碼垛機器人三維設計(含SW三維圖+CAD圖紙+說明書)
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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。考慮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。
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[10]孫迎遠.PLC在氣動機械手中的應用[J]。煤礦機械?2008,9?
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[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
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類型:共享資源
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