方案设计

基于机器视觉的车灯缺陷在线检测系统机构设计方案1.1总体方案设计要求设计一个四自由度的车灯装夹平台，如图车灯可以沿X、Y、Z三轴移动和绕Z轴转动。1.2传动方案选择常见的几种机械传动方式机械传动按传力方式分，可分为摩擦传动和啮合传动，摩擦传动又分为摩擦轮传动和带传动等，啮合传动可分为齿轮传动、涡轮蜗杆传动、链传动等等；按传动比又可分为定传动比和变传动比传动。1.1.1皮带传动皮带传动是由主动轮、从动轮和紧张在两轮上的皮带所组成。由于张紧，在皮带和皮带轮的接触面间产生了压紧力，当主动轮旋转时，借摩擦力带动从动轮旋转，这样就把主动轴的动力传给从动轴。皮带传动分为平皮带传动和三角皮带传动。皮带传动的特点：1）可用于两轴中心距离较大的传动。2）皮带具有弹性、可缓冲和冲击与振动，使传动平稳、噪声小。3）当过载时，皮带在轮上打滑，可防止其它零件损坏。4)结构简单、维护方便。5）由于皮带在工作中有滑动，故不能保持精确的传动比。1.1.2齿轮传动齿轮传动是由分别安装在主动轴及从动轴上的两个齿轮相互啮合而成。齿轮传动是应用最多的一种传动形式，它有如下特点1）能保证传动比稳定不变。2）能传递很大的动力。3)结构紧凑、效率高。4)制造和安装的精度要求较高。5)当两轴间距较大时，采用齿轮传动就比较笨重。齿轮的种类很多，按其外形可分为圆柱齿轮和圆锥齿轮两大类。1.1.3链传动链传动是由两个具有特殊齿形的的齿轮和一条闭合的链条所组成，工作时主动连轮的齿与链条的链节相啮合带动与链条相啮合的从动链轮传动。这就是我们常见的自行车链轮链条传动原理。链传动的特点如下：1）能保证较精确的传动比（和皮带传动相比较）2）可以在两轴中心距较远的情况下传递动力（与齿轮传动相比）3）只能用于平行轴间传动4）链条磨损后，链节变长，容易产生脱链现象。链条传动主要用于传动比要求较准确，且两轴相距离较远，而且不宜采用齿轮的地方。1.1.4蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动用于两轴交叉成90度，但彼此既不平行又不相交的情况下，通常在蜗轮传动中，蜗杆是主动件，而蜗轮是被动件。蜗轮蜗杆传动有如下特点：1）结构紧凑、并能获得很大的传动比，一般传动比为7-80。2)工作平稳无噪音3)传动功率范围大4）可以自锁5）传动效率低，蜗轮常需用有色金属制造。蜗杆的螺旋有单头与多头之分。1.1.5螺旋传动螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的，主要用于将回转运动变为直线运动，同时传递运动和动力。螺旋传动的分类：1）传力螺旋：以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，用于克服工作阻力。如各种起重或加压装置的螺旋。这种传力螺旋主要是承受很大的轴向力，一般为简写工作，每次工作时间较短，工作速度也不高。2)传导螺旋：以传递运动为主，有时也承受较大的轴向载荷。如机床进给机构的螺旋等。传导螺旋主要在较长的时间内连续工作，工作速度较高，因此，要求具有较高的传动精度。3）调整螺旋：以调整、固定零件的相对位置。如机床、仪器、及测试装置中的微调机构的螺旋。调整螺旋不经常转动，一般在空载下调整。螺旋传动的特点：传动精度高、工作平稳无噪音，易于自锁，能传递较大的动力等特点。考虑到齿轮传动能保证传动比稳定不变，能传递很大的动力，结构紧凑、效率高，所以采用该传动。1.3驱动方案的比较和选择常见机械运动部件的驱动方式可分为液压驱动、气压驱动和电力驱动三种基本类型。液压驱动的响应速度快，运动平稳，重复精度高，驱动力或驱动力矩大，能够满足力矩的长距离传输，但需配置液压系统，对密封性要求高，否则，容易产生泄露而影响运动精度。气压驱动的特点是气源方便，气源系统简单、清洁，无需设置回收管路，特别适合于高温的环境和对防火防爆有严格要求的场合，但由于空气压缩率高，很难获得高速响应和高精度控制。电力驱动是目前使用最多的一种驱动方式，其特点是响应速度快，驱动力大，信号检测、传递、处理方便，并可以采用多种灵活的控制方式。驱动电机一般采用步进电机或伺服电机，也有采用直接驱动电机。表2.1各种驱动器的比较项目气压传动液压传动电机传动机械运动系统结构简单复杂复杂较复杂安装自由度大大中小输出力稍大大小不太大定位精度一般一般很高高动作速度大稍大大小响应速度慢快快中清洁度清洁可能有污染清洁较清洁维护简单比气动复杂需要专门技术简单价格一般稍高高一般技术要求较低较高最高较低控制自由度大大中小危险性几乎无问题注意着火一般无问题无特殊问题考虑到步进电机启动停止响应快,可以正转反转,而且具有较高的定位精度，通过控制器可以方便的调节转速以适应不同的需求，加上在步进电机在市场上已经得到了广泛的应用，其价格也相对较便宜，因此采用步进电机驱动。1.4执行机构的选择X、Y、Z三方向的移动，采用滚珠丝杠结构，步进电机通过齿轮减速器传动，带动丝杠转动，驱动滑块在导轨上移动。绕Z轴的转动，直接用步进电机通过减速器，利用主轴带动旋转。1.5夹紧机构的设计要求设计夹紧机构能够适应不同大小和形状的车灯，且通过人工辅助达到快速夹紧。如图所示，通过弹簧拉着滑块夹紧车灯。1.6价格预算通过淘宝网以及商家在线平台搜索比对，预计各零部件价格如下：滚珠丝杠+螺母：150元/套×3=450元直线导轨：200元×3=600元丝杠支座（2个）：90元×3=270元步进电机+减速器350元×4=1400元步进电机控制器：300元×4=1200元工业铝型材（5050）74元/米×10米=740元配套连接件共：100元其他标准件、材料：200元合计：4240元