多自由度直角坐标型码垛机器人本体结构设计答辩稿

多自由度直角坐标型码垛机器人本体结构设计 工作内容和要求 本毕业设计要求掌握机器人或工业机械手的结构及工作原理 实现机械手的三个方向的移动和一个方向的回转 完成一个四自由度的直角坐标型码垛机器人设计 要求所设计机器人能抓取一定质量的工件 完成抓取 搬运 码放功能 并且具有较高的运动平稳性和重复精度 主要内容是设计一具有四个自由度的直角坐标码垛机器人 4根运动轴对应直角坐标系中的X轴 Y轴和Z轴 以及Z轴上带有的一个旋转轴 能够实现自动装载和卸载功能 我所做的工作 1 了解掌握机器人或工业机械手的结构及工作原理 通过方案对比确定最终适合的方案 2 对各部件的计算和选型 和对某些重要构件部件的强度校核 3 通过cad画出总装配图和零件图 和pro E画出三维模型与运动仿真 参数要求 1 单箱重量 15KG 一次搬运两箱 一次总搬运重量 30KG 2 托盘尺寸1600 1600 码垛完了托盘上纸箱最高处到地面 1700mm 3 行程 X方向2200mm Y方向1700mm Z方向1700mm 水平旋转 90o 4 最快码垛速度可达到1000mm s 平均速度为500mm s 码垛精度为1mm 5 码放方式的要求是在托盘尺寸内每层尽可能多地摆放纸箱 托盘四周的纸箱尽可能平稳 要保证运输过程中平稳不倒 而码好的托盘每两层纸箱间要像砌砖墙那样 尽可能地相互压住和咬合 如图下图单数层和双数层的摆放方式不一样 这样才可以保证码满纸箱的托盘 最高1 7米 在运输过程中平稳 方案选择 设计方案初步有两种方案 一种是悬臂式的码垛机器人 第二种是龙门式的码垛机器人 悬臂式码垛机器人龙门式码垛机器人 方案选择 因为在所需工作空间比较大的情况下 龙门式的码垛机器人机构比较稳定 机器人在工作的时候不容易产生晃动 所以选择第二种龙门式码垛机器人 机构设计 1 机械抓手设计2 z旋转轴设计3 z轴设计4 x和y轴的设计 1 机械抓手设计 1 因为码垛机器人要求要准确的把物品放到指定的位置 要求物品能够紧密放置 所以机械抓手设计成一边是固定的夹板 一边是活动的夹板 2 为了能够有更大的夹紧力和更好的平衡性能 采用两个气缸提供夹紧力 抓手的动作过程如下图所示 运动仿真 机械抓手示意图 2 x旋转轴 3 z轴设计 Z轴是上下运动 有两个方案 方案一是采用丝杆螺母形式传动 方案二是采用齿轮齿条形式传动 但方案二抓手和物体的重量直接要求齿轮和齿条来承受 对齿条和齿轮要有很大的强度要求 而且因为齿轮的传动特性 会使下降和上升的速度产生齿轮的多边形效应 所以比较后采取方案一丝杆螺母形式传动 采用丝杠螺母形式也有两方案可以选择 第一种方案是丝杠不动 抓手和物体通过螺母座与丝杠螺母连接做上下运动 第二种是丝杠螺母通过螺母座固定在y轴的工作台上 而丝杠的底部与抓手连接做上下运动 但第二种方案做上下运动的重量比较大 会导致做很多无用功从而使码垛机器人的效率降低 所以通过比较后采取第一种方案 采用这种方案因为只受到竖直的载荷 所以不需要滚动导轨 只需要滚珠丝杆螺母副的计算与选型 z轴装配 z轴装配 4 x y轴设计 x和y轴也是通过丝杆螺母传动 驱动元件也是步进电机 和x y工作台有点相似 但x轴采用龙门机构 需要锥齿轮连接传动 x轴的简图如下 1 电动机 2 锥齿轮z1 3 锥齿轮z2 4 丝杆 x y轴装配图 齿轮放大部分 各组件计算选型的结果 机械抓手的气缸型号为 10A 5LA50B50型气缸x y z轴和z旋转轴的步进电动机型号都为 130BYG2502型步进电机x y轴直线滚动导轨副都为 KL系列的JSA LG35型线滚动导轨副x y z轴滚动丝杆螺母副的型号都为 GD系列2005 3型滚珠丝杠副锥