I直立細長桿快速爬升摩托車結(jié)構(gòu)設(shè)計摘 要隨著科學的發(fā)展和科技的進步，機械設(shè)備越來越成為人們生活中不可或缺的一部分，而本次畢業(yè)設(shè)計我們主要研究了機械設(shè)備家族中的爬桿機械設(shè)備，希望能創(chuàng)造出一種既簡單又實用的爬桿機械設(shè)備以滿足人們相應(yīng)的需要本論文首先主要介紹了有關(guān)爬桿機械設(shè)備的相關(guān)背景、目前國內(nèi)外某些爬桿機械設(shè)備的發(fā)展狀況和相應(yīng)存在的一些問題，其次對爬桿機械設(shè)備方案的選擇進行了相應(yīng)的比較和分析，之后進入設(shè)備的實體設(shè)計階段其次，論文的重點主要是對爬桿機械設(shè)備進行相應(yīng)的設(shè)計，其中包括爬桿機械設(shè)備擺臂的設(shè)計，主框架的設(shè)計、旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)計以及鏈輪傳動設(shè)計等等，同時對施工人員安全問題進行考慮和選擇最后，對本次設(shè)計進行了總結(jié)和展望關(guān)鍵詞：爬升，機器，設(shè)計，安全，三維建模Structure Design of Vertical Fine Long Rod Fast Climbing MotorcycleAbstractWith the development of science and technology, mechanical equipment has become an indispensable part of people's life, and this graduation project we mainly studied the climbing rod mechanical equipment in the mechanical equipment family, hoping to create a simple and practical climbing rod mechanical equipment to meet the corresponding needs of people.In this paper, the background of the climbing rod mechanical equipment, the development of some climbing rod mechanical equipment at home and abroad and some problems are introduced. Secondly, the paper focuses on the corresponding design of climbing rod mechanical equipment, including the design of swing arm of climbing rod mechanical equipment, the design of main frame, the design of rotating shaft and the design of sprocket transmission, etc. At the same time, the safety problems of construction personnel are considered and selected. Finally, this design is summarized and prospected.Key words: Climbing, Machine, Design, Safety , 3D ModeIII目 錄摘 要 IAbstract II1 緒論 11.1 背景 11.2 爬桿機器人的分類 11.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀 21.3.1 氣動爬升機構(gòu) 21.3.2管外螺旋爬升機構(gòu) 31.3.3電機轉(zhuǎn)輪爬升機構(gòu) 41.3.4彈性黏著爬升機構(gòu) 51.4 課題研究目的、內(nèi)容及其意義 62 爬桿機器方案的選擇 72.1 總體方案分析 72.2 個人輪式爬桿機械設(shè)備分析 82.3 爬升機構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮得問題 92.4 環(huán)境分析 103 主要零部件設(shè)計、選用及校核 113.1 爬桿機械設(shè)備擺臂及滾輪的設(shè)計 113.2 爬桿機械設(shè)備主框架的設(shè)計 133.3發(fā)動機的選擇 153.4主旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)計及校核 163.5 鏈傳動的設(shè)計與選擇 183.6 拉力彈簧的設(shè)計 203.7 加緊裝置的設(shè)計 223.8 座椅的設(shè)計 233.9 三維模型 254 總結(jié)與展望 284.1 總結(jié) 284.2展望 28致 謝 30參考文獻 3133 直立細長桿快速爬升摩托車結(jié)構(gòu)設(shè)計1 緒論1.1 背景“機器人工程的進步和應(yīng)用是本世紀自動控制最有說服力的成果，是我們這個時代最重要的自動化。

這是上世紀機器人學者宋智安對成果的概括同時，機器人技術(shù)也是20世紀人類最偉大的發(fā)明之一自20世紀60年代初期以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展取得了巨大的發(fā)展成熟的工業(yè)機器人和為各種目的而設(shè)計的特殊機器人的實用性應(yīng)用，代表著機器人技術(shù)燦爛的未來所以我們必須去了解它近年來，在中國大學里，機器人、機械電子作為典型的載體，電腦技術(shù)、人工智能等，已被廣泛用于工程系學生的教學課程模特機器人逐漸成為優(yōu)質(zhì)教育和技術(shù)實習的主題之一，正在舉行各種機器人大賽在21世紀，人們在工業(yè)，生活和社會中已經(jīng)越來越多地體驗到機器人的堅固的速度所有這些都表明機器人的技術(shù)越來越接近我們但我們能給機器人下個具體的定義嗎?有人認為機器人什么都能做，有人認為機器人應(yīng)該和人一樣(什么是機器人?)機器人雖然很難給出正確的定義，但一般來說，電腦控制機器人是一種可以根據(jù)環(huán)境和工作需要進行編程的自動機器，在劃傷或移動功能等人物化功能中至少會有一個以上，或者對特定環(huán)境的認識程度也會有所不同(例如:從視覺上、力量等)，觸摸、關(guān)閉及聲音功能、邏輯思考、判斷、議事決定功能等環(huán)境中對作業(yè)的要求事項，可以代替人類在21世紀，隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代化進程也加快了，機器人的創(chuàng)新和研究越來越成為國家科技的力量，機器人也越來越成為各領(lǐng)域的重要組成部分，因此機器人的開發(fā)越來越方便，越來越快，越來越成熟。

在世界經(jīng)濟快速發(fā)展的前提下，中國的國家經(jīng)濟實現(xiàn)了快速增長，人民的生活水平日新月異，城鄉(xiāng)連同無數(shù)的高樓大廈，電線桿，油燈等高樓大廈，日新月異這根木棍長時間暴露在空氣中，容易受到腐蝕和污染，影響城市美麗，縮短壽命，大大提高風險，給人帶來諸多不便和危險但是，這種清洗和維護的條件，使得無效率，高昂的成本，低成本的安全系數(shù)和高清晰度的工作必須完成，容易造成危險如果使用高壓水槍清理，就會造成比損失更多的人力和材料資源的浪費你可以想象，機器可以被設(shè)計來幫助人類進行清潔或者工作從而降低人們工作的風險，提高工作效率1.2 爬桿機器人的分類爬桿機器人的種類有很多：按驅(qū)動方式來分有：氣動爬行機器人、電動爬行機器人、管外摩擦式[1]和液壓驅(qū)動爬行機器人[2]等按照仿生學來分有：螳螂式爬行機器人、蜘蛛式爬行機器人、蛇形機器人[3]等按行走方式可分為：輪式[4]、履帶式、蠕動式、多足式等按工作空間來分可以分為：管道爬行機器人、壁面爬行機器人[5]、球面爬行機器人、陸地移動機器人、水下機器人、空間機器人等按功能用途可分為：焊接爬行機器人、檢測爬行機器人、清洗爬行機器人、提升爬行機器人、巡線爬行機器人等根據(jù)不同的驅(qū)動方式和功能等要求可以設(shè)計適應(yīng)不同環(huán)境的爬行機器人，以供生產(chǎn)生活需要。

1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀爬桿機器人只是眾多機器人當中的一種，爬桿機器人以為需要克服重力的作用而可靠地附著在爬升表面之上并自主移動，完成特定條件的作業(yè)，區(qū)別于平面作業(yè)的機器人，故爬桿機器人是非常重要的一個研究分支國內(nèi)外的學者很早就對爬桿機器人進行研究，獲得了豐碩的成果目前，國內(nèi)外提出的一些依附于桿體表面的自動爬行機構(gòu)主要由電動機械爬桿機器人、電動液壓式爬桿機器人和氣動蠕行式爬桿機器人等電動機械式爬桿機器人是由電動機帶動鏈輪、帶輪、齒輪驅(qū)動夾緊桿體的前后輪向同一方向轉(zhuǎn)動，依靠行走輪與桿體的摩擦是爬桿機器人沿桿體上升下降螺旋于東爬桿機器人的爬行是由輪子的安裝位置決定的，輪子滾動方向與水平面成一定的角度，這樣輪子轉(zhuǎn)動時它在桿體上形成的便是螺旋軌跡，通過電機的正反轉(zhuǎn)控制機器的上升與下降電動機械式爬桿機器人，均是以電動機帶動滾輪壓緊桿體，依靠此摩擦力帶動機器沿桿體完成上升與下降的動作工作阻力和重力之和大于摩擦力就并不能安全工作，并且機器的結(jié)構(gòu)很是復(fù)雜[6]氣動蠕行式爬桿機器人用氣缸驅(qū)動機器實現(xiàn)交替夾緊和移動，其向上爬行是氣缸動作一個周期的過程為下部氣缸夾緊，上部氣缸松開，提升氣缸活塞桿伸出，上部上升；上部氣缸夾緊，下部氣缸松開，提升氣缸體上身，下部上升。

不斷重復(fù)這樣的運動，便可以實現(xiàn)連續(xù)爬行對于氣動蠕行式爬桿機器人，其上升和下降的動作的實現(xiàn)全是由氣壓控制，需要起源和氣動控制系統(tǒng)，因此設(shè)備的成本比較高以下是有代表性的幾種有代表性的爬升裝置[7]1.3.1 氣動爬升機構(gòu) 機構(gòu)分上體、下體兩部分,上、下體安裝板由鋁板制成,其間由兩個提升氣缸 和三組導(dǎo)向軸副連接,可相對移動一個行程距離,見圖1-1上、下體安裝板上沿圓周方向均布有三個安裝塊,用于夾緊缸、夾緊爪、導(dǎo)向輪總成的安裝提升氣缸上部的活塞桿端頭通過浮動接頭與上體安裝板聯(lián)接,缸體由中央軸與下體安裝板聯(lián)接.導(dǎo)向軸承座及氣閥安裝板等安裝于下體安裝板上,氣閥安裝板上布置著大部分氣動元件導(dǎo)向軸隨上體安裝板沿軸承座內(nèi)的直線運動軸承移動時,能沿軸線作輕微的擺動,使整體結(jié)構(gòu)可以沿變異彎曲管件爬升上、下體安裝板上開有安裝缺口,為使機構(gòu)方便安裝于管件上用[8]如圖1-1所示根據(jù)仿生學原理,采用蠕動的方式前進和后退,動作簡單可靠機構(gòu)動作由氣缸驅(qū)動，運動中至少保證上、下夾緊氣缸組有一組夾緊管件,防止機構(gòu)因自重作用而下滑機構(gòu)向上爬升時：（1）下體夾緊氣缸夾緊；（2）上體夾緊氣缸松開；（3）提升氣缸活塞桿伸出，上體上升；（4）上體夾緊氣缸夾緊；（5）下體夾緊氣缸松開；（6）提升氣缸缸體上升，下體上升。

如此重復(fù),機構(gòu)就可以連續(xù)爬升機器人下降時改變動作節(jié)拍循環(huán)導(dǎo)向氣缸一直處于工作狀態(tài)1.上體安裝板 2.導(dǎo)向輪總成 3.加緊裝置 4.下體安裝板5.氣閥安裝板 6.提升氣缸 7.導(dǎo)向軸 8.導(dǎo)向軸 9.安裝板10.導(dǎo)向氣缸 11.加緊氣缸 12.浮動接頭圖1-1 氣動管外爬升機構(gòu)這種方式的優(yōu)點有：機構(gòu)自重輕、可負荷量大、速度調(diào)節(jié)范圍寬和通用性強；它的缺點有：氣動控制成本較大1.3.2管外螺旋爬升機構(gòu)絕緣套管清洗機器人爬升機構(gòu)的設(shè)計要求是：機器人能順利爬升和下降絕緣套管，并且結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、運行穩(wěn)定絕緣套管的材料為陶瓷，外形如圖1-2所示，表面由一個個傘盤構(gòu)成，且大小傘盤交替出現(xiàn)考慮到套管的特殊外表面齒形，本文提出采用多個螺旋輪與傘盤嚙合來完成機器人的爬升運動如圖1-2（a）為傘盤與螺旋狀處于嚙合狀態(tài)，亦可看成蝸桿傳動在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下，螺旋輪轉(zhuǎn)動，并受到套管傘盤給它的向上的軸向力，從而推動整個裝置以平行于套管軸線的方向向上運動螺旋輪在與套管傘盤嚙合傳動時具有自鎖性，在機器人停機時，不會因為自身重力而向下運動開始曾設(shè)想用三只螺旋輪子來完成爬升運動，但經(jīng)過分析，在這種方案的切向受力不平衡，會使整個爬升平臺產(chǎn)生繞套管的旋轉(zhuǎn)。

最后確定用三對左右旋搭配的6只主動輪驅(qū)動，這樣可以使各輪的切向力抵消，使平臺運轉(zhuǎn)平穩(wěn)三對驅(qū)動輪沿周向120°均勻布置，每對驅(qū)動輪中的兩輪旋向相反整個的機架也做成圓形，并分成兩部分裝配在一起，可以張開與閉合，以完成機器人在套管上的安裝與拆下，見圖1-2（b）所示[9]a）螺旋輪與傘盤嚙合 （b）六輪分布機構(gòu)圖1-2 套管清洗機器人爬升機構(gòu)它的優(yōu)點有：該機構(gòu)爬升穩(wěn)點，不會有很大的偏移；它的缺點有：使用環(huán)境單一，只能在特定的直立桿上運用1.3.3電機轉(zhuǎn)輪爬升機構(gòu)斜拉橋上纜索的傾斜度一般為為了能順利爬升大傾斜度的纜索，必須盡可能減少各種阻力，增加爬升力另外，無論對于圓柱形或螺旋六棱柱纜索，輪式爬升機構(gòu)都會由于重力或輪子與纜索的受力情況而發(fā)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象而清洗應(yīng)工作在穩(wěn)定(非旋轉(zhuǎn))狀態(tài)，因此研制了纜索I號機器人樣機，其機構(gòu)簡圖見圖1-3所示該樣機采用了內(nèi)外框架結(jié)構(gòu)，內(nèi)框架設(shè)置爬升機構(gòu)，可隨纜索螺旋上升，外框架聯(lián)接維護機構(gòu)．由外加重力保持穩(wěn)定位姿，內(nèi)外框架之間由轉(zhuǎn)動活的垂直輪和水平輪聯(lián)接動力源是采用3重驅(qū)動，并在3個蝸輪蝸桿減速器的輸出軸上分別裝上編碼器，通過反饋回路控制3個電機轉(zhuǎn)速同步。

為了適應(yīng)不同直徑的纜索，該樣機設(shè)計了粗調(diào)和細調(diào)2檔壓緊機構(gòu)，粗調(diào)用于大變徑的纜索，而細調(diào)用于小變徑的纜索另外，該樣機設(shè)有安全機構(gòu)，在停電或發(fā)生其它意外情況下，樣機能從高空纜索緩緩滑回地面[10]圖1-3 纜索爬升機構(gòu)它的優(yōu)點有：安全性高，動力穩(wěn)定；它的缺點有：只能在特定條件下進行使用，而且只用于纜索的安裝1.3.4彈性黏著爬升機構(gòu)機器人動力學的實現(xiàn)靈感來自壁虎攀爬如圖1-4(a)平衡傾覆力矩的策略，前肢產(chǎn)生較小的正常粘合力，后肢推開圖1-4(b)通過仿生尾巴、彈性膠黏效應(yīng)、靜電力同時作用對前滾輪施加正常的粘合力圖1-4(c) ELADs的自由體圖[11]圖1-4 爬壁機器人該機構(gòu)主要是仿造壁虎來研究的，該機構(gòu)的核心就是履帶上的材料，這是通過很多次的反復(fù)試驗研制出來的，還有一個特殊之處就是，他的軌道是特制的，與它履帶上的材質(zhì)相匹配，履帶移動時會與軌道產(chǎn)生很大的吸附力，從而達到不會掉落的目的圖1-5所示是它在不同時刻的狀態(tài)圖1-5 爬壁機器人在不同時刻的狀態(tài)它的優(yōu)點有：不需要外界擠壓力，運動穩(wěn)定；它的缺點有：特定性，履帶和軌道都是特質(zhì)材料，成本高，難批量生產(chǎn)1.4 課題研究目的、內(nèi)容及其意義隨著我國國民經(jīng)濟的飛速增長、人民生活水平日益提高，城鎮(zhèn)中隨之矗立起無數(shù)的高層城市建筑，各類集實用性與美觀性一體的市政、商業(yè)工程諸如電線桿、路燈桿、大橋斜拉鋼索、廣告牌立柱等，它們通常5-30m，有的甚至高達百米，壁面多采用油漆、電鍍、玻璃鋼結(jié)構(gòu)等，由于常年裸露在大氣之中，風沙常年累月的積累會形成灰塵層，會污染和影響城市的美觀，同時空氣中混合的酸性物質(zhì)也會對這些城市建筑，特別是金屬桿件造成損壞，加快它們的生銹，并且也會縮短它們的使用壽命，需要定期進行壁面維護和保養(yǎng)工作。

為保持清潔，許多國際性城市諸如廈門、深圳、香港等地規(guī)定，每年至少清洗數(shù)次目前傳統(tǒng)的清洗技術(shù)主要分為人工清洗（化學藥劑清洗）和高壓水槍清洗等方法其中人工清洗是由清潔人員搭乘吊籃，進行高空作業(yè)來完成，工人們的工作環(huán)境惡劣，具有很大程度的危險性，工作效率也很低，耗資巨大；高壓水槍清洗耗能比較大、成本高，且對周圍環(huán)境有很大的影響在利用高壓水槍進行清洗時，它的周邊不能有車輛、行人通過，而且也不能有過近的建筑物其他的高空作業(yè)諸如：各類桿狀建筑的油漆、噴涂料、檢修、維護、電力系統(tǒng)架設(shè)電纜等工作，主要是由人工和大型設(shè)備來完成，但它們都集中表現(xiàn)出效率低、勞動強度大、耗能高等問題所以設(shè)計一種爬升立桿機構(gòu)[12]，協(xié)助人們完成相應(yīng)的工作是非常有必要的快速爬升摩托車的使用將大大的降低高層桿狀建筑的清洗成本，改善工人們勞動的環(huán)境，提高勞動生產(chǎn)效率這種機器的研制設(shè)計必將有很大的社會效益、經(jīng)濟效益和廣泛的應(yīng)用前景該課題只在設(shè)計一種新型的，結(jié)構(gòu)簡單的、經(jīng)濟適用、價格便宜、操作簡單的直立細長桿爬升機構(gòu)2 爬桿機器方案的選擇2.1 總體方案分析欲使機器在趕上自由的移動，必須具備兩種功能：貼附功能與移動功能貼附的方式有吸附式和加持式兩種，移動方式有輪式、履帶式、腿式以及蠕動式四種[13]。

這些不同的方式可以進行多種組合，形成多種風格的機械機構(gòu)或機器吸附式是通過面接觸的方式緊貼于壁面上，夾持式是靠點加緊在立桿或者立柱上吸附式又有真空吸附和電磁吸附之分，其中真空吸附式用的比較多，因為它對壁面的要求不是十分的嚴格；電磁吸附承載能力大，有很強的適應(yīng)能力，但是其應(yīng)用范圍窄，需要立桿或則立柱的壁面里含有電磁場，及可吸附的含鐵、鈷、鎳等材料各種貼附方式的優(yōu)缺點如表2-1所示：表2-1 爬桿機器貼附方式的比較貼附方式概要特點夾持式機械手由夾緊力產(chǎn)生的摩擦力使機械手夾緊在立桿上能適應(yīng)任何桿體吸附式真空吸附真空泵設(shè)置許多吸盤，由真空泵裝置產(chǎn)生吸附力，是機器人吸附在桿面可實現(xiàn)小型、輕量化，無需附加供氣裝置，但要求壁面有一定平滑度噴射器在本體上安裝噴嘴，有噴射器經(jīng)噴嘴將壓縮氣噴出，其周圍形成真空，吸附在壁面上能效低、噪音大，且需要供氣裝置，但可以達到較高的真空度，對壁面適應(yīng)性強電磁吸附永磁體由永磁體產(chǎn)生吸附力，吸在壁面上吸附時不需要外部能量，但只適用于導(dǎo)磁壁面的吸附電磁鐵電磁鐵通電將其吸附在壁面上吸附時需要電能，只適用于導(dǎo)磁壁面在設(shè)計移動機械或機器時，首先應(yīng)考慮該機械設(shè)備的用途，因為根據(jù)不用的用途需求，移動機器人的移動機構(gòu)也會有所不同。

此外，還應(yīng)考慮該機械設(shè)備的工作環(huán)境、耐久性、穩(wěn)定性、機動性、可控性、復(fù)雜性、外形尺寸及制作成本費用等因素作為桿件爬升機械設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)方案，有很多種移動方式可以選擇各種移動方案[14]的比較如表2-2所示：表2-2 爬行機械設(shè)備移動方式比較移動方式優(yōu)點缺點輪式移動速度快，控制方便，結(jié)構(gòu)簡單接觸面積小，越障能力差，易打滑履帶式接觸面積大，承載能力大，移動速度快，適應(yīng)能力強履帶磨損大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機動性差腿式越障能力強，承載能力大，機動性好，具有 很強的壁面的適應(yīng)能力結(jié)構(gòu)復(fù)雜，間歇移動，速度慢，關(guān)節(jié)和足數(shù)多，控制復(fù)雜蠕動式承載能力大，運動平穩(wěn)，控制簡便，適應(yīng)能力強運動速度慢，結(jié)構(gòu)復(fù)雜根據(jù)本課題設(shè)計所應(yīng)用的環(huán)境，以及考慮系那是生活中的實用性與結(jié)構(gòu)簡單的原則，要求有一定的承載能力，快速爬升，操控方便等要求，通過對比各種方案，我選擇了輪式爬桿機器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這種方案基本能夠滿足課題要求及工作狀況對于輪式爬桿機器[15]，它具備以下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，可操作性強，控制方便，移動速度快的特點為了達到載人及快速上升的要求，我采用發(fā)動機的驅(qū)動方式，該驅(qū)動方式的運動精度高，方便，成本較低切驅(qū)動效率高2.2 個人輪式爬桿機械設(shè)備分析在本方案的設(shè)計中，采取輪式爬桿機械設(shè)備的設(shè)計，主要以實現(xiàn)機器沿立桿向上爬升為主。

主要動力源則是由發(fā)動機帶動鏈輪，通過一系列的鏈傳動給輪子提供動力，實現(xiàn)向上爬升的作用因為是在豎直方向的運動，所以只要是摩擦力提供的向上爬升的動力，只要摩擦力大于沿輪子表面的驅(qū)動力，就可以實現(xiàn)向上爬升運動的功能為了滿足摩擦力的大小，以及輪式移動方式打滑的缺點，我們可以通過選擇與電線桿等桿狀物接觸的材料，如橡膠材料來改善其容易打滑的特點，同時也能增大滾輪與立桿間的摩擦力初步方案簡圖如下圖所示2-3：1.發(fā)動機 2.輪子軸連架桿桿 3.座椅 4.立桿 5.滾輪6.輪子軸上的鏈輪 7.鏈條 8.主旋轉(zhuǎn)軸 9.拉力彈簧圖2-3 爬升機構(gòu)原理簡圖該爬升機構(gòu)的基本工作原理就是：由發(fā)動機1通過鏈條帶動與主旋轉(zhuǎn)軸8相連的鏈輪，使主旋轉(zhuǎn)軸8轉(zhuǎn)動起來然后，主旋轉(zhuǎn)軸8通過鏈條7的鏈輪鏈條傳動是的輪子軸上的鏈輪6旋轉(zhuǎn)，從而給滾輪5提供逆時針旋轉(zhuǎn)的動力拉力彈簧9主要是限制輪子軸連架桿2的上下轉(zhuǎn)動，提供一個預(yù)緊力同時拉力彈簧9也為滾輪5提供一個正壓力，從而更好地貼合立桿壁面，產(chǎn)生比滾輪旋轉(zhuǎn)更大的動力能夠讓該爬升機構(gòu)實現(xiàn)上升運動的關(guān)鍵因素就是，拉力彈簧所產(chǎn)生的垂直于壁面的正壓力與滾輪和壁面間的摩擦因素的乘積是否大于滾輪所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力。

2.3 爬升機構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮得問題由于爬行設(shè)備的特殊性，所以設(shè)計時需要考慮的主要問題有：（1）從機械設(shè)備爬桿動作的特殊性及提高運動型和安全性方面考慮，需盡量使爬桿機械設(shè)備的體積小、重量輕2）從系統(tǒng)的工作性能上考慮，應(yīng)盡量使爬桿機械設(shè)備的工作沖擊較小，運行平穩(wěn)，提高工作時的穩(wěn)定性 （3）從機械設(shè)備的作業(yè)環(huán)境來看，由于機械設(shè)備是在桿上爬行，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)該充分考慮空間對結(jié)構(gòu)尺寸的限制，力求機構(gòu)簡單可靠4）由于機械設(shè)備的體積受限，所以在設(shè)計和布置時需要在盡量保證機構(gòu)功能、強度和性能的條件下，盡量減小零部件的體積在布置各部件時，除考慮部件自身占據(jù)的空間地位外，還要給予檢查、維修及更換部件時所必要的空間5）從系統(tǒng)的成本以及各零部件的加工難度和加工時間考慮，各零件和材料的加工和選取，盡量采用市場上可采購的材料和已有小零部件（如螺栓、彈簧等），減少自行設(shè)計和加工的原件，以減少設(shè)計難度和提高系統(tǒng)的可靠性，降低機械制造成本2.4 環(huán)境分析面對爬桿機械設(shè)備的設(shè)計這個課題，我們首先要做的是把這個課題簡化，希望所設(shè)計的結(jié)構(gòu)越簡單越好，而不是讓它復(fù)雜起來第一，雖然爬桿機械設(shè)備所處的環(huán)境是在室外即使在以后的實際應(yīng)用中這些諸如灰塵、雨雪、低溫以及強烈震動等惡劣環(huán)境是必須的，但是我們不需要額外考慮機械設(shè)備在這些情況下的設(shè)計問題，第二，對特定環(huán)境的分析。

因為我所設(shè)計的是爬桿機械設(shè)備，所以這個立桿或則立柱是非常重要的初步的設(shè)定是這樣的：（1）立桿或則立柱的直徑在150-300mm之間，也許這不是很重要的但至少可以在某一種桿上順利爬行，它的直徑可以是250mm或者是市場上現(xiàn)成的在150-300mm之間的桿，以實現(xiàn)變徑桿的爬升[16]2）桿在空間是牢固的，不會來回擺動，也不會倒下，主要是針對直立桿或直立的樹3）立桿或立柱的表面是什么樣的，這就好比制作移動機械設(shè)備時的地面情況，基于第一條的設(shè)想，整個桿的材質(zhì)是一樣的，它的表面也基本是一樣的，而且是常用的表面情況，至少它不是兩種極端情況，即它不是光滑的，也不是黏糊糊的在它的上面也沒有釘子、口香糖等障礙總之，是比較理想的綜上所述，我所制作的機器是能在室外環(huán)境下運動，沿常用桿做爬升運動，爬桿機器體積不會太大，而且不會脫離桿，同時在移動過程中是靠自身的動力系統(tǒng)提供動力的而且在運動的情況下，能始終保證承載人員的安全，不會造成對人員的傷害3 主要零部件設(shè)計、選用及校核 3.1 爬桿機械設(shè)備擺臂及滾輪的設(shè)計在本次爬桿機械設(shè)備擺臂（與輪子軸相連的連架桿）的設(shè)計中，爬桿機械設(shè)備擺臂需要與電線桿的立柱直接接觸，原理則是利用摩擦力使得爬桿設(shè)備能夠在電線桿等桿類形狀的立柱上不至于滑落并且能夠向上運動或靜止在桿類形狀的立柱上。

因此在設(shè)計爬桿機械設(shè)備擺臂之前，我們需要先選擇我們所設(shè)計的爬桿機器人固定的桿的直徑大小，以便我們設(shè)計各個部分的尺寸大小在這里，根據(jù)實際的具體情況和現(xiàn)實生活中存在的桿類立柱來看，我選擇的是水泥材質(zhì)圓柱形電桿[17]其中一種水泥材質(zhì)圓柱形電桿的具體尺寸是：直徑是，高度為在本課題設(shè)計里主要以直徑為的立桿為主在本次設(shè)計總體方案擺臂部分中，它的簡體如圖3-1所示發(fā)動機啟動，通過鏈傳動帶動鏈輪和旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)再帶動另一個鏈輪轉(zhuǎn)動，再通過鏈傳動傳遞到與圓柱形電桿接觸的滾輪上，輪式機械手這樣可實現(xiàn)上、下移動，從而實現(xiàn)我們所要求的運動圖3-1 爬桿機械設(shè)備擺臂部分簡圖在本次爬桿機械設(shè)備擺臂的設(shè)計過程中，在兩擺臂之間必須加上一個拉伸彈簧此拉伸彈簧的作用：一是拉伸彈簧對上擺臂提供一個向下的拉力，對下擺臂提供一個向上的拉力，這樣上下兩輪都有一個對金屬材質(zhì)圓柱形電桿的正壓力，產(chǎn)生的摩擦力使得爬桿機器人緊固在桿上；二是彈簧具有活動性，當圓柱形電桿的直徑不為25cm時，整個爬桿機器人可以通過對彈簧的調(diào)節(jié)使得所設(shè)計的爬桿機器人能作用于大部分桿上，使其具備很大的實用性，能滿足不同立桿的需求在選擇傳動連接上，桿與桿連接使用鉸接，因此設(shè)計為了得到更好的運動準確性，桿與桿連接采用打孔定位軸連接，即滿足轉(zhuǎn)動即可。

關(guān)于桿的材料的選擇，由于此爬桿機械設(shè)備大多數(shù)是在空中完成操作，長期處于高空狀態(tài)，可以選擇45號鋼[18]，45號鋼不僅便宜，常用，應(yīng)用范圍廣，而且在退火、淬火和熱態(tài)下的可塑性好，可熱處理強化、在淬火或自然失效狀態(tài)下使用，點焊焊接性良好用作中等強度的零件非常適合上下?lián)u臂桿的圖形如圖3-2所示a）上搖臂桿 （b）下?lián)u臂桿圖3-2 搖臂桿通過上面對圓柱形立柱的選擇，知道立柱的直徑為250mm，在我們設(shè)計的過程中，由于三角形具有穩(wěn)定性等等一系列優(yōu)點，同時三點可以確定一個圓所以我選擇在立柱的三個方向都設(shè)計一個帶輪的擺臂與立柱接觸，利用擺臂與立柱之間產(chǎn)生的摩擦力使得爬桿機器人固定在立柱上，甚至能沿著立柱向上運動，因此我們選擇的方案是爬升機械框架上下邊框上沿圓周均勻安裝三套爬行機構(gòu)，相互夾角120°等間距布置，構(gòu)成兩個各包含三套爬行機構(gòu)且上下平行的驅(qū)動截面，使牽引力分散產(chǎn)生，增強行走時的自定心功能，有利于穩(wěn)定檢測[19]三套爬行機構(gòu)只有一套為主驅(qū)動，另外兩套只是其輔助支撐和分力作用首先我們需要選擇與圓柱形立柱接觸的輪的直徑大小、厚度和材料考慮到立柱的直徑大小為250mm，同時考慮到整個爬桿機器人的總體大小，而且與滾輪相連的旋轉(zhuǎn)軸上還得裝軸承及軸承座，所以選擇與圓柱形立柱接觸的滾輪的直徑為140mm，同時取滾輪的厚度大小為32mm，在材料的選擇方面，考慮到選擇的材料在與水泥立柱接觸的時候所需的摩擦力越大越好，因此我們對于滾輪的材料方面的選擇為硬質(zhì)橡膠材料，主要是因為硬質(zhì)橡膠材料普遍、經(jīng)濟實惠、應(yīng)用范圍廣，而且作為橡膠材料它與其它物體接觸時的摩擦系數(shù)高[20]，μ=0.85。

下面是一些滾輪以及滾輪與立桿接觸的圖片，如圖3-3所示 （a）滾輪 （b）滾輪與立柱圖3-3 滾輪及其接觸關(guān)系3.2 爬桿機械設(shè)備主框架的設(shè)計在設(shè)計爬桿機器人主框架的過程中，應(yīng)考慮它對負載的方便性、負荷能力和整體架構(gòu)方面設(shè)計時應(yīng)該注意以下問題：1.剛度：是指機身在外力作用下抵抗變形的能力[21]它是用外力和在外力作用方向上的變形量之比來度量的變形越小，則剛度越大爬桿機械設(shè)備的主框架的剛度方面是一個突出的問題為提高剛度，應(yīng)注意以下幾點：（1）根據(jù)受力情況，合理選擇框架形狀和輪廓尺寸主框架通常需要承受彎曲力和扭轉(zhuǎn)力，應(yīng)選用抗彎和抗扭剛度較大的截面形狀2）提高支承剛度和接觸剛度機身的變形量不僅與結(jié)構(gòu)剛度有關(guān)，而且于支承剛度及支承物和框架的接觸剛度有很大關(guān)系要提高支承剛度，一方面要從支座的結(jié)構(gòu)形狀、底板的連接形式等方面考慮；另一方面，要特別注意提高配合面間的接觸剛度，即保證配合表面的加工精度和表面粗糙度2.精度：爬桿機械設(shè)備在主框架的精度也是非常重要影響整個爬桿機械設(shè)備的精度不僅體現(xiàn)在擺臂上，在主框架的設(shè)計中也需非常重視，而且就導(dǎo)向裝置而言，其導(dǎo)向精度、剛度和耐磨性等對爬桿機器人的精度和其他工作性影響很大，在設(shè)計時應(yīng)注意。

3.平穩(wěn)性：為了提高爬桿機械設(shè)備工作時的平穩(wěn)性，應(yīng)該注意擺臂和主框架的運動部件應(yīng)力緊湊、質(zhì)量輕，減少慣性力在上述設(shè)計的基礎(chǔ)上，再根據(jù)所設(shè)計的擺臂的尺寸和簡單的原則，我所設(shè)計的主框架的大致圖形如圖3-4所示a）主框架閉合 （b）主框架打開圖3-4 主框架在圖3-4中，左邊的框架主要是因為需要載人，并且還需要設(shè)計一個供工作人員坐下的椅子，所以需要設(shè)計成實心的而右邊只是承載發(fā)動的重量，只要能將發(fā)動機固定在上固定桿上就行設(shè)計成可打開式的形式主要是為了能夠方便施工人員將爬升機械設(shè)備裝在立桿之外，同時也能夠便于調(diào)節(jié)使爬升機械設(shè)備的滾輪密切與立桿接觸開口閉合處，使用光滑圓柱鉸鏈連接，這樣既方便又可靠，大大提高施工人員的安裝效率，從而縮短工期，提高生產(chǎn)效率主體框架結(jié)構(gòu)為了滿足剛度的要求采用45號鋼材料3.3發(fā)動機的選擇本課題就是摩托車爬升機構(gòu)，所以采用摩托車發(fā)動機，這樣能更好地提供動力參數(shù)，也能呼應(yīng)課題題目發(fā)動機又因燃燒的燃料不同，又可分為汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機汽油發(fā)動機（Gasoline Engine ）是以汽油作為燃料，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化成動能的的發(fā)動機由于汽油粘性小，蒸發(fā)快，可以用汽油噴射系統(tǒng)將汽油噴入氣缸，經(jīng)過壓縮達到一定的溫度和壓力后，用火花塞點燃，使氣體膨脹做功。

汽油機的特點是轉(zhuǎn)速高、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、造價低廉、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、使用維修方便柴油發(fā)動機是燃燒柴油來獲取能量釋放的發(fā)動機，優(yōu)點主要是因為噴油泵和噴油器加工精度要求高綜合以上兩種發(fā)動機的對比，選用汽油發(fā)動機比較合適，雖然他的價格相對較貴，但是它能夠提供穩(wěn)定的動力源，以及它的質(zhì)量輕最為關(guān)鍵[21]在設(shè)計時設(shè)定最大轉(zhuǎn)速,額定轉(zhuǎn)速，額定功率，額定扭矩如圖3-5發(fā)動機圖圖3-5 發(fā)動機模型3.4主旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)計及校核因為鏈輪傳動的傳動比設(shè)計為，以主旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，由于鏈輪傳動的機械效率，因此主旋轉(zhuǎn)軸的傳遞功率1.按抗扭強度計算：按抗扭強度條件計算[23]，是旋轉(zhuǎn)軸強度計算以及初步估算轉(zhuǎn)軸的直徑，以便進行結(jié)構(gòu)設(shè)計對于轉(zhuǎn)軸，結(jié)構(gòu)設(shè)計前，零件的位置未定，則軸上載荷作用點和支撐點的位置未定，無法計算彎矩，為此可按抗扭強度條件初步估算直徑，采取降低許用扭應(yīng)力的方法來考慮彎矩的影響軸的抗扭強度條件為： (3-1)式中：——扭應(yīng)力，單位；——軸所受的轉(zhuǎn)矩，單位；——軸的抗扭截面系數(shù)，單位為對于實心軸：——軸的轉(zhuǎn)速，單位為； ——軸傳遞的功率，單位； ——計算截面處軸的直徑，單位為； ——許用扭切應(yīng)力，單位，見表3-1。

表3-1 軸常用幾種材料[τT]及C值軸的材料Q235-A3，20Q235，351Cr18Ni9Ti4540Cr,35SiMn,38SiMnMo,3Cr13 15～2520～3525～4535～55C149～126135～112126～103112～97由此可得實心軸的最小直徑為： （3-2）式中 C-許用扭應(yīng)力系數(shù)，對于本設(shè)計，選取45鋼[22]，由表3-1取C=112.所以由（3-2）得：所以，取最小軸徑為，圖3-5是旋轉(zhuǎn)軸的三維圖及各段軸長度的設(shè)計圖3-5 主軸尺寸及三維模2.按扭轉(zhuǎn)剛度校核軸受轉(zhuǎn)矩作用時，對于鋼制實心階梯軸，其扭轉(zhuǎn)角（單位為°）的計算公式為： （3-3）式中：——第段所傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為； ——階梯軸第段的長度，單位為；——階梯軸福段的直徑，單位為;——階梯軸計算長度內(nèi)的軸段數(shù)； ——材料的剪切彈性模量，對于鋼； ——許應(yīng)扭轉(zhuǎn)角，單位為°又因為 （3-4）所以 表3-2 許用扭轉(zhuǎn)角應(yīng)用場合扭轉(zhuǎn)角/（°/m）一般傳動0.5-1較精密傳動0.25-0.5重要傳動<0.25由表3-2可知，所設(shè)計的主旋轉(zhuǎn)軸滿足剛度要求，符合使用標準。

3.5 鏈傳動的設(shè)計與選擇在本次設(shè)計過程中，需要通過中間撓性曳引元件傳遞運動和動力，而其傳遞方式的選擇有帶傳動和鏈傳動對于帶傳動而言，它的主要優(yōu)點是：有緩沖和吸振作用；運行平穩(wěn)，噪聲??；結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低；可通過增減帶長以適應(yīng)不同的中心距要求；普通帶傳動過載時會在帶輪上打滑，對其他機件有保護作用它的主要缺點是：傳動帶的壽命較短；傳遞相同圓周力時，外廓尺寸和作用在軸上的載荷比嚙合傳動大；帶與帶輪接觸面間有相對滑動，不能保證準確的傳動比對于鏈傳動而言，鏈傳動通過鏈輪的輪齒與鏈條的鏈節(jié)相互嚙合實現(xiàn)傳動，依據(jù)鏈條結(jié)構(gòu)的不同，有套筒鏈傳動、滾子鏈傳動和齒形鏈傳動它具有以下特點：可以得到準確的平均傳動比，并可用于較大的中心距；傳動效率高，最高可達98%；不需要張緊力，作用在軸上的載荷較小；容易實現(xiàn)多軸傳動；能在惡劣的環(huán)境（高溫、多灰塵等）下工作；由于瞬時傳動比不等于常數(shù)，所以鏈的瞬時速度是變化的，故傳動平穩(wěn)性較差，速度高時噪聲較大而且鏈傳動主要用于兩軸中心距較大的動力和運動的傳遞根據(jù)實際情況，再者分別考慮帶傳動和鏈傳動的優(yōu)缺點，在這里我們選擇的是鏈傳動作為傳動方式在本設(shè)計的過程當中，我們采用的鏈傳動為齒數(shù)相同的鏈輪，并且在鏈傳動的形式中我們選擇的是滾子鏈傳動。

由于在鏈傳動中，一般鏈輪的壽命遠大于鏈條的壽命因此，鏈傳動傳動能力的設(shè)計主要針對鏈條進行在鏈輪材料的選擇上，鏈輪材料應(yīng)保證輪齒有足夠的強度和耐磨性，故鏈輪齒面一般都經(jīng)過熱處理，要求達到一定的硬度要求而且在傳動過程中，符合小鏈輪輪齒的受載次數(shù)比大鏈輪輪齒多，磨損和沖擊比較嚴重，因此在設(shè)計的過程中，因保證小鏈輪的材料較好，齒面硬度較高選擇鏈傳動的步驟如下所示已知：發(fā)動機的功率，,水平布置1、 確定鏈輪齒數(shù)和傳動比：假設(shè)鏈速，由表3-3的取=25，傳動比i=1所以=25表3-3 小鏈輪齒數(shù)的選擇鏈輪v(m/s)齒數(shù)z12、確定計算功率：由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表9-10得 ，由 （3-5） 則2、 確定鏈節(jié)數(shù):初選中心距，由： （3-6）則，取 3、 確定鏈節(jié)距p和排數(shù)n:由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》圖9-15按小鏈輪轉(zhuǎn)速估計，鏈工作在功率曲線頂點的左側(cè)時，可能會出現(xiàn)鏈板疲勞破壞。

同上，由表9-11可查的小鏈輪齒數(shù)系數(shù)： 鏈長系數(shù)： 選取單排鏈n=1,由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表9-12查得多排鏈系數(shù),故得所需傳遞的功率 （3-7）所以根據(jù)小鏈輪轉(zhuǎn)速及功率，查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》圖9-15，選取單排10A型滾子鏈實際工作點在功率曲線頂點的左側(cè)，與估計一致，不需重新計算P0值同樣的文獻里，查表9-1得鏈節(jié)距4、 驗算鏈速： （3-8）所以，因此選擇合適5、 確定鏈長及中心距： （3-9） （3-10）所以， 6、 計算作用在軸上的壓軸力由： （3-11）得：。

3.6 拉力彈簧的設(shè)計通過靜力學分析，整個爬桿設(shè)備主要就是承受向下的重力，輪子與壁面間的摩擦力就可以達到平衡狀態(tài)而且，整個爬桿設(shè)備在上升過程中始終保持勻速的工作狀態(tài)，中間的拉力彈簧只是構(gòu)件的內(nèi)力，在整體力學分析里上下兩個拉力抵消所以拉力彈簧就只是限制上下擺臂的移動，使?jié)L輪更好地貼合壁面所以，拉力彈簧所產(chǎn)生的拉力，只要大于搖臂桿的重量即可滿足條件a）直徑為的桿上（b）直徑為的桿上（c）直徑為的桿上圖3-6 彈簧的長度變化圖由圖3-6可知，彈簧在與立桿接觸后會隨著立桿直徑的變大而被拉長，此設(shè)計中采用立即彈簧從工作初到工作結(jié)束，彈簧會經(jīng)歷由短變長，由長變短的過程在立桿上由圖3-6可知，彈簧的長度變化為因為在裝桿前，彈簧沒有受力，所以彈簧是原始狀態(tài)設(shè)定彈簧的總體變化選用合金彈簧鋼絲，他有著彈性好，回火穩(wěn)定性好，易脫碳，用于承受較大載荷的彈簧彈簧的勁度系數(shù)可以由式（3-12）獲得 （3-12）在我的設(shè)計中，還給它增加了一個氣壓裝置，這樣就使他變得像一個氣壓減震一樣，可根據(jù)不同的使用情況，來調(diào)節(jié)他的彈力大小。

如圖3-7所示圖3-7 彈簧3.7 加緊裝置的設(shè)計因為在本設(shè)計中，用到了滾輪，并且在使用過程中需要設(shè)備的停止，以及懸停在空中，所以需要一種加緊裝置來保證它的懸停狀態(tài)我所采用的就是類似于自行車的剎車裝置——線拉式剎車，通過拉線拉動裝置，使它們緊加緊滾輪和立桿如圖3-8所示，自行車剎車裝置的基本原理圖圖3-8 自行車剎車裝置下面就是我結(jié)合自行車的剎車裝置，所設(shè)計的類似機構(gòu)如圖3-9，圖3-10所示圖3-9 滾輪加緊裝置圖3-9 立桿加緊裝置3.8 座椅的設(shè)計本設(shè)計主要是為了能夠承載施工人員，達到相應(yīng)的施工段所以為了使工人能夠安全的，舒適的進行工作，就需要加設(shè)一個座椅來滿足人們及設(shè)備的要求座椅的基本樣式就是和普通靠椅一樣，只不過是增加了一個汽車安全帶的裝置系統(tǒng)，以滿足安全性的要求用為這種裝置已經(jīng)普遍存在，所以該部分就不用設(shè)計，直接采用即可下面是汽車安全帶系統(tǒng)的簡介，了解它的制動原理汽車安全帶原理：安全帶能夠拉伸和收回——當安全帶未拉緊時，身體可以輕松地前傾但在車輛撞擊，人體急速前傾時,安全帶會突然收緊并將人體緊緊固定好傳統(tǒng)安全帶的裝置里面有一個卡輪，如果快速的拉動安全帶，比如說發(fā)生車禍的情形下，里面的卡子會由于安全帶滾輪的快速轉(zhuǎn)動而被離心力帶出，迅速將安全帶鎖死，把座位上的人員固定在椅子上。

待沖擊峰值過去，或者人已經(jīng)能受到安全氣囊的保護時安全帶就會放松以免壓傷人的肋骨從以上一系列的動作來達到保證駕乘人員安全的目的汽車安全帶拉得快會鎖，是因為安全帶里面有一個慣性塊當加速度大于等于2.0G的時候，慣性塊里面的一個簧片隨著慣性力往下動，使得棘爪跟內(nèi)齒輪鎖住這種鎖我們稱帶動敏感還有一種叫做車動敏感，那種鎖的方式以車的上下坡或者翻車時起做用如圖3-10所示圖3-10 安全帶系統(tǒng)安全帶系統(tǒng)中，安全帶與一個卷收器相連 卷收器中的核心元件是卷軸，它與安全帶的一端相連 在卷收器內(nèi)部，一個彈簧為卷軸提供旋轉(zhuǎn)作用力（或扭矩），旋轉(zhuǎn)卷軸，卷起松弛的安全帶拉出安全帶時，卷軸將逆時針旋轉(zhuǎn)，并使相連的彈簧也沿相同方向旋轉(zhuǎn) 此時旋轉(zhuǎn)的卷軸反扭彈簧 如果松開安全帶，彈簧力順時針旋轉(zhuǎn)卷軸，使安全帶張緊卷收器有鎖定機構(gòu)，可在汽車發(fā)生碰撞時停止卷軸的旋轉(zhuǎn)有兩種常用的鎖定系統(tǒng):汽車運動觸發(fā)的卷收器鎖定機構(gòu)和安全帶運動觸發(fā)的卷收器鎖定系統(tǒng)1）汽車運動觸發(fā)的卷收器鎖定機構(gòu)該鎖緊機構(gòu)在汽車迅速減速（如當汽車撞上某物體）時鎖定卷軸圖3-11是工作原理圖當汽車突然停止時，慣性會導(dǎo)致擺錘向前擺動擺錘另一端的棘爪被頂起，棘爪卡住了帶齒棘輪的一個輪齒，因而齒輪便無法逆時針旋轉(zhuǎn)，從而使與之相連的卷軸也無法旋轉(zhuǎn)。

當撞擊后松開安全帶時，齒輪會順時針旋轉(zhuǎn)，重錘復(fù)位，棘爪與棘輪分開a）正常行駛狀態(tài) （b）碰撞時狀態(tài)圖3-112）安全帶運動觸發(fā)的卷收器鎖定系統(tǒng)：該系統(tǒng)在猛拉安全帶時，利用卷軸旋轉(zhuǎn)的速度作為激活動力鎖定卷軸圖3-12為工作示意圖圖3-12在旋轉(zhuǎn)卷軸上安裝了一個加重擺桿 當卷軸緩慢旋轉(zhuǎn)時，擺桿并不擺動 一個彈簧使它保持在原來的位置但當猛拉安全帶時，卷軸將快速旋轉(zhuǎn)，離心力驅(qū)使擺桿的加重端向外擺動伸長的擺桿會推動卷收器殼上的凸輪凸輪通過滑動銷與一個旋轉(zhuǎn)棘爪相連當凸輪移到左側(cè)時，滑動銷會沿著棘爪的槽口移動這會將棘爪逆時針移動插入與卷軸相連的旋轉(zhuǎn)棘輪 棘爪鎖入輪齒，禁止棘輪逆時針旋轉(zhuǎn)所以在本次設(shè)備的設(shè)計中，座椅部分可以直接采用現(xiàn)有的汽車座椅系統(tǒng)以達到工作人員在使用設(shè)備時的安全可靠性3.9 三維模型在此次設(shè)計中我使用了UG三維軟件來進行三維模型的繪制從而更清楚的表達自己的設(shè)計，及內(nèi)部結(jié)構(gòu)同時也能夠，及時的查看各零部件的尺寸以及配合關(guān)系是否正確以下是一些三維模型的展示：圖3-13 裝配圖主視圖圖3-14 裝配圖主視圖圖3-15 裝配圖主視圖圖3-16 裝配圖主視圖圖3-17 裝配圖主視圖圖3-18 裝配圖主視圖4 總結(jié)與展望4.1 總結(jié)進過一個學期的努力，直立快速爬升摩托車的設(shè)計也將告一段落，在這次爬桿摩托車的設(shè)計中，運用了非常簡單的結(jié)構(gòu)，采用了發(fā)動機作為驅(qū)動，這兩者在現(xiàn)實生活中的取材也是十分方便的，而且在設(shè)計的過程中，選用的材質(zhì)大多也是現(xiàn)實生活中非常普通的45號硬質(zhì)鋼。

在這次設(shè)計中，研究的方案不僅較好的保證了爬桿摩托車整體的協(xié)調(diào)動作，而且在應(yīng)用功能上有著很強的創(chuàng)新意識，應(yīng)用區(qū)域為路燈桿等桿狀的高空作業(yè)，以及熱帶地區(qū)采摘椰子和蜂蜜在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，也有著以下一些優(yōu)點：（1）該結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)性強，可應(yīng)用范圍廣不僅僅是通徑桿，變徑桿也是非常的實用 （2）我們可以根據(jù)實際工作要求，在爬桿機器人上搭載不同的工作機構(gòu)，能在桿上完成多種高空作業(yè)，實現(xiàn)一些復(fù)雜的功能，具有使用價值高，可推廣型也強3）采用發(fā)動機作為驅(qū)動使得該機構(gòu)能夠高效率的協(xié)助人們完后相應(yīng)的工作任務(wù)4）造價低，節(jié)約人力和清洗成本，使用簡便還有就是制備裝置設(shè)計過程對對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響有下面幾個方面，機械設(shè)計制造及其自動化對其他技術(shù)領(lǐng)域起著支撐性作用，成為國民經(jīng)濟各行業(yè)的基礎(chǔ)機械工業(yè)的發(fā)展也必將帶動其他技術(shù)及行業(yè)的發(fā)展在機械設(shè)計制造的過程中要考慮到很多方面的問題，首先要考慮安全性的問題，機械安全性是指避免機械裝置對作業(yè)者、裝置本身和設(shè)備帶來的危害，包括裝卸安全性、作業(yè)安全性和儲運安全性等內(nèi)容裝卸安全性指夾具與裝配生產(chǎn)線的安全性，包括安裝方式、安裝夾具和輔助工具等安全可靠，易于操作作業(yè)安全性指裝置工作過程中的安全性，包括人機之間、和裝置自身的安全性，同時還要注意設(shè)計的機器對環(huán)境的影響，注意設(shè)計環(huán)境友好型機械裝置，在加工裝置零件的過程中要考慮廢棄料的后處理不要對環(huán)境造成影響。

其次是機械裝置的質(zhì)量問題，在設(shè)計制造零部件的時候要按照設(shè)計的要求來加工制造，要保證零件的加工質(zhì)量和設(shè)計質(zhì)量包括制品展開圖、工藝制定及排樣圖、標準化、零件材料及熱處理、標準件選用和符合設(shè)計規(guī)范等內(nèi)容本次設(shè)計對裝置安裝、清洗要求及零件尺寸形位公差、毛刺大小、表面粗糙度、熱處理等方面作有相關(guān)要求成本方面要考慮經(jīng)濟優(yōu)先型的零部件，在滿足裝置達到要求的前提下盡量選擇經(jīng)濟實用性的標準件或者選擇容易加工的加工路線或方式，設(shè)計過程中的模具結(jié)構(gòu)選材，設(shè)備的合理運用是節(jié)約成本的關(guān)鍵因素本次設(shè)計裝置除工作零件采用較高硬度材料外，其余部分均選用普通鋼，從選材上大大降低成本；根據(jù)制件工藝要求合理排樣可以有效提高材料利用率，從而降低成本4.2展望本次畢業(yè)設(shè)計的題目是直立細長桿快速爬升摩托車結(jié)構(gòu)的設(shè)計，我認為本課題所涉及的領(lǐng)域是一個比較新穎的領(lǐng)域，是一個現(xiàn)今還需要大量新的思想進入的領(lǐng)域，是一個有著遠大發(fā)展前景的領(lǐng)域，在工業(yè)、通訊和生物工程都有著潛在的巨大應(yīng)用前景的領(lǐng)域而且我認為有必要在以下幾個方面繼續(xù)研究，以使得該領(lǐng)域獲得更好的發(fā)展1）設(shè)計出更好的簡單結(jié)構(gòu)以完成既定的所需求的功能2）在條件所允許的情況下，考慮現(xiàn)實因素，增加試驗過程中的試驗因素，比如路燈桿的清洗功能測試、抗振測試、以及故障測試等等，同時以經(jīng)濟性、實用性作為試驗指標，設(shè)計優(yōu)化試驗。

3）選擇更加合適的橡膠，使機器在攀爬的時候獲得更大的摩擦力和抗老化能力，以及改善橡膠輪的安裝方式，使之更加方便4）選擇更加合適的發(fā)動機或者是使用搭配的電動機驅(qū)動，從而提升機器人的搭載能力大大減輕機械設(shè)備的重量5）完善搭載載人平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使之成為一個能夠搭載各種功能設(shè)備的人性化搭載平臺，為高空作業(yè)提供支持6）將來我們所設(shè)計的爬桿機器中，不僅是通過人為控制爬桿機器的運動，而且還存在智能控制部分，使之成為一個智能型機械設(shè)備，可以適應(yīng)復(fù)雜工況的要求7）最好是能夠?qū)⑵淇s小化，在不載人的情況下完成相應(yīng)的工作任務(wù)，從而大大的降低不安全事故的發(fā)生率偏向機器人方向發(fā)展 致 謝 首先，我要感謝我的導(dǎo)師李海濤，他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣，給了起到了指明燈的作用；他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，讓我很快就感受到了設(shè)計的快樂并融入其中其次我要感謝同組同學對我的幫助和指點，沒有他們的幫助和提供資料，沒有他們的鼓勵和加油，這次畢業(yè)設(shè)計就不會如此的順利進行此次畢業(yè)設(shè)計歷時三個月，是我大學學習中遇到過的時段最長、涉及內(nèi)容最廣、工作量最大的一次設(shè)計用老師的一句話概括就是這次畢業(yè)設(shè)計相當如是把以前的小課程設(shè)計綜合在一起的過程，只要把握住每個小課設(shè)的精華、環(huán)環(huán)緊扣、增強邏輯，那么這次的任務(wù)也就不難了。

雖說老師說的話讓此次的畢業(yè)設(shè)計看起來不是那么的可怕，但是當我真的開始著手時，還的確是困難重重俗話說的好，“磨刀不誤砍柴工”，當每次遇到不懂得問題時，我都會第一時間記在本子上面，然后等答疑的時候詢問老師，老師對于我提出來的問題都一一解答，從來都不會因為我的問題稍過簡單加以責備，而是一再的告誡我做設(shè)計該注意的地方，從課題的選擇到項目的最終完成，老師都始終給予我細心的指導(dǎo)和不懈的支持，他們真正起到了“傳道授業(yè)解惑疑”的作用，讓人油然而生的敬佩除此之外，我們組和老師還有另外的交流途徑：網(wǎng)上視頻，為此老師還特意建立一個群，以便大家第一時間接收到畢業(yè)設(shè)計的最新消息和資料，每次大家都在群不亦樂乎的討論著畢業(yè)設(shè)計的事情多少個日日夜夜，老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，除了敬佩老師們的專業(yè)水平外，他們的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作在此謹向李海濤老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！最后我還要感謝機電工程學院和學校校四年來對我的栽培。

參考文獻[1] 張家梁,呂恬生,羅均,馬鋼.管外摩擦輪自爬升機構(gòu)的研究[J].現(xiàn)代機械,1999(03):33-32.[2] 趙玉章.液壓自動爬模技術(shù)[J].建筑工人,2006(12):4-7.[3] 廖冰,臧紅彬,朱娜娜,。