摘要噴霧機械手是一種自動化系統(tǒng)，用于控制和操作噴霧設(shè)備。它通常由一個機械手臂和相關(guān)的控制系統(tǒng)組成，用于精確地定位和控制噴霧設(shè)備的運動和噴射操作。噴霧機械手的主要作用是實現(xiàn)噴霧操作的自動化和精確控制，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，并減少人工勞動和人為誤差。本文基于此設(shè)計一款小型的移動式噴霧機械手結(jié)構(gòu)，為了完成本次設(shè)計內(nèi)容首先根據(jù)任務(wù)書要求確定相關(guān)的功能結(jié)構(gòu)，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)資料和機械手結(jié)構(gòu)從而擬定完成設(shè)計功能所需要的設(shè)計方案，針對所設(shè)計的方案對機械手的主要結(jié)構(gòu)進行分析計算以完成噴霧機械手的移動系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)以及多關(guān)節(jié)的傳動結(jié)構(gòu)，并結(jié)合機械設(shè)計中理論力學和材料力學相關(guān)知識對所設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行計算分析和受力校核以保證所設(shè)計的結(jié)構(gòu)能夠滿足強度、剛度以及穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)需求，最后借助計算機圖形設(shè)計輔助軟件CAD和solidworks對所設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行二維工程圖和三維建模的設(shè)計，直觀化、形象化對所設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行三維模擬分析以確保所設(shè)計的結(jié)構(gòu)具有一定的實施可能性，通過本次設(shè)計能夠更好的提高自身獨立自主解決問題、分析問題的能力并且能夠加強自身對知識的儲備和學習為自身的發(fā)展提供一定的鋪墊并對未來的噴霧機械手行業(yè)的發(fā)展提供一定的理論參照。關(guān)鍵詞：機械手；設(shè)計方案；傳動結(jié)構(gòu)；CAD；solidworks；三維建模；AbstractAspraymanipulatorisanautomatedsystemusedtocontrolandoperatesprayequipment.Itusuallyconsistsofaroboticarmandassociatedcontrolsystemthatisusedtopreciselylocateandcontrolthemovementandsprayoperationofthespraydevice.Themainroleofspraymanipulatoristorealizetheautomationandprecisecontrolofsprayoperation,soastoimproveproductionefficiencyandproductquality,andreducemanuallaborandhumanerror.Basedonthisdesignofasmallmobilespraymanipulatorstructure,inordertocompletethedesigncontentfirstaccordingtotherequirementsofthetaskbooktodeterminetherelevantfunctionalstructure,combinedwiththeexistingtechnicalinformationandthestructureofthemanipulatorsoastocompletethedesignoftherequireddesignscheme,Accordingtothedesignedscheme,themainstructureofthemanipulatorisanalyzedandcalculatedtocompletethemobilesystemofthespraymanipulator,thespraysystemandthemulti-jointtransmissionstructure.Combinedwiththetheoreticalmechanicsandmaterialmechanicsknowledgeinmechanicaldesign,thedesignedstructureiscalculatedandanalyzedandtheforceischeckedtoensurethatthedesignedstructurecanmeetthestructuralneedsofstrength,stiffnessandstability.Finally,withthehelpofCADandsolidworks,thedesignoftwo-dimensionalengineeringdrawingsandthree-dimensionalmodelingofthedesignedstructureiscarriedout,andthethree-dimensionalsimulationanalysisofthedesignedstructureiscarriedoutintuitivelyandvisualizedtoensurethatthedesignedstructurehascertainimplementationpossibilities.Throughthisdesign,wecanbetterimproveourabilitytosolveandanalyzeproblemsindependently,andstrengthenourknowledgereserveandlearningtoprovidecertainpavethewayforourowndevelopmentandprovidecertaintheoreticalreferenceforthedevelopmentofspraymanipulatorindustryinthefuture.Keywords:manipulator;Designscheme;Transmissionstructure;CAD;solidworks;Three-dimensionalmodeling;目錄摘要 1Abstract 21緒論 31.1國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 31.1.1國外發(fā)展趨勢 31.1.2國內(nèi)發(fā)展趨勢 41.1.3國內(nèi)外發(fā)展趨勢 41.2研究的目的意義 51.3研究的主要內(nèi)容 52總體方案設(shè)計 72.1功能分析 72.2初始參數(shù)擬定 72.3初始方案擬定 83傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 113.1傳動系統(tǒng)總效率計算 113.2電機選擇及傳動比確定 113.3減速器設(shè)計 123.3.1計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 123.3.2蝸輪蝸桿傳動的設(shè)計計算 133.4軸的設(shè)計與受力分析 173.4.1輸入軸的設(shè)計 174機械手關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 224.1噴霧機構(gòu)設(shè)計 224.2機械手腕部回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計 224.2.1腕部扭矩的計算 224.2.3腕部驅(qū)動裝置的確定 244.2.4鍵的強度校核 264.2.5連接結(jié)構(gòu) 274.3腕部擺動結(jié)構(gòu)設(shè)計 274.3.1腕部擺動扭矩的計算 274.3.2腕部驅(qū)動裝置的確定 284.3.3鍵的強度校核 304.4其他工作部位電機和減速器的型號選取 314.4.1小臂擺動電機及減速器型號選?。?314.4.2大臂擺動電機及減速器型號選?。?314.4.3大臂旋轉(zhuǎn)電機及減速器型號選取： 325控制系統(tǒng)設(shè)計 335.1可編程序控制器介紹 335.1繼電器的介紹 345.3傳感器的設(shè)計 356三維建模和裝配技術(shù) 376.1三維建模軟件介紹 376.2零件三維建模 376.3零件三維裝配 387潤滑和密封 407.2設(shè)備的使用密封 406總結(jié)和展望 42致謝 44參考文獻 451緒論噴霧機械手是一種自動化系統(tǒng)，用于控制和操作噴霧設(shè)備，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、清潔和消毒等領(lǐng)域。傳統(tǒng)上，這些噴霧操作通常由人工完成，但隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，噴霧機械手的應(yīng)用正在迅速增加。噴霧機械手能夠提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，并減少人工勞動和人為誤差，因此在許多行業(yè)中備受關(guān)注。本設(shè)計項目旨在設(shè)計和實現(xiàn)一臺高效、精確控制的噴霧機械手，以滿足工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)和清潔消毒等領(lǐng)域的需求。通過自動化控制和精準定位，噴霧機械手可以在不同的工作場景中執(zhí)行噴霧操作，提高生產(chǎn)效率和工作質(zhì)量，同時降低成本和風險。設(shè)計的噴霧機械手將涉及多個方面的考慮，包括機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計、傳感器選擇、安全性考慮等。在設(shè)計過程中，我們將充分考慮機械手的靈活性、穩(wěn)定性、定位精度以及操作的安全性和可靠性。此外，與傳統(tǒng)的手動操作相比，自動化的噴霧機械手還具有許多優(yōu)勢，如操作速度更快、可持續(xù)運行、可編程性強等。這些優(yōu)勢將為用戶提供更高效、可靠的噴霧操作解決方案。1.1國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1國外發(fā)展趨勢噴霧機械手在國外的發(fā)展歷程可以追溯到上世紀。以下是一些關(guān)鍵的里程碑和發(fā)展趨勢：早期發(fā)展（20世紀60年代-70年代）：噴霧機械手的早期發(fā)展主要集中在工業(yè)自動化領(lǐng)域。機械手的運動控制主要依靠氣動和液壓系統(tǒng)，用于噴涂、涂覆和表面處理等應(yīng)用。這些系統(tǒng)在汽車制造、航空航天、家具制造等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。電子控制時代（20世紀80年代-90年代）：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，噴霧機械手的控制系統(tǒng)逐漸過渡到電子控制。采用伺服電機和編碼器等設(shè)備實現(xiàn)對機械手運動的精確控制。此時，噴霧機械手開始應(yīng)用于更多領(lǐng)域，如電子制造、半導(dǎo)體生產(chǎn)和醫(yī)療設(shè)備等REF_Ref14601\r\h[4]。光電控制和傳感器應(yīng)用（21世紀初）：隨著光電技術(shù)和傳感器技術(shù)的進步，噴霧機械手的定位和控制能力進一步提高。光電編碼器、激光測距儀和視覺傳感器等設(shè)備被廣泛應(yīng)用于噴霧機械手，提供更準確的位置檢測和環(huán)境感知。智能化和協(xié)作性發(fā)展（近年）：近年來，隨著人工智能和機器學習技術(shù)的發(fā)展，噴霧機械手越來越智能化和協(xié)作化。機器學習算法用于優(yōu)化運動軌跡和路徑規(guī)劃，使機械手能夠更快速、高效地完成任務(wù)。此外，協(xié)作機械手的概念也出現(xiàn)，通過與人類操作員的協(xié)作，實現(xiàn)更靈活、安全的噴霧操作。應(yīng)用領(lǐng)域擴展：噴霧機械手的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴展。除了傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，噴霧機械手在農(nóng)業(yè)噴灑、清潔消毒、醫(yī)療護理等領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。例如，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，噴霧機械手可用于精確的農(nóng)藥噴灑，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。1.1.2國內(nèi)發(fā)展趨勢噴霧機械手在中國國內(nèi)的發(fā)展歷程可以追溯到近幾十年來。以下是一些關(guān)鍵的里程碑和發(fā)展趨勢：初期階段（20世紀80年代-90年代）：在中國，噴霧機械手的發(fā)展起步較晚。在這一時期，噴霧機械手主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，如汽車制造、電子制造等行業(yè)。機械手通常采用傳統(tǒng)的氣動或液壓系統(tǒng)，用于噴涂、涂覆和表面處理等工藝。技術(shù)引進與發(fā)展（21世紀初）：隨著國內(nèi)外自動化技術(shù)的交流與引進，噴霧機械手在中國國內(nèi)開始迅速發(fā)展。許多國內(nèi)企業(yè)開始引進先進的噴霧機械手技術(shù)和設(shè)備，并進行自主研發(fā)和創(chuàng)新?？刂葡到y(tǒng)逐漸過渡到電子控制，運動控制更加精確。技術(shù)升級與智能化（近年）：近年來，隨著中國自主創(chuàng)新能力的提升和技術(shù)的迅猛發(fā)展，噴霧機械手在國內(nèi)實現(xiàn)了技術(shù)升級和智能化。先進的傳感器技術(shù)和光電控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于噴霧機械手，實現(xiàn)更高精度的位置控制和環(huán)境感知。智能算法和人工智能技術(shù)的應(yīng)用也使噴霧機械手更加智能、自動化。應(yīng)用領(lǐng)域擴展與創(chuàng)新：隨著國內(nèi)工業(yè)結(jié)構(gòu)的變革和經(jīng)濟發(fā)展的需要，噴霧機械手的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴展。除了傳統(tǒng)的汽車制造、電子制造等領(lǐng)域，噴霧機械手在農(nóng)業(yè)、建筑、家居裝飾等領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸增加。例如，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，噴霧機械手可用于農(nóng)作物的噴灑和施肥，提高農(nóng)作物的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。產(chǎn)業(yè)化與市場競爭：隨著國內(nèi)噴霧機械手技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，國內(nèi)企業(yè)開始進行批量生產(chǎn)和市場推廣。國內(nèi)企業(yè)在技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品創(chuàng)新和市場營銷等方面進行積極探索，并逐漸形成了一定的產(chǎn)業(yè)化規(guī)范化的發(fā)展模式。1.1.3國內(nèi)外發(fā)展趨勢噴霧機械手在中國國內(nèi)的發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢：智能化與自動化：隨著人工智能、機器學習和自動化技術(shù)的快速發(fā)展，噴霧機械手在國內(nèi)趨向智能化和自動化。通過引入先進的感知和決策系統(tǒng)，噴霧機械手能夠自主進行任務(wù)規(guī)劃、路徑規(guī)劃和動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)高度自動化的噴霧操作。高精度和高速度：隨著精密控制技術(shù)的進步，噴霧機械手的定位精度和運動速度不斷提高。采用先進的傳感器、編碼器和控制算法，噴霧機械手能夠?qū)崿F(xiàn)更精準的定位和更快的運動響應(yīng)，提高噴霧操作的效率和質(zhì)量。多功能和多場景應(yīng)用：為了適應(yīng)不同行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域的需求，噴霧機械手在國內(nèi)越來越多地具備多功能和多場景適應(yīng)能力。不僅可以用于傳統(tǒng)的噴涂、涂覆和表面處理，還可以用于農(nóng)業(yè)噴灑、清潔消毒、醫(yī)療護理等領(lǐng)域。噴霧機械手的設(shè)計和配置可根據(jù)不同應(yīng)用場景的要求進行定制和調(diào)整REF_Ref1583\r\h[1]。協(xié)作性和人機交互：隨著人機協(xié)作技術(shù)的進步，噴霧機械手在國內(nèi)趨向協(xié)作性和人機交互。通過引入安全感知技術(shù)和智能控制算法，噴霧機械手可以與人類操作員安全協(xié)作，共同完成噴霧任務(wù)。這種協(xié)作模式提高了工作靈活性和安全性，促進了生產(chǎn)效率的提升REF_Ref1775\r\h[2]。環(huán)保和節(jié)能：隨著對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的重視，噴霧機械手在國內(nèi)趨向環(huán)保和節(jié)能。采用高效的噴霧技術(shù)和節(jié)能設(shè)備，減少噴霧劑的浪費和環(huán)境污染。同時，優(yōu)化噴霧機械手的運動路徑和能源利用，實現(xiàn)節(jié)能和資源的合理利用?？傮w而言，噴霧機械手在國內(nèi)的發(fā)展趨勢包括智能化、高精度、多功能、協(xié)作性和環(huán)保節(jié)能。這些趨勢將進一步推動噴霧機械手技術(shù)1.2研究的目的意義噴霧機械手的研究具有以下目的和意義：提高生產(chǎn)效率：噴霧機械手的研究旨在實現(xiàn)自動化和智能化的噴霧操作，能夠在較短的時間內(nèi)完成大量的工作任務(wù)。通過提高生產(chǎn)效率，可以降低生產(chǎn)成本并增加產(chǎn)量，提高企業(yè)的競爭力。提升產(chǎn)品質(zhì)量：噴霧機械手具有高精度的定位和控制能力，可以實現(xiàn)均勻的噴霧涂覆，減少涂層厚度差異和質(zhì)量缺陷。這對于需要高品質(zhì)涂層的產(chǎn)品，如汽車涂裝、電子產(chǎn)品等，非常重要。減少人工勞動：傳統(tǒng)的噴霧操作通常需要大量的人工參與，不僅勞動強度大，還容易出現(xiàn)人為誤差。通過引入噴霧機械手，可以減少人工勞動，降低勞動強度，并提高操作的一致性和準確性。總的來說，噴霧機械手的研究旨在提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、減少人工勞動、提高操作安全性，并推動自動化技術(shù)的發(fā)展。這將對工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、清潔消毒等領(lǐng)域產(chǎn)生重要的影響和意義。研究噴霧機械手對于個人的學習也具有以下幾方面的影響：技術(shù)研究和應(yīng)用能力：研究噴霧機械手需要涉及多個學科領(lǐng)域，如機械設(shè)計、電氣控制、傳感器技術(shù)等。通過深入研究噴霧機械手，可以提高自身對相關(guān)技術(shù)的理解和掌握，培養(yǎng)解決實際問題的能力。創(chuàng)新能力：噴霧機械手研究需要面對各種實際應(yīng)用需求和問題，這促使個人鍛煉創(chuàng)新思維和解決問題的能力。通過分析和設(shè)計噴霧機械手系統(tǒng)，可以培養(yǎng)自己在技術(shù)創(chuàng)新和工程解決方案上的能力。團隊合作與溝通能力：在研究噴霧機械手時，常常需要與團隊成員、導(dǎo)師、行業(yè)專家等進行合作和交流。這鍛煉了個人的團隊合作和溝通能力，培養(yǎng)了協(xié)作解決問題的能力。學科交叉和綜合能力：噴霧機械手涉及多個學科領(lǐng)域的知識，需要進行學科交叉的綜合研究。這有助于個人拓寬學科視野，增強綜合分析和綜合應(yīng)用的能力。1.3研究的主要內(nèi)容噴霧機械手的研究主要涉及以下幾個方面的內(nèi)容：機械設(shè)計與結(jié)構(gòu)優(yōu)化：噴霧機械手的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計是研究的關(guān)鍵內(nèi)容之一。包括噴霧機械手的機械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計、關(guān)節(jié)設(shè)計、末端執(zhí)行器設(shè)計等。研究人員需要考慮機械結(jié)構(gòu)的剛度、精度、穩(wěn)定性和負載能力等因素，以實現(xiàn)準確、穩(wěn)定的噴霧操作?？刂葡到y(tǒng)與運動規(guī)劃：噴霧機械手的控制系統(tǒng)是實現(xiàn)精準運動和噴霧操作的關(guān)鍵。研究人員需要設(shè)計和開發(fā)適用于噴霧機械手的運動控制算法和控制系統(tǒng)。這包括路徑規(guī)劃、軌跡跟蹤、運動插補等技術(shù)，以實現(xiàn)噴霧機械手的準確定位和精確運動控制。傳感器技術(shù)與感知系統(tǒng)：噴霧機械手需要通過傳感器獲取環(huán)境信息和工作狀態(tài)，以實現(xiàn)自主感知和決策。研究人員需要探索并應(yīng)用合適的傳感器技術(shù)，如視覺傳感器、力傳感器、氣體傳感器等，以實現(xiàn)噴霧機械手的環(huán)境感知、物體識別和姿態(tài)調(diào)整。2總體方案設(shè)計2.1功能分析結(jié)合本次所設(shè)計的任務(wù)書，移動噴霧機械手通常具有以下功能：1、移動能力：移動噴霧機械手可以在工作區(qū)域內(nèi)自由移動，具備定位和導(dǎo)航功能。它可以在不同位置和工作站點之間進行快速準確的移動，以適應(yīng)不同的工作需求和場景。2、噴霧涂覆：移動噴霧機械手具備噴霧涂覆功能，可以在工作過程中釋放和噴灑涂覆劑。它可以通過噴嘴、噴頭或其他涂覆設(shè)備將涂覆劑均勻地噴灑到目標物體上，實現(xiàn)涂覆、涂畫或噴霧作業(yè)。3、自動化操作：移動噴霧機械手可以實現(xiàn)自動化操作，通過預(yù)先設(shè)定的程序和控制系統(tǒng)來完成涂覆任務(wù)。它可以根據(jù)預(yù)設(shè)的路徑和參數(shù)自主完成涂覆過程，減少人工干預(yù)和提高工作效率。4、精準定位：移動噴霧機械手具備精準定位能力，可以根據(jù)需求實現(xiàn)精確的位置和姿態(tài)控制。它可以通過傳感器和反饋系統(tǒng)實時檢測和調(diào)整自身位置，確保涂覆的精度和一致性。5、編程和控制：移動噴霧機械手可以進行編程和控制，通過人機界面或計算機軟件進行操作和控制。用戶可以設(shè)定涂覆路徑、噴霧參數(shù)和工作模式等，以實現(xiàn)個性化的涂覆需求和靈活的控制方式。2.2初始參數(shù)擬定確定移動噴霧機械手的初始參數(shù)需要考慮以下幾個方面：工作空間：確定移動噴霧機械手的工作空間范圍，包括水平和垂直方向的移動范圍。這取決于具體的應(yīng)用場景和涂覆的目標尺寸。移動速度：根據(jù)涂覆任務(wù)的要求和工作效率的平衡，確定移動噴霧機械手的移動速度。速度應(yīng)能夠在保證涂覆質(zhì)量的前提下提高生產(chǎn)效率，結(jié)合本次設(shè)計的噴霧機器人其移動速度速度在，能夠滿足普通移動使用要求。移動式底盤負載能力：根據(jù)所設(shè)計的機械手以及噴灑組件具有一定的質(zhì)量因此所設(shè)計的移動底盤需要具有一定的負載要求，根據(jù)機械手的相關(guān)參數(shù)查詢對于外形體積不大的中型號機械手其自身重量在，所設(shè)計的噴灑組件以及噴灑頭以及相應(yīng)的液體儲存箱其重量可預(yù)估為最大坐標定位精度：根據(jù)涂覆任務(wù)的要求，確定移動噴霧機械手的坐標定位精度。精度應(yīng)能夠滿足涂覆的精確度和一致性要求。控制系統(tǒng)：選擇合適的控制系統(tǒng)，包括硬件和軟件，以實現(xiàn)移動噴霧機械手的運動控制、路徑規(guī)劃和參數(shù)調(diào)整等功能。環(huán)境條件：考慮涂覆任務(wù)所處的環(huán)境條件，包括溫度、濕度、空氣質(zhì)量等因素。根據(jù)環(huán)境條件確定移動噴霧機械手的適應(yīng)性和防護措施。安全性考慮：考慮操作人員的安全和設(shè)備的安全，確定移動噴霧機械手的安全參數(shù)，如緊急停止裝置、碰撞檢測等。在擬定初始參數(shù)時，可以通過實驗和測試來驗證和調(diào)整參數(shù)的合理性和準確性。根據(jù)具體的應(yīng)用需求和涂覆要求，不斷優(yōu)化和調(diào)整移動噴霧機械手的初始參數(shù)，以獲得最佳的涂覆效果和工作性能。2.3初始方案擬定在擬定初始方案時，可以結(jié)合先進的仿真軟件進行虛擬建模和分析，評估方案的可行性和優(yōu)化空間。同時，通過實驗和測試驗證方案的性能和可靠性，不斷優(yōu)化和改進設(shè)計方案，以實現(xiàn)移動噴霧機械手的高效、穩(wěn)定和精準的涂覆操作，結(jié)合本次所設(shè)計的任務(wù)書具體的方案設(shè)計如下：方案1：圖2-1移動小車方案圖所設(shè)計的行走移動機構(gòu)采用蝸輪蝸桿傳動配合移動車輪，包括：高傳動比：蝸輪蝸桿傳動具有很高的傳動比，可以實現(xiàn)較大的減速比。這使得移動車輪可以以較低的轉(zhuǎn)速進行運動，提供更大的扭矩輸出。穩(wěn)定性和剛性：蝸輪蝸桿傳動具有較好的穩(wěn)定性和剛性，能夠提供穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動和較高的扭矩輸出。這有助于行走移動機構(gòu)在各種工況下保持平穩(wěn)的運動和精準的位置控制。自鎖功能：蝸輪蝸桿傳動具有自鎖功能，即在無外力作用下，蝸桿軸是不易被旋轉(zhuǎn)的。這可以確保行走移動機構(gòu)在停止運動時保持固定的位置，增強安全性。所設(shè)計的噴霧運動機構(gòu)采用關(guān)節(jié)機械手進行配合運動，采用關(guān)節(jié)機械手配合運動的噴霧運動機構(gòu)是一種常見的設(shè)計方案，其主要特點和優(yōu)勢包括：多自由度：關(guān)節(jié)機械手具有多個關(guān)節(jié)連接的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)多自由度的運動。這使得噴霧運動機構(gòu)能夠在多個方向上進行精確的姿態(tài)調(diào)整和運動控制，以適應(yīng)不同涂覆需求。靈活性和可調(diào)性：關(guān)節(jié)機械手的關(guān)節(jié)可以進行靈活的旋轉(zhuǎn)和運動，具有較大的調(diào)整范圍。這使得噴霧運動機構(gòu)能夠靈活地調(diào)整噴霧角度、位置和路徑，以適應(yīng)不同形狀和尺寸的涂覆目標。所設(shè)計的末端噴頭機構(gòu)采用多角度、多碰頭的標準件在設(shè)計過程中，需要確保所選用的標準件與系統(tǒng)其他組件的匹配性和兼容性。同時，還需要根據(jù)具體的涂覆要求和應(yīng)用場景，合理選擇噴頭的角度、碰頭點的位置和數(shù)量，以實現(xiàn)最佳的噴涂效果。方案2：圖2-2液壓噴霧機械手噴霧機械手的核心采用液壓缸控制是一種常見的設(shè)計。液壓系統(tǒng)利用液體的力量來驅(qū)動機械手的運動。在噴霧機械手中，液壓缸通常用于控制機械手的臂部和手部的運動。液壓系統(tǒng)由液壓泵、液壓油箱、液壓缸和控制閥組成。液壓泵通過提供高壓液體將能量轉(zhuǎn)換成機械能，將液壓油送入液壓缸。液壓缸由一個活塞和活塞桿組成，在液壓油的作用下，活塞會產(chǎn)生線性運動。通過控制液壓系統(tǒng)中的控制閥，可以實現(xiàn)對液壓缸的運動控制。打開或關(guān)閉控制閥可以控制液壓油的流動方向，從而控制機械手的臂部和手部的伸縮、旋轉(zhuǎn)和抓取動作。通過方案一采用電機控制相對于方案二液壓缸控制更加靈活。如果需要精確的運動控制、快速響應(yīng)和較高的靈活性，電機控制是一個更好的選擇。然而，如果需要處理重負載、穩(wěn)定性要求較高或適應(yīng)惡劣環(huán)境，液壓缸控制可能是更合適的選項。在選擇方案時，需要綜合考慮具體應(yīng)用的需求、性能要求和成本效益等因素。3傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算3.1傳動系統(tǒng)總效率計算傳動系統(tǒng)的效率；需要考慮傳動系統(tǒng)的主要的傳動結(jié)構(gòu)，動力輸入到最后的輸出經(jīng)過的傳動系統(tǒng)，根據(jù)對本次方案的設(shè)計可知傳動系統(tǒng)主要包括：聯(lián)軸器、渦輪蝸桿減速器、以及軸承等組成，根據(jù)設(shè)計手冊可選擇相應(yīng)的傳遞效率：軸承效率,蝸桿效率,聯(lián)軸器效率,軸承效率，根據(jù)效率計算公式可得如下：3.2電機選擇及傳動比確定根據(jù)本次設(shè)計的具體使用環(huán)境，小車的移動速度為;,初步擬定行走輪子的直徑可取，則根據(jù)計算公式可計算車輪的轉(zhuǎn)速為：由設(shè)計要求可知，此次設(shè)計的小車需要運輸較重的藥液。因此，此次設(shè)計選取機器人可載重,同時根據(jù)小車機架的材質(zhì)可以大致估算此次小車自重在左右，此處計算選擇自重。在小車滿載的作用下，其所能夠承受的最大重力：小車滿載需要克服的摩擦力：小車工作過程的負載功率：電動機所需工作功率為:通過計算，此次所需電機的功率在。在工作過程中為了保護電機，從而選擇的標準電機，同時考慮到小車的工作環(huán)境，需要盡可能降低噪音的產(chǎn)生，因此決定采用型號為直流伺服電機，并控制其轉(zhuǎn)?？倐鲃颖龋焊鶕?jù)目前所選的電機參數(shù)查詢相應(yīng)的技術(shù)文檔可確定其相應(yīng)的額定功率下的轉(zhuǎn)速，并且根據(jù)相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)速大小，通過相應(yīng)的計算公式可計算傳動結(jié)構(gòu)下的傳動比和傳動效率：根據(jù)電機參數(shù)確定輸入和輸出轉(zhuǎn)，并根據(jù)設(shè)計公式求傳動比：則減速器傳動比為:3.3減速器設(shè)計傳統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計為了減少電機的轉(zhuǎn)速需要設(shè)置一定的減速系統(tǒng)，減速系統(tǒng)不僅能夠減少對輸入功率的轉(zhuǎn)速而且還能夠增加傳遞的扭矩和功率，并且結(jié)合本次設(shè)計的傳動特點其小車在運動過程為了防止在遇到坡道的情況下產(chǎn)生一定的溜坡因此結(jié)構(gòu)設(shè)計上設(shè)計一種自鎖裝置，根據(jù)機械設(shè)計傳動特點對于既能滿足減速和自鎖的減速裝置，采用蝸輪蝸桿具有更好的傳動特點，其傳動通過蝸桿作用到渦輪上反向則不能進行運動，因此比較適合本次傳動設(shè)計，根據(jù)本次設(shè)計計算所需要的減速裝置的傳動比在，對于機械減速器標準的減速區(qū)間在其傳動比設(shè)計比較合適本次小車的設(shè)計，并且根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計蝸輪蝸桿結(jié)果在本次小車結(jié)構(gòu)設(shè)計REF_Ref13935\r\h[9]中，結(jié)構(gòu)簡單后期加工使用方便。3.3.1計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)（1）各軸轉(zhuǎn)速:蝸桿軸：輸出軸：車輪軸：（2)各軸蝸桿功率:蝸桿軸：輸出軸：車輪軸：則各軸的輸出功率：蝸桿軸：輸出軸：車輪軸：(3)各軸輸入轉(zhuǎn)矩:電動機軸輸出轉(zhuǎn)矩：蝸桿軸：輸出軸：車輪軸：各軸輸出轉(zhuǎn)矩為：蝸桿軸：輸出軸：車輪軸：3.3.2蝸輪蝸桿傳動的設(shè)計計算1.選擇蝸桿傳動類型蝸輪蝸桿的傳動形式主要根據(jù)機械設(shè)計手冊的國標，并且考慮后期的維修和售后成本性，因此可選擇常用的漸開線式具體國標代號為.2.選擇材料及精度等級材料選擇：對于蝸輪蝸桿的傳動其在傳動過程的摩擦比較嚴重因此，零件的加工成本和經(jīng)濟性能比較高，因此對于材料的選擇盡量采用經(jīng)濟性比較好的碳素結(jié)構(gòu)剛，并且為了提高產(chǎn)品零件的耐磨性因此可進行相對的熱處理。精度等級：結(jié)構(gòu)設(shè)計盡量減少經(jīng)濟成本，因此齒圈選擇青銅，為了提高零件的加工生產(chǎn)能性能，對于渦輪等常用零部件采用多元素合金材料，并且為了提高零件生產(chǎn)的批量性其材料通常采用HT100的鑄鐵類材料，精度等級可選擇8級加工。3.按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計對與嚙合傳動的零件其首先需要對嚙合的表面進行強度校核，然后需要考慮在一定的載荷下其嚙合齒根處能夠滿足強度要求，具體計算校核公式如下：（1）根據(jù)負載力在蝸輪上的作用產(chǎn)生的扭矩：根據(jù)第四部分計算（2）確定載荷系數(shù)具體傳動方案分析其減速裝置的載荷系數(shù)：；由表11-5選擇傳動參；再根據(jù)具體的工況選擇動載參數(shù)：；則：（3）確定彈性影響系數(shù)；根據(jù)本次設(shè)計的材料：鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，因此可查（4）確定蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計傳動比以此可確定蝸桿頭數(shù)，則蝸輪齒數(shù)，?。?）確定許用接觸應(yīng)力確定結(jié)構(gòu)件材料：鑄錫磷青銅，蝸桿旋齒面硬度，可從表11-7中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力；應(yīng)力循環(huán)次數(shù)壽命系數(shù)：則：計算值因，故從表11-2中取模數(shù)，蝸桿分度圓直徑。4.蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸（1）中心距（2）蝸桿軸向齒距：直徑系數(shù)：齒頂圓直徑：齒根圓直徑：分度圓導(dǎo)程角：蝸桿軸向齒厚：蝸桿寬度：（3）蝸輪蝸輪分度圓直徑：蝸輪喉圓直徑：蝸輪齒根圓直徑：蝸輪咽喉母圓半徑：蝸輪寬度：蝸輪頂圓直徑：5.校核齒根彎曲疲勞強度當量齒數(shù)：根據(jù)，從圖11-17中可查得齒形系數(shù)螺旋角系數(shù)：許用彎曲應(yīng)力：從表11-8中查得鑄錫磷青銅制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力壽命系數(shù)：[彎曲強度是滿足的。6.驗算效率：相對滑動速度：從表11-18中用插值法查得、；已知代入下式中得：7.熱平衡核算取油溫，根據(jù)工作中的環(huán)境溫度可預(yù)定為：，傳動工作過程通風順暢，因此散熱效果一般可根據(jù)設(shè)計手冊查：，傳動效率為，因此可通過計算REF_Ref13729\r\h[8]的到其可用于散熱的面積大小：主要設(shè)計結(jié)論模數(shù)，蝸桿分度圓直徑，蝸桿頭數(shù)，蝸輪齒數(shù)，中心距,蝸桿的材料選擇需要考慮一定的加工成本性，其外形類似軸類零件因此可選擇碳素結(jié)構(gòu)圓鋼具體牌號為，軸類零件加工后需要對表面進行熱處理以提高整體的力學性能；對于所設(shè)計蝸輪的材料根據(jù)設(shè)計手冊REF_Ref13729\r\h[8]可選擇：鑄錫磷青銅，多元素合金材料其通常方式采用鑄造工藝，能夠批量性的提高生產(chǎn)工藝。表1-1其他重要齒輪參數(shù)總結(jié)和計算名稱代號計算關(guān)系式取值蝸桿直徑系數(shù)11.2698412698413蝸桿軸向齒距蝸桿導(dǎo)程蝸桿分度圓直徑蝸桿齒頂圓直徑蝸桿齒根圓直徑蝸桿導(dǎo)程角蝸桿齒寬蝸輪分度圓直徑蝸輪喉圓直徑蝸輪齒根圓直徑蝸輪咽喉母圓半徑蝸輪寬度蝸輪頂圓直徑3.4軸的設(shè)計與受力分析3.4.1輸入軸的設(shè)計1.輸入軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩2.求作用在齒輪上的力已知蝸桿的分度圓直徑為:蝸輪的分度圓直徑為:則:3.初步確定軸的最小直徑:軸的最小直徑尺寸必須能夠滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的強度需求，本次設(shè)計軸的材料為，根據(jù)相關(guān)設(shè)計手冊的材料系數(shù)查詢其,然后根據(jù)相關(guān)計算其具體的直徑為：軸的最小直徑為動力輸入端，必須考慮與其相互配合安裝的聯(lián)軸器，因此在對于軸的直徑選取的時候考慮標準聯(lián)軸器的大小型號：根據(jù)計算設(shè)計的結(jié)構(gòu)聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩，查設(shè)計手冊工作負載轉(zhuǎn)矩影響變化比較小的情況下其系數(shù)可取，則:根據(jù)設(shè)計計算公式：應(yīng)小于所選聯(lián)軸器的額定參數(shù)，并且結(jié)合電機軸的尺寸大小：，查標準或手冊，選用型聯(lián)軸器。半聯(lián)軸器的孔徑為故取，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度為。4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖5.根據(jù)軸固定安裝元件確定軸的臺階和各段尺寸1）聯(lián)軸器的軸向采用定位臺階，I-II軸設(shè)計一定的臺階高，定位聯(lián)軸器因此II=III段的直徑；軸端左側(cè)采用擋圈進行軸向安裝，因此根據(jù)：擋圈直徑。軸深入聯(lián)軸器的深度根據(jù)設(shè)計手冊查表：，為了減少端蓋作用到相應(yīng)的軸端面上，因此設(shè)計尺寸I-II段的長比所設(shè)計聯(lián)軸的距離稍微短，現(xiàn)取。2）本次設(shè)計選用棍滾子軸承，其選擇方式主要根據(jù)所設(shè)計安裝軸的相關(guān)尺寸和受力方式，并且根據(jù)所設(shè)計的軸段直徑大?。海Y(jié)合軸承設(shè)計選型手冊可初步擬定軸承的型號為:，外形結(jié)構(gòu)：，，取擋油環(huán)的寬度為2，則。軸承的固定安裝在與軸進行相互配合的過程中需要考慮其軸向方向上的臺階定位，根據(jù)所設(shè)計的軸承型號其定位高度為：，因此與其配合固定安裝的軸的尺寸為。3）蝸桿尺寸比較小考慮與其配合安裝軸的強度因此可將蝸桿和蝸軸進行整體設(shè)計，增加強度因此：，。4）軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須保留一定的設(shè)計安裝尺寸，方便后期維修拆卸：。5）根據(jù)設(shè)計手冊箱體內(nèi)壁尺寸：，并且考慮其相應(yīng)的加工誤差以及軸承需具有一定的軸向尺寸距離因此：，同時蝸桿軸處的箱體尺寸厚度可設(shè)為：，取，則根據(jù)以上設(shè)計過程，已經(jīng)能夠確定本次結(jié)構(gòu)設(shè)計的軸尺寸。6.軸的受力分析和校核1）作軸的計算簡圖:根據(jù)設(shè)計手冊查表可得：30206軸承查手冊其相應(yīng)的系數(shù)：第一段軸中點距左支點距離齒輪左右寬度中心距離左支撐：齒輪左右寬度中心距離左支撐：2）載荷作用軸上的支撐力：水平方向支撐力：垂直支撐力：右邊軸承1能夠承受的負載力：左側(cè)軸承2能夠承受的負載力：3）根據(jù)分析確定軸的彎矩圖：蝸桿受力點截面C處的水平彎矩：4）計算軸的垂直彎矩并繪制彎矩圖：蝸桿受力點C處左側(cè)的垂直彎矩：蝸桿受力點C處右側(cè)的垂直彎矩：5）計算合成彎矩并繪制彎矩圖：蝸桿受力點C處左側(cè)的合成彎矩：蝸桿受力點C處右側(cè)的合成彎矩：6）繪制扭矩圖7）根據(jù)計算公式計算相應(yīng)的受力彎矩圖：截面A處彎矩計算公式：截面B處彎矩計算公式：截面C處左側(cè)彎矩計算公式：截面C處右側(cè)彎矩計算公式：截面D處彎矩計算公式：8）根據(jù)結(jié)構(gòu)扭矩計算對軸所受強度進行校核：對軸強度計算校核，需要考慮兩個方面因素：軸的最小直徑處，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計的最大彎矩應(yīng)力處，根據(jù)計算分析（15-5）及上表中的數(shù)據(jù)，軸受到持續(xù)單向循環(huán)作用下的應(yīng)力變化：取，根據(jù)具體軸的設(shè)計計算可的以下相關(guān)具體數(shù)據(jù)：對于軸的設(shè)計考慮其安裝一定的鍵槽和過載情況下的使用，因此必須設(shè)計有一定的安全余量，并通過彎曲分析其能夠滿足要求：4機械手關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1噴霧機構(gòu)設(shè)計此次設(shè)計的機械手是主要針對自動噴霧的，因此在設(shè)計噴霧機構(gòu)時需要考慮刀柄的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)刀柄的結(jié)構(gòu)特點再對噴霧機構(gòu)的結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計。根據(jù)實際情況可知刀具手柄的結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖3.1常用刀具手柄4.2機械手腕部回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計4.2.1腕部扭矩的計算此次設(shè)計的噴霧機械手的手腕角速度為由，所用的時間，通過參考文獻可知，啟動時的轉(zhuǎn)矩由啟動時的負載力矩和加速力矩組成[18]。 （3.1）上式中：--腕部力矩，;--腕部負載力矩，;（）--腕部加速力矩，。1.腕部負載力矩的計算腕部旋轉(zhuǎn)中心與機械噴霧機構(gòu)相接處的力為，由文獻可得，腕部負載力矩由腕部旋轉(zhuǎn)中心與刀柄接觸力矩，刀柄負載力矩和手爪負載力矩組成。即： （3.2）上式中：——啟動時所受力，;——力臂，;——腕部旋轉(zhuǎn)中心與刀柄接觸力，;——腕部旋轉(zhuǎn)中心與刀柄接觸力臂，?！矬w所受力，;——物體力臂，;——手爪所受力，;——手爪力臂，;——噴霧機構(gòu)重量，;——噴霧鏈接件重量，。（此次設(shè)計使用加持機構(gòu)重量通過對標準氣缸和夾爪結(jié)構(gòu)分析可大致得出其重量，在此取一側(cè)夾爪重量為）——重力加速度，。 （3.3）此次設(shè)計的噴霧機械手的執(zhí)行機構(gòu)有兩個夾爪，因此總的腕部負載力矩REF_Ref13935\r\h[9]應(yīng)在計算的基礎(chǔ)上乘以2，即有： （3.4）2.腕部加速力矩的計算通過參考文獻可得公式為： （3.5）式中：——腕部轉(zhuǎn)動慣量，。腕部轉(zhuǎn)動慣量是由刀柄和夾爪的轉(zhuǎn)動慣量組成， （3.6） （3.7）上式中：——物體轉(zhuǎn)動慣量,;——手爪轉(zhuǎn)動慣量，;——相對回轉(zhuǎn)半徑，;綜合上式可得： （3.8）此次設(shè)計的噴霧機械手的執(zhí)行機構(gòu)有兩個夾爪，因此總的腕部負載力矩應(yīng)在計算的基礎(chǔ)上乘以2，即有： （3.9）則啟動時的轉(zhuǎn)矩[19]： （3.10）4.2.3腕部驅(qū)動裝置的確定1.腕部關(guān)節(jié)減速器的計算與選取設(shè)計采用步進電機控制各個關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)或俯仰運動，步進電機減速器選用行星減速器?？紤]到腕部旋轉(zhuǎn)時手爪與物體的轉(zhuǎn)動慣量和負載力矩影響，取安全系數(shù)。則減速器需要滿足： （3.11）式中——減速器所需滿足力矩，。根據(jù)輸出的最小轉(zhuǎn)矩選取行星減速器，其型號為PL60-20，減速比為20。減速器實物圖如圖3-3所示，其技術(shù)參數(shù)如表3-1所示。表3.1行星減速器PL60-20技術(shù)參數(shù)減速比20額定負載34.5最大負載69效率95%級數(shù)一級長度60回差2.腕部關(guān)節(jié)處驅(qū)動電機的計算和選型行星減速器的傳動比為95%，則電機所需要的輸出轉(zhuǎn)矩為: （3.12）式中——傳動比，;———行星減速器的傳動效率，——減速器的輸出轉(zhuǎn)矩，;——步進電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，。將上述計算參數(shù)帶入公式可得： （3.13）根據(jù)所算得的輸出轉(zhuǎn)矩選取步進電動機的型號為42HS34-0164A，具體安裝使用能夠相關(guān)減速器配合安裝3-4所示，更具其技術(shù)參數(shù)如下表3-2所示。表3.2步進電機PL60-10技術(shù)參數(shù)步進電機型號57BYGH78-401A步距角/1.8機身長/78相電流/2.8電阻/1.13電壓/24靜轉(zhuǎn)矩/1.89轉(zhuǎn)動慣量/78重量/1.13.精度的校驗通過減速器及步進電機的確定，可以得到減速比，步進電機步距角為，取關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤直徑，可計算出步進電機定位精度[20]： （3.14）上式中：——腕部定位精度，——步進電機步距角，——腕部關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤直徑，所計算定位精度小于設(shè)計定位精度，所以電機符合要求。4.2.4鍵的強度校核腕部電機軸上所用到的鍵是A型的普通平鍵，。平鍵主要針對圓周作用的結(jié)構(gòu)件，通過進行扭矩傳遞動力，必須對相應(yīng)的強度進行計算校核，以保證結(jié)構(gòu)強度能夠滿足要求。由文獻[21]，根據(jù)切面強度計算公式REF_Ref13987\r\h[6]可的如下計算: （3.15）上式中：——工作面的擠壓應(yīng)力，;——傳遞的轉(zhuǎn)矩，;——軸的直徑，;——鍵的工作長度(A型，其中、分別為鍵的公稱長度和鍵寬)，;——鍵與轂槽的接觸高度，通常為鍵高的一半即，;——許用擠壓應(yīng)力，查李振剛主編《機械設(shè)計》中表5-2可得。鍵所傳遞的轉(zhuǎn)矩與腕部電機輸出的轉(zhuǎn)矩相等，且減速器軸的直徑為，即;由鍵的型號為，可知鍵的工作長度為;同理可得，則鍵的工作面的擠壓應(yīng)力為: （3.16）則帶入比較式有：綜上可知，腕部軸上的鍵強度滿足。4.2.5連接結(jié)構(gòu)4.3腕部擺動結(jié)構(gòu)設(shè)計4.3.1腕部擺動扭矩的計算此次設(shè)計的噴霧機械手的手腕角速度為由，所用的時間，通過參考文獻可知，啟動時的轉(zhuǎn)矩由啟動時的負載力矩和加速力矩組成。 （3.17）上式中：--腕部擺動力矩，;--腕部擺動負載力矩，;（）--腕部擺動加速力矩，。1.腕部擺動負載力矩的計算腕部擺動負載力矩由整個噴霧機構(gòu)的負載力矩，此處計算將整個腕部（包括腕部旋轉(zhuǎn)電機等）、噴霧機構(gòu)以及機械手負載時刀柄的負載力矩看作一個整體，通過上述計算中可知刀柄質(zhì)量按，加持機構(gòu)（氣缸、夾爪等）單個重量為，回轉(zhuǎn)電機重量為，行星減速器的重量為，將其看作整體后其擺動機構(gòu)的中心距離擺動中心為。即： （3.18）上式中：——啟動時所受力，;——力臂，;——擺動機構(gòu)中所有零件的質(zhì)量，（）;——重力加速度，。帶入數(shù)據(jù)可得： （3.19）2.腕部加速力矩的計算通過參考文獻可得公式為： （3.20）式中：——腕部轉(zhuǎn)動慣量，。腕部擺動的轉(zhuǎn)動慣量計算為： （3.21）上式中：——相對回轉(zhuǎn)半徑，;（）綜合上式可得： （3.22）則啟動時的轉(zhuǎn)矩： （3.23）4.3.2腕部驅(qū)動裝置的確定1.腕部擺動減速器的計算與選取設(shè)計采用步進電機控制各個關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)或俯仰運動，步進電機減速器選用行星減速器?？紤]到腕部擺動時的轉(zhuǎn)動慣量和負載力矩影響，取安全系數(shù)REF_Ref13935\r\h[9]。則減速器需要滿足： （3.24）式中——減速器所需滿足力矩，。根據(jù)輸出的最小轉(zhuǎn)矩選取行星減速器，其型號為PL60-20，減速比為20。減速器實物圖如圖3-5所示，其技術(shù)參數(shù)如表3-1所示。表3.1行星減速器PL60-20技術(shù)參數(shù)減速比20額定負載34.5最大負載69效率95%級數(shù)二級長度60回差2.腕部關(guān)節(jié)處驅(qū)動電機的計算和選型行星減速器的傳動比為95%，則電機所需要的輸出轉(zhuǎn)矩REF_Ref13729\r\h[8]為: （3.25）式中——傳動比，;———行星減速器的傳動效率，;——減速器的輸出轉(zhuǎn)矩，;——步進電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，。將上述計算參數(shù)帶入公式可得： （3.26）根據(jù)所算得的輸出轉(zhuǎn)矩選取步進電動機的型號為42HS34-0164A，其與減速器組裝圖如圖3-4所示，其技術(shù)參數(shù)如下表3-2所示。表3.2步進電機57BYGH78-401A技術(shù)參數(shù)步進電機型號57BYGH78-401A步距角/1.8機身長/78相電流/2.8電阻/1.13電壓/24靜轉(zhuǎn)矩/1.89轉(zhuǎn)動慣量/78重量/1.13.精度的校驗通過減速器及步進電機的確定，可以得到減速比，步進電機步距角為，取關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤直徑，可計算出步進電機定位精度： （3.27）上式中：——腕部定位精度，——步進電機步距角，——腕部關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤直徑，所計算定位精度小于設(shè)計定位精度，所以電機符合要求。4.3.3鍵的強度校核腕部電機軸上所用到的鍵是A型的普通平鍵，。平鍵的兩側(cè)面是工作面，工作時兩側(cè)面受到擠壓，其在扭矩傳遞過程中能夠承受擠壓而產(chǎn)生的應(yīng)力損傷，因此需要進行計算分析，根據(jù)文獻[2]，其具體的強度計算公式： （3.28）上式中：——工作面的擠壓應(yīng)力，;——傳遞的轉(zhuǎn)矩，;——軸的直徑，;——鍵的工作長度(A型，其中、分別為鍵的公稱長度和鍵寬)，;——鍵與轂槽的接觸高度，通常為鍵高的一半即，;——許用擠壓應(yīng)力，查李振剛主編《機械設(shè)計》中表5-2可得。鍵所傳遞的轉(zhuǎn)矩與腕部電機輸出的轉(zhuǎn)矩相等，且減速器軸的直徑為，即;由鍵的型號為，可知鍵的工作長度為;同理可得，則鍵的工作面的擠壓應(yīng)力REF_Ref13729\r\h[8]為: （3.29）則帶入比較式有： （3.30）綜上可知，腕部擺動軸上的鍵強度滿足。4.4其他工作部位電機和減速器的型號選取4.4.1小臂擺動電機及減速器型號選?。簠⑴c小臂擺動的機構(gòu)總質(zhì)量為小臂座質(zhì)量和小臂質(zhì)量以及腕部和噴霧機構(gòu)質(zhì)量之和。在此次計算中將小臂質(zhì)量、腕部質(zhì)量、加持機構(gòu)質(zhì)量荷載一起計算，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計其重心到轉(zhuǎn)動原點的距離為，小臂座的扭矩單獨計算，小臂座的質(zhì)量為，小臂座重心到擺動中心的距離為。小臂、腕部和噴霧機構(gòu)總質(zhì)量為。通過已知條件帶入如3.1中的計算過程可得結(jié)論為：則乘以安全系數(shù)REF_Ref13588\r\h[5]K得：則減速器型號選擇為：PL80-05。 （3.31）則電機型號選擇為：86BYG250H4.4.2大臂擺動電機及減速器型號選?。航Y(jié)構(gòu)機械大臂工作中總質(zhì)量為。此部分機構(gòu)的重心距離大臂擺動中心的距離為。通過已知條件帶入如3.1中的計算過程可得結(jié)論為：則乘以安全系數(shù)K得：則減速器型號選擇為：PL120-25。 （3.32）則電機型號選擇為：86BYG250C4.4.3大臂旋轉(zhuǎn)電機及減速器型號選取：參與大臂擺動的機構(gòu)總質(zhì)量為。此部分機構(gòu)的重心距離大臂擺動中心的距離為。通過已知條件帶入如3.1中的計算過程可得結(jié)論為：則乘以安全系數(shù)K得：則減速器型號選擇為：PL120-25。 （3.33）則電機型號選擇為：86BYG250D5控制系統(tǒng)設(shè)計移動噴霧機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計需要綜合考慮運動控制、姿態(tài)控制、感知與定位、用戶界面、安全控制以及通信與協(xié)調(diào)等方面。運動控制系統(tǒng)負責機器人的位置、速度和加速度控制，可以選擇合適的控制方式，確保精準的位置控制和平滑的運動軌跡。姿態(tài)控制系統(tǒng)則實現(xiàn)機器人噴霧頭的靈活調(diào)整，通過反饋傳感器獲取姿態(tài)信息并應(yīng)用控制算法。感知與定位系統(tǒng)使用傳感器檢測工件和工作環(huán)境的位置、形狀和表面特征，提供數(shù)據(jù)用于路徑規(guī)劃和控制。用戶界面提供操作和監(jiān)控功能，可通過觸摸屏界面或計算機軟件設(shè)定參數(shù)、監(jiān)視狀態(tài)和調(diào)整算法。安全控制方面需考慮碰撞檢測傳感器、急停按鈕和軟件安全限制，確保機器人工作過程中的安全性。若需協(xié)同工作，通信與協(xié)調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)機器人間的信息交換和任務(wù)分配。綜上所述，移動噴霧機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)兼顧機械結(jié)構(gòu)、運動控制、感知定位和用戶需求，并根據(jù)具體場景和需求進行優(yōu)化。5.1可編程序控制器介紹可編程序控制器（ProgrammableLogicController，PLC）是一種用于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的專用計算機控制器。PLC的設(shè)計目的是實現(xiàn)對機械或工業(yè)過程的自動化控制和監(jiān)控。它采用可編程的存儲器來存儲指令集和邏輯功能，通過輸入/輸出模塊與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換和信號傳遞。PLC通常由中央處理器、存儲器、輸入/輸出模塊、通信接口和用戶界面等組成。它具有高可靠性、可編程性強、適應(yīng)性廣泛等特點，可以適用于各種工業(yè)控制應(yīng)用。PLC的編程語言通常采用類似于傳統(tǒng)繼電器邏輯的圖形化語言，如梯形圖（LadderDiagram，LD）或功能塊圖（FunctionBlockDiagram，F(xiàn)BD）。這種圖形化編程方式使得PLC易于理解、調(diào)試和維護。PLC的應(yīng)用范圍廣泛，包括生產(chǎn)線控制、機器人控制、流程控制、安全控制等領(lǐng)域。通過編寫和修改PLC的程序，可以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、降低成本和改善產(chǎn)品質(zhì)量?？傊?，可編程序控制器是工業(yè)自動化領(lǐng)域中的重要組成部分，它在工業(yè)控制系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。圖5-1可編程序控制器5.1繼電器的介紹繼電器在控制系統(tǒng)中起著重要的作用。作為一種電氣開關(guān)裝置，繼電器能夠在電路中實現(xiàn)電流的控制和信號的轉(zhuǎn)換?？刂葡到y(tǒng)通常需要根據(jù)不同的輸入信號和條件來執(zhí)行特定的操作，例如開關(guān)設(shè)備、控制電機、實現(xiàn)邏輯功能等。繼電器可以通過控制輸入信號來切換其內(nèi)部的電路連接狀態(tài)，從而實現(xiàn)對輸出信號的控制。其可靠性、可調(diào)節(jié)性和適應(yīng)性使得繼電器廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域的控制系統(tǒng)中。在自動化領(lǐng)域，繼電器常用于控制電機、執(zhí)行器和傳感器等設(shè)備，實現(xiàn)工業(yè)自動化生產(chǎn)線的控制與協(xié)調(diào)。此外，繼電器還可用于安全系統(tǒng)，通過接收來自傳感器的信號，并根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯進行處理，控制報警、緊急停機等安全措施。繼電器在控制系統(tǒng)中的使用不僅具有簡單可靠的特點，還為工程師提供了方便的調(diào)試和維護手段，使得控制系統(tǒng)的設(shè)計和實施更加靈活和可靠?？傊?，繼電器作為一種重要的控制元件，對于控制系統(tǒng)的正常運行和功能實現(xiàn)起著不可或缺的作用。圖5-2繼電器示意圖5.3傳感器的設(shè)計傳感器在移動噴霧機器人中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。移動噴霧機器人需要感知和理解其周圍環(huán)境，以便準確執(zhí)行噴霧任務(wù)和避免碰撞。傳感器可以提供機器人所需的環(huán)境信息和反饋，實現(xiàn)智能的感知與決策。首先，視覺傳感器可以用于檢測和辨識目標物體、工件或工作區(qū)域。通過相機或激光掃描儀等傳感器，機器人能夠獲取圖像或點云數(shù)據(jù)，識別工作區(qū)域的形狀、大小和位置，以及檢測目標物體的特征和位置。這些信息有助于機器人進行路徑規(guī)劃、姿態(tài)控制和定位。其次，距離傳感器（如超聲波傳感器、激光測距傳感器）可以提供機器人與障礙物之間的距離和接近程度信息。這使得機器人能夠避免碰撞或與環(huán)境進行安全交互。機器人可以根據(jù)距離傳感器提供的數(shù)據(jù)，調(diào)整其路徑、速度和動作，以避免障礙物或確保與目標物體的正確距離。此外，濕度傳感器、溫度傳感器和氣體傳感器等環(huán)境傳感器可用于檢測環(huán)境條件，如濕度、溫度和化學氣體濃度等。這些傳感器可用于確定噴霧任務(wù)的最佳條件或確保工作環(huán)境的安全性。綜上所述，傳感器在移動噴霧機器人中提供了關(guān)鍵的環(huán)境感知和反饋信息。通過視覺傳感器、距離傳感器和環(huán)境傳感器等的使用，機器人能夠感知并適應(yīng)其工作環(huán)境，實現(xiàn)準確、高效的噴霧操作，并確保與環(huán)境和目標物體的安全互動。傳感器的應(yīng)用使得移動噴霧機器人能夠更加智能化、自主化地執(zhí)行任務(wù)，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。圖5-3傳感器示意圖6三維建模和裝配技術(shù)6.1三維建模軟件介紹SOLIDWORKS是一款強大的三維計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件，由達索系統(tǒng)公司（DassaultSystèmes）開發(fā)和銷售。它廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計和制造領(lǐng)域，并被認為是全球領(lǐng)先的CAD軟件之一。三維軟件具有很多的功能，三維建模：SOLIDWORKS提供了豐富的三維建模工具，使用戶能夠創(chuàng)建復(fù)雜的實體模型。它支持多種建模技術(shù)，如實體建模、曲面建模和裝配建模，可以滿足不同設(shè)計需求。繪圖和草圖：SOLIDWORKS提供了強大的繪圖和草圖工具，用于創(chuàng)建二維圖形和草圖。這些工具可以用于設(shè)計和標注零件、裝配和制圖，幫助用戶準確地表達設(shè)計意圖。特征建模：SOLIDWORKS具有廣泛的特征建模功能，例如孔、凸臺、圓角等。用戶可以使用這些特征來快速創(chuàng)建復(fù)雜的幾何形狀，并輕松修改和調(diào)整設(shè)計。裝配設(shè)計：SOLIDWORKS支持裝配設(shè)計，允許用戶創(chuàng)建多個部件的裝配模型。它提供了裝配約束工具，使用戶能夠定義零件之間的關(guān)系，如約束、對齊和運動REF_Ref13461\r\h[11]。總體而言，SOLIDWORKS是一款功能強大、易于使用的CAD軟件，廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計和制造領(lǐng)域。它提供了豐富的建模、分析、驗證和數(shù)據(jù)管理功能，幫助用戶實現(xiàn)高效、精確和可靠的設(shè)計過程。6.2零件三維建模零件的三維建模是使用CAD軟件進行物體建模的過程，以下是一般的步驟：創(chuàng)建新的零件文件：在CAD軟件中打開新的零件文件，選擇適當?shù)膯挝缓妥鴺讼?。繪制基礎(chǔ)草圖：在零件文件中創(chuàng)建基礎(chǔ)草圖，這是構(gòu)建零件的起點。使用繪圖工具（如直線、圓、矩形等）繪制草圖的外形和特征。添加尺寸和約束：對草圖進行尺寸標注，以定義其幾何形狀和尺寸。同時添加適當?shù)募s束條件，如水平、垂直、對稱等，以確保草圖的幾何關(guān)系。創(chuàng)建特征：根據(jù)零件的幾何形狀，在草圖上創(chuàng)建相應(yīng)的特征。這可能包括凸臺、孔、倒角、拉伸、旋轉(zhuǎn)等。使用相應(yīng)的工具和命令來創(chuàng)建這些特征。編輯和調(diào)整特征：根據(jù)需要對特征進行編輯和調(diào)整?？梢孕薷某叽?、位置、形狀等參數(shù)，以滿足設(shè)計要求。添加附加特征：根據(jù)設(shè)計需求，添加其他附加特征，如螺紋、齒輪、凹槽等。使用相應(yīng)的工具和命令進行建模。創(chuàng)建切割和修剪：根據(jù)需要，在零件上創(chuàng)建切割或修剪特征，以改變零件的形狀或去除不需要的部分。添加細節(jié)和表面處理：根據(jù)設(shè)計要求，添加細節(jié)和表面處理，如紋理、圖案、裝飾等，以增加零件的外觀和功能REF_Ref13412\r\h[12]。進行分析和驗證：使用CAD軟件提供的仿真和分析工具，對零件進行結(jié)構(gòu)分析、運動模擬等，以評估其性能和可靠性。生成工程圖：根據(jù)零件模型，生成相應(yīng)的工程圖，包括視圖、尺寸、標注等，以用于制造和裝配。6.3零件三維裝配要進行噴霧機械手的三維裝配，可以按照以下步驟進行操作：1.準備零件模型：確保您已經(jīng)創(chuàng)建了噴霧機械手的各個零件的三維模型。這些零件模型應(yīng)包括機械臂、關(guān)節(jié)、噴嘴、執(zhí)行器等組成部分。2.創(chuàng)建裝配文件：在CAD軟件中創(chuàng)建一個新的裝配文件，并設(shè)置適當?shù)膯挝缓妥鴺讼怠?.插入零件：將每個零件模型插入到裝配文件中。您可以使用插入零件或裝配零件的命令來將零件定位到裝配文件中的適當位置。4.定義裝配關(guān)系：使用適當?shù)难b配工具和命令來定義零件之間的裝配關(guān)系。這包括設(shè)置零件之間的約束條件，如對齊、配合、相切等。確保零件在裝配中的位置和運動是正確的。5.添加運動：如果噴霧機械手具有可動部件，您可以添加運動關(guān)系以模擬其實際運動。例如，您可以設(shè)置關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)或運動范圍，以及執(zhí)行器的運動路徑。6.調(diào)整和優(yōu)化：根據(jù)需要，對裝配進行調(diào)整和優(yōu)化。您可以修改裝配關(guān)系、改變零件的位置或姿態(tài)，以滿足設(shè)計要求或優(yōu)化裝配性能。7.進行碰撞檢測：使用CAD軟件提供的碰撞檢測工具，檢查裝配中是否存在零件之間的干涉或碰撞。如有必要，調(diào)整零件位置或裝配關(guān)系以解決碰撞問題。8.添加附件和配件：根據(jù)需要，添加附件和配件，如螺栓、固定件、連接件等。確保它們正確安裝在適當?shù)奈恢茫⑴c其他零件相互作用。9.進行裝配分析：使用CAD軟件提供的裝配分析工具，評估裝配的性能和可靠性。這可以幫助您檢查裝配中的應(yīng)力、變形、重心等，并做出必要的改進。10.創(chuàng)建裝配圖：根據(jù)裝配文件，生成裝配圖，包括主視圖、剖視圖、細節(jié)視圖等。這些裝配圖可用于制造和裝配過程中的參考和指導(dǎo)。

圖6-1噴霧小車三維模型7潤滑和密封7.1設(shè)備的使用潤滑在噴霧機械手中，潤滑是確保機械手正常運行和延長其壽命的重要步驟。以下是一些關(guān)于噴霧機械手潤滑的常見注意事項：使用適當?shù)臐櫥瑒哼x擇適合噴霧機械手使用的潤滑劑是至關(guān)重要的。常見的潤滑劑包括潤滑油和潤滑脂。根據(jù)機械手的不同部件和工作環(huán)境，選擇具有適當黏度和性能的潤滑劑。定期潤滑：定期進行潤滑是保持機械手正常運行的關(guān)鍵。根據(jù)機械手的使用頻率和工作條件，建議按照制造商的建議制定潤滑計劃，并確保按時執(zhí)行。潤滑點的注意：機械手通常具有多個潤滑點，包括關(guān)節(jié)、軸承和傳動部件等。確保正確找到和潤滑這些點，避免漏油或過量潤滑。清潔潤滑點：在潤滑之前，確保潤滑點的清潔。清除灰塵、雜質(zhì)和舊的潤滑劑，以確保潤滑劑能夠有效地潤滑機械部件?？紤]特殊要求：噴霧機械手可能在特殊的工作環(huán)境下運行，如高溫、高濕度或有腐蝕性的環(huán)境。在這種情況下，選擇具有適應(yīng)性的特殊潤滑劑，并定期檢查潤滑效果。維護記錄：建立潤滑維護記錄，記錄每次潤滑的日期、潤滑劑類型和數(shù)量等信息。這有助于追蹤潤滑情況，并進行必要的調(diào)整和維護。最重要的是，在進行任何潤滑操作之前，應(yīng)仔細閱讀并遵循機械手的操作和維護手冊中的指導(dǎo)。這將確保正確的潤滑程序和使用適當?shù)臐櫥瑒?，從而維護機械手的性能和壽命。7.2設(shè)備的使用密封在噴霧機械手中，使用密封是確保設(shè)備正常運行和防止液體或氣體泄漏的重要措施。以下是一些與設(shè)備使用密封相關(guān)的常見注意事項：密封材料選擇：選擇適合噴霧機械手使用的密封材料是關(guān)鍵。密封材料應(yīng)具有良好的耐腐蝕性、耐磨損性和耐高溫性能。根據(jù)機械手使用的液體或氣體的性質(zhì)，選擇相應(yīng)的密封材料，如橡膠、硅膠、聚四氟乙烯（PTFE）等。密封設(shè)計和安裝：確保密封件的設(shè)計和安裝符合機械手的要求和規(guī)范。密封件應(yīng)正確安裝在相關(guān)的連接部位，如活塞、閥門、管道接頭等。確保密封件的壓緊力適當，并遵循制造商的指導(dǎo)。定期檢查和更換：定期檢查密封件的狀態(tài)，包括檢查是否有損壞、老化或磨損。如果發(fā)現(xiàn)任何問題，及時更換密封件，以避免泄漏和設(shè)備故障。維護潤滑：某些密封件需要適當?shù)臐櫥?，以確保其正常運行和延長使用壽命。在潤滑密封件時，選擇適當?shù)臐櫥瑒凑罩圃焐痰慕ㄗh進行潤滑操作。清潔和保護：保持密封件的清潔和保護，避免與腐蝕性物質(zhì)接觸。定期清潔密封部位，確保沒有灰塵、污垢或其他雜質(zhì)。注意工作環(huán)境：噴霧機械手可能在惡劣的工作環(huán)境中操作，如高溫、高濕度、化學腐蝕等。在這種情況下，選擇具有耐腐蝕和耐高溫性能的特殊密封材料，并根據(jù)需要采取額外的防護措施。最重要的是，密封的選擇、設(shè)計和維護應(yīng)根據(jù)機械手的具體要求和操作條件進行。遵循制造商的指導(dǎo)，并定期進行檢查和維護，以確保設(shè)備的正常運行和安全性能。6總結(jié)和展望噴霧機械手機械設(shè)計的總結(jié)如下：結(jié)構(gòu)設(shè)計：噴霧機械手機械設(shè)計需要考慮合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括機械臂、關(guān)節(jié)、連接件等。結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)具備足夠的剛度和強度，以支撐噴霧操作的負載和運動。運動學設(shè)計：噴霧機械手機械設(shè)計需要考慮機械臂的運動學特性，包括關(guān)節(jié)角度、工作空間、運動范圍等。設(shè)計時需合理確定機械臂的關(guān)節(jié)數(shù)量和布局，以滿足噴霧操作的要求。傳動系統(tǒng)設(shè)計：噴霧機械手的傳動系統(tǒng)設(shè)計需要選擇合適的傳動方式，如伺服電機、步進電機等，以實現(xiàn)精確的運動控制。傳動系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)具備高精度、高