2 超声波测量结合面原理及试验台搭建
PErd4?Prd4?Ptrd4 （e）静的安全系数
如前所述，LM导轨上所作用的最大负荷是LM滑块NO.2左行加速时产生，故静的安全系数所示。
fC0s?Pla E2（f）平均负荷
计算每块LM滑块上所作用的平均负荷
P33m1?31?l(PEla1?S1?PE1?S322?PEld31?S33?PEra1?S1?PE1?S2?PErd31?S3) sP1(P33m2?32?lEla32?S31?PE2?S2?P3Eld2?S3?PEra32?S1?PE2?S2?PErd2?S3) s
P1m3?32?l(P3Ela3?S1?P33E3?S2?PEld33?S3?PEra3?S1?P3E3?S2?PErd33?S3) sP1m4?3l(PEla334?S1?PE4?S32?PEld4?S3?PEra34?S1?P332?E4?S2?PErd4?S3) s（g）额定寿命
根据LM导轨的额定寿命计算式
L31?(Cf)?50 w?Pm1LC2?(f?P)3?50 wm2LC3?(f)3?50 w?Pm3 29
机器人结构分析与综合
L4?(C)3?50 fw?Pm4根据以上计算可以看到，四个导轨的额定寿命中，最短的是
L2?11393km>10000km，所以，选择的直线导轨满足实验要求。
至此，主要零件已经校核完毕，选型符合使用要求，该方案可行。 （4） 运动控制卡的选择
为了方便进行数据采集以及控制电机的运动，本文还需要购买一款运动控制卡。由于作者希望通过labview软件实时动态进行数据采集、处理、分析等，所以对运动控制卡的要求如下：
a）要能与labview兼容；
b）根据已经确定的龙门式移动平台的要求，要能控制三个轴四个电机的运动； c）为了提高移动的精度，运动控制卡要能实现闭环控制；位置环位于控制卡上 按照上述要求，同时考虑经费等条件，本文最终选定深圳固高公司的运动控制卡，型号：GTS-400-PV-PCI-G。
非标准件的设计
1）支架
由于本文要采用龙门式的移动平台，所以，移动平台要放置在一个支架上，根据今后要测量的本田发动机的尺寸，支架尺寸确定为：长800mm，宽600mm，高800mm。同时，为了测量某些具有一定倾斜角度的斜面，支架可以调整高度，调整范围为30-50mm；
同时，为了使测量方便，同时又要保证支架的刚度，本文对支架进行了优化设计分析。主要考虑了不同数目的横梁以及有无加强筋的情况。主要分为四种情况，两个横梁无加强筋、两个横梁有加强筋、三横梁无加强筋、三横梁有加强筋的情况，下面对这四种结果逐一进行分析，分析结果如下：
30
2 超声波测量结合面原理及试验台搭建
表格 2-2 支架有限元分析结果
最大等效应
变化结构
力（MPa）
两横梁无
138.69
加强筋 两横梁有
142.32
加强筋 三横梁无
121.72
加强筋 三横梁有
121.66
加强筋
2.7214e-004
61.498
1.4793e-004 5.2967e-002
0
2.915e-004
61.737
1.5423e-004 5.7832e-002
0.
2.8915e-003
72.959
1.6175e-003 6.2313e-002
0
1.3936e-003
71.346
7.6912e-004 6.4953e-002
0
力（MPa）
力（MPa）
力（MPa）
形(mm)
形(mm)
最小等效应
最大剪切应
最小剪切应
最大总的变
最小总的变
通过上表可以看出，随着横梁数目和加强筋的增加，总的变形和总的应力都在减小，
所以，最终确定的结构为三横梁有加强筋的结构。下面给出四种结构的变形图：
a) 两横梁无加强筋变形图 b) 两横梁有加强筋变形图
31
机器人结构分析与综合
c) 三横梁无加强筋变形图 d) 三横梁有加强筋变形图
图 2-19 支架应力分析
2）接杆、万向交叉架和小架子尺寸的设计
本文的接杆和万向交叉架是为了安装和连接超声波探头，所以，接杆和万向交叉架的尺寸是超声波探头的尺寸而定的，这里具体结构尺寸就不再赘述了，下面给出他们具体的结构图和装配图。
图 2-20 接杆尺寸图
说明：一段为M6阳螺纹，一段为M6阴螺纹；直径为Φ12mm，不锈钢。
图 2-21 万向交叉架
将两种直径的接杆按所需角度组合在一起，可相对旋转360°，可用锁紧手轮锁紧。
32
2 超声波测量结合面原理及试验台搭建
图 2-22 连接板
连接板用于连接传感器，连接板上有M6螺纹孔，连接板具体结构如图2所示。 由于第一个测量工件是球板接触模型，球板的尺寸非常小，所以，用这个比较大的支架进行测量比较麻烦，为了适应不同尺寸的工件的测量，作者还设计了一个小架子，小架子上面放置小的试验台，这个小试验台用于进行球板接触的实验的测量。小架子的尺寸是根据已经订好的支架的尺寸和试验台的尺寸确定的，同时，为了测量准确和测量斜面的要求，小架子也可以调整高度。小架子的尺寸和装配如图2-26：
a) 小架子装配 b) 小架子尺寸
图 2-23 架子装配图
至此，所有的相关结构基本已经确定，
33