碼垛機器人三維設計（含SW三維圖+CAD圖紙+說明書）

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 洛陽理工學院 畢業設計（論文）任務書 （指導教師填表） 學生姓名 翟曉帥 學號 班級 B080204 指導教師 李彬 課題類型 t 設計 □論文 課題來源 □科研 □實驗 t 工程 □社會 □其它 題目 基于分形特性的鉆削加工有限元模擬 主要 研究 目標 (或研 究內容) 1、分析題目和設計技術要求，查閱相關文獻資料。 2、多方參考，進行方案設計對比，完成開題報告。 3、確定總體方案；對袋裝物料碼垛機器人的機構進行對比分析，完成總體方案的設計，并對其機構進行細化設計，主要零部件的工作參數設計計算以及關鍵零部件進行校核計算等。 4、繪制袋裝物料碼垛機器人的設計圖，包括裝配圖和部分零件圖。 5、編寫畢業設計說明書。 課題要求、主要任務及數量 目標： 掌握一般結構設計的方法；了解并掌握一般標準件的設計選型流程和非標零件的設計方式；提高自身運用所學知識解決實際加工難題的能力。 對袋裝物料碼垛機器人的機構進行對比分析，完成總體方案的設計，并對其機構進行細化設計，主要零部件的工作參數設計計算以及關鍵零部件進行校核計算等。 要求： 1. 分析題目和設計技術要求，查閱20篇以上的相關文獻資料。 2. 三維總裝配圖一套。 3. CAD二維圖一套，圖紙量不少于2.5張A0（包括部分裝配和零件圖總量）。 4. 畢業論文一本（0.8-1.0萬字）。 課題要求、主要任務及數量 主要設計參數： （1）結構形式：多關節機械手； （2）物料尺寸：L*W*H=500*300*150mm； （3）質量：10Kg； （4）驅動方式：伺服電機； （5）最大作業范圍1500mm； （6）重復運動精度：±0.10mm； （7）工作效率：5c/min； （8）環境溫度:0-60℃； （9）安裝方式:地面安裝。 進度計劃 第1~2周：借閱相關資料、文章，完成開題報告； 第3～5周：對袋裝物料碼垛機器人的機構進行對比分析，完成總體方案的設計； 第6～11周：對其機構進行細化設計，主要零部件的工作參數設計計算以及關鍵零部件進行校核計算等。 第11～14周：繪制袋裝物料碼垛機器人的設計圖，包括裝配圖和部分零件圖； 第15周：撰寫畢業說明書； 第16～17周：答辯。 指導教師簽字： 系主任（教研室）簽字： 年 月 日 洛陽理工學院 畢業設計（論文）開題報告 院（部）： 機械工程學院 （學生填表） 課題名稱 袋裝物體的碼垛機器人設計 學生姓名 學號 班級 指導教師 職稱 學位 課題類型 R設計￡論文 課題來源 □科研□實驗R工程□社會R其它 1. 綜述本課題國內外研究動態，說明選題的依據和意義 工業機械手是一種模仿人手部分動作，按照預先設定的程序，軌跡或其他要求，實現抓取、搬運工件或操作工具的自動化裝置。它在二十世紀五十年代就已用于生產，是在自動上下料機構的基礎上發展起來的一種機械裝置，開始主要用來實現自動上下料和搬運工件，完成單機自動化和生產線自動化，隨著應用范圍的不斷擴大，現在用來夾持工具和完成一定的作業。實踐證明它可以代替人手的繁重勞動，減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產率。本次設計中的多關節型機械手采用兩個回轉關節和一個移動關節；兩個回轉關節控制左右旋轉運動，而移動關節則實現上下運動，其工作空間如工作空間圖，它的縱截面為矩形的回轉體，上下兩面的高度為移動關節的行程長，兩回轉關節轉角的大小決定回轉體截面的大小、形狀。 工業機械手近幾年的普及越來越高，在自動化生產中有著越來越重要的作用。工業機械手也是工業機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現在人的智能和適應性。機械手可以代替人完成一些復雜的、重復性的、高強度的工業操作。工業生產越來越依賴與它。 關節機器人以工作范圍大，動作靈活、結構緊湊、能夠抓取靠近基座的物體等特點而受到設計者和使用者的關注。機器人關節是機器人的基礎部件，其性能的好壞直接影響機器人的性能。本節根據機器人關節的功能特點、驅動方式、應用場合和主要結構等進行了分類，介紹了典型的機器人關節結構形式。對工業機器人和擬人機器人的關節結構進行了較為詳細的介紹。隨著數字伺服技術等電子技術的發展，機器人關節也在不斷發展。機器人關節呈現出大力矩、高精度、反應靈敏、小型化、機電一體化、標準化和模塊化等趨勢，以適應機器人技術發展的需要。 自1980年代以來，工業機器人收到國家的重視，得到進一步的發展。作為一個整體，為了滿足現代工業高速發展的需要，機器人的開發更傾向于滿足以下特點：活動范圍廣，工作靈活，操作控制方便，可滿足需求不同行業。比如說，日本的安川機器人公司設計的機器人，具有不要同的關節，根據同步的作業條件選擇對應的多關節工作機器人，通過對機器人結構的改變，實現各種作業任務。如：噴漆、焊接、檢測等等。 對于生產需求狀況，就整體而言，機器人市場需求只增不降。在多種因素的引誘下，工業機器人產業的發展速度將再次提速，步入歷史上的第二個繁榮發展期，或將比第一次浪潮還要巨大。 結合我國目前的情況來看，我國人工成本仍然處于上升階段，并且從2012年工業機器人爆發以來，才持續了幾年時間，從日本長達10年高速增長的經驗的走勢，我國正在使機器人行業往更深度，更全面的領域發展，結合另一個更加通用的需求指標：機器人密度。2015年中國機器人的密度僅為36臺/萬人，遠低于世界水平66臺/萬人。韓國、日本、德國、美國的機器人密度分別為437、323、282、152臺/萬人。我國遠遠落后于全球平均水平，與先進的制造業國家相比落后較遠。這種差距也間接的顯示出了未來工業機器人的需求空間。 隨著如今科學技術的快速發展，以及人工勞動成本的增加。機器人代替人工的趨勢越來約明顯。機械手可減少人力，并便于有節奏的生產。這一課題需要一個能自動搬運的機械手，能實現快速，準確的搬運碼垛到指定區域。 此外，專業學生的機電一體化，將在現代機電設備設計制造，機器人的機械設計技術，電子技術，以及計算機技術的融合與融合，豐富的內容，覆蓋面，跨學科性，并導致學生獲得他們所學到的關于現代機電設備設計的課程知識能力的基礎的綜合利用。另一方面，通過CAD軟件的研究和應用，可以提高繪圖效率和表面質量，進一步提高學生的計算機應用技術，以及后來進入現代機電設計領域良好的基礎。 2.研究的基本內容，擬解決的主要問題 （1） 工作原理： 1.行走機構 2.行走電機 3.貨叉 4.貨叉伸縮電機 5.減速機 6.升降電機 7.立柱 1-1圖 方案一簡圖 方案一中，碼垛機的機械結構主要包括門架結構、行走機構、升降機構、貨叉伸縮機構。底座由由兩端的行走輪支架及鋼板焊接成的矩形梁構成，起支撐整體重量的作用。立柱截面為空心矩形，具有良好的強度，節省材料，還有減震的作用。貨叉沿立柱上下運動，承受載荷后，會對立柱與貨叉結合處產生極大的力矩，所以在立柱兩側加工有垂直導向槽，可以通過導向輪對載貨臺起到一定的支撐作用。也能防止貨叉前后移動。行走機構設計有四個行走輪，支撐整個碼垛機的全部載荷 ,帶動碼垛機沿天地軌方向運動。 1.基座 2.轉動機構 3.大臂轉軸 4.大臂 5.連桿 6.腕轉軸 7.小臂 8.夾緊機構 9 夾爪 1-2圖 方案二簡圖 方案二中，碼垛機的機械結構主要包括機械手關節主要有基部，腰部，肘部，手腕和手握五部分：旋轉接頭底部的腰部安裝在伺服電機底座上，驅動整個機械手旋轉運動；旋轉彎頭：大臂由伺服電機齒輪減速電機驅動，從而推動彎頭上方大臂結構的旋轉運動，即俯仰運動；手腕，前臂旋轉：伺服電機驅動齒輪減速電機，通過連桿到前臂手腕運動傳動，從而給前臂結構帶來動力，使肘關節周圍做旋轉運動，即俯仰運動； 4，手腕旋轉運動：伺服電機驅動齒輪減速器，通過齒輪傳動，驅動前臂軸線繞肚臍旋轉。 關節式機械手自由度：關節式工業機械手的自由度為：基座繞S軸旋轉；圍繞上臂L軸旋轉運動（運動）；前臂繞U軸旋轉（上下）；前臂纏繞R軸旋轉運動；腕的旋轉運動。 方案一結構的碼垛機價格相對便宜，在高度方向可以向上擴展到很高的作業范圍，整個碼垛機的作業空間更大。適用于立體倉儲中的碼垛。方案二結構的碼垛機通用性更強，反應速度更快?？紤]到本次碼垛對象為袋裝物體，它的比較柔軟，不具有固定的形狀，比較松軟。方案一的貨叉結構在處理這種貨物時，并不占優優勢。二方案二中的夾爪結構則更能快速靈活的獎袋裝物料迅速抓起、放下，完成指定的碼垛工作。所以本次設計優先選擇方案二的結構。主要在結構輕量化和可靠性方面進行深入優化。 3. 研究步驟、方法及措施。 1、分析題目和設計技術要求，查閱15篇以上的相關文獻資料。 2、多方參考，完成開題報告。 3、確定總體方案；對袋裝物料碼垛機器人的機構進行對比分析，完成總體方案的設計，并對其機構進行細化設計，主要零部件的工作參數設計計算以及關鍵零部件進行校核計算等。 4、繪制袋裝物料碼垛機器人的設計圖，包括裝配圖和部分零件圖。 5、編寫畢業設計說明書。 4. 研究工作進度。 第3～5周：調研，查閱文獻，考察現場；完成開題報告。 第6～11周：對袋裝物料碼垛機器人的機構進行對比分析，完成總體方案的設計；并對其機構進行細化設計，主要零部件的工作參數設計計算以及關鍵零部件進行校核計算等。 第11～14周：繪制袋裝物料碼垛機器人的設計圖，包括裝配圖和部分零件圖； 第15周：撰寫畢業說明書； 第16～17周：答辯。 5. 主要參考文獻。 [1]吳宗澤.機械零件設計手冊?[M].北京工業出版社，2004：188~199? [2]陳新元?張安龍.裝配線機械手電氣混合控制[J].液壓與氣動。2007（3）? [3]陶相廳、袁銳波、羅景氣，動機械手的應用現狀與發展前景[OL]，中國傳動網2008? [4]上海工業大學流控實驗室。氣動技術基礎[M]。機械工業出版社。1982? [5]李允文.工業機械設計手冊.。北京：機械工業出版業，1994，8? [6]候析.劉濤.裝卸機械手設計研究。機械，2004，7? [7]盧松峰.機械課程設計手冊。第一版。北京工業出版社，1994，8? [8]李昌輝.自動上料機器人系統開發[D]。哈爾濱工業大學，2009? [9]陳志權.基于PLC氣動機械手的控制系統[J]。兵工自動化?2008，4? [10]孫迎遠.PLC在氣動機械手中的應用[J]。煤礦機械?2008，9? [11]王雄耀.近代氣動機器人的發展與應用[J]。液壓氣動與密封。1999，5? [12]彭堅.氣動機械手與PLC控制系統的設計與實現[J]。同用機械。2004，7? [13]楊振球、易孟林.高精度氣動機械手的研發及應用[J]。液壓與氣動?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.答辯內容 7.指導教師意見 指導教師簽字： 年 月 日 8.答辯委員會意見 答辯委員會主任簽字： 年 月 日 目 錄 第1章 緒論 4 1.1 課題研究的目的意義 4 1.2 國內外機械手的發展狀況 4 1.3 機械手的組成與分類 5 1.4 課題研究內容 6 第2章 總體方案 7 2.1 總體設計方案 7 2.2 各部分結構方案 8 第3章 關鍵部件的設計計算 10 3.1手部的設計計算 10 3.2各關節電機的選型計算 11 3.3蝸輪蝸桿的設計計算 12 3.4蝸桿的設計校核 15 3.5輸出軸的設計計算 17 謝 辭 20 參 考 文 獻 21 摘要 本項目來源于某糖廠生產的糖包運輸線末端需要機械手搬運堆垛時，糖包需要快速準確的移動到指定區域按規律進行堆垛，現今現場操作基本都是手動完成，這樣操作不安全、速度慢，勞動強度大，所以設計一套抓取搬運機械手來替代工人進行快速準確的工作迫在眉睫，機械手可減少人力，并便于有節奏的生產。這一課題需要一個能自動搬運的機械手，能實現快速，準確的搬運堆垛到指定區域。 本文主要是對搬運機械手進行了設計研究。工業機械手是近幾十年發展起來的一種高科技自動生產設備。工業機械手也是工業機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現在人的智能和適應性。機械手作業的準確性和環境中完成作業的能力，在國民經濟領域有著廣泛的發展空間。 關鍵詞：工業機械手 搬運 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 緒論 1.1 課題研究的目的意義 窗體頂端 1962年，機械鑄造公司制造成為一個nc實踐教學操縱器。經銷商叫Unimate。復制罐轉塔運動系統，可實現臂旋轉，俯仰功能，采用液壓驅動;帶有磁鼓存儲設備的控制系統。在這個基礎上開發了很多球面坐標型通用機械手。 1962年美國機械鑄造公司是一個多關節機械手實驗，它可以實現靈活的操作，機械手的中心支柱在其原有的功能基礎上，可以實現旋轉臂，升降，定標。雖然兩個操縱器出現在60年代初，但是外國工業機械手的發展的基礎。 在1978年的斯坦福大學，麻省理工學院開發了許多類型的工業機械手關節型，具有小型電子計算機控制，用于裝配線作業，定位誤差小于1 mm，這使得機械手的發展到新的高度。窗體底端 本項目來源于某糖廠生產的糖包運輸線末端需要機械手搬運堆垛時，糖包需要快速準確的移動到指定區域按規律進行堆垛，現今現場操作基本都是手動完成，這樣操作不安全、速度慢，勞動強度大，所以設計一套抓取搬運機械手來替代工人進行快速準確的工作迫在眉睫，機械手可減少人力，并便于有節奏的生產。這一課題需要一個能自動搬運的機械手，能實現快速，準確的搬運堆垛到指定區域。 此外，專業學生的機電一體化，將在現代機電設備設計制造，機器人的機械設計技術，電子技術，以及計算機技術的融合與融合，豐富的內容，覆蓋面，跨學科性，并導致學生獲得他們所學到的關于現代機電設備設計的課程知識能力的基礎的綜合利用。另一方面，通過CAD軟件的研究和應用，可以提高繪圖效率和表面質量，進一步提高學生的計算機應用技術，以及后來進入現代機電設計領域良好的基礎。 機器人機械手的總體設計，主要解決的關鍵技術是機器人的設計結構、機器人設計的基礎，它的設計將直接影響到未來運動控制和機器人運動特性的影響。 具體設計參數要求如下： （1）結構形式：多關節機械手； （2）物料尺寸：L*W*H=500*300*150mm； （3）質量：10Kg； （4）驅動方式：伺服電機； （5）最大作業范圍1500mm； （6）重復運動精度：±0.10mm； （7）工作效率：5c/min； （8）環境溫度:0-60℃； （9）安裝方式:地面安裝。 1.2 國內外機械手的發展狀況 窗體頂端 1962年，機械鑄造公司制造成為一個nc實踐教學操縱器。經銷商叫Unimate。復制罐轉塔運動系統，可實現臂旋轉，俯仰功能，采用液壓驅動;帶有磁鼓存儲設備的控制系統。在這個基礎上開發了很多球面坐標型通用機械手。 1962年美國機械鑄造公司是一個多關節機械手實驗，它可以實現靈活的操作，機械手的中心支柱在其原有的功能基礎上，可以實現旋轉臂，升降，定標。雖然兩個操縱器出現在60年代初，但是外國工業機械手的發展的基礎。 在1978年的斯坦福大學，麻省理工學院開發了許多類型的工業機械手關節型，具有小型電子計算機控制，用于裝配線作業，定位誤差小于1 mm，這使得機械手的發展到新的高度。窗體底端 1962年，機械鑄造公司制造成為一個nc實踐教學操縱器。經銷商叫Unimate。復制罐轉塔運動系統，可實現臂旋轉，俯仰功能，采用液壓驅動；帶有磁鼓存儲設備的控制系統。在這個基礎上開發了很多球面坐標型通用機械手。 美國還通過改進結構進一步提高了操縱器的可靠性和穩定性，從而降低了成本。如果HuiPuMan機械手建立試驗臺，進行各種性能試驗。準備意味著故障時間（注意：平均故障時間是一個設備可靠性的度量，它顯示了第一次故障之前的平均經過時間），從400小時增加到400小時，可以將精度提高到0.1 mm 。 1970年，德國開始應用操縱器，設計這個的目的主要是用于一些工礦比較惡劣的條件下，代替人工來作業，比如起重，運輸，焊接和準備上下料等。接頭結構用于德國西門子和程序控制，使焊接機械手的功能。 現代日本是一個擁有最大工業操縱者的國家，這是增長最快的應用。從美國介紹了兩種典型的機械手，日本在此基礎上，不斷創新，做機器人更容易實用。數據顯示，1979年，從事機械手方面研究的企業或單位等已經到達80多個之多。1976年，大學和國家研究部門對機械手的研究已經超過了42％的占比。 1979年日本產值443億元的機械手，生產14535臺。其中，固定程序、可變動的占據了一半之多，涉及金額高達228億日元，這個數據是1978年的兩倍。帶有操縱器輸出值的記憶功能的研究約合在67億日元，這相比與1978年，已經增長了一半。智能操縱器約17億日元，六次到1979年，累計生產56900套機械手。這個數字占了世界。約占70％，年均增長率達50％?60％。汽車行業是使用機械手最多的行業，其次是電機行業，在其次是電器行業。到1990年將有550000個機器人在工作。 自1980年代以來，進入國家的操縱者和獲得進一步發展。作為一個整體，為了滿足現代工業高速發展的需要，機械手的開發更傾向于滿足以下特點：活動范圍廣，工作靈活，操作控制方便，可滿足需求不同行業。比如說，日本的安川機械手公司設計的機械手，具有不要同的關節，根據同步的作業條件選擇對應的多關節工作機械手，通過對機械手結構的改變，實現各種作業任務。如：噴漆、焊接、檢測等等。 條件允許的情況下，還應該大力研究伺服，存儲器等，并具有人手的性能，如觸摸，視覺，考慮和計算機組合，逐漸成為整個機械制造系統的基本單位，從而進一步縮小并受到德國和日本等機器人國外國家的快速發展，兩者之間的差距。 1.3 機械手的組成與分類 1.3.1機械手的組成 通常來說，機械系統，驅動系統和控制系統這三個部分共同組成機器人整體。 和人和類似的手臂動作功能的本體結構?？梢栽诳臻g中進行抓取物體或其他操作，由機械結構，驅動裝置，傳動裝置組成。 機器人包括末端執行器，臂，手腕，框架和行走機構的設計。 這里是部分結構的介紹。 （1）執行結構一般位于機械手的末端，稱之為手爪。機器人是直接用來抓住(或吸附)工件或維護特殊工具(如槍支、扳手、焊接工具)操作部分，它能模仿人手的動作。爪是安裝在前面的胳膊，它的結構和大小可以根據不同的需求而設計的。夾具機械設備一般可分為三類，分別為吸附終端執行器和特殊工具。重要的是要強調的是，我需要完整的機器人的重量處理功能設計，可以在一定條件下焊接。 （2）手腕：連接到臂和部件的末端執行器。由于手腕結構設計可以更靈活，更廣泛的實現提升手柄。 （3）手臂：臂用于支撐手腕和部件末端的執行器。它包括驅動裝置，傳動裝置，定位裝置和原始檢測等。 （4）基座是機器人的基本部分，一般分為固定和移動兩種，用于支持。直接支持臂部分，從而實現手臂的旋轉。 1.3.2機械手的分類 工業機械手按一般意義來說，有幾種分類方式：可按應用用途、驅動方式和控制系統分類。 按用途分機械手可分為通用機械手與專業機械手兩大類。 (1)通用機械手 通用機械手最大的操縱控制器是獨立的驅動系統和控制系統，此外，通用機械手操作范圍、高定位精度和通用性。因此，您可以調整他們的行動計劃，機械手應用在不同的場合。目前，通用機器人生產中小型生產更多的應用程序。根據其控制通用機械手定位以不同的方式可分為兩種:簡單、伺服式容易”打開和關閉控制定位，只有位置控制，伺服類型可能有點。 （2）專用機械手? 與通用機械手相比，特殊機械手有更少的工作行動的特點，單一的工作對象，定位精度低。它可以用于大量的自動化生產，如自動機床、加工中心、自動上下。 2.按驅動方式分? （1）液壓機械手 使用液壓驅動執行機構的機械手。 其特點是：傳動平穩，結構緊湊，動態磁化率高。 因為漏油對機械手的工作性能影響很大。 所以機械手是嚴格的密封。 此外，不能在高溫或低溫下工作。 （2）氣壓驅動機械手 使用壓縮空氣的壓力來驅動執行機構的執行機構。其特點是:小的輸出，氣動快速行動，快，結構簡單，成本低。 由于空氣的性質是可壓縮的，這種機械手的沖擊功大，速度穩定，相對于液壓機械手，氣動機械手更適合在高溫和輕負荷的環境中工作。? (3)電機傳動機械手? 機器人由直流電機驅動，步進電機或伺服電機是簡單的，因為它不需要一種中間切換機制。另外，該機械手運動速度快，行程長。雖然應用不多，但很有發展前途。? 1.4 課題研究內容 窗體頂端 1962年，機械鑄造公司制造成為一個nc實踐教學操縱器。經銷商叫Unimate。復制罐轉塔運動系統，可實現臂旋轉，俯仰功能，采用液壓驅動;帶有磁鼓存儲設備的控制系統。在這個基礎上開發了很多球面坐標型通用機械手。 1962年美國機械鑄造公司是一個多關節機械手實驗，它可以實現靈活的操作，機械手的中心支柱在其原有的功能基礎上，可以實現旋轉臂，升降，定標。雖然兩個操縱器出現在60年代初，但是外國工業機械手的發展的基礎。 在1978年的斯坦福大學，麻省理工學院開發了許多類型的工業機械手關節型，具有小型電子計算機控制，用于裝配線作業，定位誤差小于1 mm，這使得機械手的發展到新的高度。窗體底端 為了更好的完成本次設計內容，首先需要查閱盡可能多的相關資料，充分了解相關機械手的結構原理。然后按照 本次的設計要求，設計一個多關節型物料搬運機械手。 主要需要設計機械手的腰部基座，這部分為機械手的旋轉關節，可以在水平面內任意角度旋轉，以滿足機械手在基座一定的半徑范圍內作業。以及機械手的大臂、小臂。主要設計任務有： 1.根據已知袋裝物料如大米等的尺寸、重量及工作要求，研究設計出抓取機械手。 2.該設計重點是機械手的抓取機構，機械手需水平面內360度旋轉，以適應物料袋平放時所處的任何角度。 3.繪制抓取搬運機械手的裝配圖和關鍵零部件圖,編寫完善的設計說明書。 第2章 總體方案 2.1 總體設計方案 1.行走機構 2.行走電機 3.貨叉 4.貨叉伸縮電機 5.減速機 6.升降電機 7.立柱 2-1圖 方案一簡圖 方案一中，碼垛機的機械結構主要包括門架結構、行走機構、升降機構、貨叉伸縮機構。底座由由兩端的行走輪支架及鋼板焊接成的矩形梁構成，起支撐整體重量的作用。立柱截面為空心矩形，具有良好的強度，節省材料，還有減震的作用。貨叉沿立柱上下運動，承受載荷后，會對立柱與貨叉結合處產生極大的力矩，所以在立柱兩側加工有垂直導向槽，可以通過導向輪對載貨臺起到一定的支撐作用。也能防止貨叉前后移動。行走機構設計有四個行走輪，支撐整個碼垛機的全部載荷 ,帶動碼垛機沿天地軌方向運動。 1.基座 2.轉動機構 3.大臂轉軸 4.大臂 5.連桿 6.腕軸 7.小臂 8.夾緊機構 9 夾爪 2-2圖 方案二簡圖 窗體頂端 方案二中，碼垛機的機械結構主要包括機械手關節主要有基部，腰部，肘部，手腕和手握五部分：旋轉接頭底部的腰部安裝在伺服電機底座上，驅動整個機械手旋轉運動；旋轉彎頭：大臂由伺服電機齒輪減速電機驅動，從而推動彎頭上方大臂結構的旋轉運動，即俯仰運動；手腕，前臂旋轉：伺服電機驅動齒輪減速電機。 方案一結構的碼垛機價格相對便宜，在高度方向可以向上擴展到很高的作業范圍，整個碼垛機的作業空間更大。適用于立體倉儲中的碼垛。方案二結構的碼垛機通用性更強，反應速度更快?？紤]到本次碼垛對象為袋裝物體，它的比較柔軟，不具有固定的形狀，比較松軟。方案一的貨叉結構在處理這種貨物時，并不占優優勢。二方案二中的夾爪結構則更能快速靈活的獎袋裝物料迅速抓起、放下，完成指定的碼垛工作。所以本次設計優先選擇方案二的結構。主要在結構輕量化和可靠性方面進行深入優化。 2.2 各部分結構方案 基座：基座主要用于固定機械手，是機械手擁有一個堅實的根基，這樣，既可以保證機械手的穩定性，又可以保證機械手的精度。基座一般使用焊接結構，結構簡單又便于制造。如圖2-1所示。 圖2-3 基座結構圖 腰部：腰部安裝在基座上，主要其支撐轉的作用，保證機械手在水平面內可以任意角度旋轉。由于上面的重量全部幾種在腰部，所以腰部的旋轉傳動選優能夠傳遞足夠大的扭力。初步設計使用蝸輪蝸桿傳動，傳動比可以比較大。支撐軸承選擇推力球軸承和深溝球軸承組合，既可以保證轉速又可以保證來自轉軸軸向的重力。電機選擇大扭矩的伺服電機，以保證轉向的精度。如圖2-2. 圖2-4 腰部結構簡圖 機器人的手臂需要在一定的速度下，并且有一定負載的情況下，完成一定空間的運動。這部分結構比較簡單，通過步進電機加減速機直接驅動手臂的旋轉。 圖2-5 肘部關節結構簡圖 機器人手臂部分的運動（包括腰部旋轉運動）給予機器人末端執行器在其工作空間中的運動位置，并且在機器人臂中的手腕末端，然后給予機器人末端執行器在運動的工作空間。 圖2-6 手腕結構簡圖 機器人夾持器和機器人夾具。 一般工業機器人，大多是雙手指。本設計中的加持部件主要用于抓取袋裝物料，根據袋裝物料的尺寸800x500x250設計一款專門的取料搬運夾爪，夾爪的動力主要有氣缸來提供，氣缸通過連桿結構，將直線運動轉化為夾爪的擺動。實現對袋裝物料的取放。 圖2-7 氣動夾持機構結構簡圖 第3章 關鍵部件的設計計算 3.1手部的設計計算 手部的動力有氣缸來提供，氣缸的選型是否合理直接影響到夾爪的夾緊力。下面，對手部氣缸的選型計算做詳細的介紹。 1、預選氣缸 根據工作環境、受力形式確定使用何種氣缸：圓形氣缸、方形氣缸、滑臺氣缸、帶導桿氣缸。這里，為了節約空間，便于安裝。選定氣缸的類型為方形薄型氣缸。同時，為了便于控制，需要選擇帶磁環的氣缸，加裝氣缸形成感應器，形成一個簡單的閉環回路。 速度分析：經驗時間：夾爪的動作時間計算，為了方便計算，一般根據經驗，行程小于30mm的按0.2秒計算，行程在30~200mm之間的，按0.5秒計算 2、?受力分析-選擇氣缸缸徑 負載率：氣缸的負載率η是氣缸活塞桿的軸向載荷力F與氣缸的理論輸出力F0的比值。 Η= F / F0×100％，氣缸的負載系數η與負載的運動狀態有關：靜載荷<70％; 氣缸速度50?500mm / s：<50％; 氣缸速度> 500mm / s：<30％預選氣缸的負載率η基于負載的運動狀態。 根據氣缸的負載狀態，確定氣缸的軸向負載力F。根據氣源供氣條件，確定氣缸的使用壓力P，P應小于減壓閥進口壓力的85%。 已知F，η和P，可知氣缸輸出力，據此選定缸徑D。 由公式得 再根據氣缸的面積計算公式， 推出氣缸直徑的計算公式 去安全系數2，則氣缸缸徑選擇為D=15.5x2=31mm。 3、耗氣量計算 氣缸的耗氣量有兩種：最大耗氣量和平均耗氣量。平均耗氣量用于選用空壓機、計算運轉成本。最大耗氣量用于選定空氣處理原件、控制閥及配管尺寸等。最大耗氣量與平均耗氣量之差用于選定氣罐的容積。 最大耗氣量是氣缸以最大速度運動時所需要的空氣流量，可以表示成： qr=0.046*D^2*um 缸徑D為40mm，最大速度為300mm/s，使用壓力為0.6Mpa，則 氣缸的最大耗氣量qr=0.046*40^2*300*(0.6 0.102)=968.76(L/min) 第一：一個循環動作的體積=2×缸徑對應的截面積×行程，在根據節拍可得到常壓下的單循環流量，在乘以（使用壓力 1）即為工作時期內的排氣量。 第二：最大耗氣量=缸徑（cm計）平方再乘以系數10（此時使用壓力為0.6MPa，最大速度為300mm/s） 3.2各關節電機的選型計算 對于屬于機電一體化產品的機器人，伺服系統相當重要。被要求的專用服務器系統具有快速，準確和穩定，即命令輸入的準確和快速的輸出響應變化。一般我們將電機按照原理的不同分為兩類，分為稱為開環控制和閉環控制。步進電機多用于開環控制系統中。而伺服電機則被普遍的應用在閉環伺服系統之中。雖然說來那個這在控制模式上十分的類似，都是使用脈沖信號。但從使用性能和應用的角度來說，二者又有著極大的差別之處。第一，兩者的控制精度有差異，AC伺服電機的控制精度相對于步進電機來講，有著明顯的優勢，其控制精度更高。第二點表現在頻率特性上，步進電機在低速狀態下使用使，特別容易出現振動現象，稱之為低頻振動。而伺服電機在每一個速度運行，都不會出現這種現象。第三，力矩的差異。步進電機的輸出轉矩會隨著運行速度的升高而變小，這種現象在高速狀態下表現的尤為明顯，所以，步進電機的轉速不宜太大。伺服電機則在任何轉速下的輸出力矩都保持不變。第四，過載能力的不同。步進電機一旦發生過載就會掉步，所以，我們說步進電機不具備過載能力，交流伺服電機則具有很強的過載能力。第五，速度相應性能的差異，步進電機相應相對緩慢，通常從0加速到工作狀態，需要200毫秒左右的時間。而交流伺服電機則只需要幾個毫秒的時間。所以，可以用于快速啟停的控制之中。 綜上所述，交流伺服系統在許多性能上優于步進電機。 機械手的設計要求高精度運行，運行穩定，功率輸出穩定，過載能力強，響應快，因此選用交流伺服電機作為電源。 1、確定機械手各部分的質量 2、確定各軸的轉速及轉矩 根據任務書的要求，各關節的轉速要求如下： （1）肘關節：轉動角速度，轉角范圍； （2）腰關節：轉動角速度，轉角范圍； （3）腕關節：轉動角速度，轉角范圍； 3、計算各部分的最大轉矩 （1）腰部的轉矩： =[2x1.5+13x0.3+10.5x1.0]x1.2 =20.88KgN （2）大臂的轉矩： =[2x1.5+13x0.3+10.5x1.0]x1.2 =20.88KgN （3）小臂的轉矩： =[2x1.5+10.5x1.0]x1.2 =16.2KgN 4、各關節的減速機及傳動比 （1）腰部采用蝸輪蝸桿傳動，減速比為1：30； （2）大臂的電機使用了減速臂為1：50的減速機； （3）小臂的電機使用了減速臂為1：50的減速機； 5、電機功率的計算 （1）腰部旋轉電機的功率： （2）大臂旋轉電機的功率： （3）小臂旋轉電機的功率： 伺服電機采用安川電機，根據下表選取 各個電機的型號選擇如下： 腰部旋轉電機：SGMPH-15A 大臂驅動電機：SGMPH-08A 小臂驅動電機：SGMPH-04A 小臂旋轉電機：SGMPH-02A 3.3蝸輪蝸桿的設計計算 1.確定蝸桿的計算功率 式中 K——使用場合系數，每天工作8小時,輕度震動 由《機械工程手冊》查得： K＝1.2； K——制造精度系數，取7級精度，查得： K＝0.9； K——材料配對系數，齒面滑動速度 < 10m/s,由《機械工程手冊》查得： K＝0.85。 代入數據得 以等于或略大于蝸桿計算功率所對應的中心距作為合理的選取值根據《機械工程手冊/傳動設計卷》（第二版）表2·5－22a 選取蝸桿的中心距：a＝100mm 蝸桿傳動幾何參數設計 準平行二次包絡環面蝸桿的幾何參數和尺寸計算表 中心距：由《機械工程手冊/傳動設計卷》（第二版）,標準選取 a=100mm 蝸輪齒數：由《機械工程手冊/傳動設計卷》（第二版）,選取 蝸桿頭數：由《機械工程手冊/傳動設計卷》（第二版）,選取 齒數比： u＝＝30 蝸桿齒頂圓直徑：《機械工程手冊/傳動設計卷》（第二版）表2.5－16,選取 =45mm 蝸輪輪緣寬度：《機械工程手冊/傳動設計卷》（第二版）表2.5－16,選取 b=37mm 蝸輪齒距角： ＝ 蝸桿包容蝸輪齒數： K＝=5 蝸輪齒寬包角之半： ＝0.5（K－0.45）= 蝸桿齒寬：《機械工程手冊/傳動設計卷》（第二版）表2.5－16,選取 =53mm 蝸桿螺紋部分長度：《機械工程手冊/傳動設計卷》（第二版）表2.5－16，選取 =59mm 蝸桿齒頂圓弧半徑：《機械工程手冊/傳動設計卷》（第二版）表2.5－16，選取 R=82mm 成形圓半徑：《機械工程手冊/傳動設計卷》（第二版）表2.5－16,選取 =65mm 蝸桿齒頂圓最大直徑：《機械工程手冊/傳動設計卷》（第二版）表2.5－16，選取 =53.8mm 蝸輪端面模數： m＝=mm 徑向間隙： =0.5104mm 齒頂高： h=0.75 m=2.233mm 齒根高： h= h+ C=2.7434mm 全齒高： h= h+ h=4.9764mm 蝸桿分度圓直徑： ＝（0.624＋）a ＝40.534mm 蝸輪分度圓直徑： ＝2a－＝301.466mm 蝸輪齒根圓直徑： d＝－2 h=298.9792mm 蝸桿齒根圓直徑： d＝－2 h=35.05， 判斷：因為=28.12mm,滿足要求 蝸桿平均導程角： ＝ 分度圓壓力角： = 蝸輪分度圓齒厚： 數據帶入公式得 5.508mm 齒側隙：查表4-2-6得 3.4蝸桿的設計校核 影響環面蝸桿傳動的主要承載能力的主要因素有兩點：1、蝸桿齒面的膠合影響2、渦輪齒根的剪切強度的影響。所以，在校核的時候，需要在確定好傳動功率的前提之下，然后對渦輪齒根的強度進行校核。 這里給出校核的計算方法： 校核： 其中 —— 作用于蝸輪齒面上的及摩擦力影響的載荷; —— 蝸輪包容齒數 —— 蝸桿與蝸輪嚙合齒間載荷分配系數; ——蝸輪齒根受剪面積; 公式中各參數的計算 （1）的計算 = ——作用在蝸輪輪齒上的圓周力， ——蝸桿喉部螺旋升角 ，4.5 —— 當量齒厚， 滑動速度 = =2.01m/s 根據滑動速度查機械設計手冊3－3－9得 將數據帶入公式得 =N （2）計算得 = 5 （3）蝸輪齒根受剪面積 —— 蝸輪齒根圓齒厚； 由上可知 —— 蝸輪端面周節； —— 蝸輪理論半包角； —— 蝸輪分度圓齒厚所對中心角。 數據帶入公式得 =7.03mm 由上可得 對于錫青銅齒圈,取 查手冊取鑄錫磷青銅，砂模鑄造，抗拉強度=225MPa ， 則 < 故得出結論，符合強度要求。 3.5輸出軸的設計計算 由《機械零件設計》表6－1選用45號鋼，調質 =650 2、軸徑的初步計算 由《機械零件設計》表6－2，取A＝112，根據公式 ， 其中 —— 軸的轉速，30r/min —— 軸傳遞的功率，1.1kw —— 計算截面處的軸的直徑 將數據代入公式得 3.確定軸的各段直徑和長度 （1）滾動軸承的選擇，考慮到使用過程中，軸承既受到來自軸向的作用力，又會受到來自于軸向的作用力。所以，設計用深溝球軸承和推力球軸承組合，將型號確定后列在下面： 深溝球軸承6032zz兩只，d×D×T=160×240×38mm 深溝球軸承6015zz兩只，d×D×T=75×115×20mm 推力球軸承51315一只。 d×D×T= 75×135×44mm （2） 確定軸上安裝渦輪位置的外徑=65mm，另外，使用軸套對渦輪的端面和軸承之間進行定位，有上述計算可知，蝸輪輪緣的寬度是37mm，故確定蝸輪輪轂寬度為100mm，為了使渦輪牢靠的被壓緊在軸上，4-5段應略短于輪轂寬度，故取L=50mm。 （3）蝸輪右端采用軸肩定位，軸肩高度0.07d，取=6mm，則軸環處直徑=77mm，軸環寬度，取 =12mm，=12mm，=68mm。 （4）軸承端蓋的總寬度確定為28mm。為了便于拆裝、對內部驚醒潤滑脂的添加，可以確定端蓋的外端面到聯軸器之間的間距L=22 mm， （5）計算危險截面的應力，軸上平鍵的規格為10x8x55 彎曲應力 剪切應力 材料為45鋼，熱處理為調質處理，由機械設計手冊知:? 抗拉強度極限，彎曲疲勞極限，扭轉疲勞極限 查看機械設計手冊查得材料等效系數：，ff? 在經過磨削加工的過程中，軸的表面的質量系數 鍵槽的應力集中系數由機械設計手冊查得：， 大于軸鍵槽處截面的許用安全系數[S]=1.5~1.8，故危險界面安全。 結 論 本次的設計能夠順利的完成，離不開老師的悉心指導。設計的過程中，發現很多之前以為很簡單的問題，當你深入去思考，實際去做的時候，并不是那么的簡單。每一個細節都會決定到整個項目的成敗。本次的機械手設計，在總體方向的把握上已經做的比較不錯，能夠抓住重點，從實際出發，滿足實際生產的需求。但由于時間有限，跟人水平的局限，設計中還是會存在一些不足之處，比如說，各處運動部件的極限位置限制的設置并沒有做詳細的介紹。在各個關節的減速機的選用上，由于選用的是標準間，加上時間倉促，沒有做說明。為了是機械手的作業效率更高，需要在機械手的調試、運行初期對機械手的平衡性作分析，進一步做出改善方案。以保持良好的平衡性能。 機械手的極限限位對于機械手的保護很重要，他可以在限位感應器時效的情況下，依靠外界增加的硬限位塊來組織運動部件的進一步位移。從而避免運動部件超出形成發生撞機或者機械性損傷。所以，還需要進一步對機械手的結構進行細致的研究，并了解各種限位設計的原理。對取料搬運機械手增加一道硬件保護。另外，在調試和使用初期，對機械手的平衡型進一步的改善，必要的情況下，增加平衡塊，以保證機械手的高效運行。 謝 辭 畢業設計的這段期間里，一方面將大學階段所學的相關知識重新溫故了一遍，另一方面，將書本的上的只是應用到了實際之中。畢業設計中通過方案比較，理論設計與計算，設計機械結構，工程制圖，編寫設計規范的培訓，使個人的理論水平和實踐能力有了飛躍，在設計，分析，實踐能力等方面鍛煉個人，同時專業知識得到充分鞏固和加強。在畢業設計過程中，指導我的老師給了很多專業幫助。在設計準備的早期階段，教師非常關注我的主題，指出主題選擇的方向，有助于分析主題和實踐的可行性，項目需要注意潛在的問題；在方案選擇中，對于我需要指出的是，掌握知識范圍的關鍵，困難的原理和幫助我分析相應的知識，使我的畢業設計能夠順利進行。因為我以后的工作和學習打下了堅實的基礎，是他們灌輸我看到更多的人的技能，留給我未來生活的足跡更深的印象，我真誠地感謝所有的老師幫助我。此外，非常感謝許多其他學生，他們的許多想法，并建議一個偉大的靈感給我。在這謝謝你！由于時間和個人知識和能力水平有限，論文將不可避免地有一些缺陷或錯誤，請教師評論。非常感謝！ 參 考 文 獻 [1]吳宗澤.機械零件設計手冊?[M].北京工業出版社，2004：188~199? 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