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（图纸+论文）自动检线机构功能与结构设计（全套完整）

选择为青铜，具体选择。具体结构尺寸如示意图。考虑到两端支承的长度损失，内外丝杆工作长度设定为。计算升降行程。两丝杆端部结构设计为两端固定，考虑到螺母的旋合长度不宜过短，现在估计为,因此，内外丝杆的工作长度减去螺母的旋合长度，设定内外丝杆的两支撑的最大距离，皆为。由于挂臂为二节伸缩，升降行程为下螺母旋合到内丝杆的顶端，上螺母旋合到外丝杆的底端，而内外丝杆的位置是固定的，从外部看挂臂升降时，就可以看到平移蜗箱的位置从外升降筒的上端逐渐变到外升降筒的下端，而与此同时，内升降筒也以定的速度逐渐伸出外升降筒，直到基本全部伸出，也就是当上螺母接触到挡板为止。因此，挂臂的升降行程为内升降筒的最大行程与外升降筒的最大行程之和，也就是。，即升降行程。满足挂臂的垂直行程，并且留有余量。而这个余量可以通过挡板上下位置的改变来调节，当挂臂未运动时，挡板可以限制上螺母的位置，当挂臂伸展到最大时，挡板可以限制下螺母的位置，从而控制最大行程。.丝杆的设计计算材料许用压强在范围中选择，由于没有特殊要求，选择中间值，取.。中径系数在的范围中选择，考虑到刚性安全，传动可靠，选择参数适中，取。中径系数取得越大，螺纹的中径就越小，螺母高度也越小，但传动的精度和可靠性就会下降。对于梯形螺纹或矩形螺纹，般取，比较适中。越大，计算中径的值就越大，考虑到强度要求，这个数值比较适合。计算中径根据优先数系，选择公称直径为，螺距为.，大径为.，外螺纹小径为.。规格为.。考虑到丝杆的刚度和可靠性，根据优先数系，牙形角取。计算螺母高度比原定的螺母高度小，所以原定螺母高度符合强刚度要求。计算丝杆旋合圈数旋合.圈基本满足螺纹旋合稳定性和精度要求。计算螺纹的工作高度计算工作压强满足要求，工作压强实际值很小，远远小于材料允许的压强值，对丝杆螺母的正常传动没有很大的影响。而直流伺服电机能构成闭环控制，精度高，额定转速高。根据作业环境要求，本课题机器人行进机构采用轮式移动机构与步进式蠕动爬行机构两种方式。当线路坡度较小驱动轮摩擦驱动可实现机器人移动时，机器人采用轮式移动机构当线路坡度较大驱动轮摩擦驱动无法实现机器人行进时，直接表现为驱动轮打滑，此时机器人三个制动器立即抓线，并与丝杠螺旋副组成蠕动爬行机构，进行蠕动行进。轮式移动机构轮式移动机构驱动装置由直流电机伞齿轮减速器传动轴和驱动轮组成。驱动轮采用高强度轻型材料，以减轻驱动装置重量驱动轮外表面采用高强度耐磨材料，以增大驱动轮运动时与线路的摩擦因数，防止打滑。驱动轮支撑架手掌采用中空设计，使机器人遇到防振锤等障碍时，可直接越过，大大提高了机器人巡线速度。步进式蠕动爬行机构步进式蠕动爬行机构驱动装置由直流电机伞齿轮减速器传动轴滚珠丝杠螺母和直线导轨组成。滚珠丝杠的摩擦力很小且运动响应速度快。由于滚珠丝杠在丝杠螺母的螺旋槽里放置了许多滚珠，传动过程中所受的摩擦力是滚动摩擦，可极大地减小摩擦力，因此传动效率高，可以达到，只需要使用极小的驱动力就能够传递运动。.刹车制动装置为了保证机器人在停止状态有只手打开或出现故障情况下不脱线和下滑，设计了刹车装置。它由活动制动爪固定制动爪销轴弹簧弹簧上底座弹簧下底座和弹簧导向轴组成。.手掌开合装置手掌开合装置由涡轮蜗杆机构和平行四杆机构组成。在蜗杆驱动下带动支架开合。其中驱动轮固定在右侧支架上，制动机构固定在左侧支架上。各零部件的选择与设计.丝杆的设计.丝杆的结构设计电机位置处于伸缩挂臂的尾部，通过齿轮箱内的带齿轮的联轴器与内丝杠想连接，从而带动内丝杠，作为垂直动力系统。主要技术指标中要求升降速度为.。由于该机器人挂臂采用二节伸缩，而外升降筒的伸缩是通过升降齿箱中升降齿轮的传动，带动外丝杠，又通过上螺母的啮合来实现的。因此，主电动机只须要提供.的动力就可以实现技术指标。选择滑动螺旋传动，由于传动时磨损较大，矩形螺纹磨损后，间隙难以修复和补偿，传动精度会降低，而且压根强度弱。还考虑到工艺加工性，梯形螺纹，公艺性好，压根强度高，对中性好，还可以调整间隙，鉴于以上优缺点，螺杆选择梯形螺纹。轴向载荷为，考虑到结构要求比较紧凑，选择螺母形式为整体式，轴向载荷垂直向下，而挂臂的起始位置属于未升开状态，须要运动方向向上，所以，丝杆运动方向与轴向载荷方向相反。行进过程中检测装置不断检测前方障碍物的情况，同时摄像机对线路和机器人本身的工作状态进行拍摄，拍到的图像通过无线设备实时传输到地面工作基站，决定是否对线路进行维护同时对机器人本身的工作状态进行监控，决定是否对机器人的运动给予干预机器人检测到前方有防振锤时，由于手掌采用中空设计，因此机器人无需做任何调整，即可直接爬越当安装在机械手前端的接近觉传感器检测到悬垂线夹时，机器人控制肘关节电机旋转，使末端执行器上移，直至驱动轮离开避雷线，然后手掌电机驱动手掌张开其开合度要大于障碍宽度之后，后面两只手驱动电机继续行走，当中间手接近悬垂线夹时，前臂回落，同时手掌合拢，直至挂线然后中间手电机驱动齿轮齿条机构使中间手上移，然后手掌张开，接通前后两手的驱动电机，继续行走。当后手接近悬垂线夹时，控制中间手回落，手掌合拢，直至驱动轮挂线之后，后肘关节电机驱动后小臂选转，手掌张开，前两驱动轮继续行走当后手跨越线夹后，手掌闭合回落，机器人完成跨越悬垂线夹的任务，继续行进当机器人跨越跳线时，手的脱线和抱线方法与跨越悬垂线夹时相同首先前手脱线，通过前端视觉传感器，可检测到避雷线与跳线角度，这时大臂电机按此角度旋转，使末端执行器位于跳线下方，前手抓住跳线，然后中间手脱线，启动前后手的驱动电机使机器人行走。中间手接近跳线时停止行走，调整前后柔性臂，使中间手抓住跳线，启动行走。当后手接近跳线时，停止行走，后手脱线用前手和中间手驱动机器人继续行走，越过跳线线夹后，停止行走，调整柔性臂，使后手抓住跳线，完成从直线到跳线的跨越机器人由跳线到直线的跨越方法与上述过程相同，由于是个上坡过程，为了使机器人不至于滑下来，需使用刹车装置检测到转弯跳线时，运动过程与跨越直线跳线不同的地方是柔性臂的姿态除了上下调整外，还需要水平调整，其余完全相同当线路坡度较大驱动轮摩擦驱动无法实现机器人行进时，直接表现为驱动轮打滑，此时机器人三个制动器立即抓线，并与丝杠螺旋副组成蠕动爬行机构，进行蠕动行进。本课题对检线机器人的主要技术指标和要求是具有自主越障能力具有定爬坡能力单机重量小于千克.总体结构考虑到输电线路具有防振锤耐张线夹悬垂线夹跳线和转弯等各种障碍并具有定坡度。为了达到上述要求，巡线机器人的机械手必须动作灵活，工作范围大，能完成规定的动作，应有自由度个，结构紧凑，重量轻。我摒弃机器人常规结构形式，设计出了适用于输电线路的自动巡线机器人，其总体机构二维简图如图.所示，三维图如图.所示。主要由五大部分组成驱动装置刹车制动装置手掌开合装置柔性臂电源箱和控制箱。图.巡线机器人机构简图.柔性臂机械手的手臂是执行机构中的主要运动部件，它用来支承腕关节和末端执行器，并使它们能在空间运动。为了使手部能达到工作空间的任意位置，手臂般至少有三个自由度，少数专用的工业机器人手臂自由度少于三个。手臂的结构形式有多种，常用的构形如图.所示。图,巡线机器人三维图图.几种机器人手臂构型本课题要求机器人手臂能达到工作空间的任意位置，同时要结构简单，容易控制。由于在同样的体积条件下，关节型机器人比非关节型机器人有大得多的相对空间手腕可达到的最大空间体积与机器人本体外壳体积之比和绝对工作空间，结构紧凑，同时关节型机器人的动作和轨迹更灵活，因此该机器人采用关节型机器人的结构。手腕的构形也有多种形式。三自由度的手腕通常有以下四自动,机构,功能,结构设计,毕业设计,全套,图纸绪论.研究背景及意义.架空线路巡线机器人与机器人仿真文献综述架空线路巡线机器人研究概况机器人仿真简介中国与国外先进技术的差距.本文主要内容检线机器人本体结构的设计.方案要求.总体结构.柔性臂.驱动装置轮式移动机构步进式蠕动爬行机构.刹车制动装置各零部件的选择与设计.丝杆的设计.丝杆的结构设计.丝杆的设计计算.丝杆的强度校核.齿轮的设计.齿轮的结构设计.齿轮的参数计算.齿轮箱体的结构设计.内升降筒的设计计算.外升降筒的设计外升降筒的设计计算外升降筒的强度校核.涡轮蜗杆的设计.电机的选择结论参考文献致谢绪论.研究背景及意义电力系统最重要的任务是提供高质量和高可靠性的电力。电力传输必须依靠高压输电线路，它的安全稳定运行直接影响电力系统的可靠性。由于输电线路分布点多面广，绝大部分远离城镇，所处地形复杂，自然环境恶劣，且电力线及杆塔附件长期暴露在野外，会受到持续的机械张力电气闪络材料老化的影响而产生断股磨损腐蚀等损伤，如不及时修复更换，原来微小的破损和缺陷就可能扩大，最终导致严重事故，造成大面积停电，从而造成极大的经济损失和严重的社会影响。所以，必须对输电线路进行定期巡视检查，随时掌握和了解输电线路的运行情况以及线路周围环境和线路保护区的变化情况，以便及时发现和消除隐患，预防事故的发生，确保供电安全。目前，对输电线路的巡检主要采用两种方法，即地面人工目测法和直升飞机航测法。前者的巡检精度低，劳动强度大，且存在巡检盲区。部分地区大雪封山时，车辆和行人无法进入在深山还有野兽出没，这给巡视人员带来了很大的安全隐患后者则存在飞行安全隐患且巡线费用昂贵。如果用直升机巡视替代地面巡视，则每公里年巡视费用同塔双回线需.万元单回线万元。如果用直升机在整个东北电网覆盖地区巡视则需超过万元。费用过于昂贵，直接限制了直升机巡视的广泛推广。图.巡线机器人外观图由于巡线机器人可以克服上述缺陷，因此，巡线机器人已成为特种机器领域的个研究热点。巡线机器人不仅可以减轻工人巡线的劳动强度，降低高压输电的运行维护成本，还可以提高巡检作业的质量和科学管理技术水平，对于增强电力生产自动化综合能力，创造更高的经济效益和社会效益都具有重要意义。巡线机器人悬挂于架空避雷线上，并以此为行驶作业路径，通过自动控制方式完成输电线路巡检作业，及对线路的机械电气故障，包括绝缘子劣化和污秽导线的机械破损连接金具机械松脱等故障进行检测。其特殊的作业环境要求机器人能够沿输电导线全程运行，包括沿输电导线的直线段和耐张线段实现滚动爬行，跨越及避让悬垂线夹悬垂绝缘子防振锤耐张线夹等结构型障碍物。因此，机器人的本体设计是整机设计中个相当重要的部分，需经过多次反复才能完成在进行机器人结构分析和设计时，需要建立定的实验环境导线物理模型障碍物等，对样机进行多次实验以检验其是否能达到预期的目标，这就导致其设计的周期长设计效率低以及改型工作量大等缺点。此外，样机的单机制造增加了成本。在竞争的市场条件下，基于物理样机的设计验证过程严重地制约了产品质量的提高成本的降低及市场推广应用。巡线机器人须要自主跨越障碍，根据障碍的空间分布，机器人手臂要求有伸缩和回转两个自由度。巡线机器人为了保持平衡以及互相配合，需要左右各个挂臂，当机器人需要升降时，当个挂臂负责升降，负载拖动主箱体，攀附于电缆上，另个挂臂空载，升降到同高度，准备交替动作，交替的同时通过平移蜗箱，移动主箱体，两手臂互相配合，跨越障碍。选择用个电机来作为动力系统，考虑到手臂的升降行程的要求即升降行程不小于，以及挂臂升降的稳定性，本设计采用螺纹传动，用对丝杠螺母副传动。由于要采用二节伸缩的升降形式，须要内升降筒与外升降筒同时运动，才可以有二节展开的效果，同时考虑到传动的稳定性，设计采用对齿轮啮合带动内外升降筒同时运动，从而实现两节展开。负载的挂臂由电动机带动内丝杠旋转，内丝杆与固定在内升降筒上的下螺母啮合，带动内升降筒的升降，又由减速箱中联轴器上的齿轮啮合固定在外丝杠上的齿轮，从而