码垛机器人三维设计（含SW三维图+CAD图纸+说明书）

喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 洛阳理工学院 毕业设计（论文）任务书 （指导教师填表） 学生姓名 翟晓帅 学号 班级 B080204 指导教师 李彬 课题类型 þ 设计 □论文 课题来源 □科研 □实验 þ 工程 □社会 □其它 题目 基于分形特性的钻削加工有限元模拟 主要 研究 目标 (或研 究内容) 1、分析题目和设计技术要求，查阅相关文献资料。 2、多方参考，进行方案设计对比，完成开题报告。 3、确定总体方案；对袋装物料码垛机器人的机构进行对比分析，完成总体方案的设计，并对其机构进行细化设计，主要零部件的工作参数设计计算以及关键零部件进行校核计算等。 4、绘制袋装物料码垛机器人的设计图，包括装配图和部分零件图。 5、编写毕业设计说明书。 课题要求、主要任务及数量 目标： 掌握一般结构设计的方法；了解并掌握一般标准件的设计选型流程和非标零件的设计方式；提高自身运用所学知识解决实际加工难题的能力。 对袋装物料码垛机器人的机构进行对比分析，完成总体方案的设计，并对其机构进行细化设计，主要零部件的工作参数设计计算以及关键零部件进行校核计算等。 要求： 1. 分析题目和设计技术要求，查阅20篇以上的相关文献资料。 2. 三维总装配图一套。 3. CAD二维图一套，图纸量不少于2.5张A0（包括部分装配和零件图总量）。 4. 毕业论文一本（0.8-1.0万字）。 课题要求、主要任务及数量 主要设计参数： （1）结构形式：多关节机械手； （2）物料尺寸：L*W*H=500*300*150mm； （3）质量：10Kg； （4）驱动方式：伺服电机； （5）最大作业范围1500mm； （6）重复运动精度：±0.10mm； （7）工作效率：5c/min； （8）环境温度:0-60℃； （9）安装方式:地面安装。 进度计划 第1~2周：借阅相关资料、文章，完成开题报告； 第3～5周：对袋装物料码垛机器人的机构进行对比分析，完成总体方案的设计； 第6～11周：对其机构进行细化设计，主要零部件的工作参数设计计算以及关键零部件进行校核计算等。 第11～14周：绘制袋装物料码垛机器人的设计图，包括装配图和部分零件图； 第15周：撰写毕业说明书； 第16～17周：答辩。 指导教师签字： 系主任（教研室）签字： 年 月 日 洛阳理工学院 毕业设计（论文）开题报告 院（部）： 机械工程学院 （学生填表） 课题名称 袋装物体的码垛机器人设计 学生姓名 学号 班级 指导教师 职称 学位 课题类型 R设计£论文 课题来源 □科研□实验R工程□社会R其它 1. 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 工业机械手是一种模仿人手部分动作，按照预先设定的程序，轨迹或其他要求，实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置。它在二十世纪五十年代就已用于生产，是在自动上下料机构的基础上发展起来的一种机械装置，开始主要用来实现自动上下料和搬运工件，完成单机自动化和生产线自动化，随着应用范围的不断扩大，现在用来夹持工具和完成一定的作业。实践证明它可以代替人手的繁重劳动，减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率。本次设计中的多关节型机械手采用两个回转关节和一个移动关节；两个回转关节控制左右旋转运动，而移动关节则实现上下运动，其工作空间如工作空间图，它的纵截面为矩形的回转体，上下两面的高度为移动关节的行程长，两回转关节转角的大小决定回转体截面的大小、形状。 工业机械手近几年的普及越来越高，在自动化生产中有着越来越重要的作用。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手可以代替人完成一些复杂的、重复性的、高强度的工业操作。工业生产越来越依赖与它。 关节机器人以工作范围大，动作灵活、结构紧凑、能够抓取靠近基座的物体等特点而受到设计者和使用者的关注。机器人关节是机器人的基础部件，其性能的好坏直接影响机器人的性能。本节根据机器人关节的功能特点、驱动方式、应用场合和主要结构等进行了分类，介绍了典型的机器人关节结构形式。对工业机器人和拟人机器人的关节结构进行了较为详细的介绍。随着数字伺服技术等电子技术的发展，机器人关节也在不断发展。机器人关节呈现出大力矩、高精度、反应灵敏、小型化、机电一体化、标准化和模块化等趋势，以适应机器人技术发展的需要。 自1980年代以来，工业机器人收到国家的重视，得到进一步的发展。作为一个整体，为了满足现代工业高速发展的需要，机器人的开发更倾向于满足以下特点：活动范围广，工作灵活，操作控制方便，可满足需求不同行业。比如说，日本的安川机器人公司设计的机器人，具有不要同的关节，根据同步的作业条件选择对应的多关节工作机器人，通过对机器人结构的改变，实现各种作业任务。如：喷漆、焊接、检测等等。 对于生产需求状况，就整体而言，机器人市场需求只增不降。在多种因素的引诱下，工业机器人产业的发展速度将再次提速，步入历史上的第二个繁荣发展期，或将比第一次浪潮还要巨大。 结合我国目前的情况来看，我国人工成本仍然处于上升阶段，并且从2012年工业机器人爆发以来，才持续了几年时间，从日本长达10年高速增长的经验的走势，我国正在使机器人行业往更深度，更全面的领域发展，结合另一个更加通用的需求指标：机器人密度。2015年中国机器人的密度仅为36台/万人，远低于世界水平66台/万人。韩国、日本、德国、美国的机器人密度分别为437、323、282、152台/万人。我国远远落后于全球平均水平，与先进的制造业国家相比落后较远。这种差距也间接的显示出了未来工业机器人的需求空间。 随着如今科学技术的快速发展，以及人工劳动成本的增加。机器人代替人工的趋势越来约明显。机械手可减少人力，并便于有节奏的生产。这一课题需要一个能自动搬运的机械手，能实现快速，准确的搬运码垛到指定区域。 此外，专业学生的机电一体化，将在现代机电设备设计制造，机器人的机械设计技术，电子技术，以及计算机技术的融合与融合，丰富的内容，覆盖面，跨学科性，并导致学生获得他们所学到的关于现代机电设备设计的课程知识能力的基础的综合利用。另一方面，通过CAD软件的研究和应用，可以提高绘图效率和表面质量，进一步提高学生的计算机应用技术，以及后来进入现代机电设计领域良好的基础。 2.研究的基本内容，拟解决的主要问题 （1） 工作原理： 1.行走机构 2.行走电机 3.货叉 4.货叉伸缩电机 5.减速机 6.升降电机 7.立柱 1-1图 方案一简图 方案一中，码垛机的机械结构主要包括门架结构、行走机构、升降机构、货叉伸缩机构。底座由由两端的行走轮支架及钢板焊接成的矩形梁构成，起支撑整体重量的作用。立柱截面为空心矩形，具有良好的强度，节省材料，还有减震的作用。货叉沿立柱上下运动，承受载荷后，会对立柱与货叉结合处产生极大的力矩，所以在立柱两侧加工有垂直导向槽，可以通过导向轮对载货台起到一定的支撑作用。也能防止货叉前后移动。行走机构设计有四个行走轮，支撑整个码垛机的全部载荷 ,带动码垛机沿天地轨方向运动。 1.基座 2.转动机构 3.大臂转轴 4.大臂 5.连杆 6.腕转轴 7.小臂 8.夹紧机构 9 夹爪 1-2图 方案二简图 方案二中，码垛机的机械结构主要包括机械手关节主要有基部，腰部，肘部，手腕和手握五部分：旋转接头底部的腰部安装在伺服电机底座上，驱动整个机械手旋转运动；旋转弯头：大臂由伺服电机齿轮减速电机驱动，从而推动弯头上方大臂结构的旋转运动，即俯仰运动；手腕，前臂旋转：伺服电机驱动齿轮减速电机，通过连杆到前臂手腕运动传动，从而给前臂结构带来动力，使肘关节周围做旋转运动，即俯仰运动； 4，手腕旋转运动：伺服电机驱动齿轮减速器，通过齿轮传动，驱动前臂轴线绕肚脐旋转。 关节式机械手自由度：关节式工业机械手的自由度为：基座绕S轴旋转；围绕上臂L轴旋转运动（运动）；前臂绕U轴旋转（上下）；前臂缠绕R轴旋转运动；腕的旋转运动。 方案一结构的码垛机价格相对便宜，在高度方向可以向上扩展到很高的作业范围，整个码垛机的作业空间更大。适用于立体仓储中的码垛。方案二结构的码垛机通用性更强，反应速度更快。考虑到本次码垛对象为袋装物体，它的比较柔软，不具有固定的形状，比较松软。方案一的货叉结构在处理这种货物时，并不占优优势。二方案二中的夹爪结构则更能快速灵活的奖袋装物料迅速抓起、放下，完成指定的码垛工作。所以本次设计优先选择方案二的结构。主要在结构轻量化和可靠性方面进行深入优化。 3. 研究步骤、方法及措施。 1、分析题目和设计技术要求，查阅15篇以上的相关文献资料。 2、多方参考，完成开题报告。 3、确定总体方案；对袋装物料码垛机器人的机构进行对比分析，完成总体方案的设计，并对其机构进行细化设计，主要零部件的工作参数设计计算以及关键零部件进行校核计算等。 4、绘制袋装物料码垛机器人的设计图，包括装配图和部分零件图。 5、编写毕业设计说明书。 4. 研究工作进度。 第3～5周：调研，查阅文献，考察现场；完成开题报告。 第6～11周：对袋装物料码垛机器人的机构进行对比分析，完成总体方案的设计；并对其机构进行细化设计，主要零部件的工作参数设计计算以及关键零部件进行校核计算等。 第11～14周：绘制袋装物料码垛机器人的设计图，包括装配图和部分零件图； 第15周：撰写毕业说明书； 第16～17周：答辩。 5. 主要参考文献。 [1]吴宗泽.机械零件设计手册 [M].北京工业出版社，2004：188~199  [2]陈新元 张安龙.装配线机械手电气混合控制[J].液压与气动。2007（3）  [3]陶相厅、袁锐波、罗景气，动机械手的应用现状与发展前景[OL]，中国传动网2008  [4]上海工业大学流控实验室。气动技术基础[M]。机械工业出版社。1982  [5]李允文.工业机械设计手册.。北京：机械工业出版业，1994，8  [6]候析.刘涛.装卸机械手设计研究。机械，2004，7  [7]卢松峰.机械课程设计手册。第一版。北京工业出版社，1994，8  [8]李昌辉.自动上料机器人系统开发[D]。哈尔滨工业大学，2009  [9]陈志权.基于PLC气动机械手的控制系统[J]。兵工自动化 2008，4  [10]孙迎远.PLC在气动机械手中的应用[J]。煤矿机械 2008，9  [11]王雄耀.近代气动机器人的发展与应用[J]。液压气动与密封。1999，5  [12]彭坚.气动机械手与PLC控制系统的设计与实现[J]。同用机械。2004，7  [13]杨振球、易孟林.高精度气动机械手的研发及应用[J]。液压与气动 2006，2  [14]Modular Robot for Flexible Assembly。Pritschow.G.Wurst K.H  [15]Industrial Robots For Manipulation with Parallel Kinematic Machines Zdenek Kolibal 6.答辩内容 7.指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 8.答辩委员会意见 答辩委员会主任签字： 年 月 日 目 录 第1章 绪论 4 1.1 课题研究的目的意义 4 1.2 国内外机械手的发展状况 4 1.3 机械手的组成与分类 5 1.4 课题研究内容 6 第2章 总体方案 7 2.1 总体设计方案 7 2.2 各部分结构方案 8 第3章 关键部件的设计计算 10 3.1手部的设计计算 10 3.2各关节电机的选型计算 11 3.3蜗轮蜗杆的设计计算 12 3.4蜗杆的设计校核 15 3.5输出轴的设计计算 17 谢 辞 20 参 考 文 献 21 摘要 本项目来源于某糖厂生产的糖包运输线末端需要机械手搬运堆垛时，糖包需要快速准确的移动到指定区域按规律进行堆垛，现今现场操作基本都是手动完成，这样操作不安全、速度慢，劳动强度大，所以设计一套抓取搬运机械手来替代工人进行快速准确的工作迫在眉睫，机械手可减少人力，并便于有节奏的生产。这一课题需要一个能自动搬运的机械手，能实现快速，准确的搬运堆垛到指定区域。 本文主要是对搬运机械手进行了设计研究。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。 关键词：工业机械手 搬运 抓取 Abstract The project comes from a sugar factory production of sugar bag transport line end of the need to manipulate the stacking of the container, the sugar bag needs to quickly and accurately move to the designated area according to the law of the stacking, the current field operations are basically completed manually, this operation is not safe , The speed is slow, the labor intensity is big, so it is urgent to design a set of grasping handling manipulator to replace the worker for fast and accurate work, the robot can reduce the manpower and facilitate the rhythm of the production. This topic requires a robot that can be moved automatically, enabling quick and accurate handling of the stack to the designated area. This paper mainly carries on the design research to the handling manipulator. Industrial robots are developed in recent decades as a high-tech automatic production equipment. Industrial robots are also an important branch of industrial robots. His characteristic is that it can be programmed to complete the various expected operations, both in the structure and performance of both the advantages of the machine and the machine, especially in the human intelligence and adaptability. The accuracy of the operation of the robot and the ability to complete the operation in the environment, in the field of national economy has a wide range of development space. Keywords: industrial， manipulator handling grab 第1章 绪论 1.1 课题研究的目的意义 窗体顶端 1962年，机械铸造公司制造成为一个nc实践教学操纵器。经销商叫Unimate。复制罐转塔运动系统，可实现臂旋转，俯仰功能，采用液压驱动;带有磁鼓存储设备的控制系统。在这个基础上开发了很多球面坐标型通用机械手。 1962年美国机械铸造公司是一个多关节机械手实验，它可以实现灵活的操作，机械手的中心支柱在其原有的功能基础上，可以实现旋转臂，升降，定标。虽然两个操纵器出现在60年代初，但是外国工业机械手的发展的基础。 在1978年的斯坦福大学，麻省理工学院开发了许多类型的工业机械手关节型，具有小型电子计算机控制，用于装配线作业，定位误差小于1 mm，这使得机械手的发展到新的高度。窗体底端 本项目来源于某糖厂生产的糖包运输线末端需要机械手搬运堆垛时，糖包需要快速准确的移动到指定区域按规律进行堆垛，现今现场操作基本都是手动完成，这样操作不安全、速度慢，劳动强度大，所以设计一套抓取搬运机械手来替代工人进行快速准确的工作迫在眉睫，机械手可减少人力，并便于有节奏的生产。这一课题需要一个能自动搬运的机械手，能实现快速，准确的搬运堆垛到指定区域。 此外，专业学生的机电一体化，将在现代机电设备设计制造，机器人的机械设计技术，电子技术，以及计算机技术的融合与融合，丰富的内容，覆盖面，跨学科性，并导致学生获得他们所学到的关于现代机电设备设计的课程知识能力的基础的综合利用。另一方面，通过CAD软件的研究和应用，可以提高绘图效率和表面质量，进一步提高学生的计算机应用技术，以及后来进入现代机电设计领域良好的基础。 机器人机械手的总体设计，主要解决的关键技术是机器人的设计结构、机器人设计的基础，它的设计将直接影响到未来运动控制和机器人运动特性的影响。 具体设计参数要求如下： （1）结构形式：多关节机械手； （2）物料尺寸：L*W*H=500*300*150mm； （3）质量：10Kg； （4）驱动方式：伺服电机； （5）最大作业范围1500mm； （6）重复运动精度：±0.10mm； （7）工作效率：5c/min； （8）环境温度:0-60℃； （9）安装方式:地面安装。 1.2 国内外机械手的发展状况 窗体顶端 1962年，机械铸造公司制造成为一个nc实践教学操纵器。经销商叫Unimate。复制罐转塔运动系统，可实现臂旋转，俯仰功能，采用液压驱动;带有磁鼓存储设备的控制系统。在这个基础上开发了很多球面坐标型通用机械手。 1962年美国机械铸造公司是一个多关节机械手实验，它可以实现灵活的操作，机械手的中心支柱在其原有的功能基础上，可以实现旋转臂，升降，定标。虽然两个操纵器出现在60年代初，但是外国工业机械手的发展的基础。 在1978年的斯坦福大学，麻省理工学院开发了许多类型的工业机械手关节型，具有小型电子计算机控制，用于装配线作业，定位误差小于1 mm，这使得机械手的发展到新的高度。窗体底端 1962年，机械铸造公司制造成为一个nc实践教学操纵器。经销商叫Unimate。复制罐转塔运动系统，可实现臂旋转，俯仰功能，采用液压驱动；带有磁鼓存储设备的控制系统。在这个基础上开发了很多球面坐标型通用机械手。 美国还通过改进结构进一步提高了操纵器的可靠性和稳定性，从而降低了成本。如果HuiPuMan机械手建立试验台，进行各种性能试验。准备意味着故障时间（注意：平均故障时间是一个设备可靠性的度量，它显示了第一次故障之前的平均经过时间），从400小时增加到400小时，可以将精度提高到0.1 mm 。 1970年，德国开始应用操纵器，设计这个的目的主要是用于一些工矿比较恶劣的条件下，代替人工来作业，比如起重，运输，焊接和准备上下料等。接头结构用于德国西门子和程序控制，使焊接机械手的功能。 现代日本是一个拥有最大工业操纵者的国家，这是增长最快的应用。从美国介绍了两种典型的机械手，日本在此基础上，不断创新，做机器人更容易实用。数据显示，1979年，从事机械手方面研究的企业或单位等已经到达80多个之多。1976年，大学和国家研究部门对机械手的研究已经超过了42％的占比。 1979年日本产值443亿元的机械手，生产14535台。其中，固定程序、可变动的占据了一半之多，涉及金额高达228亿日元，这个数据是1978年的两倍。带有操纵器输出值的记忆功能的研究约合在67亿日元，这相比与1978年，已经增长了一半。智能操纵器约17亿日元，六次到1979年，累计生产56900套机械手。这个数字占了世界。约占70％，年均增长率达50％〜60％。汽车行业是使用机械手最多的行业，其次是电机行业，在其次是电器行业。到1990年将有550000个机器人在工作。 自1980年代以来，进入国家的操纵者和获得进一步发展。作为一个整体，为了满足现代工业高速发展的需要，机械手的开发更倾向于满足以下特点：活动范围广，工作灵活，操作控制方便，可满足需求不同行业。比如说，日本的安川机械手公司设计的机械手，具有不要同的关节，根据同步的作业条件选择对应的多关节工作机械手，通过对机械手结构的改变，实现各种作业任务。如：喷漆、焊接、检测等等。 条件允许的情况下，还应该大力研究伺服，存储器等，并具有人手的性能，如触摸，视觉，考虑和计算机组合，逐渐成为整个机械制造系统的基本单位，从而进一步缩小并受到德国和日本等机器人国外国家的快速发展，两者之间的差距。 1.3 机械手的组成与分类 1.3.1机械手的组成 通常来说，机械系统，驱动系统和控制系统这三个部分共同组成机器人整体。 和人和类似的手臂动作功能的本体结构。可以在空间中进行抓取物体或其他操作，由机械结构，驱动装置，传动装置组成。 机器人包括末端执行器，臂，手腕，框架和行走机构的设计。 这里是部分结构的介绍。 （1）执行结构一般位于机械手的末端，称之为手爪。机器人是直接用来抓住(或吸附)工件或维护特殊工具(如枪支、扳手、焊接工具)操作部分，它能模仿人手的动作。爪是安装在前面的胳膊，它的结构和大小可以根据不同的需求而设计的。夹具机械设备一般可分为三类，分别为吸附终端执行器和特殊工具。重要的是要强调的是，我需要完整的机器人的重量处理功能设计，可以在一定条件下焊接。 （2）手腕：连接到臂和部件的末端执行器。由于手腕结构设计可以更灵活，更广泛的实现提升手柄。 （3）手臂：臂用于支撑手腕和部件末端的执行器。它包括驱动装置，传动装置，定位装置和原始检测等。 （4）基座是机器人的基本部分，一般分为固定和移动两种，用于支持。直接支持臂部分，从而实现手臂的旋转。 1.3.2机械手的分类 工业机械手按一般意义来说，有几种分类方式：可按应用用途、驱动方式和控制系统分类。 按用途分机械手可分为通用机械手与专业机械手两大类。 (1)通用机械手 通用机械手最大的操纵控制器是独立的驱动系统和控制系统，此外，通用机械手操作范围、高定位精度和通用性。因此，您可以调整他们的行动计划，机械手应用在不同的场合。目前，通用机器人生产中小型生产更多的应用程序。根据其控制通用机械手定位以不同的方式可分为两种:简单、伺服式容易”打开和关闭控制定位，只有位置控制，伺服类型可能有点。 （2）专用机械手  与通用机械手相比，特殊机械手有更少的工作行动的特点，单一的工作对象，定位精度低。它可以用于大量的自动化生产，如自动机床、加工中心、自动上下。 2.按驱动方式分  （1）液压机械手 使用液压驱动执行机构的机械手。 其特点是：传动平稳，结构紧凑，动态磁化率高。 因为漏油对机械手的工作性能影响很大。 所以机械手是严格的密封。 此外，不能在高温或低温下工作。 （2）气压驱动机械手 使用压缩空气的压力来驱动执行机构的执行机构。其特点是:小的输出，气动快速行动，快，结构简单，成本低。 由于空气的性质是可压缩的，这种机械手的冲击功大，速度稳定，相对于液压机械手，气动机械手更适合在高温和轻负荷的环境中工作。  (3)电机传动机械手  机器人由直流电机驱动，步进电机或伺服电机是简单的，因为它不需要一种中间切换机制。另外，该机械手运动速度快，行程长。虽然应用不多，但很有发展前途。  1.4 课题研究内容 窗体顶端 1962年，机械铸造公司制造成为一个nc实践教学操纵器。经销商叫Unimate。复制罐转塔运动系统，可实现臂旋转，俯仰功能，采用液压驱动;带有磁鼓存储设备的控制系统。在这个基础上开发了很多球面坐标型通用机械手。 1962年美国机械铸造公司是一个多关节机械手实验，它可以实现灵活的操作，机械手的中心支柱在其原有的功能基础上，可以实现旋转臂，升降，定标。虽然两个操纵器出现在60年代初，但是外国工业机械手的发展的基础。 在1978年的斯坦福大学，麻省理工学院开发了许多类型的工业机械手关节型，具有小型电子计算机控制，用于装配线作业，定位误差小于1 mm，这使得机械手的发展到新的高度。窗体底端 为了更好的完成本次设计内容，首先需要查阅尽可能多的相关资料，充分了解相关机械手的结构原理。然后按照 本次的设计要求，设计一个多关节型物料搬运机械手。 主要需要设计机械手的腰部基座，这部分为机械手的旋转关节，可以在水平面内任意角度旋转，以满足机械手在基座一定的半径范围内作业。以及机械手的大臂、小臂。主要设计任务有： 1.根据已知袋装物料如大米等的尺寸、重量及工作要求，研究设计出抓取机械手。 2.该设计重点是机械手的抓取机构，机械手需水平面内360度旋转，以适应物料袋平放时所处的任何角度。 3.绘制抓取搬运机械手的装配图和关键零部件图,编写完善的设计说明书。 第2章 总体方案 2.1 总体设计方案 1.行走机构 2.行走电机 3.货叉 4.货叉伸缩电机 5.减速机 6.升降电机 7.立柱 2-1图 方案一简图 方案一中，码垛机的机械结构主要包括门架结构、行走机构、升降机构、货叉伸缩机构。底座由由两端的行走轮支架及钢板焊接成的矩形梁构成，起支撑整体重量的作用。立柱截面为空心矩形，具有良好的强度，节省材料，还有减震的作用。货叉沿立柱上下运动，承受载荷后，会对立柱与货叉结合处产生极大的力矩，所以在立柱两侧加工有垂直导向槽，可以通过导向轮对载货台起到一定的支撑作用。也能防止货叉前后移动。行走机构设计有四个行走轮，支撑整个码垛机的全部载荷 ,带动码垛机沿天地轨方向运动。 1.基座 2.转动机构 3.大臂转轴 4.大臂 5.连杆 6.腕轴 7.小臂 8.夹紧机构 9 夹爪 2-2图 方案二简图 窗体顶端 方案二中，码垛机的机械结构主要包括机械手关节主要有基部，腰部，肘部，手腕和手握五部分：旋转接头底部的腰部安装在伺服电机底座上，驱动整个机械手旋转运动；旋转弯头：大臂由伺服电机齿轮减速电机驱动，从而推动弯头上方大臂结构的旋转运动，即俯仰运动；手腕，前臂旋转：伺服电机驱动齿轮减速电机。 方案一结构的码垛机价格相对便宜，在高度方向可以向上扩展到很高的作业范围，整个码垛机的作业空间更大。适用于立体仓储中的码垛。方案二结构的码垛机通用性更强，反应速度更快。考虑到本次码垛对象为袋装物体，它的比较柔软，不具有固定的形状，比较松软。方案一的货叉结构在处理这种货物时，并不占优优势。二方案二中的夹爪结构则更能快速灵活的奖袋装物料迅速抓起、放下，完成指定的码垛工作。所以本次设计优先选择方案二的结构。主要在结构轻量化和可靠性方面进行深入优化。 2.2 各部分结构方案 基座：基座主要用于固定机械手，是机械手拥有一个坚实的根基，这样，既可以保证机械手的稳定性，又可以保证机械手的精度。基座一般使用焊接结构，结构简单又便于制造。如图2-1所示。 图2-3 基座结构图 腰部：腰部安装在基座上，主要其支撑转的作用，保证机械手在水平面内可以任意角度旋转。由于上面的重量全部几种在腰部，所以腰部的旋转传动选优能够传递足够大的扭力。初步设计使用蜗轮蜗杆传动，传动比可以比较大。支撑轴承选择推力球轴承和深沟球轴承组合，既可以保证转速又可以保证来自转轴轴向的重力。电机选择大扭矩的伺服电机，以保证转向的精度。如图2-2. 图2-4 腰部结构简图 机器人的手臂需要在一定的速度下，并且有一定负载的情况下，完成一定空间的运动。这部分结构比较简单，通过步进电机加减速机直接驱动手臂的旋转。 图2-5 肘部关节结构简图 机器人手臂部分的运动（包括腰部旋转运动）给予机器人末端执行器在其工作空间中的运动位置，并且在机器人臂中的手腕末端，然后给予机器人末端执行器在运动的工作空间。 图2-6 手腕结构简图 机器人夹持器和机器人夹具。 一般工业机器人，大多是双手指。本设计中的加持部件主要用于抓取袋装物料，根据袋装物料的尺寸800x500x250设计一款专门的取料搬运夹爪，夹爪的动力主要有气缸来提供，气缸通过连杆结构，将直线运动转化为夹爪的摆动。实现对袋装物料的取放。 图2-7 气动夹持机构结构简图 第3章 关键部件的设计计算 3.1手部的设计计算 手部的动力有气缸来提供，气缸的选型是否合理直接影响到夹爪的夹紧力。下面，对手部气缸的选型计算做详细的介绍。 1、预选气缸 根据工作环境、受力形式确定使用何种气缸：圆形气缸、方形气缸、滑台气缸、带导杆气缸。这里，为了节约空间，便于安装。选定气缸的类型为方形薄型气缸。同时，为了便于控制，需要选择带磁环的气缸，加装气缸形成感应器，形成一个简单的闭环回路。 速度分析：经验时间：夹爪的动作时间计算，为了方便计算，一般根据经验，行程小于30mm的按0.2秒计算，行程在30~200mm之间的，按0.5秒计算 2、 受力分析-选择气缸缸径 负载率：气缸的负载率η是气缸活塞杆的轴向载荷力F与气缸的理论输出力F0的比值。 Η= F / F0×100％，气缸的负载系数η与负载的运动状态有关：静载荷<70％; 气缸速度50〜500mm / s：<50％; 气缸速度> 500mm / s：<30％预选气缸的负载率η基于负载的运动状态。 根据气缸的负载状态，确定气缸的轴向负载力F。根据气源供气条件，确定气缸的使用压力P，P应小于减压阀进口压力的85%。 已知F，η和P，可知气缸输出力，据此选定缸径D。 由公式得 再根据气缸的面积计算公式， 推出气缸直径的计算公式 去安全系数2，则气缸缸径选择为D=15.5x2=31mm。 3、耗气量计算 气缸的耗气量有两种：最大耗气量和平均耗气量。平均耗气量用于选用空压机、计算运转成本。最大耗气量用于选定空气处理原件、控制阀及配管尺寸等。最大耗气量与平均耗气量之差用于选定气罐的容积。 最大耗气量是气缸以最大速度运动时所需要的空气流量，可以表示成： qr=0.046*D^2*um 缸径D为40mm，最大速度为300mm/s，使用压力为0.6Mpa，则 气缸的最大耗气量qr=0.046*40^2*300*(0.6 0.102)=968.76(L/min) 第一：一个循环动作的体积=2×缸径对应的截面积×行程，在根据节拍可得到常压下的单循环流量，在乘以（使用压力 1）即为工作时期内的排气量。 第二：最大耗气量=缸径（cm计）平方再乘以系数10（此时使用压力为0.6MPa，最大速度为300mm/s） 3.2各关节电机的选型计算 对于属于机电一体化产品的机器人，伺服系统相当重要。被要求的专用服务器系统具有快速，准确和稳定，即命令输入的准确和快速的输出响应变化。一般我们将电机按照原理的不同分为两类，分为称为开环控制和闭环控制。步进电机多用于开环控制系统中。而伺服电机则被普遍的应用在闭环伺服系统之中。虽然说来那个这在控制模式上十分的类似，都是使用脉冲信号。但从使用性能和应用的角度来说，二者又有着极大的差别之处。第一，两者的控制精度有差异，AC伺服电机的控制精度相对于步进电机来讲，有着明显的优势，其控制精度更高。第二点表现在频率特性上，步进电机在低速状态下使用使，特别容易出现振动现象，称之为低频振动。而伺服电机在每一个速度运行，都不会出现这种现象。第三，力矩的差异。步进电机的输出转矩会随着运行速度的升高而变小，这种现象在高速状态下表现的尤为明显，所以，步进电机的转速不宜太大。伺服电机则在任何转速下的输出力矩都保持不变。第四，过载能力的不同。步进电机一旦发生过载就会掉步，所以，我们说步进电机不具备过载能力，交流伺服电机则具有很强的过载能力。第五，速度相应性能的差异，步进电机相应相对缓慢，通常从0加速到工作状态，需要200毫秒左右的时间。而交流伺服电机则只需要几个毫秒的时间。所以，可以用于快速启停的控制之中。 综上所述，交流伺服系统在许多性能上优于步进电机。 机械手的设计要求高精度运行，运行稳定，功率输出稳定，过载能力强，响应快，因此选用交流伺服电机作为电源。 1、确定机械手各部分的质量 2、确定各轴的转速及转矩 根据任务书的要求，各关节的转速要求如下： （1）肘关节：转动角速度，转角范围； （2）腰关节：转动角速度，转角范围； （3）腕关节：转动角速度，转角范围； 3、计算各部分的最大转矩 （1）腰部的转矩： =[2x1.5+13x0.3+10.5x1.0]x1.2 =20.88KgN （2）大臂的转矩： =[2x1.5+13x0.3+10.5x1.0]x1.2 =20.88KgN （3）小臂的转矩： =[2x1.5+10.5x1.0]x1.2 =16.2KgN 4、各关节的减速机及传动比 （1）腰部采用蜗轮蜗杆传动，减速比为1：30； （2）大臂的电机使用了减速臂为1：50的减速机； （3）小臂的电机使用了减速臂为1：50的减速机； 5、电机功率的计算 （1）腰部旋转电机的功率： （2）大臂旋转电机的功率： （3）小臂旋转电机的功率： 伺服电机采用安川电机，根据下表选取 各个电机的型号选择如下： 腰部旋转电机：SGMPH-15A 大臂驱动电机：SGMPH-08A 小臂驱动电机：SGMPH-04A 小臂旋转电机：SGMPH-02A 3.3蜗轮蜗杆的设计计算 1.确定蜗杆的计算功率 式中 K——使用场合系数，每天工作8小时,轻度震动 由《机械工程手册》查得： K＝1.2； K——制造精度系数，取7级精度，查得： K＝0.9； K——材料配对系数，齿面滑动速度 < 10m/s,由《机械工程手册》查得： K＝0.85。 代入数据得 以等于或略大于蜗杆计算功率所对应的中心距作为合理的选取值根据《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2·5－22a 选取蜗杆的中心距：a＝100mm 蜗杆传动几何参数设计 准平行二次包络环面蜗杆的几何参数和尺寸计算表 中心距：由《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）,标准选取 a=100mm 蜗轮齿数：由《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）,选取 蜗杆头数：由《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）,选取 齿数比： u＝＝30 蜗杆齿顶圆直径：《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2.5－16,选取 =45mm 蜗轮轮缘宽度：《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2.5－16,选取 b=37mm 蜗轮齿距角： ＝ 蜗杆包容蜗轮齿数： K＝=5 蜗轮齿宽包角之半： ＝0.5（K－0.45）= 蜗杆齿宽：《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2.5－16,选取 =53mm 蜗杆螺纹部分长度：《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2.5－16，选取 =59mm 蜗杆齿顶圆弧半径：《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2.5－16，选取 R=82mm 成形圆半径：《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2.5－16,选取 =65mm 蜗杆齿顶圆最大直径：《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2.5－16，选取 =53.8mm 蜗轮端面模数： m＝=mm 径向间隙： =0.5104mm 齿顶高： h=0.75 m=2.233mm 齿根高： h= h+ C=2.7434mm 全齿高： h= h+ h=4.9764mm 蜗杆分度圆直径： ＝（0.624＋）a ＝40.534mm 蜗轮分度圆直径： ＝2a－＝301.466mm 蜗轮齿根圆直径： d＝－2 h=298.9792mm 蜗杆齿根圆直径： d＝－2 h=35.05， 判断：因为=28.12mm,满足要求 蜗杆平均导程角： ＝ 分度圆压力角： = 蜗轮分度圆齿厚： 数据带入公式得 5.508mm 齿侧隙：查表4-2-6得 3.4蜗杆的设计校核 影响环面蜗杆传动的主要承载能力的主要因素有两点：1、蜗杆齿面的胶合影响2、涡轮齿根的剪切强度的影响。所以，在校核的时候，需要在确定好传动功率的前提之下，然后对涡轮齿根的强度进行校核。 这里给出校核的计算方法： 校核： 其中 —— 作用于蜗轮齿面上的及摩擦力影响的载荷; —— 蜗轮包容齿数 —— 蜗杆与蜗轮啮合齿间载荷分配系数; ——蜗轮齿根受剪面积; 公式中各参数的计算 （1）的计算 = ——作用在蜗轮轮齿上的圆周力， ——蜗杆喉部螺旋升角 ，4.5 —— 当量齿厚， 滑动速度 = =2.01m/s 根据滑动速度查机械设计手册3－3－9得 将数据带入公式得 =N （2）计算得 = 5 （3）蜗轮齿根受剪面积 —— 蜗轮齿根圆齿厚； 由上可知 —— 蜗轮端面周节； —— 蜗轮理论半包角； —— 蜗轮分度圆齿厚所对中心角。 数据带入公式得 =7.03mm 由上可得 对于锡青铜齿圈,取 查手册取铸锡磷青铜，砂模铸造，抗拉强度=225MPa ， 则 < 故得出结论，符合强度要求。 3.5输出轴的设计计算 由《机械零件设计》表6－1选用45号钢，调质 =650 2、轴径的初步计算 由《机械零件设计》表6－2，取A＝112，根据公式 ， 其中 —— 轴的转速，30r/min —— 轴传递的功率，1.1kw —— 计算截面处的轴的直径 将数据代入公式得 3.确定轴的各段直径和长度 （1）滚动轴承的选择，考虑到使用过程中，轴承既受到来自轴向的作用力，又会受到来自于轴向的作用力。所以，设计用深沟球轴承和推力球轴承组合，将型号确定后列在下面： 深沟球轴承6032zz两只，d×D×T=160×240×38mm 深沟球轴承6015zz两只，d×D×T=75×115×20mm 推力球轴承51315一只。 d×D×T= 75×135×44mm （2） 确定轴上安装涡轮位置的外径=65mm，另外，使用轴套对涡轮的端面和轴承之间进行定位，有上述计算可知，蜗轮轮缘的宽度是37mm，故确定蜗轮轮毂宽度为100mm，为了使涡轮牢靠的被压紧在轴上，4-5段应略短于轮毂宽度，故取L=50mm。 （3）蜗轮右端采用轴肩定位，轴肩高度0.07d，取=6mm，则轴环处直径=77mm，轴环宽度，取 =12mm，=12mm，=68mm。 （4）轴承端盖的总宽度确定为28mm。为了便于拆装、对内部惊醒润滑脂的添加，可以确定端盖的外端面到联轴器之间的间距L=22 mm， （5）计算危险截面的应力，轴上平键的规格为10x8x55 弯曲应力 剪切应力 材料为45钢，热处理为调质处理，由机械设计手册知:  抗拉强度极限，弯曲疲劳极限，扭转疲劳极限 查看机械设计手册查得材料等效系数：，ff  在经过磨削加工的过程中，轴的表面的质量系数 键槽的应力集中系数由机械设计手册查得：， 大于轴键槽处截面的许用安全系数[S]=1.5~1.8，故危险界面安全。 结 论 本次的设计能够顺利的完成，离不开老师的悉心指导。设计的过程中，发现很多之前以为很简单的问题，当你深入去思考，实际去做的时候，并不是那么的简单。每一个细节都会决定到整个项目的成败。本次的机械手设计，在总体方向的把握上已经做的比较不错，能够抓住重点，从实际出发，满足实际生产的需求。但由于时间有限，跟人水平的局限，设计中还是会存在一些不足之处，比如说，各处运动部件的极限位置限制的设置并没有做详细的介绍。在各个关节的减速机的选用上，由于选用的是标准间，加上时间仓促，没有做说明。为了是机械手的作业效率更高，需要在机械手的调试、运行初期对机械手的平衡性作分析，进一步做出改善方案。以保持良好的平衡性能。 机械手的极限限位对于机械手的保护很重要，他可以在限位感应器时效的情况下，依靠外界增加的硬限位块来组织运动部件的进一步位移。从而避免运动部件超出形成发生撞机或者机械性损伤。所以，还需要进一步对机械手的结构进行细致的研究，并了解各种限位设计的原理。对取料搬运机械手增加一道硬件保护。另外，在调试和使用初期，对机械手的平衡型进一步的改善，必要的情况下，增加平衡块，以保证机械手的高效运行。 谢 辞 毕业设计的这段期间里，一方面将大学阶段所学的相关知识重新温故了一遍，另一方面，将书本的上的只是应用到了实际之中。毕业设计中通过方案比较，理论设计与计算，设计机械结构，工程制图，编写设计规范的培训，使个人的理论水平和实践能力有了飞跃，在设计，分析，实践能力等方面锻炼个人，同时专业知识得到充分巩固和加强。在毕业设计过程中，指导我的老师给了很多专业帮助。在设计准备的早期阶段，教师非常关注我的主题，指出主题选择的方向，有助于分析主题和实践的可行性，项目需要注意潜在的问题；在方案选择中，对于我需要指出的是，掌握知识范围的关键，困难的原理和帮助我分析相应的知识，使我的毕业设计能够顺利进行。因为我以后的工作和学习打下了坚实的基础，是他们灌输我看到更多的人的技能，留给我未来生活的足迹更深的印象，我真诚地感谢所有的老师帮助我。此外，非常感谢许多其他学生，他们的许多想法，并建议一个伟大的灵感给我。在这谢谢你！由于时间和个人知识和能力水平有限，论文将不可避免地有一些缺陷或错误，请教师评论。非常感谢！ 参 考 文 献 [1]吴宗泽.机械零件设计手册 [M].北京工业出版社，2004：188~199  [2]陈新元 张安龙.装配线机械手电气混合控制[J].液压与气动。2007（3）  [3]陶相厅、袁锐波、罗景气，动机械手的应用现状与发展前景[OL]，中国传动网2008  [4]上海工业大学流控实验室。气动技术基础[M]。机械工业出版社。1982  [5]李允文.工业机械设计手册.。北京：机械工业出版业，1994，8  [6]候析.刘涛.装卸机械手设计研究。机械，2004，7  [7]卢松峰.机械课程设计手册。第一版。北京工业出版社，1994，8  [8]李昌辉.自动上料机器人系统开发[D]。哈尔滨工业大学，2009  [9]陈志权.基于PLC气动机械手的控制系统[J]。兵工自动化 2008，4  [10]孙迎远.PLC在气动机械手中的应用[J]。煤矿机械 2008，9  [11]王雄耀.近代气动机器人的发展与应用[J]。液压气动与密封。1999，5  [12]彭坚.气动机械手与PLC控制系统的设计与实现[J]。同用机械。2004，7  [13]杨振球、易孟林.高精度气动机械手的研发及应用[J]。液压与气动 2006，2  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