自动洗车机移动机械操作臂毕业设计

目录

目录 (1)

1 绪论 (2)

2 操作臂机构及驱动方式 (6)

2.1动作方案 (6)

2.1.1机器人操作臂介绍及常用形式 (6)

2.1.2机器人操作臂方案设计 (6)

2.2机器人操作臂驱动方式 (8)

2.2.1机械臂常用驱动比较 (8)

2.2.2电机驱动类型的选择 (9)

2.3传动方式 (10)

2.4操作臂结构 (11)

2.4.1腕部结构 (11)

2.4.2臂部结构 (12)

3 零部件材料选择与计算 (16)

3.1零件设计的一般要求 (16)

3.2零件材料的选择 (16)

3.3零部件计算 (17)

3.3.1腕关节计算 (17)

3.3.2俯仰关节计算 (18)

3.3.3伸缩臂计算 (21)

3.3.4竖直升降传动计算 (24)

4 附件及控制微略 (25)

4.1附件 (25)

4.1.1洗车刷 (25)

4.1.2供水系统 (26)

4.2控制微略 (26)

结论 (25)

致谢 (25)

参考文献 (25)

1 绪论

随着经济的快速发展，家用轿车已经越来越多地为家庭所拥有，据统计，2007年底，我国私人汽车拥有量已超过1500万辆，与此同时，与汽车相关的需求也在激增，比如洗车设备。轿车每次用都会在表面积一层灰尘，不仅影响美观，还会对车漆造成伤害，因此对轿车表面的清洁工作很重要。

通常，较少进行日常简单清洁的轿车每周要洗一到两次，每次洗车的费用在15元左右（不含上光打蜡）。轿车日常的简单清洁大多由车主人工完成，费时费力，因此有必要设计一种能够代替人进行轿车的日常清洁工作的服务型机器人操作臂。

现在通常使用的洗车设备和方法主要包括以下几种：

1．高压水枪洗车:高压水枪洗车是先用高压水枪喷洒水雾润湿车身，再用高压射流清洗车身然后用清洗液清洗，最后用高压射流清洗干净，用麂皮将水吸干。高压水枪清洗速度快、效果好；但高压水枪压力大，容易对车漆造成损害:高压水柱的喷淋会改变空调冷凝器散热的方向，导致空调制冷失灵；会直接导致车灯胶条密封不良，影响车灯的正常工作，产生危险；会使密封不是很严的汽车侧门玻璃进水，锈蚀金属件，造成电线短路；劣质洗涤灵会降低车漆的亮度；洗后用毛巾多次擦拭会使车身增加划痕。

2．蒸汽洗车：蒸汽洗车是将水加热成蒸汽后，用蒸汽来消洗汽车。其具有节水、节能的特点。但由于设备质量问题，存在安全性不高，极易产生污水造成污染，洗车效果和效率差的缺点。

3．无水洗车：无水洗车是先用掸子掸去车身表面浮土，再用无水洗车液进行汽车清洗的一种新型环保洗车方式。它具有节约水资源，绿色环保等优点，受到政府的扶持，但是，对于较脏车辆以及汽车底盘等部位，无水洗车不能满足要求，因此它并不能完全替代有水洗车。

4．无刷毛自动洗车机：采用高速水刀喷出的高压力水雾从上往下清洗汽车，灰尘冲掉后，自动泡沫喷头喷淋，然后用高压清水进行清洗。它有清洗速度快，效果好，不损伤车漆的优点，但存在水耗大，设备投资和运行费用高昂的缺点。

5．全自动电脑洗车机：电脑洗车机是利用电脑控制毛刷和高压水枪来清洗汽车的一种设备。由复杂的电路、气路、水路和机械部分构成。

某自动洗车机结构如下，包括高压喷头、机械清洗机构、吹干机构，其中，清洗机构包括一个顶刷，两个大侧刷，两个小侧刷，如图1-1所示。

1.轨道；

2.机架；3、4.大侧刷；5.顶刷；6.小侧刷；7.吹干系统

图1-1大型电脑洗车结构简图

洗车时，首先汽车停靠到位，由高压喷头喷水冲掉汽车表面泥沙，再由组成清洗机构的五个刷子围绕汽车运动进行清洗、打蜡，然后由吹干机构将汽车表面吹干。这样的大型机构洗车时确实有很好的效果，但是用于个人洗车设备却很不适宜。首先在水、电等资源方面会有很大的消耗，另外，其体积（通常3m*3m*3m，轨道10米，隧道式更大），价格（几万到十几万间）也让个人很难接受。

以上几种一般用于洗车行，在个人洗车方面，除了传统的水桶加抹布外，现在所研究的个人洗车设备也多为手动。其中，前者耗费大量体力、时间，而且效率低，也不容易洗得干净，还容易刮损伤车漆。后者采用某些化学洗剂，在效果方面有很大改善，但是也要花费车主的大量时间和体力。

适合个人使用的小型自动洗车设备的研究方面较少，具有代表性的为日本人平松正彦的一项专利，其结构（主视图和俯视图）如图1-2和图1-3所示。

图1-2平松正彦专利（主视图）

图1-3平松正彦专利（俯视图）

该洗车装置主要包括洗车刷1、底盘3、支撑架6及底盘上的设备（水箱、发电机、控制器等）4。

首先，洗车刷可以拆卸，安装在刷轴上，由电机7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2、导轮5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

外周面的接近方向行驶。洗车设备围绕汽车行驶一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。

因此有必要设计一种可以代替人进行日常汽车清洗工作的机械操作臂。

2 操作臂机构及驱动方式

2.1 动作方案

2.1.1 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，其结构一般是由一系列连杆由旋转关节或移动关节相连接的具有一定自由度数的开式

运动链，一端固定在支座上，另一端自由，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，一般工业机器人操作臂的自由度数在6个以下，高自由度数的机器人具有冗余度，一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2-1所示。

图2-1 操作臂分类

2.1.2 机器人操作臂方案设计

在本设计中，操作臂搭载在一个可移动平台上，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，采用上述任何一种坐标方式，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1、模仿人手擦车动作，用摆动关节实现；2、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一个平面内，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。