修剪机器人说明书.docx

李小兵：高速公路修剪机器人修剪机构机械创新设计课程设计 2014-2015第 2 学期姓 名： 班 级： 指导教师： 成 绩： 高速公路绿化带修剪机器人修剪机构设计摘 要我国高速公路发展迅速，而高速公路绿化带的建设已经成为高速公路建设的主体部分之一，其修剪任务非常严重。通过对国内外高速公路绿化带现有修剪机（便携式绿篱修剪机和电动单刀往复式绿篱修剪机）进行深度研究及其修剪技术的学习和分析，设计了一种针对高速公路绿化道的修剪机器人，其特点是修剪速度快、可连续性修剪作业、效率高、自动化和智能化水平高。希望在可以保证修剪质量的同时，有效的减少工人的工作时间。为了提高修剪效率，减少修剪路段的封锁时间，我们采用机器人操控液压驱动实现修剪机构的升降，再用液压驱动滑块摇杆机构实现电锯式刀具角度的转动，实现水平和竖直自动修剪，这种机构体积布置合理，能够尽可能的不占用高速公路的车道，并且电锯式刀具切割设计实现连续修剪作业可以高效率的修剪枝条，减轻了工作强度和提高了工作效率 。关键词 直线切割、液压升缩、修剪机构目录第一章 绪论31.1研究背景2 1.2 方案说明书的主要意义31.3修剪机构的意义4第二章 修剪机构总体方案设计42.1修剪机构设计目标和功能规划2 2.1.1 修剪机构的设计目标32.1.2修剪机构的功能规划2.2升缩机构设计方案12.2.1电动升降机2 2.2.2液压升降机32.3修剪装置设计方案2.3.1 往复式直线修剪装置32.3.2 滚筒式直线修剪装置2 2.3.3电锯式直线修剪装置32.4修剪装置的设计原理 第三章 修剪机构参数和尺寸设计2 3.1 修剪装置的尺寸参数33.2 升降机构尺寸参数及计算3.3极限位置的校核13.3.1刀具极限位置校核2 3.3.2修剪机平面运动极限校核33.4回转机构设置3第四章 对于修剪机器人未来功能展望4.1.本修剪机器人的不足4.2对未来修剪机器人的设想和展望1致谢参考文献第一章绪论1、研究背景 国内高速公路绿篱带机械设备的发展起始于20世纪70年代后期，20世纪90年代开始进入了快速发展时期，其主要标志是除了园林机械厂、林业机械厂生产高速公路绿篱带机械设备以外，一批实力较强的通用机械厂、机床厂也开始生产不同品种的高速公路绿篱带机械设备，部分小型园林绿化机械已开始出口国外。先进的园林绿化机械设备的进口大幅度上升。英国、德国、瑞典、日本等国的一些大公司的园林绿化机械纷纷进入国内市场，经销国内外园林绿化机械设备的公司大量涌现，规模也日益扩大，并已初步形成了全国经销网络。但是总的来看：国内园林绿化机械设备的品种还比较单一，性能、质量和制造水平都还比较落后，与国外发达国家相比有很大差距，国内园林绿化机械化作业的比重还很小，与发达国家全盘机械化程度相； 比，差距十分明显。总体上国内目前仍处于园林绿化机械设备发展的初级阶段。进入2l世纪，国内外高速公路绿篱带机械设备的发展会进一步加快，国内也将会很快实现园林绿化作业的全盘机械化，国外发达国家的机械化水平则将进一步向更高的层次发展。今后一段时期，国内外高速公路绿篱带机械设备发展将呈现下述几方面的趋势。一,是继续大力开发高速公路绿篱带机械设备新产品，向操作自动化、舒适化方向发展。20世界相对落后的年代，机械制造水平并没有达到一个完善的高度，各种机械设备的工作还很繁杂。进入21世纪后，科技水平的不断的创新，技术的提高，高速公路绿篱带机械设备更加先进，完善操作自动化，舒适画发展日新月异。二,是积极发展高速公路绿篱带机械的一机多用和联合作业机。一机多用和联合作业机这两者概念不同、目的不同、适用的对象也不同。一机多用是指一种机器能配备多种工作装置或附件，更换不同装置就能完成不同作业，以提高机器的利用率。联合作业机是指一种机器上能同时安装多种工作装置，同时完成多项需要按顺序连续进行的作业，以提高机器的作业效率和劳动生产率。三,是大力改善绿篱带机械设备的环保性能。现在人们的环境意识已有了很大的提高。譬如美国很多州就已经各自立法，规定了所有机器都必须达到一定的排放标准和噪音才能进入该地区。因此，不少大型园林绿化机械设备制造企业已经或正在采取措施，研制生产低污染、甚至无污染的“绿色”高速公路绿篱带机械产品。以前在小型高速公路绿篱带机械上普遍采用的二行程汽油机，虽然其结构简单、比重量小，但由于噪声高、排放污染重，目前除了手持式小型机械外，在高速公路绿篱带机械中，高速公路绿篱带等已逐步被四行程汽油机所代替，新一代低噪声、低污染小汽油机已开始投放市场。机械产品的环保性能必将成为评价其质量的重要指标之一。四，是进一步提高高速公路绿篱带机械设备的安全性。安全性有3个方面：一方面是对机械本身的安全性，以防止机械发生意外故障或被损坏；二方面是对操作人员的安全性，以防止操作人员在作业中受伤害；三方面是对周围人群的安全性，以防止机械在作业时伤害他人。这些安全装置今后也必将在园林绿化机械设备各种产品上的应用更加多样化、更加完善、更加有效。2、方案说明书的主要内容 高速公路绿篱修剪机的主要作用就是修剪、维护中央隔离绿化带和两边边坡的小部分乔木，防止这些绿篱、乔木生长到高速道上影响行车安全和美观。它的应用改变了传统方式中的人工修剪方式，使修剪效率和质量得到了很大的提高，已经成为目前对高速公路进行维护的必备机械设备，在高速公路建设的发展中，对高速公路绿化带修剪机器人修剪机的研制有着非常重要的意义和科学价值，是当前不可或缺的机械产品。在我们的设计创作中，实现了高效率的修剪高速公路绿篱带的工作方式修剪机构全程由修剪机器人操作实现自动化修剪，机器人操控液压控制技术实现的高度调节、宽度调节、展开动作和剪切运动。主要解决的问题是怎样运用齿轮实现基体的转动、怎样用液压实现升降的调解、怎样实现刀具角度的变换、怎样实现绿化带的高效率修剪。本说明书中从修剪机构的设计方案，目的，工作原理和设计工艺进行一个详细的书面介绍。系统的分析了修剪机构，升降机构，连杆之间的相互连接和工作方式。具体的的介绍工作的方式和使用范围，对于各个部分的参数和尺寸有一个详细的解释。并且通过各个方案设计的比较和优缺点的确定，最终得出自己设计的方案。其中附带了详细的数据分析计算和图片。3、修剪机构的意义和目的 1.修剪机构的对于绿篱带维护的意义：通过适当的修建，调节根冠比的平衡，可促进树木的健康生长。青壮龄苗木的旺盛生长往往会造成枝叶的过分郁闭，树冠内膛光照不足、通风不良，极易诱发病虫害。通过修剪及适当疏枝，可增加树冠内膛的通风与透光度，使枝条生长粗壮，降低冠内的相对湿度，提高苗木的抗逆能力，减少病虫害的发生。2.设计修建机构的意义：社会的发展带动着科技水平的创新，修剪机构的出现是为了满足人类对于生活中的需要，对于绿篱带的修剪更加的高效、环保、安全地进行，希望在可以保证修剪质量的同时，有效的减少工人的工作时间，也是为了提高修剪效率，减少修剪路段的封锁时间，让高速公路绿篱带修剪工作更加的智能化，自动化，操作更加简便，舒适化。第二章、修剪机构总体设计方案2.1修剪机构设计目标与功能规划 2.1.1修剪机构设计目标本文设计的修剪机作业场地是高速公路，作业对象是高速公路中央隔离绿化带和两边的绿篱修剪，保证其高度符合要求，侧面不影响车辆行驶，修剪后的绿篱平整美观，根据作业对象性质和特征，基于产品功能强大和增强产品市场竞争力等方面要求，修剪机设计目标如下： 1.修剪机采用自动化程度高的的修剪模式取代劳动强度大的传统人工修剪模式，通过机器人的操作提高工作效率。 2.设计合理，结构简单，可靠性高，采用独立动力源，连续作业时间长。 3.能对高速公路绿花道进行高位修剪和低位修剪，修剪作业范围大，适应能力强，转场速度快，修剪功率大。 4.修剪姿态调整方便，能快速调整修剪高度，修剪角度和修剪距离。 5.集思广益，推陈出新，挖掘创新点。 6.整机质量轻，成本低廉，市场竞争力强。2.1.2修剪机构功能规划市面上的高速公路修剪机功能简单，不能满足高速公路绿篱修剪质量和修剪形状的要求，主要原因是修剪机机构可变范围小，不能修剪出形态各异的绿篱。为了突破以往机型功能单一，作业质量差的缺点，本文设计的修剪机要具有下列功能：表1最高水平修剪高度最高竖直修剪高度最低水平修剪高度最低竖直修剪高度最远水平修剪距离最远竖直修剪距离一次走刀宽度大于3000mm5000mm0mm0mm2800mm1800mm 700mm2.2升降机构设计方案 2.2.1电动升降机 微型电动升降机微型电动升降机是一种微型电动升降机，它包括电动机、减速机构及电路控制系统，其特征在于：电动机的转子有效叠厚比定子有效叠厚长；电动机轴右段为蜗杆，并与蜗轮啮合，蜗轮轴一端固定在蜗轮上，中间通过轴承固定在支架上，支架固定在电动机右端外壳上，蜗轮轴另一端固定扬升卷筒；电动机外壳左端固定芯杆架，芯杆架内固定两个芯杆支承套，支承套内装芯杆，芯杆中间固定一个限位开关压板，芯杆右端顶在电动机轴的左端；套在芯杆左段的压缩簧一端顶在左边的芯杆支承套上，另一端顶在限位开关压板上；套在芯杆右段的压缩簧一端顶在右边的芯杆支承套上，另一端顶在芯杆端部的凸台上；芯杆架上部在限位开关压板的两侧分别固定限位开关；电源通过控制开关DSK和限位开关的常闭触点接通电动机。特制的交流电动机连接减速机构及扬升系统。电路控制系统包括控制开关，限位开关及其常闭触点，限位开关压板、芯杆和压缩簧。电动机正反运转时，电动机轴可左右位移，超负荷时，位移增大，压板压住限位开关使限位开关的常闭触点断开，电动机不工作。 优点：操作方便，可随意使其升降或停止，运转安全可靠，故障率低，应用范围广，可用在澡堂、游泳池的升降存衣吊篮或高层楼房重物的提升等。 缺点：在升降过程中是不可以移动的，而且载重和升降高度有直接关系。 2.2.2液压升降机液压升降机，采用液压驱动方式，通过修剪机器人所带蓄电池给直流电动机供电驱动高压泵，把蓄电池的电能转换成液压油的高压液压能，利用电磁阀控制液压缸运动，使高压液压能转换成机械能，驱动四连杆机构运动，从而使升降平台完成向上、向下平动以及向上向下转动等各种动作。根据液压升降机的功能，执行机构应该具有向上、向下平动和转动的特点，即升降平台应能按照一定的规律做平面运动。 控制回路设计液压升降机采用进油节流调速液压控制回路，以控制活塞杆的速度，直控平衡阀Z用来产生背压，防止在下降行程时活塞杆快速滑下，溢流阀用作安全阀起过载保护作用。优点：1、可以方便实现频繁的往复运动 2、能在较大的范围内实现无极调速，而其结构则比常用的齿轮变速机机构简单的多 3、便于采用电液联合控制实现自动化 4、结构紧凑能获得更大的传动力和力矩 5、液压机构的部件大多数已经系列化、标准化，因此便于设计制造。缺点：1、密封处易漏油，对密封件的要求较高。