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7张CAD图纸+说明书完整资料 码垛 机器人 设计 CAD 图纸 说明书 完整 资料

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毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书系 部指导教师职 称学生姓名专业班级学 号设计题目码垛机器人设计设计内容目标和要求随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，使得机器人在码垛、涂胶、点焊、弧焊、喷涂、搬运、测量等行业有着相当广泛的应用。有很多个原因，包括包装的种类、工厂环境和客户需求等将码垛变成包装工厂里一块难啃的骨头，为了克服这些困难，设计一款码垛机器人。一、内容： 1、码垛机器人的总体结构设计 2、码垛机器人各关节传动系统设计 3、码垛机器人控制系统设计 4、绘制装配图，零件图，以及传动和控制系统原理图二、要求： 1、收集资料（相关书籍 5 本以上，文章 10 篇以上） ； 2、绘制 CAD 零件图，装配图，原理图； 3、撰写论文要符合要求，8000 字以上；三、进度： 1、1-6 周，主要进行毕业设计准备工作，熟悉题目，收集资料，进行毕业实习，明确研究目的和任务，构思总体方案； 2、7-10 周，绘制相关的图； 3、11-13 周，收尾完善，编写毕业设计论文，准备毕业设计答辩。 指导教师签名： 年 月 日系 部审 核PAGE 毕业设计（论文）任务书系 部指导教师职 称学生姓名专业班级学 号设计题目码垛机器人设计设计内容目标和要求随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，使得机器人在码垛、涂胶、点焊、弧焊、喷涂、搬运、测量等行业有着相当广泛的应用。有很多个原因，包括包装的种类、工厂环境和客户需求等将码垛变成包装工厂里一块难啃的骨头，为了克服这些困难，设计一款码垛机器人。一、内容： 1、码垛机器人的总体结构设计 2、码垛机器人各关节传动系统设计 3、码垛机器人控制系统设计 4、绘制装配图，零件图，以及传动和控制系统原理图二、要求： 1、收集资料（相关书籍5本以上，文章10篇以上）； 2、绘制CAD零件图，装配图，原理图； 3、撰写论文要符合要求，8000字以上；三、进度： 1、1-6周，主要进行毕业设计准备工作，熟悉题目，收集资料，进行毕业实习，明确研究目的和任务，构思总体方案； 2、7-10周，绘制相关的图； 3、11-13周，收尾完善，编写毕业设计论文，准备毕业设计答辩。 指导教师签名： 年 月 日系 部审 核论文（设计）题目码垛机器人设计一、本课题目的、意义及相关研究动态：1、课题目的：机械设计制造及其自动化专业是为了培养从事机械设计、制造行业的人才而开设的专业。而码垛机器人课程设计不仅培养设计者对机械的认识、运用能力而且也增进了对机械工业发展的了解和认知。码垛机器人的设计涉及：机械设计原理、电气传动及单片机、PLC、可编程控制器等控制系统与基本理论知识。设计目的：（1）养学生的机械设计能力；（2）扩展学生的知识结构；（3）帮助学生培养综合运用能力；（4）是课堂教学的有益补充。2、课题意义：在机械工业中，应用码垛机器人的意义可以概括如下： （1）以提高生产过程中的自动化程度 应用码垛机器人有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。（2）以改善劳动条件，避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用码垛机器人即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以码垛机器人代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。（3）可以减轻人力，并便于有节奏的生产 应用码垛机器人代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用码垛机器人可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有码垛机器人，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。综上所述，有效的应用码垛机器人，是发展机械工业的必然趋势。3、国内外研究现状和发展趋势（1）国内的研究现状码垛机器人最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。码垛机器人延伸和扩大了人的 手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中工作：代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用与制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。码垛机器人与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，码垛机器人的应用领域日益扩大。我国的码垛机器人发展主要是逐步扩大其应用范围。在应用专业码垛机器人的同时，相应的发展通用码垛机器人，研制出示教式码垛机器人、计算机控制码垛机器人和组合式码垛机器人等。可以将码垛机器人各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型机构，组装成各种用途的码垛机器人，即便于设计制造，又便于跟换工件，扩大了应用范围。目前国内码垛机器人主要用于机床加工、锻造。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的码垛机器人，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专业码垛机器人的同时，相应的发展通用码垛机器人，有条件的要研制示教式码垛机器人、计算机控制码垛机器人和组合码垛机器人等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥码垛机器人的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的码垛机器人，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。（2）国外研究现状国外码垛机器人在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外码垛机器人的发展趋势是大力研制具有某种智能的码垛机器人。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如 发生少许偏差时候，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定的成绩。（3）发展趋势目前世界高端码垛机器人均具有高精化，高速化，多轴化，轻量化等的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，良新产品可以达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。更重要的是将码垛机器人、柔性制造系统和柔性制造单元相互结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着码垛机器人的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，从而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。二、课题的主要内容和创新之处：1、 本课题主要研究内容安排如下：（1）查阅资料，撰写开题报告，掌握机械产品设计的基本步骤。（2）结合题目进行市场调研，深入工厂进行毕业实习，在实习过程中，了解现场工程问题，积累相关资料，做好调研笔记，完成实验报告。（3）了解码垛机器人工作原理与性能及各部件零件的设计方法，进行设计方案比较后优选。2、创新之处 由传统的机械式改为机电综合式，从而实现结构简单、占地面积少、适用性强、能耗低、操作非常简单的码垛机器人。三、研究方法、设计方案或论文撰写提纲：1、研究方法：根据设计要求首先设计码垛机器人的总体结构方案，根据所选机器人参数确定结构及尺寸，再重点对气动手爪部分进行详细设计，包括气缸的设计、气动系统原理图的绘制等。第一阶段：准备阶段：了解工业机器人的发展现状和发展趋势，查阅课题相关的国内外文献，拟订设计思路。 第二阶段：设计阶段：确定码垛机器人总体结构方案，根据选定的工业机器人参数确定结构及尺寸，再重点对气动手爪部分进行详细设计。第三阶段：制图阶段：利用 CAD 制图分别做出装配图和零件图。第四阶段：总结阶段：撰写设计说明书，检查图纸，准备答辩。2、设计方案本次设计的码垛机器人由手爪、手臂、手腕和基座组成，总体结构方案如下图：3、论文撰写提纲第 1 章 绪论第 2 章 结构的设计2.1 手部机构2.2 手腕结构设计2.3 手臂伸缩、升降的尺寸设计与校核第 3 章 控制系统设计总 结参考文献致谢四、完成期限和预期进度：1、毕业设计课题调研阶段；第 12 周，收集毕业设计（论文）资料。2、毕业设计开题报告阶段；第 34 周，翻译英文原文，撰写开题报告。3、毕业设计中期检查阶段；2016 年 4 月 12 日。4、毕业设计主要工作阶段；第 512 周，学习软件基本知识与课题有关专题部分二周，五周用于拟定设计方案，进行图纸设计，撰写设计说明书，一周总结。5、毕业设计预答辩阶段；第 13 周，指导教师审定毕业设计资料。6、答辩时间：2015 年 6 月 23 日 五、主要参考资料：1 李超，气动通用上下料码垛机器人的研究与开发.陕西科技大学，20032 陆祥生 ，杨绣莲.码垛机器人.中国铁道出版社,1985.13 张建民.工业机械人.北京：北京理工大学出版社,19924 史国生.PLC 在码垛机器人步进控制中的应用.中国工控信息网,2005.15 李允文.码垛机器人设计.机械工业出版社,1996.4 6 蔡自兴.机械人学的发展趋势和发展战略.机械人技术,2001，47 周洪.气动技术的新发展.液压气动与密封,1999，48 金茂青，曲忠萍，张桂华.国外工业机械人发展的态势分析.机械人技术与应用,2001，29 王雄耀.近代气动机械人（码垛机器人）的发展及应用.液压气动与密封,1999，510 李明.单臂回转码垛机器人设计.制造技术与机床，2004. 11 张军， 封志辉.多工步搬运码垛机器人的设计.机械设计,2004.4：2112 Cole Thompson Associates “Directory of Intelligent Buildings”1999.指导教师意见指导教师意见 签 名： 年 月 日论文（设计）题目码垛机器人设计一、本课题目的、意义及相关研究动态：1、课题目的：机械设计制造及其自动化专业是为了培养从事机械设计、制造行业的人才而开设的专业。而码垛机器人课程设计不仅培养设计者对机械的认识、运用能力而且也增进了对机械工业发展的了解和认知。码垛机器人的设计涉及：机械设计原理、电气传动及单片机、PLC、可编程控制器等控制系统与基本理论知识。设计目的：（1）养学生的机械设计能力；（2）扩展学生的知识结构；（3）帮助学生培养综合运用能力；（4）是课堂教学的有益补充。2、课题意义：在机械工业中，应用码垛机器人的意义可以概括如下： （1）以提高生产过程中的自动化程度 应用码垛机器人有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。（2）以改善劳动条件，避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用码垛机器人即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以码垛机器人代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。（3）可以减轻人力，并便于有节奏的生产 应用码垛机器人代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用码垛机器人可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有码垛机器人，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。综上所述，有效的应用码垛机器人，是发展机械工业的必然趋势。3、国内外研究现状和发展趋势（1）国内的研究现状码垛机器人最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。码垛机器人延伸和扩大了人的 手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中工作：代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用与制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。码垛机器人与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，码垛机器人的应用领域日益扩大。我国的码垛机器人发展主要是逐步扩大其应用范围。在应用专业码垛机器人的同时，相应的发展通用码垛机器人，研制出示教式码垛机器人、计算机控制码垛机器人和组合式码垛机器人等。可以将码垛机器人各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型机构，组装成各种用途的码垛机器人，即便于设计制造，又便于跟换工件，扩大了应用范围。目前国内码垛机器人主要用于机床加工、锻造。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的码垛机器人，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专业码垛机器人的同时，相应的发展通用码垛机器人，有条件的要研制示教式码垛机器人、计算机控制码垛机器人和组合码垛机器人等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥码垛机器人的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的码垛机器人，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。（2）国外研究现状国外码垛机器人在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外码垛机器人的发展趋势是大力研制具有某种智能的码垛机器人。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如 发生少许偏差时候，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定的成绩。（3）发展趋势目前世界高端码垛机器人均具有高精化，高速化，多轴化，轻量化等的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，良新产品可以达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。更重要的是将码垛机器人、柔性制造系统和柔性制造单元相互结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着码垛机器人的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，从而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。二、课题的主要内容和创新之处：本课题主要研究内容安排如下：（1）查阅资料，撰写开题报告，掌握机械产品设计的基本步骤。（2）结合题目进行市场调研，深入工厂进行毕业实习，在实习过程中，了解现场工程问题，积累相关资料，做好调研笔记，完成实验报告。（3）了解码垛机器人工作原理与性能及各部件零件的设计方法，进行设计方案比较后优选。2、创新之处 由传统的机械式改为机电综合式，从而实现结构简单、占地面积少、适用性强、能耗低、操作非常简单的码垛机器人。三、研究方法、设计方案或论文撰写提纲：1、研究方法：根据设计要求首先设计码垛机器人的总体结构方案，根据所选机器人参数确定结构及尺寸，再重点对气动手爪部分进行详细设计，包括气缸的设计、气动系统原理图的绘制等。第一阶段：准备阶段：了解工业机器人的发展现状和发展趋势，查阅课题相关的国内外文献，拟订设计思路。?第二阶段：设计阶段：确定码垛机器人总体结构方案，根据选定的工业机器人参数确定结构及尺寸，再重点对气动手爪部分进行详细设计。第三阶段：制图阶段：利用CAD制图分别做出装配图和零件图。第四阶段：总结阶段：撰写设计说明书，检查图纸，准备答辩。2、设计方案本次设计的码垛机器人由手爪、手臂、手腕和基座组成，总体结构方案如下图：3、论文撰写提纲第1章 绪论第2章 结构的设计2.1手部机构2.2 手腕结构设计2.3手臂伸缩、升降的尺寸设计与校核第3章 控制系统设计总 结参考文献致谢四、完成期限和预期进度：1、毕业设计课题调研阶段；第12周，收集毕业设计（论文）资料。2、毕业设计开题报告阶段；第34周，翻译英文原文，撰写开题报告。3、毕业设计中期检查阶段；2016年4月12日。4、毕业设计主要工作阶段；第512周，学习软件基本知识与课题有关专题部分二周，五周用于拟定设计方案，进行图纸设计，撰写设计说明书，一周总结。5、毕业设计预答辩阶段；第13周，指导教师审定毕业设计资料。6、答辩时间：2015年6月23日 五、主要参考资料：1 李超，气动通用上下料码垛机器人的研究与开发.陕西科技大学，20032 陆祥生 ，杨绣莲.码垛机器人.中国铁道出版社,1985.13 张建民.工业机械人.北京：北京理工大学出版社,19924 史国生.PLC在码垛机器人步进控制中的应用.中国工控信息网,2005.15 李允文.码垛机器人设计.机械工业出版社,1996.4 6 蔡自兴.机械人学的发展趋势和发展战略.机械人技术,2001，47 周洪.气动技术的新发展.液压气动与密封,1999，48 金茂青，曲忠萍，张桂华.国外工业机械人发展的态势分析.机械人技术与应用,2001，29 王雄耀.近代气动机械人（码垛机器人）的发展及应用.液压气动与密封,1999，510 李明.单臂回转码垛机器人设计.制造技术与机床，2004. 11 张军， 封志辉.多工步搬运码垛机器人的设计.机械设计,2004.4：2112 Cole Thompson Associates“Directory of Intelligent Buildings”1999.指导教师意见 签 名： 年 月 日码垛机器人设计I摘 要码垛机器人是机械与计算机程序有机结合的产物。为现代生产提供了更高的生产效率。随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，使得机器人在码垛、涂胶、点焊、弧焊、喷涂、搬运、测量等行业有着相当广泛的应用。本文首先对码垛机器人作了简单的概述；接着，分析了码垛机器人的工作原理及设计准则；然后，对码垛机器人的手部、腕部、臂部及控制系统进行了设计与校核；最后，采用 CAD 制图软件绘制了装配图和主要零部件图。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用 AutoCAD 软件，本次码垛机器人设计代表了设计的一般过程, 对今后的机器人设计工作有一定的参考价值。关键词：关键词：码垛；机器人；设计AbstractPalletizing robot is a combination of mechanical and computer program. Provide a higher production efficiency for modern production. With the rapid development of the sustainable development of our country economy, science and technology, the 码垛机器人设计IIrobot has a wide range of applications in the palletizing, glue, spot welding, arc welding, spraying, handling and measurement industry.This article first has made the simple outline of the palletizing robot; then, it analyzes the working principle and the design criterion of palletizing robot; then, of the palletizing robot hand, wrist, arm and control system were designed and checked. Finally, the CAD drawing software to draw the assembly drawing and the main parts of the map.Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing, and master the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD software, the palletizing robot design represents the general process of design, have certain reference value for future design and robot.Keywords: Palletizing; Robot; Design;目 录摘 要 .IAbstract.II第 1 章 绪 论.1码垛机器人设计III1.1 简介.11.2 课题研究背景和意义.11.3 国内外研究现况.2第 2 章 总体设计.42.1 工业机械手的组成.42.1.1 执行机构.42.1.2 驱动机构.42.1.3 控制系统.51.2 方案及参数的选择.5第 3 章 结构的设计.73.1 手部.73.1.1 手指的形状和分类.73.1.3 手部夹紧的设计.73.2 手腕.93.2.1 手腕的自由度.93.2.2 手腕的驱动力矩的计算.93.2.3 手腕回转的尺寸及其校核.113.3 手臂.133.3.1 臂部设计的基本要求.133.3.2 尺寸设计.143.3.3 尺寸校核.15第 4 章 控制系统设计.164.1 CPU 与存储器.164.2 中断处理电路.174.3 8279 键盘、显示.174.3 编程.18总 结.22致 谢.23参考文献.24码垛机器人设计1第 1 章 绪 论1.1 简介随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，使得机器人在码垛、涂胶、点焊、弧焊、喷涂、搬运、测量等行业有着相当广泛的应用。有很多个原因，包括包装的种类、工厂环境和客户需求等将码垛变成包装工厂里一块难啃的骨头。为了克服这些困难，码垛设备的各个方面都在发展改进，包括从机械手到操纵它的软件。市场上对灵活性的需求不断增长，这一个趋势已经影响到了包装的多个方面，生产线的后段也不例外。零售客户，尤其是那些具有影响力的如沃尔玛一样的大型超市，经常需要定制一些随机货盘，但是他们不得不定制每一个货盘，而货盘的形式只是偶尔会有重复。而且这类随机的货盘的高效生产是比较困难的。1.2 课题研究背景和意义随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，现代物流作为现代经济的重要组成部分和工业化进程中最为经济合理的综合服务模式，正在全国范围内得以迅速发展。自动化立体仓库作为现代物流系统的重要组成部分，是一种多层存放货物的高架仓库系统，它是在不直接进行人工干预的情况下自动地存储和取出物流的系统。码垛机械手是完成自动化立体仓库中最重要的设备之一，是货物堆放到立体仓库的前端设备，它能够把单一的物料码放到一起，便于运输，提高了生产码垛机器人设计2效率。它将已装入容器的纸箱，装入大袋的化工产品、水泥、粮食等按一定排列码放在木质（或塑料）托盘上，进行自动堆码，可堆码多层，然后推出，便于叉车运至仓库储存。可大大地减少劳动人员和降低劳动强度，是现代工业社会发展的高科技产物，对提高生产率、降低成本有着重要意义。1.3 国内外研究现况最早将工业机器人技术用于物体的码放和搬运是日本和瑞典。20 世纪 70年代末日本第一次将机器人技术用于码垛作业。1974 年，瑞典 ABB 公司研发了全球第一台全电控式工业机器人 IRB6，主要应用于工件的取放和物料的搬运。除此之外，德国、意大利、韩国等国家工业机器人的研发水平也相当高。随着计算机技术、工业机器人技术以及人工智能控制等技术的发展和日趋成熟，日本、德国、美国、瑞典、意大利、韩国等国家在包装码垛机器人的研究上做了大量工作，相应推出了自己的码垛机器人，如日本的 FANUC 和 OKURA 以及FUJI 系列，德国的 KUKA 系列，瑞典的 ABB 系列等。德国、瑞典以及日本等国家的码垛机器人一般为 46 轴机器人，主要由固定底座、连杆、连杆臂、臂部、腕部以及末端执行器组成。机器人主体多采用优质轻巧的铸铝材料制造和连杆式关节型的机构形式，均利用 CAD 和 FEM 有限元技术进行结构优化设计，具有较高的机械性能和抗震能力；驱动系统均采用模块式数字化 AC 伺服电机和 RV 减速器，取消了腕部关节驱动电机和平衡块，大大优化了整机结构;针对不同类型的产品和包装件，还设计了真空吸持、夹持、义式等多种形式的智能末端执行器。这些先进码垛机器人最显著的技术特点就是采用了基于 PC 的开放式控制系统，令机器人能够高速、精准、稳定可靠地运行。如瑞典 ABB 公司为 IRB 系列码垛机器人研发了主动安全软件和被动安全软件，可对机器人的运动和载荷情况进行监控。日本 FANUC M410i系列码垛机器人软件体系也非常强大，PalletTool /PalletPROTM 用于码垛设置、仿真和操作;Supports Collision GuardTM 用于减少机器人、夹持器、箱/袋以及外围设备的碰撞损坏;基于网络的软件工具用于远程联机、诊断和生产监控;还专门配备了机器视觉引导系统，用于引导机器人完成拆垛和检查工作。我国的工业机器人从上世纪 80 年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支码垛机器人设计3持下，通过“七五”、 “八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人，其中有 130 多台套喷漆机器人在 20 余家企业的近 30 条自动喷漆生产线站上获得规模应用，弧焊机器人也已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总体来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外相比还有一定的差距，如可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域狭窄，生产线系统技术与国外相比仍有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约 200 多台，仅占全球已安装台数的万分之四。形成以上现象的主要原因是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是迎合客户的要求，即“一个客户，一次重新设计”，品种规格多，批量小，零部件通用化程度低，供货周期长，成本高，而且质量和可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，完善系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。第 2 章 总体设计2.1 工业机械手的组成工业机械手是由执行机构、驱动系统和控制系统所组成的，各部关系如图2.1 所示。图 2.1 机械手的组成2.1.1 执行机构（1）手部 即直接与工件接触的部分，一般是回转型或平移型(为回转型，因其结构简单） 。也可用负压式或真空式的空气吸盘（它主要用于吸取冷的，光码垛机器人设计4滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。传力机构型式较多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。（2）腕部 是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓物体的方位（即姿态） 。它可以有上下摆动，左右摆动和绕自身轴线的回转三个运动。（3）臂部 手臂是支承被抓物、手部、腕部的重要部件。2.1.2 驱动机构有气动、液动、电动和机械式四种形式。气动式速度快，结构简单，成本低。采用点位控制或机械挡块定位时，有较高的重复定位精度，但臂力一般在 300N 以下。液动式的出力大，臂力可达 1000N 以上，且可用电液伺服机构，可实现连续控制，使工业机械手的用途和通用性更广，定位精度一般在 1mm 范围内。目前常用的是气动和液动驱动方式。电动式用于小型，机械式只用于动作简单的场合。2.1.3 控制系统有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位程序控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机数字控制，采用凸轮、磁带磁盘、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特征。1.2 方案及参数的选择（1）手部负重：10kg（2）自由度数：4 个，沿 Z 轴的上下移动，绕 Z 轴转动，沿 X 轴的伸缩，绕 X 轴的转动（3）坐标型式：圆柱坐标，其圆柱坐标型式的运动简图如图所示（见图1）（4）最大工作半径：1800mm，最小工作半径 1350mm（5）手臂最高中心位置：1012mm 或伺服电机上端最高行程：1387mm（见图 2） ，最小行程：1237mm码垛机器人设计5（6）手臂运动参数： 伸缩行程（X）：450 伸缩速度：250mm/s 升降行程（Z）：150mm 升降速度：60mm/s 回转范围（）：0180 度 回转速度：70/s（7）手腕运动参数： 回转范围（）：0180 回转速度：90/s（8）手臂握力：由 N=50Kg码垛机器人设计6第 3 章 结构的设计3.1 手部3.1.1 手指的形状和分类夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式。移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。3.1.3 手部夹紧的设计1、手部驱动力计算本课题电动机械手的手部结构如图 3-1 所示：图 3-1 齿轮齿条式手部其工件重量 G=10 公斤，V 形手指的角度，,摩擦系数为1202mmRmmb2412010. 0f码垛机器人设计7(1)根据手部结构的传动示意图，其驱动力为: Rbp2N(2)根据手指夹持工件的方位 ，可得握力计算公式:)(5 . 0tgN)(25)42560(55 . 0Ntg所以：Rbp2N)(245 N(3)实际驱动力: 21KKpp实际因为传力机构为齿轮齿条传动，故取，并取。若被抓取工94. 05 . 11K件的最大加速度取时，则:ga3412gaK所以 )(156394. 045 . 1245Np实际所以夹持工件时所需夹紧的驱动力为。N15633.2 手腕3.2.1 手腕的自由度由于本机械手抓取的工件是水平放置，同时考虑到通用性，因此给手腕设一绕 x 轴转动回转运动才可满足工作的要求目前实现手腕回转运动的机构，因此我们选用。它的结构紧凑，但回转角度小于，并且要求严格的密封。3603.2.2 手腕的驱动力矩的计算图 2-2 所示为手腕受力的示意图。码垛机器人设计81.工件 2.手部 3.手腕图 2-2 手碗回转时受力状态手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算: 封摩偏惯驱MMMMM式中: - 驱动手腕转动的驱动力矩();驱McmN - 惯性力矩();惯McmN - 参与转动的零部件的重量(包括工件、手部、手腕回转的动片)对转偏M动轴线所产生的偏重力矩().cmN - 手腕回转的动片与定片、径、端盖等处密封装置的摩擦阻力封M矩();cmN 下面以图 2-3 所示的手腕受力情况，分析各阻力矩的计算:手腕加速运动时所产生的惯性力矩 M 悦若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时的角速度为，起动过程所用的时间为，则:t ).(1cmNtJJM）（惯式中:- 参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量;J).(2scmN- 工件对手腕转动轴线的转动惯量。1J).(2scmN若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量为:1J码垛机器人设计9gGJJc1121e式中: - 工件对过重心轴线的转动惯量:cJ).(2scmN- 工件的重量(N);1G- 工件的重心到转动轴线的偏心距(cm),1e - 手腕转动时的角速度(弧度/s);- 起动过程所需的时间(s);t 起动过程所转过的角度(弧度)。（2）手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩 M 偏 + ()偏M11eG33eGcmN 式中: - 手腕转动件的重量(N);3G- 手腕转动件的重心到转动轴线的偏心距(cm)3e当工件的重心与手腕转动轴线重合时，则.11eG0（3）手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩 封M()封M)(212dRdRfBAcmN 式中: ，- 转动轴的轴颈直径(cm);1d2d- 摩擦系数，对于滚动轴承，对于滑动轴承;f01. 0f1 . 0f,- 处的支承反力(N)，可按手腕转动轴的受力分析求解，ARBR根据,得:0）（FMA33lGlRBlGlG122BRllGlGlG332211同理，根据(F),得:BM0码垛机器人设计10lllGllGllGRA)()()(332211式中:- 的重量(N)2G, 如图 4-1 所示的长度尺寸(cm).321,llll3.2.3 手腕回转的尺寸及其校核（1）尺寸设计长度设计为,内径为=96mm,半径,轴径mmb1001DmmR48mmD262=26mm,半径,运行角速度=，加速度时间=0.1s, 压强2DmmR13s/90t,MPaP4 . 0 则力矩： 2)(22rRpbM ).(6 .322)026. 0048. 0( 1 . 0104 . 0226mN（2）尺寸校核（a）测定参与手腕转动的部件的质量,分析部件的质量分布情况，kgm101质量密度等效分布在一个半径的圆盘上，那么转动惯量：mmr50221rmJ 205. 0102 （）0125. 02.mkg工件的质量为 5,质量分布于长的棒料上，那么转动惯量：kgmml100码垛机器人设计11).(0042.0121.0512222mkgmlJc假如工件中心与转动轴线不重合，对于长的棒料来说，最大偏心mml100距，其转动惯量为:mme501).(0167. 005. 050042. 022211mkgemJJc 惯MtJJ)(1 ).(3 .261 . 090)0167. 00125. 0(mN（b）手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩为 M 偏，考虑手腕转动件重心与转动轴线重合，夹持工件一端时工件重心偏离转动轴线01e,则：mme503 + 偏M11eG33eG ).(5 . 205. 010501010mN（c）手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩为，对于滚动轴承，摩M01. 0f对于滑动轴承=0.1， ，为手腕转动轴的轴颈直径，, f1d2dmmd301, ,为轴颈处的支承反力，粗略估计,mmd202ARBRNRA300NRB150摩M)(212dRdRfBA )03. 015002. 0300(201. 0 ).(05. 0mN码垛机器人设计123.3 手臂3.3.1 臂部设计的基本要求臂部应承载能力大、刚度好、自重轻a.根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸;b.提高支撑刚度和合理选择支撑点的距离;c.合理布置作用力的位置和方向;d.注意简化结构;e.提高配合精度。（2）臂部运动速度要高，惯性要小机械手手部的运动速度是机械手的主要参数之一，它反映机械手的生产水平。对于高速度运动的机械手，其最大移动速度设计在 1000-1500mm/s,最大回转角速度设计在 180/s 内，大部分平均移动速度为 1000mm/s，平均回转角速度在 90/s。在速度和回转角速度一定的情况下，减小自身重量是减小惯性的最有效，最直接的办法，因此，机械手臂部要尽可能的轻。减少惯量具体有 4 个途径：a.减少手臂运动件的重量，采用铝合金材料。b.减少臂部运动件的轮廓尺寸。c.减少回转半径 ，再安排机械手动作顺序时，先缩后回转（或先回转后伸缩） ，尽可能在较小的前伸位置下进行回转动作。d.驱动系统中设有缓冲装置。（3）手臂动作应该灵活为减少手臂运动之间的摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。对于悬臂式的机械手，其传动件、导向件和定位件布置合理，使手臂运动尽可能平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生机构卡死（自锁现象） 。3.3.2 尺寸设计长度设计为,内径为,半径 R=105mm,轴径mmb120mmD2101半径,运行角速度=，加速度时间0.5s,压强mmD402mmR20s/90t码垛机器人设计13,MPaP4 . 0则力矩：2)(22rRpbM ).(2552)020. 0105. 0(12. 0104 . 0226mN3.3.3 尺寸校核（1）测定参与手臂转动的部件的质量,分析部件的质量分布情kgm1201况，质量密度等效分布在一个半径的圆盘上，那么转动惯量：mmr200221rmJ 210. 01202 （）6 . 02.mkg tJM.惯 ).(1085 . 0906 . 0mN考虑轴承，油封之间的摩擦力，设定一摩擦系数,2 . 0k 惯摩MkM. ）（mN.4 . 51082 . 0总驱动力矩： 摩惯驱MMM ）（mN.4 .1134 . 5108 设计尺寸满足使用要求。MM驱码垛机器人设计14第 4 章 控制系统设计微型计算机种类很多，一般均由以下三部分组成：A. 中央处理器 CPU，或称微处理器 MPU。B. 内存储器，即主记忆装置 ROM 及 RAM 。C. 输入输出装置 I/O，或称接口装置，联系这些装置的为三条总线，即数据总线 DB，地址总线 AB 及控制总线 CB。不同型号的微型计算机主要是中央处理器 CPU 的内容的功能不同，因而有不同的指令系统和汇编语言。由于外部设备之不同以及是否用于实时控制，其I/O 接口装置因而很大差异。RAM 和 ROM 的存储量大小直接影响计算机的应用范围。但一般微型计算机都可以在原有存储量的基础上加以扩充。本机器人的控制系统的组织结构如图 4-1。它由主 CPU 板、I/O 板、控制面板、示教盒、伺服板、和稳压电源板等组成。 伺服板 图 4-1 控制系统组织结构图4.1 CPU 与存储器CPU 采用 8031 微处理器地址译码器内存 RAM 和 EPROM 以及锁存器组成。数据存储器采用 6264（8K8） ，一共采用 3 块 6264，故 RAM 为 24K，除控制板 I/O 端口 及 电平转换电路伺服控制电路机器人8031CPURAMROM辅助运算回路串行通讯电路串行中断电路脉冲分配电路读位置电路码垛机器人设计15了作为系统参数工作区，标志单元外，主要用作用户程序存储区，为了保存RAM 的内容，一旦断电，保证 RAM 中的用户程序不会丢失，故采用电池利用CE2 引脚的掉电保护装置在此也得到了应用，具体内容在后详讲，这里不再叙述。4.2 中断处理电路本控制系统中采用 8259 中断控制器来实现系统多重中断的优先排队和中断申请处理。8259 具有多中工作方式，可通过编程设定或变更它的工作方式。CPU 响应中断时，8259A 能自动提供中断入口地址，而使 CPU 转问相应的中断处理程序。中断入口地址可由用户设定，入口地址可以选定在任何存储单元。 中断应答时序如图所示：IRINTINTADB4.3 8279 键盘、显示8279 芯片是一种通用的可编程序的键盘、显示接口器件，单个芯片就能完成键盘输入和 LED 显示控制两种功能，键盘部分提供的扫描方式，可以和具有64 个按键成传感器的阵列相连，能自动消除开关抖动以及 n 键同时按下的保护。显示部分按扫描方式工作，可以显示 8 或 16 位 LED 显示块。8279 电路工作原理如下：（1）.I/O 控制及数据缓冲器，数据缓冲器是双向缓冲器，连接内、外总线，用于传送 CPU 和 8279 之间的命令或数据。I/O 控制线是 CPU 对 8279 进行控制的引线。CS 是 8279 的片选信号，当 CS=0 时，8279 才被允许读出或写入信息。WR、RD 为来自 CPU 的读、写控制信号。A0用于区别信息特性：A0=1 时，表示数据缓冲器输入为指令，输出为状态字，A0=0 时，输入、输出皆为数据。 （2）控制与定时寄存器及定时控制，控制与定时器用来寄存键盘及显示的工作方式，以及由 CPU 编程的其它操作方式。这些码垛机器人设计16寄存器一旦接收并锁存送来的命令就通过译码产生相应的信号，从而完成相应的控制功能。定时控制包含基本订数键。首级计数器是一个可编程的 N 级计数器。N 可以 231 之间由软件编程，以便从外界时钟 CLK 分频得到内部所需要的 100KHZ 时钟，然后再经过分频，为键盘扫描提供适当的逐行扫描频率和显示时间。 （3）.扫描计数器有两种工作方式，按编程码方式工作时，计数器做二进制计数。4 位计数状态从扫描线 SL0SL3 输出，经外部译码器译码后，为键盘和显示器提供扫描线；按译码器工作方式时，扫描计数器的最后二位被译码后，从 SL0SL3 输出。因此，SL0SL3 提供了 4 中取 1 的扫描译码。 （4）.回复缓冲器：键盘去抖及控制来自 RL0RL7 的 8 根回复线的回复信号，由回复缓冲器缓冲并锁存。在键盘工作方式中，回复线作为行列式键盘的行列输入线。在逐行扫描时，回复线用来搜寻每一行列中闭合的键。当某一键闭合时，去抖电路被置位，延时等待 100ms 后，在检验该键是否闭合，并将该键的地址和附加的位移、控制状态一起形成键盘数据被送入 8279 内部 FIF0（先进先出）存储器。4.3 编程设 8259A 为完全嵌套工作方式。中断入口地址间隔为 4 个字节，IR0 的入口地址为 0260H 时，则 8259A 的初始化程序如下：CLR EA 8031CPU 禁止中断MOV R0 ，#00H 送 ICW1（A0=0，CS=0A0=0）MOV A ，#76H（0111011013） ，设 ICW1 命令字 MOVX R0，A ICW1 命令字送入 8259AMOV R0 ，#01H ， 送 ICW2（A0=1，CS=A0=0）MOV A，#02H ， 中断入口的高 8 字节地址为 02HMOVX R0，A ， 送 ICW2 命令字入 8259ASETB EA ， 8031CPU 中断允许 SETB IT0 ， 8031 选择 INT0 为负跳变触发SETB EX0 ， 8031 允许 INT0 中断8259A 中断服务程序流程图如下：码垛机器人设计17程序清单如下： ORG 0003H INTO:PUSH PSW ， 保护现场 PUSH A MOV R0 ， #00H MOVX A , R0 取 CALL 码，丢弃 MOV DPL ，A 取中断服务程序入口地 址低 8 位 INC R0 MOV R0 , #01H MOVX A , R0 MOV DPH , A 取中断服务程序入口地 址高 8 位 CLR A JMP A