伸缩关节调整刷的水平位置，完成车顶的刷洗，过程中可以选择喷水或不喷水刷洗车侧面时，将刷面调整为竖直方向，并使刷子与车侧面贴合，同样绕车行驶，并配合升降机构完成侧面刷洗。机器人操作臂驱动方式驱动机构作为机器工作的动力来源，通常是将其它种能源比如电能化学能等转化成机械能，是任何种机器都必不可少的，常见的形式包括水轮机液压马达电动机内燃机等。机械臂常用驱动比较机械臂常用的驱动方式有液压驱动气压驱动电机驱动等不同方式，他们有各自的特点，但在机器人中都有很广泛的应用，前两种主要用于工业机器人，有些机器人甚至同时采用多种驱动方式。他们的特点如下液压驱动特点驱动力及驱动力矩大，在产生相同驱动力的条件下，液压驱动体积小重量轻惯性小速度反应性好，调速范围大，而且可以无级调速传动平稳，能吸收冲击，可平稳的实现较频繁的换向定位精度较高油液泄漏混入气体温度变化等都会对系统传动性能定位精度产生影响。液压驱动常用于低速重载的情况。气压驱动特点压缩空气可直接从大气中吸取，动力源获取方便廉价动作速度更快，可实现无级调速与液压传动相比，管路压力损失小，适于长距离传输空气压缩性较大，因此气压系统运动平稳性及定位精度都较差结构体积大，噪声大气压驱动系统常用于高速低负载和工作条件较恶劣的场合。电机驱动避免将电能转换成压力的中间环节，效率更高电机系统的体积最小电机系统的可靠性高位置精度控制十分精确与气压液压系统相比，电机系统维护更方便。通过上述比较，可以看出，液压及气压系统组成的机构的繁琐维护不便，对于本设计中的移动操作臂来说是个无法实现的问题，另外从位置控制精度角度考虑，电机也是更好的选择，因此最终选用电机作为驱动系统。电机驱动类型的选择电机的类型按使用电源分有交流电机直流电机。使用交流电机必然会有电源线，对于移动机器操作臂来说，带着长长的电源线移动不仅不方便移动距离受限制，在遇到物体时还难免会有电源线缠绕交叉等问题，因此难以实现，只能采用直流电机系统，用同样搭载于移动平台上的电池作为电源。直流电机系统有普通直流电机步进电机直流伺服电机等形式，它们的价格依次升高，但相应的，其控制精度，输出力矩等性能也有很大提高，步进电机和伺服电机都能达到很高的控制精度要求。对于本设计而言，伺服电机的成本过高，因此采用普通直流电机和步进电机。按照前文选定的方案，该机械操作臂共有手部关节腕关节伸缩关节和竖直升降的关节四个自由度，即需要四个电机驱动，其中手部关节带动洗车刷连续转动工作，不需要位置精度控制，只要能够输出不同的转速即可，因此可以采用普通直流减速电机，另外三个关节需要控制速度的同时还要求较高的位置精度控制，因此都使用步进电机，必要的地方用齿轮或者加减速箱以增大扭矩。各个关节的具体电机功率计算和选型在下章中介绍。传动方式传动方式是实现能量传递和改变运动方式的类装置，其主要作用是实现能量的分配与传递和运动形式或运动速度的改变。机械传动有啮合传动摩擦传动和流体传动三大类，在本设计中可能采用的具体传动方式包括带传动链传动齿轮传动螺旋传动，下面对这几种传动方式进行比较并为各个关节选择传动方式。带传动带传动通常由主动带轮从动带轮和张紧在两轮上的传动带组成，当主动轮转动时，依靠带与带轮间的摩擦力平带或者形带或者带与带轮间的啮合齿形带拖动从动轮转动。带传动结构简单，传动平稳，缓冲吸振，能实现较大间距的轴间的动力传递，但其传动效率不高，平带还存在打滑传动比不精确的问题，但齿形带已经解决了大部分缺点。齿轮传动齿轮传动是机械结构中使用最为广泛的，其传动效率是常用机械传动中效率最高的，而且结构紧凑，具有不变的瞬时传动比。在正确安装，良好润滑的和正常维护的条件下，其工作可靠性使用寿命传动精确性也是其它机械传动难以比拟的。但其制造及安装精度要求较高，价格较贵，而且通常的齿轮传动采用闭式传动，需要良好的保养维护，因此使用齿轮的成本较高，而且齿轮传动只适用于轴间距较短的轴间动力传递。链传动链传动与带传动近似，由链条主动链轮和从动链轮组成。链传动与平带相比具有传动精确效率高不需要大的张紧力等优点，而且载荷能力比带传动大得多。但其传动精度低于同步带轮，与齿轮相比具有制造安装要求低的优点，但其传动不平稳，有较大噪声冲击，而且瞬时传动比不同，磨损后容易发生跳齿现象，主要在要求工作可靠，负载大，轴距较远，工作环境差的条件下。螺旋传动由螺杆及螺母组成，利用螺杆与螺母的相对运动将旋转运动转化为直线运动。螺旋传动具有传动平稳，精度高，结构简单紧凑，具有増力作用，降速传动比大，能够自锁，可以产生较大轴向负载等优点。但是对于滑动螺旋传动，由于工作面间是滑动摩擦，使其工作效率低磨损快，不适宜用作高速和大功率传递。操作臂结构对机器的设计而言，首先事先预定的使用功能是最基本的要求，然后再考虑性能使用方便性工作可靠性小体积高效率美观的外形等系列问题。对机器经济性方面，应该在设计的过程中进行全面的综合的考虑，尽量用最低的成本设计出能够实现预期功能的机器。这就要求合理地设计机器的各个部分的结构。通常，机械臂有手部腕部等多个关节结构，本设计中的机械臂为专用机械臂，其手部结构为洗车刷，不需径向尺寸较长，故取较大值为。丝杠传动效率及驱动力矩效率导程角诱导摩擦角，为牙型半角。查表，摩擦系数，取，则，驱动力矩刚度校核其中，钢，所以刚度满足设计要求。强度校核根据第四强度理论校核螺杆强度所以螺杆强度满足设计要求。根据以上电机功率计算及螺旋传动驱动力矩计算选择电机。伸缩臂壳体强度校核抗拉强度为，剪切强度为伸缩机构完全伸展开时即形成个悬臂结构，存在受到较大弯矩和剪力的危险截面，因此必须进行强度校核。三级伸缩机构壳采用铝合金矩型材，去除部分材料以减轻质量，伸缩机构伸展开后受到的弯矩和剪力如图所示。图伸缩机构受力分析图在和截面为危险截面，截面的形状如图所示。图截面形状型材厚度为。剪切强度截面面积为，截面面积则和截面处的剪应力分别为和，小于许用剪切应力。故伸缩臂抗剪切强度满足要求。抗弯强度沿着弯曲方向，截面和截面处的抗弯截面系数分别为故两个可能的危险截面的最大弯曲正应力都小于许用应力。伸缩关节的强度满足设计要求。竖直升降传动计算功率计算竖直升降处采用带传动主要承受载荷为机械臂的自重，约升降的最大速度设定为。则需要的电机功率约，取倍安全系数，则选择电机的最大输出功率为。带传动计算带传动的额定功率取，小带轮转速，直流电机驱动，传动比，轴距，断续工作，轴间距可调，无张紧轮。查表得带的工作情况系数则带的计算功率根据带转速及计算功率查图，确定选择型同步带，节距，带宽，许用工作拉力约，满足强度负载要求。查表，可知小带轮最小齿数，取小带轮齿数则带轮分度圆直径查表知，带轮外径可知带速同步带节线长选择齿的同步带。本章的设计计算和关键部分强度校核可以证明，在操作臂正常受力的情况下，各个部分可以满足强度要求并满足定的使用寿命。附件及控制微略附件洗车机械操作臂要实现其清洗家用轿车的功能，除去实现其整体动作的机械结构外，还需要系列的附加设备，主要包括洗车刷水箱水泵等。洗车刷洗车操作臂的设计功能是要能实现其不同的洗车方式，主要是在洗车时加水或不加水的问题。而通常情况下，对不同洗车条件下所使用的洗车刷也应该不同，例如用水洗车时，通常使用质地较软的海绵，洗完后将水擦干则常使用厚软的毛巾或者是麂皮。在不用水洗而只是简单除去汽车表面灰尘时通常使用毛刷。因此，为满足不同的洗车要求，最好要准备多种规格的洗车刷，并与操作臂要容易拆装。般的盘形洗车刷市场上都可以买到，有些厂家还可以根据客户要求订做生产不同材料不同外型的洗车刷，因此洗车刷可以根据市场情况选择。供水系统通常洗车的过程为水冲洗擦洗加洗车液擦洗水冲洗揩干表面水渍。按照这个程序才能较干净的擦洗干净汽车表面的灰尘污物，因此操作臂的附件中必须有套供水的设备。供水的设备主要包括管路阀水泵和水箱。首先，为使喷水喷头能够达到汽车的所有表面，喷头必须随着操作臂末端移动，因此水管要采用容易弯曲的软橡胶管，并且在布置时应该注意在机械臂运动时水管不会影响运动或者本身产生缠绕等现象，影响操作臂的工作。水箱分为大小两个，大的用于盛水，容量在升左右，小的格用于装洗车液，洗车时可以进行灵活的选择。水泵使水喷出时具有定的压力，能够更容易地冲洗掉汽车表面灰尘等。阀采用两位两通式，水泵吸水端通过阀分别与水和洗车液相同，通过阀控制洗车时喷水还是喷洗车液。控制微略洗车机器操作臂能够完全代替人进行自动化洗车，就必须要有控制系统。首先是感觉系统，即传感器，机器人通过传感器采集周围信息，进行计算分析后完成预定的操作任务，因此传感器的合理选用是很重要的。洗车机械操作臂中要用到的有力传感器接近传感器视觉传感器。力传感器装在洗车刷上，控制洗车的力度均匀，不会因为洗车力太大划伤车漆或者因为洗车力太小擦洗不干净。接近传感器主要用于测量物体间的接近程度，它不能精确测出物体间的距离，只可以判断两个物体接近距离是在个距离内还是在这个距离之外。对于洗车机械操作臂而言，由于操作臂本体结构多为金属结构，与汽车表面接触时很容易划伤车身，这就要求操作臂的突出部位或其它容易与车身接触的部位要与汽车保持定的安全距离，这就需要距离传感器，作为安全保障用。视觉传感器用来判断汽车位置和汽车外形，通过视觉传感器还可以判断擦洗车工作是否完成。判断完成洗车还可以通过预先输入车型参数来实现。另外，控制部分还包括四个关节电机的控制。腕关节电机只要控制转速，可以用脉宽比实现，用开环控制即可。而另外的三个关节步进电机控制要求有较精确的位置姿态，需要编码盘实现闭环的反馈控制，以提高控制精度。控制器可以采用产品化的控制模块。本章只是给出了操作臂控制的可能思路，软件部分和硬件部分都没有开展，因此肯定会