【29页】汽车清洗机械操作臂毕业设计说明书.doc文档推荐下载

轮及相应的两个驱动电机和四个万向轮。

支撑架上安装喷水管 导轮和照明装置力传感器。

控制部分水箱泵发电机等安装在底盘上洗 车刷后面。

进行汽车清洗时，喷水管向车身喷水洗车刷与车表面接触并转动洗去车表面 灰尘等，同时，力传感器检测洗车刷和汽车间的压力，由力传感器检测出的压力值来 控制转向单元，当该检测值大于预先设定的允许范围时，使洗车机向远离车身外周面 的离开方向行驶，而当该检测值小于预先设定的允许范围时，使洗车机向接近该车身 第页共页 外周面的面需要清洗的每个地方。

根据洗车的需要分析，初步拟定了如下几种动作方案 首先考虑洗车动作，洗车刷与汽车表面产生相对运动擦除灰尘，可以用模仿 人手擦车动作，用摆动关节实现仿照大型电脑洗车，用圆柱形洗车刷的旋转运 动实现相对运动。

使用摆动式洗车结构，因为汽车表面不在同个平面内，比如顶面 车前挡风玻璃面侧面，要在这几个不同的面内实现摆动式擦车，其机构相对要复杂 得多。

作 臂系统，这样的结构使得操作臂拥有几乎无限大的工作空间和很高的冗余度，同时拥 有移动和操作功能，因此，对于操作臂结构而言，采用上述任何种坐标方式，只要 设置得当，都可以使操作臂末梢达到汽车表制转向单元，当该检测值大于预先设定的允许范围时，使洗车机向远离车身外周面 的离开方向行驶，而当该检测值小于预先设定的允许范围时，使洗车机向接近该车身 第页共页 外周面的接近方向行驶。

进行汽车清洗时，喷水管向车身喷水洗车刷与车表面接触控制部分水箱泵发电机等安装在底盘上洗 车刷后面。

机和四个万向轮。

，安装在刷轴上，由电机带动其转动，实现洗车动作。

底盘上安装有两个驱动轮及相应的两个驱动电部分内容简介备水箱发电 机控制器等。

部分内容简介备水箱发电 机控制器等。

首先，洗车刷可以拆卸，安装在刷轴上，由电机带动其转动，实现洗车动作。

底盘上安装有两个驱动轮及相应的两个驱动电机和四个万向轮。

支撑架上安装喷水管 导轮和照明装置力传感器。

控制部分水箱泵发电机等安装在底盘上洗 车刷后面。

进行汽车清洗时，喷水管向车身喷水洗车刷与车表面接触并转动洗去车表面 灰尘等，同时，力传感器检测洗车刷和汽车间的压力，由力传感器检测出的压力值来 控制转向单元，当该检测值大于预先设定的允许范围时，使洗车机向远离车身外周面 的离开方向行驶，而当该检测值小于预先设定的允许范围时，使洗车机向接近该车身 第页共页 外周面的接近方向行驶。

洗车设备围绕汽车行驶周后完成车侧表面的清洗。

但该设 备的局限性在于它只有清洗侧面的立刷，不能对车顶部进行清洗，并不能完全代替人 对汽车进行较全面的清洗。

因此有必要设计种可以代替人进行日常汽车清洗工作的机械操作臂。

第页共页 操作臂机构及驱动方式 动作方案 机器人操作臂介绍及常用形式 机器人操作臂的设计涉及了力学控制计算机科学和电子工程等多个学科，其 结构般是由系列连杆由旋转关节或移动关节相连接的具有定自由度数的开式 运动链，端固定在支座上，另端自由，安装手爪工具等以实现各种操作。

操作 臂的自由度数按照不同的适用场合不同，般工业机器人操作臂的自由度数在个以 下，高自由度数的机器人具有冗余度，般用于假肢或特殊场合，其价格也相应更高。

按照对手臂机构的坐标描述方式，机器人操作臂通常分为直角坐标型圆柱坐标 型极坐标型和多关节型，如图所示。

图操作臂分类 机器人操作臂方案设计 在本设计中，操作臂搭载在个可移动平台上，和可移动平台组成移动机械操作 臂系统，这样的结构使得操作臂拥有几乎无限大的工作空间和很高的冗余度，同时拥 有移动和操作功能，因此，对于操作臂结构而言，采用上述任何种坐标方式，只要 设置得当，都可以使操作臂末梢达到汽车表面需要清洗的每个地方。

根据洗车的需要分析，初步拟定了如下几种动作方案 首先考虑洗车动作，洗车刷与汽车表面产生相对运动擦除灰尘，可以用模仿 人手擦车动作，用摆动关节实现仿照大型电脑洗车，用圆柱形洗车刷的旋转运 动实现相对运动。

使用摆动式洗车结构，因为汽车表面不在同个平面内，比如顶面 车前挡风玻璃面侧面，要在这几个不同的面内实现摆动式擦车，其机构相对要复杂 得多。

因此采用旋转刷洗车的结构。

第页共页 方案采用双臂结构，两个洗车刷装在两个腕关节处，腕关节旋转自由度实现洗 车运动。

双臂中臂固定在移动小车上，侧刷竖直，高度比汽车车身稍高，用于完成 汽车侧面清洗，另臂水平，有竖直方向上的移动自由度，完成车顶的清洗，如图 所示。

图机器人操作臂方案简图 该方案相当于保留大型龙门式洗车的个侧刷和半个顶刷，将汽车的待清洗表 面当作个较规则的长方体表面，虽然体积有了定减小，但整体尺寸依然很大，而 且其洗车特点接近大型洗车机器，难以照顾到汽车的弧形不规则表面等细微之处。

方案有个腕关节旋转自由度为刷子的刷洗动作，个竖直方向上的移动自由 度和臂上个关节的旋转自由度使刷子能够到达汽车表面各处，如图所示。

图机器人操作臂方案简图 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 第页共页 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，不需要增加额外的夹持自由度，因此机械臂有腕部的旋转 俯仰，以及臂的水平和竖直方向上的两个直线运动组成。

腕部结构 腕部转动结构 腕部的转动自由度部分结构直接与洗车刷相连接，其作用是使洗车刷转动实现洗 车的动作，其运动形式是绕洗车刷的刷轴的旋转运动。

个最简单的就是将电机轴直 接与刷轴相连，带动刷旋转。

其结构的主要零部件包括电机外壳电机座以及相应 的连接件等。

腕部的结构如图示所示。

图腕部结构 腕部俯仰关节结构 俯仰关节结构属于腕部的另个自由度，它的作用是在臂部运动的基础上进步 改变或调整末端执行器的空间位置，扩大机械臂工作范围，使机械臂更为灵巧。

在本 例中，俯仰关节的具体作用是让洗车刷工作面在洗车顶和车侧面时分别定位于水平 第页共页 竖直平面内，并且让刷面能够作小角度的调整以适应车身的弧面。

俯仰关节的结构如下图所示，其摆动自由度的摆动范围超过，完全能 够满足工作的需要。

另外，出于美观及协调考虑，将电机置于操作臂内部，电机轴线 与俯仰的转动轴垂直，要求传动空间垂直的两轴间的转动，可以采用蜗轮蜗杆或者是 圆锥齿轮传动。

虽然蜗轮蜗杆传动能够实现机构上的自锁，但其传动效率低而且更容 易磨损，因此选择直齿圆锥齿轮传动方式。

图俯仰关节结构 臂部结构 手臂部分是机械臂结构的主要结构，它要支撑腕部结构和末端执行器，并带动它 们做空间运动，将末端执行器送到需要的工作面上的任意点，另外，臂部还要承担 调整末端姿态的任务，因此，般臂部需要有伸缩左右旋转和升降三个自由度。

对 于洗车机械操作臂而言，因为有移动平台，故左右回转的自由度可以省略，只需要伸 缩和升降两个关节。

由于臂部通常受到扭转和弯曲的作用，因此主要要考虑臂部的抗弯和抗扭强度。

很显然，在材料相同，截面积和重量近似的情况下，空心结构的抗弯刚度要大得多， 因此采用中空的型材能