高空作业机器人设计
第2章 总体方案确定
2.1 齿轮齿条绕线机构
现有使用较广泛的绕线装置是较大型的绕线机。绕线机，顾名思义是把线状的物体缠绕到特定的工件上的机器。欧美绕线机以其加工精度高、质量稳定而在国际绕线机市场上占有重要地位。 欧美绕线机一般可绕0.01~2mm的线径，转动误差极小。绕线机用精密微机控制，以程控操作，这些程序极易掌握，人机对话简单，即使工作人员并无绕线工作的经验也可应付自如。目前欧洲生产的绕线机已经趋于自动化，而美国的绕线机介于自动和半自动之间，德国制造的外形比较美观，零件比较讲究，但是造价高。随着国际绕线机市场的蓬勃发展，相互间的竞争越来越激烈，各国的厂家都必须开发出新一代的绕线机。现在主要是趋向自动化的发展方向。然而本设计课题，要求结构简便，对重量有要求，大型的绕线机显然不符合设计要求，因此，不考虑使用绕线机。
图2.1 全自动十二轴绕线机
第3章 参数的确定及电机的选择
3.1 绕线机构参数的确定
斜齿圆柱齿轮传动
- 选精度等级、材料及齿数
- 材料：尼龙
- 精度等级：7级
- 小齿轮（主动）齿数=19，大齿轮齿数=38
- 选取螺旋角 初选β＝16\O
按齿面接触强度设计
按参考文献[2]中式（10-21）计算，即
3.3 抓线和导线握持机构参数的确定
3.3.1 抓线机构参数确定
（a） （b）
图3.1 抓手
如图3.1所示，抓手部分主要由两部分驱动，其中图（a）为抓线时抓手位置，中间空间为高压线所处空间，整个抓线过程中，抓手应实现两次分和，一次是抓住引线，第二次是将引线和导线握在一起。图（b）是推杆，即抓手的动力来源，推杆工作时，两个小圆环是拉手，通过将推杆上下移动，来使抓手实现抓线和松开线的动作。本结构的参数确定主要是根据高压线的尺寸而定的。
如图3.2所示，为抓手上部的零件尺寸参数。
3.3.2 导线握持机构参数的确定
图3.4导线握持机构的平面图，从结构可看出，导线握持机构是典型的四杆机构，工作时，两个相同的抓手将导线握在一起，其具体参数主要根据导线的尺寸而定，先确定中间握住导线的椭圆形状的尺寸，然后依其运动情况确定其他部位的尺寸，如连杆，此处或可根据具体的运动仿真分析而定，运动仿真之后，机构的运动轨迹表现清晰，一目了然，运动范围也可确定，由此，各部分的尺寸也就可相应确定
如图所示，图3.4（a）为导线握持机构的实体图，而图3.4（b）为导线握持机构的尺寸参数示意图，其基本参数在此图中均有所体现。
第4章 绕线机构设计
4.1 绕线机构结构设计
主动齿轮上面只有四个减重孔，无其他特别结构。
从动齿轮上面要有一个线盒，线盒是粘接在齿轮上面的，绕线时，随着从动齿轮的转动，线盒中的铝线被带出，缠绕导线，可以在线盒外端出口处，加个弹簧片，该弹簧片的作用是，当线盒经过两根高压线时，没有弹力作用，当铝线缠住高压线后，相当于高压线变粗了，这样，当弹簧片与缠着铝线的高压线接触后，即对其有个弹力作用，起到紧线作用。线盒中铝线的长度是一定的，这样，能够保证在绕线动作完成时，线盒内没有多余的残留线，这也就减少了一个动作，即当绕线完成后，没有剪线的动作，减小了工作的难度。
图4.1 从动齿轮
本设计要求重量轻，因此，为了减轻重量，要使用轻质材料，如塑料、尼龙等，现选择尼龙材料。尼龙，英文名称polyamide（简称PA），是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称。包括脂肪族PA，脂肪—芳香族PA和芳香族PA。其中，脂肪族PA品种多，产量大，应用广泛，其命名由合成单体具体的碳原子数而定。尼龙1938年在美国被成功的合成，是世界上出现的第一种合成纤维。尼龙的出现使纺织品的面貌焕然一新，它的合成是合成纤维工业的重大突破，同时也是高分子化学的一个重要里程碑。现在使用较广泛的尼龙材料类型之一就是MC尼龙，它是在常压下，将熔融的原料已内酰胺单体C6H11NO用碱性的物质作催化剂，与活化剂等助剂一起制成待聚单体，直接注入预热到一定温度的模具中，使物料在模具内很快地进行聚合反应，凝结成坚韧的固体胚件，再经过有关工艺处理，得到预定的制品。MC尼龙的特点：摩擦系数比钢低8.8倍，比铜低8.3倍，而比重仅为铜的七分之一。MC尼龙可直接取代原铜不锈钢、铝合金等金属制品。多年来我公司生产的MC尼龙滑轮、滑块、齿轮、蜗轮、托轮、支承轮、走轮、水泵叶轮、轴套、轴瓦、柱肖、活赛阀体、挡胶板、皮带轮、转动轮、棒材、管材、板材等，不仅较好地取代了相应的金属品，而且使用户降低了成本，延长了整机及零件的使用寿命，经济效益有显著提高。MC尼龙又分为很多种，其中有一种MC901 （蓝色），这种改性尼龙6有醒目的兰色，比普通浇铸尼龙的韧性高，柔性好，耐疲劳，证明是齿轮，齿条和传动齿轮的理想材料。MC尼龙的应用范围越来越广，效果也越来越显著，人们从不认识到认识，从试用到应用，逐步认识到MC尼龙应用的卓越性、重要性，MC尼龙已取得了重大的经济效益。
第5章 抓取机构的设计
5.1 抓线机构结构设计
如图所示为抓线机构的机构，该机构有一个细长空管，里面有一根拉杆，动力通过这根拉杆由操作人员的手传向上面的抓线部分。该结构主要部分是拉杆和抓手，拉杆上推时，将抓手之间的角度变大，这样，手张开一个曲线，将悬着的引线带进手指之间，然后拉杆向下拉，这时，手指向抓住的高压线抓紧，将其握住，将机构送至固定高压线处时，再次向上推拉杆，这时，手指再次张开，将两根高压线同时握在手里，将其抓紧。然后送整个支架上去，进行绕线工作。
第6章 实体机构装配
6.1 实体机构装配
由于CAD技术的快速发展，迅速而准确地进行轮廓设计早已经成为可能，这一技术将设计者从复杂且繁重的计算和艰巨的绘图工作中解救出来，但是，CAD技术局限于二维平面图，缺乏立体感，不能很好的表达特别复杂的机构。因此三维软件的使用越来越受欢迎，人们在有了基础设计理念之后，即可利用三维软件生成实体，通过分析比较，再进行实体装配，最后，通过运动仿真，来确定最终机构。这样，就避免了空泛和抽象的想象，将实体表现出来更加形象。例如pro/e画图软件，即可精确、快速的完成机构的三维实体造型，并且通过对机构进行运动仿真，大大的简化了机构的设计开发过程，并提高了设计的准确性。
实体装配时，由于抓线和绕线时分开实现的，所以，装配也分两部分进行。
第一部分是抓手部分，将该抓手的主要零部件设计生成实体后，按照装配关系，将其组装到一起，并且，装配之后，进行运动仿真，仿真部分即可看清抓手抓线的动作，比二维图清晰明了。
第二部分就是绕线部分的装配和仿真，此处由于涉及的零部件较多，因此，也较为复杂。首先是整个架子的放置，然后装配支撑主、从动齿轮的小架子，该小架子同大架子一样，在底部对称分布着两个孔，该孔将分别与两根导杆配合，在小架子处为间隙配合，因为小架子要在导杆上面进给，有相对运动，而与大架子的配合是过盈配合，因为大架子与导杆无相对滑动。放置小架子后，再安装从动齿轮，从动齿轮的装配靠与主动齿轮的啮合来实现，齿轮装配之后，装配架子两边的挂线机构，该机构的功能实现靠的是四杆机构，该四杆机构由微型蜗轮蜗杆减速电机驱动，电机连着一个推杆，该推杆上、下移动，推动四杆机构上下运动，同时，抓手部分实现分、和动作，从而绕线。抓手与架子的固定主要靠一个圆柱，该圆柱和四杆的活动杆分别于同一个滑块相配合，这样，可以保证四杆与整体相对位置的稳定性，而且增加了四杆的强度，因为在挂住高压线之后，整个机构的重量相当于都被四杆机构承受了，这样，就对四杆的强度要求很高，而且在四杆机构的外侧，有一个挡板，这也是为了控制四杆的相对位置稳定性，防止其向架子两侧偏移。电机安装在推杆的下面，与推杆接触。
1.抓手部分
如图所示，其中图（6.1）中（a）、（b）、（c）图中零件组装到一起，构成抓手，（d）、（e）图装配到一起，是拉杆部分。
6.2 本章小结
本章是实体设计的最后部分，从最初的参数选择、确定以及结构设计、点机选择等，都是为这一部分的基础，实体装配可以说是对前面工作的一个检验过程，也是对运动仿真的铺垫，在实体装配过程中，若零件之间的配合有什么问题，都能够准确的表现出来，尤其是要进行运动仿真时，若机构间存在任何问题，都会对运动仿真产生不利影响，阻碍其顺利进行，因此，实体装配极为重要。
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