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1、 青岛理工大学 毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 文 题目 题目 高空带电作业车机械手设计高空带电作业车机械手设计 院院 别 别 汽车与交通学院汽车与交通学院 专业班级 专业班级 交通运输二班交通运输二班 学生姓名 学生姓名 学学 号 号 指导老师 指导老师 2020 年年 6 6 月月 1818 日日 摘 要 带电作业是为了保证供电设备安全 可靠运行 提高电网经济运行和服务 质量的重要检修手段 本篇论文基于高空带电作业的需要设计了高空带电作业车机械手 为了达 到一种简易直观的效果 本文选用 SolidWorks 软件对其进行设计 以 SolidWorks 软件为平台 对高空带电作业机械手进
2、行了零件建模 虚拟装配 爆炸视图及动画演示 本篇论文首先大致介绍了带电作业车及带电作业的知识 然后着重叙述了高 空带电作业机械手零部件建模 装配 爆炸视图及动画演示的制作方法 在机 械手的零部件设计中 主要设计底座 绝缘机构 旋转台 机械臂 液压机构 机械手末端 专用夹具等 所使用的操作主要有拉伸 镜像 旋转 扫描等 最后 对运用 SolidWorks 软件设计高空带电作业车机械手进行了总结 关键词 SolidWorks 带电作业车 机械手 动作仿真 ABSTRACT Live Line Work has become an important means for examining and
3、repairing which can ensure power supply equipment to ran safely and reliable ensuring power net to ran economically and afford better service for the users The paper was based on the needs of live line work at height in order to achieve a simple visual effects SolidWorks was used to design animators
4、 of live line work trucks As a platform for high altitude operation SolidWorks charged parts manipulator modeling virtual assembly exploded view and animation presentation Firstly the paper introduced the live line work trucks and knowledge of live line work And then it focused on the high altitude
5、manipulator charged parts modeling assembly exploded view and animation demo production methods There were lots of accessories in the robot design in the paper such as the main design of the base insulated body turntable arm hydraulic body manipulator end special fixtures etc Main operations used in
6、 the design were stretch mirror rotate and scanning Finally the design of manipulator of high altitude operation truck used SolidWorks was summarized Key words SolidWorks live line work trucks robot animator 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 目 录 1 1 绪论 1 1 1 研究背景 1 1 2 高空带电作业车机械手研究意义 1 1 3 本文研究内容 1 2 高空带电作业车介绍
7、3 2 1 带电作业 3 2 2 带电作业车机械手研究概况 3 2 2 1 国外研究概况 3 2 2 2 国内研究概况 4 3 高空带电作业车机械手设计与建模 7 3 1 高空带电作业车机械手总体设计 7 3 2 高空带电作业车机械手底座 8 3 2 1 底座的设计 8 3 2 2 底座的建模 8 3 3 高空带电作业车机械手绝缘机构 14 3 3 1 绝缘机构的设计 14 3 3 2 绝缘机构的建模 16 3 4 高空带电作业车机械手旋转台 17 3 4 1 旋转台的设计 17 3 4 2 旋转台的建模 18 3 5 高空带电作业车机械手机械臂 27 3 5 1 机械臂的设计 27 3 5
8、2 机械臂的建模 27 3 6 高空带电作业车机械手液压机构 32 3 6 1 液压机构的设计 32 3 6 2 液压机构的建模 34 3 7 高空带电作业车机械手末端 41 3 7 1 机械手末端的设计 41 3 7 2 机械手末端的建模 43 3 8 高空带电作业车机械手专用夹具 46 3 8 1 机械手专用夹具的设计 46 3 8 2 机械手专用夹具的建模 47 3 9 高空带电作业车机械手其他小零件 51 3 9 1 机械手小零件的设计 51 3 9 2 机械手小零件的建模 52 4 高空带电作业车机械手的虚拟装配 55 4 1 机械手主要零部件的装配内容 55 4 1 1 绝缘子的装
9、配 55 4 1 2 机械臂的装配 57 4 1 3 机械手末端的装配 58 4 2 装配体统计 60 5 机械手虚拟装配动画制作 61 5 1 装配体爆炸 61 5 2 爆炸视图的爆炸步骤 61 5 3 解除爆炸 63 6 高空带电作业车机械手动作仿真 64 6 1 高空带电作业车机械手的工作流程 64 6 1 1 准备工作 64 6 1 2 取线动作 65 6 1 3 接线对准动作 65 6 1 4 接线动作 66 6 1 5 断线动作 66 6 2 动作仿真动画制作 66 6 2 1 SolidWorks Animator 66 6 2 2 制作步骤 66 7 结论和展望 69 7 1
10、结论 69 7 2 高空带电作业车机械手发展展望 69 致 谢 71 参考文献 72 1 绪论 1 1 研究背景研究背景 国际上关于现代机械手的研究始于 20 世纪中期 其技术背景是计算机和自 动化的发展 以及原子能的应用 为了能代替人在原子能实验室的恶劣环境中 去处理放射性物质 美国原子能委员会的阿尔贡研究所 1948 年开发了机械式的 主从机械手 1 进入二十世纪 80 年代以来 由于科学技术特别是计算机技术的 发展 各国政府以及科研人员的努力 机械手技术得到了迅猛的发展 机械手 也在各个领域得到广泛的应用 其中高空带电作业车机械手就是非制造业领域 较为典型的一种 1 2 高空带电作业车机
11、械手研究意义高空带电作业车机械手研究意义 带电作业已成为保证供电设备安全 可靠运行 提高电网经济运行和为用 户服务质量的一个重要检修手段 带电作业的价值也是非常明显的 经济效益 和社会效益都是很可观的 但是 过去几十年里 特别是在我国 带电作业都是人工完成的 即所谓 人工带电作业 人工带电作业虽然创造过不少 奇迹 但也存在着许多固有缺 陷 首先在人们的心理上和实践中总是存在安全方面的重大威胁 其次 所需 设备复杂 造价昂贵 对作业人员的技术水平和熟悉程度要求都很高 从而限 制了人工带电作业的发展 并且 在今后输电线路的发展中 为了减少线路走 廊的空间 将出现紧凑型杆塔的线路 这种类型的线路 将
12、给保证人工带电作 业的安全距离带来困难 使用机械手作业可以提高配电可靠性 提高带电作业人员的人身安全 降 低作业的劳动强度 提高带电作业的自动化水平 1 3 本文研究内容本文研究内容 本文基于高空带电作业的需要 运用 solidWorks 软件 设计了高空带电作 业车机械手 首先进行机械手的总体设计与建模 高空带电作业车机械手主要 零部件有底座 绝缘机构 旋转台 机械臂 液压机构 机械手末端 专用夹 具等 其次 分别对该零部件的设计过程作了详细介绍 再次 讲解机械手各 零部件的具体装配过程和爆炸视图过程 最后运用 SolidWorks Animator 描述 机械手的动画仿真的制作过程 机械手
13、是高空带电作业车重要组成部分 合理地设计机械手各组成机构的 零件布局 运动原理 可以大大提高现有机械手的安全性 操纵稳定性以及轻 便性 提高使用性能 减小总成体积 降低生产成本 保证产品质量稳定 以 便逐步推广和普及 本设计要解决的主要问题是学习 SolidWorks 软件并使用 SolidWorks 软件 设计高空带电作业车机械手的各个零部件 对其进行虚拟装配 作业方式也作 了扼要说明 并进行动作仿真动画演示 2 高空带电作业车介绍 2 1 带电作业带电作业 带电作业是在高压电器 设备上进行不停电检修 部 件更换或测试的作业 带电 作业是一项特殊的工程技术 它直接涉及人的生命安全 如图 2
14、1 2 2 带电作业车机械手带电作业车机械手 研究概况研究概况 2 2 1 国外研究概况国外研究概况 为了提高带电作业的自动化水平和安全性 减轻操作人员的劳动强度和强 电磁场对操作人员的人身威胁 许多国家都先后开展了高空带电作业车的研究 如日本 西班牙 美国 加拿大 意大利等国家先后开展了对高空带电作业车 的研究 在日本 由九州电力公司和安川机器人公司合作 于 1984 牛开始了高 空高压带电作业机械手的研究 现在 日本的高空高压带电作业机械手研究已 经进入第三代 Phase 日本的第一代机器人 Phase 已经达到实用化 的程度 美国 加拿大也是在 80 年代中期开展了高空带电作业车的研究
15、西班 牙在 1990 年首次开展了带电作业机械手的研制 并于 1994 年完成了第一个阶 段的工作 2 纵观国外 20 多年来带电作业车的发展历史 可以将其分为三代 第一代 主从控制式 这也是国外正在广泛使用的形式 以日本为代表 采取主从控制 有两个作业机械臂 工作人员在高空的工作室中 通过控制手 柄或主手对机器人的作业进行控制的形式 如图 2 2 所示 第二代 半自主式 操作人员在地面控制机械手作业 应用了一些视觉 图 2 1 带电作业 激光测距等传感器 能识别作业目标的大体位置 通过人机交互来精确定位 不能识别较为复杂的环境 如图 2 3 所示 第三代 全自主式 目前尚未研制出样机 具有较
16、高的智能 具有对环境 的三维识别 自身控制以及自主作业决策的功能 这种全自主的机器人研制尚 需一定的时日 图 2 2 日本第一代高空带电作业车 图 2 3 日本第二代高空带电作业车 3 2 2 2 国内研究概况国内研究概况 根据国内带电作业的发展来看 带电作业技术发展可以分为四个阶段 4 1 绝缘防护技术阶段 在这一阶段里 操作工人通过绝缘手套 绝缘服 绝缘鞋直接对带电设备进行带电作业 由于这种作业方式危险性较大 国内已 经废止 2 绝缘工具技术阶段 操作人员通过绝缘工具间接进行带电作业 如利用 环氧树脂玻璃布管做成的绝缘工具进行带电作业 这种作业方式需要操作人员 具有很熟练的操作技巧 并且属于高空作业 因此劳动强度大 危险性高 3 绝缘斗臂车技术阶段 操作人员借助于绝缘斗臂车进行带电作业 与上 述两个阶段相比 作业方式有了较大的进步 减轻了工人登高的劳动强度 增 大了绝缘防护力度 国内带电作业水平现在正处于这个阶段 4 机器人技术阶段 利用机械手辅助或代替人进行带电作业 不仅保证了 操作人员的人身安全 而且大大地降低了劳动强度 提高劳动效率和操作的规 范性 还可以做到全天候带电作业
