢慢向前移動(dòng)，當(dāng)三個(gè)百分表均有讀數(shù)顯示時(shí)，停止測(cè)量。如圖3-4所示：圖3-5直徑測(cè)量設(shè)A、B、C三個(gè)百分表的讀書分別為a、b、c，A、B、C三桿之間的距離為n，以B點(diǎn)所處位置為原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系。所以A（b-a,n）B（0,0）C（b-c,-n）再設(shè)圓心坐標(biāo)為（rx,ry），半徑為R則：（3-6）（3-7）（3-8）由公式（3-6）和公式（3-7）得：（3-9）設(shè)：（3-10）（3-11）得：（3-12）同理由公式（3-7）和公式（3-8）可得：（3-13）其中：（3-14）（3-15）由公式（3-12）和公式（3-13）可得：（3-16）（3-17）所以可得：（3-18）根據(jù)半徑即可得出被測(cè)物體的直徑，為了減少誤差，應(yīng)多測(cè)幾次，求其平均值。3.3同軸度測(cè)量同軸度測(cè)量的原理與直徑測(cè)量類似，先用Y型支架去接觸被測(cè)物體，使其緊靠被測(cè)物體，并保持不動(dòng)，再調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，使Y型支架與行走輪的行走方向垂直，此時(shí)行走方向與被測(cè)物體平行。再通過對(duì)測(cè)量頭和旋轉(zhuǎn)臺(tái)的調(diào)整，使直徑測(cè)量裝置正對(duì)物體表面。再使機(jī)器人沿軸線方向直線行駛，利用記錄直徑測(cè)量裝置中間那個(gè)百分表的讀數(shù)，將所得的百分表B的讀數(shù)的最大值與最小值相減，就得出同軸度誤差。如圖3-6：3-6同軸度測(cè)量3.4輪廓測(cè)量該輪廓測(cè)量技術(shù)，是利用被測(cè)物體的漫反射和光電效應(yīng)來對(duì)物體表面進(jìn)行掃描，得出被測(cè)物體表面的情況，以此來判斷被測(cè)物的同軸度和表面粗糙度。測(cè)量原理如下圖3-6所示，圖3-6輪廓測(cè)量原理1-物體表面2-聚光鏡3-激光器4-橫向光電效應(yīng)傳感器5-成像透鏡激光發(fā)射器發(fā)射出來的光，經(jīng)過聚光鏡之后，照射到被測(cè)物體的表面，因?yàn)槲矬w表面不可能是絕對(duì)光滑的，所以，不管光線投射到哪一點(diǎn)，都會(huì)發(fā)生漫反射。這些漫反射光纖通過成像透鏡成像，并傳輸?shù)綑M向光電效應(yīng)傳感器的接收面上，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。因?yàn)榻?jīng)過聚光鏡之后的激光束直徑一般在0.25至0.5mm，所以該技術(shù)具有較高精度。光電傳感器件的工作原理如圖3-7所示:圖3-7光電傳感器原理當(dāng)成象光線照射在傳感器的接收面上形成光點(diǎn)P點(diǎn)時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)光電流，大小為I,在器件兩側(cè)的電極A和B上將分別輸出與P點(diǎn)距離成正比的電流和,即：（3-19）（3-20）由公式（3-19）和公式（3-20）可得：（3-21）此時(shí)算出的D值就能夠反映出光點(diǎn)所在位置，當(dāng)被測(cè)物件的高度發(fā)生變化時(shí)，D值也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，將得到的D值進(jìn)行儲(chǔ)存，用計(jì)算機(jī)對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的分析，就可得到被掃描的表面輪廓圖像。在測(cè)量時(shí)，先用Y型支架去接觸被測(cè)物體，使其緊靠被測(cè)物體，并保持不動(dòng)，再調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，使輪廓測(cè)量裝置與行走輪的行走方向垂直，此時(shí)行走方向與被測(cè)物體平行。再通過測(cè)量頭的旋轉(zhuǎn)，使輪廓測(cè)量裝置正對(duì)被測(cè)物體。則可得出一條表面輪廓圖像，求出被測(cè)物體的表面粗糙度。

4.1測(cè)量頭旋轉(zhuǎn)對(duì)于測(cè)量頭的旋轉(zhuǎn)，主要是為了使測(cè)量能夠適應(yīng)不同的位置要求，它主要是通過對(duì)直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制來實(shí)現(xiàn)測(cè)量頭的旋轉(zhuǎn)。測(cè)量頭的旋轉(zhuǎn)是采用H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，如圖4-1所示，它是由一個(gè)電機(jī)和四個(gè)三極管組成的。只有當(dāng)電流通過對(duì)角線上的兩個(gè)三極管時(shí)，電機(jī)才會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。即當(dāng)電流從Q1-M-Q4時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)朝一個(gè)方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電流從Q2-M-Q3時(shí)，電機(jī)則朝另外一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。圖4-1H橋式電路在該電路中，保證Q1、Q2不會(huì)被同時(shí)接通特別重要，因?yàn)槿绻瑫r(shí)接通，那么電流就不會(huì)經(jīng)過電機(jī)，致使電流過大，容易損壞三極管。所以需要對(duì)該電路進(jìn)行改進(jìn)，在原來的電路中增加兩個(gè)非門和四個(gè)與門。如圖4-2所示：圖4-2H橋改進(jìn)電路此時(shí)，當(dāng)DIR－R信號(hào)為1，DIR-L信號(hào)為0時(shí)，三極管Q1和Q4導(dǎo)通，電流方向?yàn)镼1-M-Q4；如果DIR－L信號(hào)變?yōu)?，而DIR－R信號(hào)變?yōu)?，那么Q2和Q3將導(dǎo)通，電流方向?yàn)镼2-M-Q3。該測(cè)量頭質(zhì)量在3kg左右,，所以，是測(cè)量頭旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩為：（4-1）根據(jù)上述介紹，可以選擇型號(hào)為L(zhǎng)293D的H橋集成電路，電動(dòng)機(jī)選擇靜力距為2.5，型號(hào)為56BYG250EK的步進(jìn)電機(jī)。4.2升降機(jī)構(gòu)4.2.1機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)升降裝置采用的是電動(dòng)推桿。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿又帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使連接在蝸輪內(nèi)部的絲桿作軸向移動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的行程時(shí)，使行程開關(guān)斷電，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)需要，選取南京永諾傳動(dòng)設(shè)備有限公司YNT-01型號(hào)的升降桿。具體結(jié)構(gòu)如下圖4-3：圖4-3升降桿裝置相關(guān)參數(shù)：1.永磁直流電機(jī)電壓：56BYG250DK電機(jī)，額定電壓48V，額定功率100W2.最大推/拉力：600KG/600KG3.標(biāo)準(zhǔn)行程：S＝200mm4.最短安裝距離(內(nèi)管完全收回來前后兩孔中心距離)：L＝S(行程)＋175mm;內(nèi)管完全伸出去前后兩孔中心距離=2*S（行程）+175mm5.空載速度：最大30mm/s6.額定載荷速率：5mm/s（600KG）～30mm/s（50KG）7.環(huán)境溫度：-26℃～65℃8.標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)等級(jí)：IP549.內(nèi)置行程開關(guān)10.配無線遙控器但是由于本設(shè)計(jì)及中不是只有一個(gè)升降桿，而是四個(gè)升降桿，為了保證四個(gè)升降桿運(yùn)動(dòng)的一致性，所以需要使用T系列齒輪傳動(dòng)箱（如圖4-4），讓四個(gè)升降桿同步。布局圖如圖4-5：圖4-4傳動(dòng)箱1-基座2-橫軸座3-橫軸4-縱軸5-橫軸錐齒輪6-縱軸錐齒輪7-端蓋8-端蓋9-軸承10-油封11-油標(biāo)圖4-5傳動(dòng)箱布局圖根據(jù)設(shè)計(jì)，需要的是三軸傳動(dòng)箱，而三軸的傳動(dòng)箱又分為了單橫軸（如圖4-6）和雙橫軸（如圖4-7），其差別是在于兩個(gè)對(duì)向軸的旋轉(zhuǎn)方向的不同。為了保證四個(gè)升降桿的同步，于是三個(gè)傳動(dòng)箱都選擇雙橫軸的傳動(dòng)箱。圖4-6單橫軸傳動(dòng)箱圖4-7雙橫軸傳動(dòng)箱4.2.2校核因?yàn)閺?qiáng)度都滿足廠家設(shè)定，所以只需對(duì)功率進(jìn)行校核。所需輸入軸轉(zhuǎn)速：（4-2）所需輸入軸扭矩：（4-3）所需輸入功率：（4-4）由廠家提供的相關(guān)數(shù)據(jù)：升降速度V=300mm/min絲桿螺距L=0.01m傳動(dòng)比i=6單臺(tái)升降機(jī)當(dāng)量載荷（4-5）升降機(jī)的綜合效率η=0.64空載扭矩所以：（4-6）（4-7）（4-8）因?yàn)椋噪姍C(jī)滿足要求4.3旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4.3.1機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)利用渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)原理，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過減速器，帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)。根據(jù)需要，選擇上海程方光學(xué)儀器有限公司的ERT型號(hào)的電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)。如圖4-8：圖4-8旋轉(zhuǎn)臺(tái)相關(guān)參數(shù)：旋轉(zhuǎn)臺(tái)面Φ600mm傳動(dòng)比：720∶1電機(jī)：56BYG250DK型號(hào)，額定電壓為48V驅(qū)動(dòng)方式：渦輪蝸桿主要材料：鋁合金載重：76kg自重：11kg最大速度：5°/s配無線遙控器4.3.2校核根據(jù)之前的選擇，該旋轉(zhuǎn)臺(tái)需要帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的部分重量約為10kg，半秒內(nèi)達(dá)到勻速,并將負(fù)載看成是一個(gè)圓柱體，空載轉(zhuǎn)矩為1.2。所以，角加速度：（4-9）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：（4-10）又因?yàn)閭鲃?dòng)比為700:1，所以電機(jī)所需扭矩：（4-11）所以對(duì)電機(jī)的扭矩要求很低，于是選擇最大轉(zhuǎn)矩為1.7256BYG250DK型號(hào)電機(jī)。4.4行走機(jī)構(gòu)該機(jī)器人選用的是全方位輪式機(jī)構(gòu)作為其行走機(jī)構(gòu)。全方位輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)包括了三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，即自轉(zhuǎn)、橫向和縱向。該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)構(gòu)的控制簡(jiǎn)單，能量利用率高，能夠進(jìn)行高速穩(wěn)定的移動(dòng)。全方位輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)分為了轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，如下圖4-9：圖4-9全方位輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的示意圖輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)可調(diào)速，便于控制，零半徑回轉(zhuǎn)。車輪的轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)是可以單獨(dú)控制的，轉(zhuǎn)向是通過前后輪成對(duì)驅(qū)動(dòng)來控制，而每個(gè)車輪的旋轉(zhuǎn)則是由每個(gè)車輪單獨(dú)的電機(jī)來控制。以此實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng)。行走裝置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用的是步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)可以對(duì)車輪進(jìn)行較高精度的控制；同時(shí)也可以不用減速器，使整體結(jié)果簡(jiǎn)潔。4.4.1旋轉(zhuǎn)電機(jī)1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有兩種模型需要進(jìn)行選擇，如圖4-10，分析如表4-1：2121圖4-10旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)模型表4-1兩種模型的比較模型號(hào)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單車輪與地面的接觸的面積小，容易打滑；對(duì)電機(jī)軸形成一個(gè)彎矩，容易損壞電機(jī)。2增大車輪與底面的接觸面積，減少打滑；縮短了軸向距離。電機(jī)固定比較困難綜上考慮，選擇上述模型2為設(shè)計(jì)模型。2、校核車輪在平面移動(dòng)的過程中，主要是克服摩擦力做功。所設(shè)計(jì)的測(cè)量機(jī)器人的整體質(zhì)量在30Kg左右，根據(jù)金屬與混凝土之間的摩擦關(guān)系，取地面摩擦系數(shù)為0.5，那么它的總功率為：（4-12）所以平均每組車輪提供的功率為37瓦。

對(duì)于單個(gè)車輪而言：

（4-13）車輪直徑為60mm，則電機(jī)需要提供的轉(zhuǎn)矩為：

（4-14）因此，選擇了北京和利時(shí)公司的靜轉(zhuǎn)矩為1.72N·m的56BYG250DK型號(hào)電機(jī)。4.4.2轉(zhuǎn)向電機(jī)1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向部分主要由轉(zhuǎn)向電機(jī)、階梯軸、聯(lián)軸器、軸承以及轉(zhuǎn)向連接件組成，如下圖4-11：圖4-11轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)2、校核因?yàn)闄C(jī)器人對(duì)位置精度比較嚴(yán)格，但是對(duì)轉(zhuǎn)向速度要求較低，所以可以選擇步進(jìn)電機(jī)。轉(zhuǎn)向電機(jī)主要是克服地面摩擦力，使車輪實(shí)現(xiàn)零半徑回轉(zhuǎn)，要求的轉(zhuǎn)速不高，則只需要對(duì)電機(jī)靜力矩進(jìn)行計(jì)算。平均每個(gè)車輪的摩擦力為：

（4-15）由于車輪是零半徑回轉(zhuǎn)，所以克服的摩擦力矩為：

（4-16）式中l(wèi)為單個(gè)車輪的寬度。設(shè)計(jì)l=26mm,所以克服的力矩為0.48N·m。因?yàn)椴荒鼙ＷC機(jī)器人的行走總是水平的，如果有所傾斜，每個(gè)車輪上的力并不平均，而且還需要克服重力做功，所以在轉(zhuǎn)矩的選擇上應(yīng)稍大一些，于是選擇電機(jī)靜力矩為0.65N·m的56BYG250BK型號(hào)電機(jī)。

通過這次結(jié)論，得出了以下結(jié)論：1、DC-DC變換器可以把同一個(gè)電源分成可以同時(shí)滿足不同電壓需求的支路；2、相位法激光測(cè)量長(zhǎng)度，比其他激光測(cè)距方法的測(cè)量精確度都要高；3、用三極管組成的電路就可以控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；4、在設(shè)計(jì)電路的過程中，對(duì)電路電壓的穩(wěn)定供應(yīng)和監(jiān)測(cè)，是保障電路能夠穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素；5、雙限比較電路可以設(shè)定上限和下限，對(duì)電路的電壓值進(jìn)行監(jiān)控；6、扭矩的校核是電機(jī)選擇很重要的一個(gè)指標(biāo)；7、傳動(dòng)箱分為單橫軸和雙橫軸，他們具有不同的傳輸方向；8、電機(jī)內(nèi)嵌車輪時(shí)，雖然固定困難，但是增大車輪與底面的接觸面積，減少打滑，縮短了軸向距離；電機(jī)外接時(shí)，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，車輪與地面的接觸的面積小，容易打滑；對(duì)電機(jī)軸形成一個(gè)彎矩，容易損壞電機(jī)。

轉(zhuǎn)眼之間大學(xué)時(shí)光即將結(jié)束了，在過去的四年間，我認(rèn)識(shí)到了新的朋友，學(xué)習(xí)到了新的知識(shí)，也完成了自我的蛻變。在這期間，無論是在學(xué)習(xí)上還是生活上，身邊的同學(xué)們及老師們都給予了我無私的幫助和熱心的照顧。是你們讓我在這四年里度過了一個(gè)充實(shí)而有意義的大學(xué)生活。在此，我對(duì)曾經(jīng)幫助過我的老師還是同學(xué)表示衷心的感謝。我非常感謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，因?yàn)橥ㄟ^這次對(duì)測(cè)量機(jī)器人的設(shè)計(jì)，我使自己不僅僅是停留在單純的書本學(xué)習(xí)狀態(tài)，而是和實(shí)際相結(jié)合，鍛煉了我靈活運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)了我解決實(shí)際問題的能力，也熟練了在網(wǎng)上查找文獻(xiàn)和分析文獻(xiàn)的能力，以及電腦制圖、文字編輯的能力。我還要特別感謝下我的指導(dǎo)老師，周遠(yuǎn)果老師。因?yàn)殡m然困難重重，但是在老師的指導(dǎo)下，順利地完成了此次設(shè)計(jì)。感謝您體諒我們的無知，在我們遇到問題時(shí)，總是悉心教導(dǎo)；感謝您的耐心，對(duì)于我們不足的地方，都一一進(jìn)行指正；感謝您的嚴(yán)格要求，正是因?yàn)槟膰?yán)格要求，才讓我們學(xué)習(xí)到了更多的知識(shí)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我從您身上學(xué)到了對(duì)待工作嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)，認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，也學(xué)習(xí)到了腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神。從不會(huì)到會(huì)，之間只是差的自己的努力，當(dāng)遇到困難的時(shí)候，要學(xué)會(huì)如何去想辦法解決掉這些困難。我相信，這些東西都將令我終生受用。[1]夏鯤,徐濤,李靜鋒,孔斌.工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用研究[J].廣西輕工業(yè),2014,(8):63-64.[2]陳思,陳浩,李敬,李壽濤,張小麗,雷德川.一種工業(yè)CT測(cè)量精度評(píng)估方法[J].強(qiáng)激光與粒子束,2013,(8):2096-2099.[3]形創(chuàng)中國(guó).Creaform3D技術(shù)和數(shù)字化解決方案在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù),2014,(13):104-105.[4]施春艷.淺談激光測(cè)距儀在起重機(jī)檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J].西江月,2012,(33):1003-2819.[5]MengZong,LiuBin,DaiGuiing.TheMeasurementofLargeWorkpieceDiameterofAxlewithDoubleLasterInterferometer[J].OpticalDesignandTestingII,2005,(8):38-43.[6]毛立民,呂勤.移動(dòng)機(jī)器人多功能電源的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2009,3:66-69.[7]汪濤.相位激光測(cè)距技術(shù)的研究[J].激光與紅外,2007,(1):1001-5078.[8]ZHANGXu,MAZi,HUYang.ANovelRobotSystemforSurfaceInspectionandDiametel[9]李國(guó)麗,周金斌,胡存剛.基于CCD的圖像采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用開發(fā),2007,(8):1243-1247.[10]孔琛,孫堅(jiān).線性灰度變換算法在紅外測(cè)溫系統(tǒng)中應(yīng)用[J].紅外技術(shù),2008,(8):1001-8891.[11]BenoitB,Mandelbrot,DannE.Fracudcharacteroffracturesurfacesofmetals[J].Nature,1984,308(19):721-722.[12]李慶華,李振華.基于分形理論的表面粗糙度測(cè)量研究[J].長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào),2014,（4）:47-49.[13]孫東元.基于CAN通信的電動(dòng)輪椅電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].淮海工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2011,(4):1672-6685.[14]鄭秀峰.圖解電動(dòng)推桿的原理和維修[J].衛(wèi)星電視與寬帶多媒體,2008,(7):70-72.[15]趙廣志,王洪光,劉玉旺.關(guān)節(jié)型模塊化機(jī)器人構(gòu)型及運(yùn)動(dòng)學(xué)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2010,(4):178-180.[16]王向燦.輪式移動(dòng)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究[D].上海:上海大學(xué),2009:1-73.[17]楊樹風(fēng).帶有機(jī)械臂的全方位移動(dòng)機(jī)器人的研制[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2006:1-54.[18]王文.工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)[D].青島:青島大學(xué),2010:1-69.[19]熊詩(shī)波,黃長(zhǎng)藝.機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第一章總論 1第一節(jié)項(xiàng)目名稱及承辦單位 1第二節(jié)研究工作的依據(jù)與范圍 2第三節(jié)簡(jiǎn)要研究結(jié)論 3第四節(jié)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 5第二章項(xiàng)目提出的背景及必要性 7第一節(jié)項(xiàng)目提出的背景 7第二節(jié)項(xiàng)目建設(shè)的必要性 13第三章市場(chǎng)預(yù)測(cè)與需求分析 19第一節(jié)車用生物燃?xì)馐袌?chǎng)發(fā)展分析 19第二節(jié)有機(jī)肥市場(chǎng)分析 23第四章建設(shè)規(guī)模與產(chǎn)品方案 29第一節(jié)建設(shè)規(guī)模 29第二節(jié)產(chǎn)品方案 29第五章廠址選擇與建設(shè)條件 31第一節(jié)廠址方案 31第二節(jié)建設(shè)條件 32第六章工藝技術(shù)方案 40第一節(jié)項(xiàng)目組成 40第二節(jié)生產(chǎn)技術(shù)方案 40第三節(jié)生產(chǎn)設(shè)備 53第七章原輔材料供應(yīng) 56第一節(jié)原輔材料供應(yīng) 56第二節(jié)公用設(shè)施