某電力巡檢機(jī)器人的行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u31429某電力巡檢機(jī)器人的行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例概述 1185331.1兩自由度行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1301691.2強(qiáng)度校核與檢驗(yàn) 3113121.3本章小結(jié) 52053第2章云臺(tái)升降系統(tǒng)設(shè)計(jì) 618322.1升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6256752.2強(qiáng)度校核與檢驗(yàn) 111.1兩自由度行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器人的行走采用獨(dú)立前進(jìn)和偏轉(zhuǎn)，每一個(gè)輪需要由兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制，一個(gè)控制行走，一個(gè)控制轉(zhuǎn)向。巡檢機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)中可以通過四個(gè)輪子的協(xié)調(diào)動(dòng)作來提高機(jī)器人的靈活性。這種結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)是體積非常大，不便于小空間巡檢，雖然可以通過輪轂電機(jī)來解決，但是輪轂電機(jī)的控制技術(shù)還不夠成熟，需要安裝額外的編碼器來控制。這里采用最新的伺服輪系統(tǒng)。傳統(tǒng)方案是直流伺服電機(jī)搭配行星減速器，這種方案連接復(fù)雜，因此采用法蘭盤輸出直角減速器。綜上所述，本文所設(shè)計(jì)的巡檢機(jī)器人的行走輪系統(tǒng)采用圖所示的結(jié)構(gòu)方案，三維模型如圖所示，其中，1為伺服輪，2為連接板，3為直角減速器，4為直流伺服電機(jī)，所有零部件的連接均采用內(nèi)六角螺釘。行走系統(tǒng)二維圖行走系統(tǒng)三維模型伺服輪系統(tǒng)是一個(gè)由集成機(jī)械、電氣、編碼器、驅(qū)動(dòng)等多學(xué)科組成的創(chuàng)新產(chǎn)品，具有高性價(jià)比且可靠。伺服輪的優(yōu)點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)簡潔、安裝簡單、傳動(dòng)精度高且維護(hù)方便。在本設(shè)計(jì)方案中，減速器與伺服輪的連接與固定采用了一個(gè)直角板，其形狀如圖所示，三維模型如圖所示：伺服輪固定板二維圖圖3-7 伺服輪固定板三維圖板上面與減速器法蘭盤連接，板中間的沉孔和法蘭盤凸臺(tái)配合，便于定位，板下面與伺服輪上法蘭連接，安裝十分簡單。巡檢機(jī)器人主要行走路面為水泥或?yàn)r青路面，也會(huì)存在一些震動(dòng)，該板的材料可選為彈簧鋼，使得連接板具有一定彈性，起到減震效果。1.2強(qiáng)度校核與檢驗(yàn)這里主要對(duì)伺服輪固定板進(jìn)行校核，為了便于計(jì)算，其簡化模型及受力情況如圖所示：伺服輪固定板受力分析，，任意截面的彎矩為:當(dāng)時(shí)最大值為任意截面的彎矩為：零件的彎矩圖如圖所示：伺服輪固定板彎矩圖由彎矩圖可以發(fā)現(xiàn)，該零件在直角處存在應(yīng)力集中，其最大正應(yīng)力：式中： 板寬，板厚，查資料得厚鋼板的許用應(yīng)力，故能夠滿足強(qiáng)度要求。對(duì)該零件進(jìn)行分析，劃分網(wǎng)格如圖所示：伺服輪固定板網(wǎng)格劃分得到的位移分布情況如圖所示：伺服輪固定板位移分布通過分析最大位移為，變形很小，滿足設(shè)計(jì)要求。第2章云臺(tái)升降系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三級(jí)液壓缸結(jié)構(gòu)目前伸縮臂的主要解決方案是多級(jí)液壓缸，如上圖所示。液壓缸需要專門的液壓系統(tǒng)，包括油路、油泵、油箱等，體積龐大且沉重，液體介質(zhì)容易泄露影響工作。多級(jí)液壓缸是不適用于這種小型機(jī)械上的。針對(duì)多級(jí)液壓缸無法使用的問題，采用繩排的安裝方式來實(shí)現(xiàn)多級(jí)伸縮。繩排系統(tǒng)臂長結(jié)構(gòu)簡單，力臂種類多。利用繩排系統(tǒng)設(shè)計(jì)的伸縮機(jī)構(gòu)原理圖如圖所示：原理圖升降系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二維圖升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三維圖升降機(jī)構(gòu)的第一級(jí)底部橫梁孔與巡檢機(jī)器人的連接。絲杠軸的連接部分如下圖。絲杠軸連接電機(jī)與絲杠軸之間只要傳遞扭矩，而傳統(tǒng)的聯(lián)軸器體積大，采用一種特殊的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)連接，該聯(lián)軸器如下圖所示，該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，安裝方便。聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)二維圖聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)三維圖升降機(jī)構(gòu)的第二級(jí)的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，第二級(jí)要安裝絲杠螺母和滑輪，是最為核心的部分?；啺惭b部分的細(xì)節(jié)如圖所示第二級(jí)中用于固定絲杠螺母的是一塊板，如圖所示，通過焊接與第二級(jí)相連，支撐滑輪的柱子及加強(qiáng)筋均焊接在該板上，如圖所示。板中間的大孔以及周圍的六個(gè)螺紋孔用于固定絲杠螺母，螺母外圍的孔用于拉索穿過。升降系統(tǒng)滑輪安裝絲杠螺母固定板第二級(jí)筋板第三級(jí)的結(jié)構(gòu)簡單，在底部有固定拉索的桿，通過螺紋與框架連接，頂部是頂板，通過螺栓與第三級(jí)相連，用來搭載云臺(tái)。機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是只需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，就可以帶動(dòng)云臺(tái)升降，穩(wěn)定性非常好。2.3強(qiáng)度校核與檢驗(yàn)滑輪軸尺寸較小但是載荷較大，因此滑輪軸的強(qiáng)度需要校核與檢驗(yàn)。受力如圖所示：圖滑輪軸受力分析，，。。彎矩圖如圖所示：圖滑輪軸彎矩圖最大正應(yīng)力在BC段，為：為軸的直徑，許用