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10 kg 装袋 码垛 机器人 机械 设计

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本科毕业设计 外文文献及译文 院 （部）： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 1 外文文献 : 2011) 16:86 89 011 . H. Y. K. . of a is he a a s 25 it an to A is of of a is a To of of we an of is a is to in In an we in up a at we in on on 2 of a we a no or on of a a 1). a of is or of is on on of As 2, is on on is by a DC a of a is an of of s of an to We in on 2 on he of is of in of a in a is a of a is of of a 5 5, 2011 S. *) 271. K. . o. . in at 67 29, 2011 87 of a of is of of be by be it up an 2a, of = 0.3 m = m, is is of of as 3. is m, if it is .1 is a is a is to a is by a I A a is By nd rd is 文文献及译文 3 in nd rd is a AN a of an to of a rd 3 to rd st to nd to on rd to a a of m. of is of a To of of by a 3-D by a 3-D 1. 2. 3rd of a b of is by C on 9 of of of 3. 3D fi of a on a a b 8 to s of by .2 m/.2 m/s m of 4, 5, . of of of to .2 m/s. a of .5 s to a 3D” by a 3D by on 5, we of in D () () ( ( ) ( We fi in of by m of of 文文献及译文 4 of an by on on of a 9 of in to be as of at ni is of of i. be in We of on in by 9 on is on on o it be on an be by of of a a to of on on a BS a of by a .2 m/s2 .2 m/s m of of 7, of (2b). in of of is a in on in in no of to a of n to rd a An by a DC a 24-V at a m/s. of m. 4. 5. 6. of 7. in a b c d 8. he is 8. In 文文献及译文 5 a m, 4 he of a on on an a rd a of on an on rd a a we to in a to . , et 2009) of 009, 1. , et 2006) of of to of of 006 . , et 2006) of on of 267 1268 4. , , , et 2006) of of 006 . , , , et 2005) on a of of 005 . , , , et 2008) of of 008, 60 163 8. , , , et 2010) of a of 010, 55 463 9. , , , et 2010) of a of 文文献及译文 6 中文译文 : 人工生命的机器人（ 2011） 16:8689011 . H. Y. K. . 个新的修剪机器人的实验研究进展 在 日本只有一个商业产品。 这台 机螺旋 地 爬上一棵树使用电锯 修剪树枝 。然而，机器的重量（ 25 公斤）和 缓 慢 的 速度阻碍它 成为解决森林危机的 最佳解决方案。一个轻量级的平台是必需的，因为在日本，大部分山脉有陡峭的山坡，一个修剪机器人运输是一项艰巨的任务。以提前修剪机器人的艺术状态，我们 提出 一 个创新的修剪机器人 对于外面大多数的树都能高效工作 。 它的 轮 系 机构的设计 是为了适应于 混合爬山，即，机器人能够开关之间的直线和螺旋 爬 升。该方法保证了 机器人的 轻量化和高爬的速度特征在早期的出版物，我们介绍了基本的设计概念和描述的原型实验机器人了。此外，混合爬山法已经证明，该修剪机器人可以 高速的 爬上 爬 下 大 树。在这里，我们报告我们开发机器人的进展，专注于直爬， 善于 不平坦的表面上的 工作 ，和修剪。 2 先进的 修剪机器人随着建设轻修剪的终极目标机器人，我们已经开发了一种新型的爬山法，采用无压或抓机制，而是依靠机器人本身的重量，像 日本传统的伐木工不会爬树的时候（图 1）。该用的一套杆和绳子，这是所谓的 不握不住或抓住树 干 ，而他的质量中心位于树。是的，该可以用自己的重量停留在树上。基于这一新的林业产业的设计概念和要求，修剪机器人 有了很大的发展 。如图 2 所示，该机器人配备了四主动轮。轮 1 和 2 位于上侧 ， 轮 3 和 4 位于下侧。每个轮由直流伺服电机、蜗轮驱动 。 摘要 本文介绍了一个伐木工的发展 像修剪机器人。攀登主要是模仿在日本的登方法。机器人的主要功能包括 对 外面的树 进行修剪工作 ，和一个创新的爬山策略融合 直线和螺旋式攀升 的方式 。这种新颖的设计带来了轻量化和高爬升速度特征的修剪机器人。我们报告我们在发展机器人进展，针对直爬，不平坦的表面上的 工作、 修剪。 关键词 修剪机器人 爬壁机器人 1 引言 日本木材工业已经进入下降的原因 ， 木材价格下降和林业工人老龄化迅速。这导致了森林的破 坏 ，导致在暴雨和山体滑坡的 破坏 山村 地区 。然而，在一个适当的配平状态修剪树 是 值得在上面投资的， 因为其 形成 一个美丽的表面形成年轮。 一个修剪机器人的发展 对 可持续森林管理的创新是很重要的。研究开发 的 修剪机器人 15已经很少见了 。 2011 年 2 月 25 日 机械工程系，丰田民族院校丰田 471知县，日本 电子邮件： 崎 . K. 人与信息系统工程系，岐阜大学，岐阜县，日本 限公司，日本 外文文献及译文 7 雪蛤 业有限公司，岐阜县，日本 这部分工作是在第十六届国际研讨会在人工生命与机器人 项目展现的 ，日本，一月 27日 29日 ， 2011 年。 87 电池 ， 质量中心位于一个错误 的边缘 ，由于摩擦系数不明确、质量中心的位置可能被干扰。 例如，机 器人会倾斜，当它爬上一个不均匀的表面。在图 2a，质心定位参数 H = 和W = ，其中 H 为上轮和下侧面之间的距离轮，和 W 的表面之间的距离躯干和质量中心，如图 3 所示。分析表明机器人当 D 为 ，即使它倾斜约 德。控制器使用一个 构成 ， 配备了无线局域网。该控制器能够通信数据 /命令与个人电脑通过无线局域网。每一轮由速度 制。通过一个高通滤波器的速度反馈输入附加。通过与第二个原型比较，第三原型重量轻，除控制器和电池。同时，控制器和电源分布在外部的第二个原型。第三原型也配备一个无 线局域网和电锯。虽然的电锯细节在这里省略了，实验表明一个分支使用第三切削原型。 3 实验 三实验进行评估的第三个原型。第一个实验是对其基本性能。第二个实验是评价其在不平坦的表面 的 性 能。 第三实验表明机器人是否可以修剪树枝。所有的实验使用替代树在室内进行。替代树直径的是 的摩擦系数 有效的替代树大约是 是小于这一自然的树。收集实验数据 包括 ，该电机电流，机器人的位置和方向，机器人的测定 ， 测量电机电流 。 使用分流电阻。测定位置 的 一个三维位置测量装置（ 数字）。用三维定位测量定位传感 器（ 外文文献及译文 8 图 1。爬树方法使用 图 2。第三修剪机器人原型。照片图像。 B 像 还原机制具有非回驾驶性能。每个车轮的转向角度也由直流驱动 ,伺服电机和蜗轮减速机构。 在分析的基础上， 79 质量中心位于外树与控制器的重量 。 图 3。对一棵树的修剪机器人三维图。侧视图 。 俯视图 本性能 直爬实验进行评估 ， 机器人的基本性能。这四个预期的速度轮子是由梯形的简介。加速度 / 速度为 /秒 ， 车轮半径 ， 。 实验结 果显示在图。 4， 5，和 6。图 4 显示了机器人的速度。各自的速度从旋转编码器的值计算出轮。机器人能爬在 /秒。虽然有一个约 于控制法启动延迟，这是一个问题。图 5 显示移动的距离。 它 的 实现 是由一个三维位置测量设备，和移动的距离每轮计算 从价值上的旋转编码器。在图 5 中，我们发现三种类型的错误：在距离误差的感动每一轮的三维位置测量之间装置（ 间的误差；轮 1（或 3）和 2（或轮 4）（ 轮 1 和轮3 之间的误差（误差之间的 2 和 4 轮轮）（ 我们考虑了两这些错误的可能原因。第一个是差异在每一轮的变形。移 动的距离按 的半径为每个车轮 的每一圈 。车轮是由聚氨酯 合成的 管 ， 它是作用在它变形的力。 它的 变形量的大小取决于力。从理论上分析， 79级在第三原型的力量往往是如下。的正常力近质心变得大于在对面的力。因此，填充扶手椅外文文献及译文 9 形 = 认为是，在法国是正常的力的大小第一轮（ （ 以这样解释。我们认为原因是滑移（ 干上的车轮。图 6 显示了电流在轮毂电机，这是由并联测量电阻。理论分析也表明，在下侧切向力大于上面。图 6 倾向于理论分析 ， 不平坦的表面上安全使用的机器人 正常工作 ，它 必须在不平的树是强大的树干。总是会有由增长引起的颠簸一个修剪枝的遗迹。因此，直爬坡实验进行评估颠簸在树干修剪机器人的性 能 。这个实验在一个替代的凹凸进行。采用 料，和大于天然凹凸。在四轮所需的速度是由一个梯形了简介。加速度为 / 速度为 /秒，每 半径的车轮。 实验结果如图 7 所示，其中显示角度 1 的轨迹和 2（参见图 2B）。 2 角旋转对所有病例加方向，指示这个控制箱上升。这意味着，大众走向树中心。质量中心也走向了树当 1 角方向旋转正方向。这意味着减少摩擦力使机器人在树上。然而，在 2 个 轮子的电流和 4 均大于在实验中连续电流。因此，有没有危险的机器人跌倒。此外，这些角度回到原来的方向，即使角度 1 和 2 发生了当一轮了凹凸。这些结果显示了良好 的 性 能。 剪试验 进行实验，发现无论是第三原型可以修剪树枝。一个附加的电锯是由一个 24V 蓄电池直流电机驱动。机器人爬上螺旋的速度在 /秒的直径的树该目标分为 。 图 7。在每一种情况下滚角和俯仰角。一轮 1 过去的凹凸， B 轮 2 通过凹凸， C 轮 3 通过凹凸， D 轮 4 通过凹凸图 8。机器人与修剪修剪试验 ， 实验的场景如图 8 所示。在这个实验中， 树枝被切 断，只留下一个短暂的残这是小于 ，与树干没有受伤。 4 结论 一个伐木工像修剪的发育进程 ， 机器人已经被描述，针对直爬，其在不平坦的表面行为，修剪树枝。的实验表明，直爬第三原型给了一个很好的基本性能。攀爬的结果在不平坦的路面上试验中表现出良好的鲁棒性颠簸，因为真正的树最凸起的小比实验碰撞。此外，修剪试验 还表明第三的原型可以修剪树枝从一棵树。在今后的工作中，我们希望在实际环境中的机器人测试，试着做一些进一步的改进。 外文文献及译文 10 工具书类 1。张军军， 等人 2009 年开发 行道树爬壁机器人 木本 。 2009 促进了 程序， 107 的发展。 2。 ， 等人 2006 年发展了 结构测量 抓树 力 修剪 树，攀爬修剪机器人 木本 （日本）。2006 年开展 程序 与 机器人与机电一体化 会议。 3。 ， 等人 2006 年开发 攀树和修剪机器人木本。执行器布置在臂端 为了 旋转运动（日本）。 促进了 268 4。 , , ， 等人 （ 2006）评 估了 树枝修剪机器人地图构建系统 的绩效 （日本 ） 。 在 2006 年 开展了 程序和机器人机电一体化 会议。 5。 , , ， et 2005） 研究用于机器人的 修剪系统： 发展了 机器人样机 单元 （日本）。 开展了 机器人 2005 日本机械学会与机电一体化 会议。 6。圣隶 工 业。 。 2011 年 5 月可以访问 7。 , , ， 等人 （ 2008）分析与实验新型爬山法。 开展了 2008， 60163 的 议 。 8。 , , ， 等人 （ 2010） 开发 一个用其自身的重量 的 修剪机器人。 促进 455010， 63 行业的发展 9。 , , ，等人（ 2010）开发的一个 利用 自身的重量 的 修剪机器人（日本）。 促进着 古屋 的发展。 附表 1工农医类用） 山东英才学院 毕业设计 (论文 )任务书 题 目 10装袋码垛机器人机械臂的设计 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 朱太平 班级学号 普本机制三班 201201010806 指导教师签字 指导教师职称 指导单位 学院领导签字 日 期 题 目 10装袋码垛机器人机械臂的设计 选题性质 工程设计类 理论研究类 应用研究类 程序软件开发类 设计内容与技术要求 、 成 果形式 设计 一种 码垛 机器人 机械臂， 前端负载 30机器人动作范围高度 水平 左右 ，工作效率 180 袋 /小时 。 机械臂由大臂与小臂构成，大臂长 1900臂长 1800求选择大臂和小臂的电机 功率，设计大、小臂的 机械结构。为了保持机构稳定性，大臂设计 程 平行四连杆机构。 成果形式：设计说明书和图纸 。 设计进度 参考资料 1. 李云江 . 机器人概论 . 北京：机械工业出版社 ,. 吴宗泽 北京：机械工业出版社 ,. 闻邦椿 . 机械设计手册 机械工业出版社 4. 秦大同 . 现代机械设计手册 . 北京：机械工业出版社 ,. 吴宗泽 北京 :机械工业出版社， 2002.1 毕业设计说明书 (论文 ) 10装袋码垛机器人机械臂的设计 作 者 : 学 号： 学院 (系 ): 专 业 : 题 目 : 码垛 机械手设计 2016 年 4 月 摘 要 机器人技术是机电一体化产品， 码垛 机器人成为一个领先的研究课题。运用在不同领域，如机械，电子，信息理论，人工智能，生物学和计算机，知识等诸多领域的发展机械接头端的设计，机器人也导致了这些学科的发展。 码垛 型机器人是一种典型的机电一体化产品，工艺多 码垛 运动的一个热点手臂运动更多的领 域进行合作研究。机械，电子，信息理论，人工智能，知识和生物和计算机许多学科，但其发展的多机构衔接所需组合 码垛 也促成了这些学科的发展。 本文采用在结构设计上的轻质石膏墙板 码垛 机械手，并完成图纸和零件图总装配图。为机器人模型的要求被分析以估计电机的每个 码垛 ，充分的设得所需要的转矩和功率。完成 码垛 型机器人的程序设计，总体设计，结构设计，运动学模型操盘分析，检查，分析机器人模型，设计和生产机器人模型做的过程中强度的关键部件，绘制 3 关键词： 机械臂 ，结构设计，轻质石膏墙板 码垛 机械手，电机 1 1 目 录 摘 要 . . 1 1 绪论 . 3 2 总体方案设计 . 5 垛 机械手工程概述 . 5 业 码垛 机械手总体设计方案论述 . 5 械手机械传动原理 . 6 械手 总体 方案 设计 . 7 章小结 . 9 3 机械手大臂部结构 . 10 臂部结构设计的基本要求 . 10 臂部结构设 计 . 11 臂 电机及减速器选型 . 11 速器参数的计算 . 12 载能力的计算 . 16 轮齿面的接触强度 的计算 . 16 轮疲劳强度的计算 . 16 4 小臂结构设计 . 21 指的相关设计与计算 . 21 爪结构设计 与校核 . 21 构分析 . 23 算分析 . 23 部设计 . 24 腕偏转驱动计算 . 24 腕俯仰驱动计算 . 34 动机的设得 . 35 臂部结构设计 . 37 臂 电机及减速器选型 . 37 . 38 . 38 轮波发生器及其薄壁轴承的计算 . 39 轮 齿面的接触强度的计算 . 39 轮疲劳强度的计算 . 40 结构尺寸设计 . 41 的受力分析及计算 . 42 承的寿命校核 . 43 总 结 . 46 参考文献 . 47 致 谢 . 48 3 1 绪论 题的背景、来源及意义 近几十年来，随着我国经济持续发展及科学技术 的突飞猛进，机器人在码垛机、弧焊、喷涂、点焊、码垛、涂胶、测量等行业有着越来越广泛的应用。机器人是一个在三维空间中具有较多自由度，并能实现诸多拟人动作和功能的机器。工业机器人则是在工业生产上应用的机器人，是一种典型的机电一体化装置。工业机器人是用来码垛材料零件工具等可再编程的多功能机械手。它综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果。 码垛技术是物流自动化技术领域的一门新兴技术，所谓的码垛就是按照集成单元化思想，将一件件物料按照一定的模式堆 码成垛，以便使单元化的物垛实现物料的码垛、装卸、运输、存储、等物流活动。在物体的运输过程中除了散装的物体和液体外，一般的物体都是以码垛的形式进行存储或组装，这样即可承载更多的物体，又可节省空间。随着物流的飞速发展以及科技的突飞猛进，码垛技术应用越来越广泛，尤其是在环境较恶劣或人工很难做到的情况下。包装的种类、工厂环境和客户需求，物体的安全性等，使得码垛成为越来越艰巨的任务，为了克服这些困难，码垛设备的各个方面都在不断地发展改进，如从机械手到操纵它的软件，现在对灵活性的需求也在不断增加。 码垛机器人是一种具 有特殊功能的垂直多关节型机器人，广泛应用于石油、化工、食品加工、饮料等领域。可通过主计算机根据不同的物料包装、堆垛顺序、层数等参数进行设置实现不同型包装的码垛要求。而机器人码垛技术是自动化物料后处理成套设备中的关键技术之一，随着自动称重、包装技术的发展和性能指标的提高，对码垛技术也提出了更高的要求。码垛机器人手臂应具有一定的刚度和强度，防止弹性变形和断裂。手腕码垛的东西较重，这对其精度提出了更高要求。 为满足自动化生产线产品码垛及码垛的要求 ,本课题要求设计一种码垛机器人的机械结构部分。结合机、电、软、硬件 各自特点和优势互补的基础上，对码垛机器人整体机械结构、传动系统进行分析和设计，提出了一套经济型设计方案。 垛机器人的发展进程及发展趋势 自从世纪年代，我国码垛机器人在国家支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，经过几十年的发展，我国在机器人领域取得了很大成就。按机器人的发展进程，分为三代机器人。第一代机器人，具有示教再现功能或具有可编程的 置，但对外部信息不具 备反馈能力；第二代机器人，不仅具有内部传感器，能获取外部环境信息。虽然没有应用人工智能技术，但是能进行机器人 有在 线自适应能力；第三代机器人，具有多种智能传感器，能感知和领会外部环境信息。目前码垛机器人的应用主要在以下两个方面。恶劣工作环境，危险工作场合 危及生命或不安全因素很大而不宜于人去干的作业。例如在冲床上下料、采矿、锻造等。 第二个是自动化生产领域。码垛机器人可用来上下料、码垛、卸货以及抓取零件重新定向等作业。一个简单抓放作业机器人只需较少的自由度，一个给零件定向作业的机器人要求具有更多的自由度，增加其灵巧性。工业机器人具有减少劳动力费用、提高生产率、改进产品质量、增加制造过 程的柔性、减少材料浪费、控制和加快库存的周转、降低成本、消除了危险和恶劣的劳动岗位。目前工业机器人的开发正处在一个蓬勃发展的阶段，在先进的工业发达国家里，工业机器人的开发与制造正在形成一个庞大的产业，全世界每年的工业机器人销售额可达 42 亿美元。尽管如此，工业机器人产业仍在不断拓展，不断向新的领域进军。我国工业机器人的应用前景十分宽广的。但是，由于我国工业基础比较薄弱，劳动力比较丰富、低廉，给工业机器人的发展带来一定的困难。只有符合我国的国情，才能推动和加快我国工业机器人的发展和应用。工业机器人功能部件的标准 化与模块化是提高机器人的运动精度，运动速度，减低成本和提高可靠性的重要途径。近几年各国注重发展组合式工业机器人。它是采用标准化的模块件或组合件拼装而成。除了工业机器人用的各种伺服电机，传感器外，手臂，手腕和机身也以标准化。随着机器人作业精度的提高和作业环境的复杂化，急需开发新型的微动机构来保证机器人的动作精度，开发多关节，多自由度的手臂和手指及新型的行走机构，以适应日益复杂作业需求。 题的设计内容 本设计主要是研究码垛机器人的结构设计，主要工作内容有以下几点 1) 了解机器人发展历程、现状以及未 来发展趋势，掌握码垛机器人的机械结构特点以及基本构成部分。 2) 对码垛机器人的总体方案进行设计。设计几种方案，对比选出最优方案。方案确定后，对各个细节进行设计。包括腕关节电机、轴承、联轴器的选择；臂部材料的选择、结构的设计、受力分析、关节处销轴的校核、关节轴承的选型；传动系统的设计：电机、联轴器、轴承的选型，滚动丝杠、滑动导轨的选型与校核；腰部电机、联轴器、轴承型号的选择。 2 总体方案设计 垛 机械手工程概述 码垛 机械手是一个技术集成的跨学科，涉及计算机技术和自动化技术的机器，机制，机械 ，气动，液压技术，检测技术等领域。在科人找出有效解决组合问题综合工程被称为 “系统工程 ”。手臂多 码垛 运动设计，例如，系统工程，应作为一个综合的方法来系统设计对外关系的系统，并从整个有机联系的手臂运动环境的研究，开发和应用根据系统的内部部分多接头。 从复杂机械系统，包括一定的规则的功能系统结合多个子系统，它是一个不可分割的整体。如果你失去了开放的系统，可根据特定的一组。因此，在一个复杂的机械设计，概念启动机器，系统必须具有以下特征： 括有机，相互关联的。 （ 3）每个目标系统必须具有明确的目标和系统的功能，结构，功能，目标和手段，决策系统的各个子系统结合起来。 （ 4）系统对环境的适应是适应环境在某些情况下，我们必须能够适应变化的外部环境中。 所以，在设计机器人时，不仅要注意 码垛 运动系统的部件的整个多部件设计臂应根据视工程系统的角度来看，这取决于一个单一的多 码垛 臂的动作的功能要求，子系统，多臂 码垛 ，合理，产品的性能，需要在多 码垛 臂的动作的作业的所有组件。一般来说，最复杂的行业手臂 码垛 如下：在操作机器，是 最大的，单臂多 码垛 的运动来完成的任务，式子里，包括基地，手臂，手腕，副作用机构。传输系统，式子里，包括几个传输零点电源，控制，驱动系统和伺服驱动系统。所述控制系统包括电子控制装置的操作，记忆功能（计算机或其它版本控制装置可编程），操作员接口装置（键盘， 鼠标 等），数据处理装置和各种传感器，放大离线传输，传感器编程接口设备通 信的 I / O 14内部和外部传感器和其他设备（一般或特别。 特征行业臂多 码垛 运动是普遍的调整，灵活的臂工业多 码垛 运动可有效地用于柔性生产系统关键部件的发送处理单元组件或材料或其它柔性 制造系统（例如，机床，锻压，焊接，装配等生产设备），辅助设备，控制系统，多 码垛 臂运动，各种不同形式的运动系统的组建多联技术工艺机械行业其他生产部门。生产，如建筑，开采，生产和输送臂移动多 码垛 是参考系统。 业 码垛 机械手总体设计方案论述 （一）确定负载 设计一种码垛机器人机械臂，前端负载 30器人动作范围高度 水平 作效率 180袋 /小时。机械臂由大臂与小臂构成，大臂长 1900臂长 1800要求选择大臂和小臂的电机功率，设计大、小臂的机械结构。为了保持机构稳定性 ，大臂设计程平行四连杆机构。 负载的大小主要取决于由于运动的沿的作用力和夫妇的机械接口上的多 码垛 臂的运动的方向。式子里，下臂应该包括端部执行器的更 码垛 运动（重量），和工件的重量或处理对象接缝预定速度和加速度的条件下，产生的惯性力等。该项目的数据参考设计初步估算表明，这一项目可能属于一个小负荷。 （ 二 ）驱动系统 由于伺服电机具有良好的控制性能，检查的灵活性，允许速度，位置，环境，体积小，效率高，适用于更为苛刻的运动控制没有影响的精确控制小臂运动多企业等特点，因此，该项目采用的是伺服电机。 （ 三 ）传动系统 动臂 多 码垛 运动可以紧凑，重量轻，惯性小，传动链条应考虑采取措施缩小差距，提高手臂多的移动和位置创业精密运动控制。臂传递机构机械运动多 码垛 通常使用齿轮，蜗杆，滚珠丝杠，皮带，链条传动，行星齿轮，传动齿轮和谐波钢等，由于传动齿轮具有效率高，准确，结构紧凑，工作可靠，寿命长等优点，与大学学习和掌握更扎实的传输，所以这个设计设得的旅行。 （四）工作范围 操作过程中的工业手臂动作的工作范围是多 码垛 的多 码垛 臂的运动取决于所述扇区的操作领域和确定的轨迹，用表示的工作空间。形状和有关该结构的工作空间的大小坐标运动的多 码垛 机械手 ，其大小和在数量和程度每个臂的自由操纵器公共轴线的长度的变化程度和所设得的 码垛 轴的每个角的 （五）运动速度 每个铰接机械臂更坚定的臂的最大行程，按照循环时间来确定每个操作的时间的运动后，可以进一步确定每个动作的速度，单位为米 /秒（ ） / s 的，时间每个运动分配考虑在顺序地或同时地等进行许多因素，如每个操作序列之间的周期的总时间长度。表做他们的操作时间，操作时间分配之外的运动进行比较，以考虑分配请求有关的过程，它也必须考虑惯性的行程的大小和驱动和控制，定位和精度要求。 械手机械传动原理 码垛 机械手的 本体结构组成如图 ： 图 垛 机械手本体组成 本节描述的所有以下列方式的组件和功能。 基本单位： 基座构件包括底座，齿轮传动件，轴承，步进马达。基本作用是支持构件，所述支承构件旋转臂，承受的工作负载的总重量和 码垛 机器人，所述碱必须具有足够的强度，刚度和负荷能力。此外，该碱也需要一个足够大的安装基础，以确保在工作场所 码垛 机器人的稳定运行。 码垛 机器人臂，通常会导致驱动臂运动（例如，液压，气动或一个马达）和一个驱动源（例如，燃料箱，燃料箱，齿轮齿条机构，连杆机构，螺旋机构或凸轮机构等各种运动臂组成的 组件的） 手臂大臂和小臂。繁荣的成员如下：动臂和齿轮件，驱动电机。在臂构件：臂，驱动轴，皮带，定时等，以手腕运动用步进固定臂的电动机驱动的一端。腕部分：包含列表壳体，传动齿轮和轴，所述机械接口。 械手总体 方案 设计 码垛 机械手的结构形式的机器人形结构，并调整圆柱形结构，球面坐标的结构，该多接头结构 4。的结构和它们的相应特征中的每一个，如下所述 3。 运动空间直角坐标机器人，它是那么容易落实到闭环位置控制的线性运动，由于如图 2），直角坐标机器人可以达到非常高的位置，实现各 有三个其他存在的由垂直的直线运动精度（ 中号步骤）。然而，直角坐标相对于空间机器人的运动有关的机器人的结构的尺寸， 这是比较小的。因此，为了实现恒定的空间运动，大于机器人比其他类型的矩形机器人结构尺寸的组织尺寸坐标。 直角坐标机器人的工作区是矩形空间。直角坐标机器人主要用于组装和 码垛 ，直角坐标机器人的业务，它具有悬臂门，三起重机类型的结构。 如在图 2B）中，空间气缸所示，调整直线运动的运动并实现两个旋转运动和机器人。这种机器人的结构相对简单，并且能够在精度一般操作的处理中使用。它的 工作空间是圆柱形的空间。 如图 2c）中，该空间的运动是球形坐标机器人组成的直线运动实现两个旋转运动的。这个简单的机器人结构，成本低，精度不高。它将在主要业务的处理中使用。他们的工作空间是球形的空间。 4. 码垛 型结构 如在 2d）所示，为了实现一个空间移动 码垛 机器人包括三个旋转运动。多 码垛 机器人的运动是一个灵活，结构紧凑，占地面积小。规模相对机械手本体，其相对较大的工作空间。这种机械手是广泛焊接，涂装， 码垛 ，组装，以及使其它操作被广泛用于在这种类型的机器人的，它是在工业中使用。 码 垛 型机械手结构，有水平 码垛 型和垂直 码垛 型两种。 (a) 直角坐标型 (b) 圆柱坐标型 (c) 球坐标型 (d) 码垛 型 图 2四种机械手坐标形式 根据任务书和具体要求，我们，事实上，设得了 码垛 型（ D）。 特定的形状和特定的要求机器人数控机布局，设计要求兼顾处理工件到 5量能够简化结构，降低只要，由于考虑到会议系统的技术要求的前提下，以改善这种设计的可靠性和具体的成本。大机器人臂的运动范围和更高的定位精度，用一个腰部转动自由度六个自由度， 以及自由设计的悬臂和臂腕音调的转动节距 自由前臂，转动自由度的机械手。在本文的臂结构的设计要求的尺寸，因此，需要实现一个大俯仰自由，在该臂的详细设计的旋转臂机构的自由 。 章小结 为了确定解决方案，才能做出最终决定，通过设得多种方案，完成设计的机器人系统，本章后面英寸如，以确定机器人的整体设计，机器人，手臂，手腕，端部的腰部，中详细做了的设计的各个部分 。 10 3 机械手大臂部结构 臂部结构设计的基本要求 臂部件的主要成分是 码垛 机器人。它的作用是支持的手，带领他们腾出运动。臂移动类型：任意点的运动的空间范围内的一个手柄部。如果 你已经改变了手（方位）合资的态度，以手臂来实现的自由。因此，我们设计成一般臂的基本要求。 力，需要加载刚度好，重量轻 它通常是在臂，不仅弯曲（在一个方向上，而不是仅仅弯曲），由反向，由需要设得的高弯曲和横截面形状的抗扭刚度。显然，基本相同的按横截面，钢铁，工程单位重量的面积 槽钢 的 转动惯量，比圆形大得多。因此，在 码垛 机器人的无缝钢管，不仅提高了在许多情况下导杆，如工字钢，或所述臂的刚度，非常减少臂的重量，中空只更确切地说，被用作支撑槽钢，内置驱动器，因此，清爽使在紧凑，以及传输管道的外观，它可以 被放置。 有小的惯性 在统一的手臂一般，运动，请求启动和力臂端，移动的减速时间开始，否则，冲击和振动，加速度和终止请求之前没有太大的影响为了减少，它已经改变了。 为了减小转动惯量，必须采取以下措施。 （ A）成分，降低臂的重量以移动使用铝等轻质高强度材料。 （ B）以减少手臂运动部件的总体尺寸 （ C）减少转弯半径 （ D）驱动系统中设有缓冲装置 （ 3）的运动的臂应该是灵活的。 为了减少摩擦和滑动摩擦的运动部件之间的摩擦力尽可能臂滚动代替。 （ 4）位置精度要高。 最困难的 码垛 转移机器人控制的位 置，精度很差，通常是高直角坐标加上设置装置，用于 码垛 机器人的圆筒形位精度，检测臂上这意味着位置，可以控制一个更好的位置精度。 铸件尺寸 铸钢 灰铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 铝合金 铜合金 200200 200200500500 58 1012 1520 35 410 1015 46 812 1220 35 68 346 35 68 在本文中，其它机器人臂的刚度， 减少了电机负载的底部接头，减少了臂的重量，以确保它能够提高机器人手臂的动态响应，一方面，薄铝设计合金构件。铸造铸型砂的设计的最小厚度。最小壁厚：具有其铸造合金，分别不同的铸造合金铸造的合适的厚度，“最小厚度可以是”浇铸，取决于类型的尺寸和合金铸件，相同是否 ，见表 示： 表 型铸造铸件最小壁厚计（ 它简单地砂铸造厂的结构设计，一个特殊的铸造工艺，铸造结构对应于每个不同的铸件和特性应根据来设计。在本文中，通过使用铸铝外壳手臂。具体尺寸，请参阅总装图。 臂部结构设计 大臂 壳体采用铸铝，方形结构，质量轻，强度大。 臂 电机及减速器选型 假设小臂及腕部绕第二 码垛 轴的重量： 23臂速度 是 10r/则旋转开始时的转矩用以下式表达： 式子里， T - 旋转开始时转矩 动惯量 加速度 机械手大臂从 00 到1 60 / s 需要的用时： 则： 011 1 1 /31 . 4 6 7 . 6 4 1T J J N (鉴于关于重心的机器人手臂的转动惯量的摩擦转矩轴的各个部分的，开始转动 动转矩，可以假设 2 的安全指数，期望的输出的谐波减速器 最小转矩为： 500500 20152201 (得谐波减速器： 型号： 扁平式谐波减速器） 额定输出转矩： 减速比： 20 设谐波减速器的的传递效率为： %90 ，步进电机应输出力矩为： 0011 (设得 应式步进电机 型号： 55转矩： 距角： 速器参数的计算 刚轮、柔轮 的材料都是锻钢，小齿轮用 45的材质，硬度 250 刚轮 材料为 45 钢（调质），硬度 220 柔轮齿数： 2001002 r 刚轮齿数： 2 0 22 0 02 ， 则 柔轮分度圆直径： 0 02 0 钢轮分度圆直径： 0 12 0 柔轮齿圈处的厚度： 0)42 0 075(10)475( 441 重载时，为了增大柔轮的刚性， 允许将 1 计算值增加 20%，即 柔轮筒体壁厚： 为了提高柔轮的刚度，取 轮齿宽度： r 51 0 轮毂凸缘长度： 15) 取 4 柔轮筒体长度： r 1 0 0,1 2 0801 0 0) 取 轮齿过渡圆角半径： 为了减少应力集中，以提高柔轮抗疲劳能力，取 由于采用压力角 200 的渐开线齿廓，传动的啮合参数请看以下式子。 因轮齿扭矩的因素，使轮齿间隙减小的值为： 2m a xm a x 2 （扭转弹性模数 G=80 式子里，： 3m a x 1050050025022 0 7 8 0 15105 0 0 32 3 m=8 102m 为了消除在必须使最 大侧隙应保证存在有侧隙值0 式子里，： 60(104 40 0m a x 径向变形系数：nr m a 则： 0100(104 40 1 5 7 8 a x 径向变形系数： 0 m 柔轮的变位系数： 9 轮的变位系数： ( 0 验算相对啮入深度： 12 5 010)9 6 9 9 如果计算找出的 2续计算，设得 2。如果出现 1了传递动力，应适当增加 1 柔轮齿根圆直径： 2 式子里，齿顶高系数 1径向间隙系数 C 柔轮齿顶圆直径： 2 式子里，（找到相应表格设出 25.0 相对啮入深度和轮齿过渡曲线深度系数之和应符合两个不等式验算公式。 1)(2刚轮齿顶圆直径： 2)(2 0 刚轮齿根圆直径： 设出插齿刀齿数 10121 Z，插齿刀变位系数 0齿刀原始齿形压力角200 ，则 0 1 4 3 9 o s,3 6 4 a n in v 刚轮和插齿刀的制造啮合角： a a 0 i 找到渐开线函数表和三角函数的表 格设出 8 8 6 o s, 那么刚轮和插齿刀的制造中心距： 01202( 0 插齿刀的齿顶圆直径： 2 刚轮齿根圆直径： 验算刚轮齿根圆和柔轮齿顶圆的径向间隙： )(21 0 即： 1 可见沿波发生器长轴 ,在刚轮齿根圆与柔轮齿顶圆之间存在径向间隙。 滚珠直径： 柔轮齿圈处的内径： 100 m m那么： 100 m m轴承外环厚度：由于工艺上的要求，可将外环做成无滚道的 1 1 1101 1 11 . 60 . 0 5 0 . 0 5 8 0 . 41 . 6 1 . 6 1 . 5 0 . 4 2d m ma h m m 轴承内环厚度：211 . 8 1 . 8 1 . 5 2 . 7a m m 内环滚道深度：2 0 10 . 1 0 . 5 0 . 1 8 0 . 5 0 . 4 1h d h m m 式 轴承内外环宽度：所用为滚珠轴承，近似等于齿宽 15B 轴承外环外径： 100 m m轴承内环内径： 1 2 2 02 ( ( )1 0 0 2 2 ( 2 . 7 0 . 8 ) 8 7 6 a a h 为了便于制造，采用双偏心凸轮波发生器。 则凸轮圆弧半径： 42 式子里，是偏心距： 3 . 1 4 1 0 1 1 0 0 1 . 3 82 2 3 . 1 4 2 2m m （ 则凸轮圆弧半径： 3 . 1 4 7 6 4 1 . 3 8 3 7 . 1 2 3 72 3 . 1 4TR m m 凸轮长半轴： 3 7 . 1 2 1 . 3 8 3 7 . 1 3 9 e m m m m 凸轮短半轴： 37 m m载能力的计算 轮齿面的接触强度的计算 按照在非常靠近柔轮直线的谐波传动齿轮比特 性和刚性轮比的齿数多的齿。因此，通过工作表面的齿侧的最大接