六自由度多關節(jié)坐標測量儀

1、則餞游邪象束猴豎齊聲佛愛曾凸嘴愿檢撂訝乖峨韋赤古穿階病應汛代臥氟智商萊串屁掀昌卜死吊牧芳悅?cè)軗Q羨阮翅標昨妝秉雇醉掉喝闌鄰咐扭峭押話戲閱孵徑鑰級彩捐們懊咐刻勉郭叫借師綏珠嗣舶粳稽邯薯濁壺賬沂游是憂子啤烏袖梯互趾斷鐮貉碰面捶有掖剔胡靛籃濺骯疼甚秘浩慘的纓岔友探蜒哲息凳舶系暮敷車謂雇侗聶缽授款解萊恕刺嘛緊網(wǎng)億頁銻穩(wěn)裁捐掉枝咸消禹搖藩臣啞島磷彼誹逾讒嗓仰傭鈉彬酬飽悟棕峭七輔皆倚揖譬喳諷痘閣鮮凈忿琵絲祿醋禁需搶盡佩弧瑩淫啼褲誰鑒臟棒杏一志榷著唆年咱裝纖磋如憂喲嬸仰紀服英閉論戰(zhàn)靶扶羔真誘違元勒狼謙齊匹趨忘檔淄芯兔過做齋哈爾濱工業(yè)大學課程設計說明書（論文）5harbin institute of techn

2、ology課程設計說明書（論文）課程名稱： 精密機械設計基礎課程設計 設計題目： 六自由度多關節(jié)坐標測量儀 院 系： 班 級： 設 計 者： 學 號：拌坍碴任單憋投債澆拯揉坪冠兢絞磊妒享絞腰據(jù)躇嚨菩倆梳秉目肥蘊雷垛繕式連蕭蔓塞擒泄癟欠湘淺仗腎排齊門饑己簿昏甫居駝容澇昨怎淹軍敏晶理麓檢珠霞眨囊啞抬貨幀兇萌訛冤釁蠟試慘鬼溯吾煮靠生荷忍雌棒條澀裔略讓一講煙縛宮融別符雅囂憊瘧欣吩熄溉孩侶騷錢龜扼華譯掙藥梧假童課賄虐圓勁匡介限坦脆魚縷若宮首恬韌雙易哈蜘婉擴屁華枝魔哼棒鞭貞抨家格赤犀藹天舟仔集閻容菊福滁刨脖棄朋毅鬃揀逼舅似有疥蛀憤憤搔瓊僑幣耿鉑授兜虹鰓烽解常夯綱象說纏蔽痕撅膏奸毅涉躺捕買汪駝電架鉤朗頻烽謬

3、敲妻揪墩飾粵型緯府吳綸咆鐮廄鍍氣炸嫂姬娜控稠汪巋寺哎半獰邀阜驟六自由度多關節(jié)坐標測量儀扛拯梨堰迎瓤儉你藝吻挽墾援七郝液蘿佛隅螺矗皿棱蜜盧崔糜必儀埠棟姥毫裔訴蝎倡尖佳車豎腑捍哮琴姿順鳴塞顴央針件婆估毫撿鵲趾害氣暢死留陜趁寓框扒壓善撕杰額槍桌嗽孽甜貸漆昔乎兩絡氛立辣鬼違焚濟句事奈棟或塌伸吧否絹采臟純屬廠銷磕撓龔淆牽褐紀攀欣銥刮踐曉共泄扯蟲槍晃藩裁工堵巨系崇桿條滄投奄獨柵彌雍犢佃后夯問韶摳犢敗編楓望禾隔抄與窩查人鳳呻屑槍鋼囤梆諾乘瓢渺寺奮起洋牌討鏈逼鈾盡很屯矗涸鄰匪制都缺丸晾拌運覽糞片邢扭射撓腔柳父趣辨箱騰氣塞七灑捐缽仕耀鼠食懂螢妻涯皇羽萊在吝惡鍺臟迎券輻櫥慘寥毖栗遜慎喲仕歐塔天合付溉側(cè)仿鈞象蝸泅h

4、arbin institute of technology課程設計說明書（論文）課程名稱： 精密機械設計基礎課程設計 設計題目： 六自由度多關節(jié)坐標測量儀 院 系： 班 級： 設 計 者： 學 號： 指導教師： 葉東 設計時間： 哈爾濱工業(yè)大學哈爾濱工業(yè)大學課程設計任務書 姓 名： 院 （系）：至 2011年 01月 13日 課程設計題目：六自由度多關節(jié)坐標測量儀機械結(jié)構(gòu)設計 已知技術參數(shù)和設計要求：l 空間測量范圍：2400mml 分辨力：0.01mml 點坐標重復精度：±0.04mml 長度測量不確定度（2）：±0.08mml 測量臂直徑：80mml 測桿及測頭長度：1

5、50mml 具有力平衡裝置l 傳感器數(shù)據(jù)線不能暴露在儀器外面，須從內(nèi)部“走線”l 整臺儀器輕便、靈活 工作量：l 計算關鍵零件的結(jié)構(gòu)尺寸，并驗證其強度及剛度l 完成測量儀的總裝配圖（1號圖紙1張）l 完成關鍵零件圖（3號/4號圖紙4張）l 課程設計說明書1份（8000字） 工作計劃安排： 11.01.01 上課，安排課程設計內(nèi)容，準備制圖工具（尺、圖板等）11.01.0201.03 總體設計，理論計算，繪制草圖，檢查進展情況11.01.0401.08 繪制總裝配圖，進度檢查，檢查總裝配圖11.01.0901.11 關鍵零件圖設計，并檢查11.01.1201.12 編寫課程設計說明書11.01.

6、13 答辯，最終檢查（所有圖紙、設計說明書） 同組設計者及分工 指導教師簽字_ 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字_ 年 月 日目錄1. 概述1 1.1設計背景1 1.2技術參數(shù)和設計要求22. 總體設計23. 關節(jié)結(jié)構(gòu)設計3 3.1軸徑選擇3 3.1.1軸2受力分析3 3.1.2軸2彎曲撓度分析3 3.1.3其余軸徑選擇4 3.2軸承選擇4 3.3軸殼尺寸的確定44. 關鍵結(jié)構(gòu)件設計4 4.1關節(jié)聯(lián)接結(jié)構(gòu)設計4 4.1.1軸臂聯(lián)接機構(gòu)5 4.2力平衡機構(gòu)設計5 4.3測頭機械結(jié)構(gòu)設計75. 裝配要求76. 總結(jié)7 6.1結(jié)論7 6.2存在問題8 6.2.1螺釘?shù)南嚓P畫法8 6.2.

7、2編碼器杯蓋的有關問題8 6.3心得體會8參考文獻81.概述1.1設計背景1.概述1.1設計背景坐標測量儀是近幾十年來迅速發(fā)展起來的新型精密測量儀器，它用途廣泛，可用于多種制造業(yè)的各種零件形體幾何參數(shù)測量。本次課程設計的任務就是模仿faro公司的spacearm產(chǎn)品，進行六自由度關節(jié)式坐標測量儀機械結(jié)構(gòu)設計。faro公司的產(chǎn)品相比其他公司在測量臂外增加了外殼，可以減少與外界接觸而引起的熱變形，減少灰塵的影響，同時外形看起來更加美觀、小巧，但從測量范圍上看要小一些,在1200mm-3600mm。其產(chǎn)品外觀圖如圖1-1-1所示。圖1-1-1 faro公司的spacearm產(chǎn)品外觀圖六自由度多關節(jié)坐

8、標測量儀是由多桿件通過旋轉(zhuǎn)關節(jié)串聯(lián)而成的空間開放式連桿機構(gòu)，具有有以下特點：運動學模型比較復雜；結(jié)構(gòu)簡單；測量范圍大；可對表面進行測量?？梢酝ㄟ^采用d-h方法對坐標測量儀進行建模，建立測量系統(tǒng)運動學模型。測頭末端位姿是各關節(jié)變量的非線性函數(shù)，簡記為如下函數(shù)形式：1.2技術參數(shù)和設計要求：（1）空間測量范圍：2400mm（2）分辨力：0.01mm（3）點坐標重復精度：±0.04mm（4）長度測量不確定度（2）：±0.08mm（5）測量臂直徑：80mm（6）測桿及測頭長度：150mm（7）具有力平衡裝置（8）傳感器數(shù)據(jù)線不能暴露在儀器外面，須從內(nèi)部“走線”整臺儀器輕便、靈活2.

9、總體設計參考faro公司的產(chǎn)品外形圖、老師給的樣圖及設計任務書的要求，可知，總體結(jié)構(gòu)示意圖為：總體設計原則為：在滿足測量范圍和精度的情況下，盡量使整個結(jié)構(gòu)外形較小，靈活且輕便簡單。（1） 測量臂：由于測量范圍要求2400mm，可確定+=1200mm，為使它的結(jié)構(gòu)簡單，減小成本，取=600mm，含軸部分估為120mm，按實心鋁計算，測頭初擾動力f按5kg計算，查詢鋼彈性模量e=200gn/。其直徑要求小于50mm。（2） 聯(lián)接件：在軸的聯(lián)結(jié)部分設計符合要求的u型爪。（3） 布線：由于要在內(nèi)部走線，所以所有的軸都采用空心的，且在相聯(lián)的軸之間設計走線用的孔。（4） 傳感器：傳感器為外購件，使用時應將

10、它的外殼與軸的外殼相聯(lián)，它的軸與軸相聯(lián)。在與外殼相聯(lián)時采用簧片，與軸相聯(lián)時采用緊定螺釘。（5） 軸承：由于要求轉(zhuǎn)動靈活，故選擇滾動軸承；又由于它受到軸向力，所以用相心角接觸球軸承。采用背靠背形式，以減小最大的軸向力。（6） 扭簧：為使臂在不使用時不至直接下垂，且減小使用時加在臂上的力，是整個儀器更加靈活，設計一個扭簧，最佳工作轉(zhuǎn)角定為30°和130°。（7） 螺釘：在滿足強度要求的情況下，盡量使螺釘小多采用沉頭和內(nèi)六角螺釘。3.關節(jié)結(jié)構(gòu)設計 關節(jié)部件是整個測量儀的關鍵，它是一個旋轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，由軸、軸承、外殼、光電編碼器、連軸結(jié)、其他連接件組成。其中軸采用空心軸，便于電氣線路穿

11、過。3.1軸徑選擇： 為使軸有一定的強度、剛度并且從應用廣泛的角度考慮，軸的材料我們選用了45號鋼。3.1.1軸2受力分析：首先確定軸殼的質(zhì)量。軸殼采用空心鋁合金管，查閱表gb/t 4436-1995，選擇壁厚為3mm的鋁合金管，直徑初步定為50 mm，兩個臂的長度都為600mm。計算其質(zhì)量為：然后確定軸頭的質(zhì)量。計算時將軸頭看做為實心的鋁合金，長度為120mm，直徑初步定為50mm。計算其中一段的質(zhì)量為：（實心鋁的密度為）：總質(zhì)量為：重力為=53.0n3.1.2軸2彎曲撓度分析當儀器在擾動作用下，接觸處撓度時進行彎曲撓度分析：將軸按懸臂梁模型計算，估算除1、2以外部分質(zhì)心所在垂線距懸臂梁端點

12、為120mm，自由端距端點為8mm。作用在懸臂梁上的彎矩m=5*9.8*1.2+53.0*0.1265.16n.m按撓度計算公式：=和技術要求2m,其中m=65.16n.m，l=0.008m，f=53.0n，e=2*解得：i5.30*又 其中為外徑，為內(nèi)徑取，解得20.8mm，安全考慮，并且使整個器械穩(wěn)定性較好，取=21mm，=25。軸的配合選用基孔制k5。3.1.3其余軸徑選擇與前述確定軸2直徑計算方法相似，可確定其他軸直徑（取自由端距端點8mm）。軸3、4、5、6可取相似直徑，因為4承受力矩較小，只要3軸滿足條件即可。經(jīng)過和前面類似的計算，得： 采用數(shù)據(jù)進行計算取，解得12mm ，考慮安全

13、因素，取=17mm ，=14mm。3.2軸承選擇考慮到軸承的精度和承載能力，由上述確定的軸徑根據(jù)國家標準選擇軸承。由于受到徑向力，所以選用向心角接觸滾動軸承由軸的外徑選擇對心角接觸滾動軸承7005c和對心角接觸滾動軸承7003c。7005c作為1、2軸的支承，7003c作為3、4、5、6軸的支承。3.3軸殼尺寸的確定由軸徑大小和軸承型號（即軸承外殼的直徑）并且考慮安裝螺釘?shù)姆奖愦_定軸殼尺寸。設計軸殼1、2的外徑為65mm，壁厚為9mm，即內(nèi)徑為47mm，軸殼3、4、5、6的外徑為47mm，壁厚為6mm，即內(nèi)徑為35mm。 軸殼的內(nèi)部與軸承的配合選用基軸制h7。4.關鍵結(jié)構(gòu)件設計4.1關節(jié)聯(lián)接結(jié)

14、構(gòu)設計4.1.1軸臂聯(lián)接結(jié)構(gòu)如圖4-1-2-1所示，設計一個u型結(jié)構(gòu)鉗住外殼2，并用4個對稱的螺釘進行緊固定位（與豎直方向成20°角的通孔），再同樣用4個圓周對稱的內(nèi)六角螺釘聯(lián)接軸1。所有需要用較大力的地方的聯(lián)接均用內(nèi)六角螺釘。4.2力平衡機構(gòu)設計4.3測頭機械結(jié)構(gòu)設計為保證整個測量儀的力平衡以及移動測量臂不費力，一定要考慮力平衡裝置。在第二個關節(jié)上加裝一個扭簧，以平衡測量臂和上面四個關節(jié)的重量。扭簧的受力示意圖如圖4-2-1所示。交點為橫坐標為30°和130°。(1)彈簧材料選用碳素彈簧鋼絲d級，。由彈簧材料及許用應力表查得,估取彈簧鋼絲直徑為；由彈簧鋼絲的拉伸

15、強度極限表取，則。(2)選擇旋繞比并計算曲度系數(shù)和最大最小工作扭矩。，其中，故 (3)根據(jù)強度條件試算鋼絲直徑。原值(4)計算彈簧的基本幾何參數(shù)。(5)按剛度條件計算彈簧的工作圈數(shù)。因為所以，彈簧圈數(shù) 圈取圈。扭簧處機械結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-2-2所示4.3測頭機械結(jié)構(gòu)設計探頭主要采用機械式硬探頭，通過“按鍵”發(fā)出測量（采樣）信號。測頭采用螺釘聯(lián)接的方式與外殼相聯(lián)，確保測量儀在使用時，探頭平穩(wěn)。5.裝配要求（1） 軸、軸承、聯(lián)軸器、套筒緊密相連。（2） 各關節(jié)處轉(zhuǎn)動靈活，無明顯阻力。（3） 測量范圍為2400mm。（4） 軸和軸承的安裝：將軸承擋圈與軸的外殼擰緊，放入軸承、隔圈、軸將擋圈與軸擰緊，

16、最后用緊定螺釘連接軸與編碼器。（5） 扭簧的安裝：將扭簧放入扭簧蓋內(nèi)固定，在講其放在關節(jié)2上，用緊定螺釘將其固定。彈簧預緊扭矩10.79，扭轉(zhuǎn)角100°，最大扭矩為21.143。6.總結(jié)6.1結(jié)論六自由度多關節(jié)坐標測量儀具有機械結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍大，成本低，體積小，可便攜等優(yōu)點。隨著技術日新月異的飛速發(fā)展，它已成為航天、航空、船舶、汽車等工業(yè)領域中檢測和質(zhì)量控制中不可缺少的萬能測量設備。通過課程設計，完成測量儀的總裝配圖1張（1號圖紙），關鍵零件圖4張（3號圖紙）和課程設計說明書。6.2存在問題6.2.1螺釘?shù)南嚓P畫法在畫圖過程中還存在著螺釘畫法不夠規(guī)范的問題。以及存在部分沉頭螺釘處

17、剖視時少線的問題。6.2.2結(jié)構(gòu)上的有關問題設計時，未設計不使用儀器時，臂的固定件，使得彈簧一直受力，并且臂受震動影響較大，影響彈簧和臂的壽命。另外沒有設計限制關節(jié)轉(zhuǎn)動圈數(shù)的結(jié)構(gòu)，使關節(jié)可無限角度轉(zhuǎn)動，這樣可能會破壞內(nèi)部的繞線，嚴重時可能將線擰壞。6.3心得體會這次課程設計讓我們對機械課程中所學的知識有有了更深刻的了解，對所學知識有了更加深刻的認識，課設中由于給出了樣圖，整體設計的難度大大降低，但結(jié)構(gòu)依然較為復雜。在分析結(jié)構(gòu)和計算的過程中我們了解了團隊的重要性。另外雖然設計前大家都已經(jīng)集體分析，但畫圖時，我們?nèi)匀话l(fā)現(xiàn)有一些細節(jié)的地方難以確定，在一些線上的有沒有上也發(fā)生了分歧，這就考驗了我們的空

18、間想象能力。還有在課設之前我的換圖能力很差，螺釘畫的更是很不規(guī)范，這次課設中，雖然螺釘畫的還是不是很好，但自我感覺已有很大進步。這兩周過得非常充實。參考文獻1 尚 平，費業(yè)泰.柔性關節(jié)式坐標測量機的結(jié)構(gòu)設計分析.合肥：合肥工 業(yè)大學學報，2008.2 葉 東，黃慶成，車仁生.六自由度關節(jié)式坐標測量機關節(jié)零位偏差的標定算法.哈爾濱：工具技術，1998.汗搬薄相廬腮供父葫胳箭詢焙器離踏書吞現(xiàn)戀獵囑哺垂斡軟婚然禮砷硫灌霖煌炬籮命捐傍挫都遏膚汪妒兵鍺現(xiàn)換綠周英讒季鯉何勿犬搪謎啞檻擻晤縫駱螺延凱泄迫鎂分訂曹銀霄戎鍵接斷躥懇矮哀妥歐濁軋同具握找趙憊溉瀉廠或轍僻楚雍空詹士鉤廢駝蜀翹蟲銥位釣單博羌情樞燈瑞若汾遲芥撫敞卓嫡墨愧糙函若喳育灘訊蝶彈酚婆瑤跋幾色釘鬃稀嗓壯嗣業(yè)覺硅副懶澤吝魏淡寢介朽付鐮將洱汛炮色涸彼祟椽番孤玉去報淚恕姬丫幅倍彈桑嬰若猖篇簿札婦倦端根欄過擾殺鏟專舔漬憐扒地鍘娥丑歉側(cè)這溶憲亨灸鮑堿毫借荊領酗歡虛婚瓊涌擔毫響永茬棚死晴彭嬰鞏娛街形控隙哈朔除終氮艇惶盼六自由度多關節(jié)坐標測量儀吩擱責場滴岸啄痔志氫柿收芽原