四自由度重载精密关节式码砖机器人设计（码垛机械手三维SW）（下载送CAD图纸）

本科毕业设计说明书摘要过去的砖坯自动化码砖垛作业大部分采用直角坐标式码垛机，由于其结构等因素的限制，直角坐标式码垛机存在着占地面积大、耗电量大等缺点。本次设计的四自由度关节式码砖机器人可以解决这几个问题，它结构紧凑，占地面积不大，耗电量也相对降低。同时，关节型码砖机器人精度高、搬运速度快，可以大幅提高生产效率，为企业带来更大效益。本次设计的码砖机器人由底座、腰部、臂部、手腕和手爪几部分组成，主要对搬运工业机器人的驱动方式及各轴的传动方案进行了设计，并对驱动运动的电动机进行了选型；在对其工作空间分析的基础上，对关键的零部件进行了受力分析及强度校核；根据其基本结构参数，利用Solidworks软件进行了三维图形的绘制，并用CAD绘制了装配图及部分关键零件图。关键词：码砖机器人；结构设计；传动方案设计；受力分析

AbstractInthepast,therearesomeshortcomingssuchasthelargeareaoccupiedbytheCartesianCartridgeandthelargeamountofpowerconsumption.Thisdesignofthefourdegreesoffreedomjointbrickrobotscansolvetheseproblems,itiscompact,smallfootprint,powerconsumptionisrelativelyreduced.Atthesametime,joint-typebrickrobothighprecision,handlingspeed,cangreatlyimproveproductionefficiency,bringgreaterbenefitsfortheenterprise.Thedesignofthecodebrickrobotfromthebase,waist,arm,wristandgrippingseveralparts,mainlyonthehandlingofindustrialrobotsandthedriveoftheaxisofthedriveprogramwasdesigned,anddrivethemotorwasselectedBasedontheanalysisofitsworkspace,thekeycomponentsareanalyzedandthestrengthcheckismade.Basedonthebasicstructureparameters,thethree-dimensionalgraphicsaredrawnbySolidworkssoftware,andtheassemblydrawingandtheassemblydrawingaredrawnwithCAD.Partofthekeypartsmap.Keywords:Framebrickrobot;structuraldesign;transmissionschemedesign;forceanalysis

目录21341第一章绪论 1219461.1课题的背景、来源及意义 140901.2常见码砖码垛机器人介绍 1166751.3课题意义 8251211.4课题的设计内容 99512第二章码砖机器人总体结构设计 10245112.1方案的确定 1010002.2机械部分总体结构 13160792.3电机的选择 14282582.4底座的设计 16316182.5腰部的设计 1926942.6臂部的设计 21236832.6.1大臂的设计与校核 21171252.6.2小臂的设计与校核 23118752.7腕部的设计 2513546第三章码砖机器人主要部件选型设计 2760133.1码砖机器人腰部驱动部件设计 27229733.1.1腰部电机选型 27122323.1.2腰部联轴器计算选型 2818443.2码砖机器人腕部驱动部件设计 2993343.2.1腕部减速机的计算与选型 2944953.2.2腕部联轴器的计算与选型 31116023.2.3轴承的选型 3323504第四章码砖机器人抓手设计 342612第五章solidworks建模 36214694.1主要部件建模及其简介 36125604.1.1轴承建模的主要过程 362264.1.2机器人的主要部件及装配模型 3922877结论 4215750参考文献 4314322谢辞 44PAGE毕业设计说明书PAGEPAGE48绪论1.1课题的背景、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，机器人在弧焊、喷涂、点焊、搬运、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。工业机器人是用来搬运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。人工费持续高涨对我国砖瓦行业的冲击是非常大的，主要表现在码坯和卸砖这两个用人量大的方面。生产线的产量越高，需要的人员就越多，砖厂的招工成为一件困难的事情。现在，不但新建的生产线优先考虑自动码坯的方式，就是许多依靠人工码坯的砖厂不得不进行技术改造，以解决用工难的问题。过去的砖坯自动化码垛作业大部分是由直角坐标式码垛机或人工搬运完成。直角坐标式码垛机由于其结构等因素的限制，存在着占地面积大、耗电量大等缺点；而人工搬运劳动量又大，完成同一工作量所需很多工人，因此效率低下，成本较高。而关节式码砖机器人占地少，结构紧凑，有利车间的良好布局；搬运速度很快，大幅度提高生产效率，对促进砖坯生产的自动化生产线有重要的贡献。1.2常见码砖码垛机器人介绍以下介绍了现际生产中常用的机器人的实例：加扣扣：1304139763或1064457796，购买发CAD图纸及相关文档图1-1瓶罐码跺机1图1-1是一种瓶罐码跺流水线，在瓶罐生产中广泛应用，其配合流水线输送带可以实现批量瓶罐的装箱工艺。这类码垛机器人主要用来在自动化生产过程中执行工件的装载和卸载任务。该系列码垛机器人使用三种标准托盘。每个码垛机器人有两摞托盘或三摞托盘，每摞托盘的托盘数量随应用而定。这类码垛机器人采用挂壁式结构，其中X轴由两根龙门式导轨上下排布组成，其跨度按Y轴行程而定。X轴通常固定在机器人支架上，也有固定在墙壁上。Y轴由两根龙门式导轨并排组成，其上装配气动式手爪，上面还配备一台二维（X轴和Z轴机器人）或三维机器人，由该机器人完成工件的抓取，从而完成一工位到另一工位的搬运工作。图1-2瓶罐码跺机2图1-2是另一种瓶罐码跺机，广泛应用于瓶罐的包装机械里，一般做为包装流程最后一道工序。该机结构紧凑，工作方式灵活。2、规则箱体码跺机箱体码跺机在实际生产中应用颇多。不仅形式多样，并形成一定的标准化生产。抓取箱体方式也多样，有机械手抓取、软式抓取及吸盘式抓取等。图1-3自动化物流机器人图1-3是一种库房自动化管理中应用的箱体码跺机，在自动化物流行业大大节约物流进程和时间。该机器人可以固定和装在可动轨道上实现固定位置码跺和流动码跺。图1-4小型箱体码跺机器人图1-5机床式箱体码跺机图1-6吸盘式箱体码跺机图1-7框架式箱体码跺机3、在大米生产中同样使用米袋码垛机器人做为码垛机，其具有工作范围广、码垛速度快、抓放准确、操作灵活等优点，既可以只为一条生产线服务，也可以同时为多条生产线服务：既可以对一个托盘进行堆垛，也可以同时对多个托盘进行堆垛；既可以堆垛也可以卸垛，能够满足整个大米生产要求，减轻了工人劳动强度，并降低大米生产的成本费用。图1-8是日本不工业株式会生产一种米袋码跺机图1-8米袋码跺机图1-9袋式码跺机4、其他机器人图2-9码砖机器人图2-9是科技公司FastbrickRobotics开发的一款砌砖机器人HadrianX，据称能在两天内就能砌好一座房子。HadrianX每小时可以砌1000块砖，这个量需要4个工人才能完成。HadrianX机械臂与主体连接，机械臂末端带有机械手，用于抓取砖头并按照设定堆砌。3D计算机辅助设计系统可绘制出住宅形状和结构，机器人自动计算出每块砖应放置的位置。1.3课题意义在机械工业中，应用码砖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机器人配合制砖设备在码垛环节中取代了传统人工作业，提高了生产效率与质量，同时，应用码砖机器人取代劳动后，整个码垛环节的精度得到大幅度提升。此外，码转机器人在国内制砖领域的应用，为新型墙体生产行业的码坯自动化起到了带动作用。（2）以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、有灰尘、噪声或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人工码砖是有危险或不可操作的，而应用码砖机器人即可部分或全部代替人安全的完成作业，避免人身事故，使劳动条件得到改善。（3）以提高劳动生产率和降低生产成本码砖机器人代替手工劳动者进行码垛，降低了企业对劳动工人的需求量。同时，码砖机器人相比人工码砖，速度更快，精度更高，既提高了劳动生产率，也降低了企业的生产成本。1.4课题的设计内容本设计主要是研究码砖机器人的结构设计，主要工作内容有以下几点：1)了解搬运机器人发展历程、现状以及未来发展趋势，掌握码砖机器人的机械结构特点以及基本构成部分。2)对码砖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。3)用solidworks进行三维模型设计。设计各零部件的三维模型，并将设计好的零部件进行装配，装配完成后进行运动仿真。不断改变参数，观察机构的运动是否发生变化。第二章码砖机器人总体结构设计2.1方案的确定过去的砖坯自动化码砖垛作业大部分采用直角坐标式码垛机，由于其结构等因素的限制，直角坐标式码垛机存在着占地面积大、耗电量大等缺点。本次设计的四自由度关节式码砖机器人可以解决这几个问题，它结构紧凑，占地面积不大，耗电量也相对降低。同时，关节型码砖机器人精度高、搬运速度快，可以大幅提高生产效率，为企业带来更大效益。本次设计的码砖机器人由底座、腰部、臂部、手腕和手爪几部分组成，总体结构方案的简图如上图。底座与腰部连接，上边连接大臂和小臂，小臂与腕部相连，腕部连接手爪部分。其中手臂部分包括上下、前后、绕x轴旋转3个自由度，加上腰部可以绕z轴的水平旋转，共4个自由度。腰部底座的运动是由底部的伺服电动机来控制空心轴，实现腰部旋转，进而找到砖块的准确方位；大臂和小臂的垂直部分都各有一个电机，每个电机通过齿轮传动可以实现大臂的上下、前后运动和小臂的上下、前后运动，从而让手爪不断靠近砖块；腕部电机控制手爪连接盘带动机器人手爪旋转，从而找到抓砖的合适角度；然后通过气动系统让手爪板在手爪导轨上移动夹紧砖块；接着由大臂带动小臂移动抓起砖块；最后配合腰部旋转将砖块码到指定位置。码砖机器人工作过程是往复循环的，由于关节式手臂运动形式工作范围大、通用性强，因此本文采用平行四边形机构作小臂驱动器的关节式机械手。在此课题的研究中共设计出三种方案，即方案一、方案二、方案三。方案一：如图2-1所示。后大臂沿着丝杠向上运动，前大臂沿着丝杠想向右运动；后大臂向下运动，前大臂向运动，实现码砖机器人码砖过程。此结构能基本满足设计要求，但是由于前大臂、后大臂与小臂间通过销轴连接，运动范围小，且前大臂与后大臂不相连接，使得机构运动精度低，运动不确定。图2-1方案一方案二：如图2-2所示，此机构的前大臂与小臂通过移动副连接，前大臂通过滑块可以沿着小臂滑动，解决了方案一工作范围小的缺点。但是由于前大臂与小臂组成移动副，使得摩擦阻力增加，运动效率低，成本高。此机构中前大臂主要起支撑作用，机构的运动主要取决与后大臂，这使得此种方案的运动精度更低。图2-2方案二方案三：如图2-3所示，机构运动原理与图2-1相同，此机构构成平行四边形，运动具有确定性，销轴处有关节轴承，减少摩擦力，方案三改善了方案一方案二的不足之处。图2-3方案三2.2机械部分总体结构本文设计的机器人的机械结构主要部分由底座、大臂、小臂、腕部和手爪装置组成（如图2-2-1所示）。底座是机器人的基础部分，执行机构和驱动装置都安装在底座上。大臂和小臂是执行机构中的主要运动部件，用来支撑腕关节和手部，并使它们在工作空间内运动。腕部是联结手臂与手爪的部件，用于调整手爪的方向和姿态。手爪装置一般指夹持装置，主要用来传递工作。图2-2-1码垛机器人整体结构图图2-2-2码垛机器人结构简图2.3电机的选择机器人的驱动可分为气压驱动、液压驱动及电机驱动等多种方式,它们各自的优缺点不同,适用范围也不同。气压驱动能源成本较低,机械结构简单,但是定位精度比较差。液压驱动输出力可在很大的范围内调节,定位精度比较高,但是对温度变化敏感,油液易泄露,噪声比较大。电机驱动机器人的效率比较高,运动速度以及位姿准确度超过启动及液压驱动,噪声和污染都比较小。综上所述,根据实际的需要,本机器人选用电机驱动。目前机器人电机主要有以下几种步进电机：可直接实现数字控制,控制结构简单,控制性能好,成本低廉通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制位置误差不会积累。步进电机具有自锁能力和保持转矩的能力,适用于传动效率不大的关节或小型机器人。直流伺服电机具有良好的调速特性,较大的启动力矩,相对功率大及快速响应等特点,并且控制技术成熟。但其结构比较复杂,成本较高。交流伺服电机结构简单,运行可靠,使用维修方便,价格较为昂贵。舵机：角度可以保持在驱动当中，稳定性好，结构紧凑，易于安装，控制简单，大扭力，成本低。结合机器人的要求,本文选用舵机，舵机结构如图2-3-1所示。图2-3-1舵机结构图考虑到所需舵机的各方面要求，我们选取型号为SM-S4303R的6V舵机，具体参数如下表：表2-3-12.4底座的设计底座材料选择聚甲醛。聚甲醛是一种表面光滑、有光泽的硬而致密的材料，淡黄或白色，薄壁部分呈半透明，强度、刚度高，弹性好，减磨耐磨性好。其力学性能优异，比强度可达50.5MPa，比刚度可达2650MPa，与金属十分接近。码垛机器人的底座承载了整个机身的重量，以及底座本身内部装有舵机等，考虑到自身的刚度和强度，又结合经济性和重量限制外形等因素，综合考虑，设计底座结构如图2-4-1所示：图2-4-1码垛机器人底座结构图底座零件图如下：图2-4-2底座主视图图2-4-3底座左视图图2-4-4底座俯视图2.5腰部的设计图2-5-1腰部结构图码垛机器人的腰部结构如图2-6所示，腰部承载着大臂、小臂以及其他部件的重量，安装在腰部一侧的舵机用来实现大臂的前后运动。腰部的旋转靠安装在底座中的舵机完成，舵机与腰部间的联轴器通过键连接与腰部联结。腰部中间部分设计成部分中空，目的是减轻机身重量。腰部的三视图如下：图2-5-2腰部主视图图2-5-3腰部左视图图2-5-4腰部俯视图2.6臂部的设计码垛机器人的臂部主要由大臂、小臂及其他附件组成，考虑其运动特点及整体结构质量，材料选择铝合金6061。铝合金6061的力学性能：极限抗拉强度为124MPa，受拉屈服强度

55.2MPa，延伸率25.0%，弹性系数68.9GPa，弯曲极限强度228MPa，泊松比0.330，疲劳强度62.1MPa，密度为2.8g/cm3。2.6.1大臂的设计与校核大臂的结构设计图2-6-1大臂结构图大臂主要做前后的摆动动作，通过与腰部连接的电机实现，主要结构如图2-6-1所示，横截面为矩形，一面与腰部相连，一面与小臂相连，此处舵机装在大臂上，方便控制小臂的运动。大臂的弯曲强度校核大臂受力方向与大臂夹角为53.74°（45°+8.74°），此处受力分析取为60°。大臂的受力分析图及弯矩图如下：图2-6-4大臂的受力分析及弯矩图2.6.2小臂的设计与校核小臂的设计图2-6-5小臂结构图小臂的结构相较于大臂稍简单，两端呈对称结构，如图2-14所示，两端分别与相应的舵机相连，除了与大臂相连的一端，另一端与腕部相连。图2-6-6小臂主视图图2-6-7小臂俯视图小臂的弯曲强度校核小臂的受力分析图及弯矩图如下：图2-6-8小臂受力分析及弯矩图2.7腕部的设计腕部的主要作用是利用舵机控制手爪的工作，并有自己的工作范围。第三章码砖机器人主要部件选型设计3.1码砖机器人腰部驱动部件设计3.1.1腰部电机选型因为腰部的回转速度较低，所以此处的驱动电机选用一般的电机转速太大，而选择中低速电机较为合适。选择淮安正福科技有限公司的YD系了电机，电机型号为YD112，其额定功率为1.1kW，额定转速为17.5r/min，额定扭矩为600N.m。由于电机要竖直安装，因此电机的外形图如图3-2。图3-2电机的外形图YD系列低速电机的安装尺寸如表3-6。表3-6电机的安装尺寸YD系列低速电机的性能参数如表3-7。表3-7电机的性能参数3.1.2腰部联轴器计算选型联轴器的理论转矩(3-5)式中——理论转矩（）；——传递的功率（）；——工作转速（）。带入数据得。联轴器的计算转矩(3-6)式中——动力机系数，电动机、透平机取=1.0；——工况系数，由《机械设计手册第五版第2卷》表6-2-2查得，取K=1.5。——起动系数，取=1.0；——温度系数。由《机械设计手册第五版第2卷》，表6-2-3查得，取=1.0。带入公式得。由《机械设计手册第五版第2卷》选用凸缘联轴器，由表6-2-8选型号为GYS7，公称扭矩为1600N·m。凸缘联轴器结构原理，如图3-3。图3-3GYS7型-凸缘联轴器结构原理图GYS7型-凸缘联轴器基本参数和主要尺寸如下表：表3-8GYS7型-凸缘联轴器基本参数和主要尺寸型号公称扭矩Tn(N·m)许用转速[n]r/min轴孔直径d(H7)轴孔长度LD螺栓重量(kg.m³)钢钢Y型J1型数量n直径MGYS71600600055112841606(4)M1213.13.2码砖机器人腕部驱动部件设计3.2.1腕部减速机的计算与选型本节减速机的型号是根据上海泰一传动设备有限公司的《R系列斜齿轮减速机选型手册》选用的。1.实际服务系数确定减速机是按载荷平稳，每天工作时间一定和少量启停次数的情况设计的，而在实际情况使用中往往不是处于此种理想状态。减速机的实际服务系数必须按照实际情况的载荷类型、运行时间、使用频率来确定工作机系数f1、原动机系数f2和启动系数f3，使其三者的乘积小于或等于服务系数fB。具体参数值参见表3-1，3-2,3-3。表3-1工作机系数f1表3-2原动机系数f2表3-3启动系数f3由表确定本机构的工作系数f1=2.5，原动机系数f2=1.0，起动系数f3=1.3，那么f1f2f3=2.51.01.3=3.25。2.确定减速机型号根据《R系列硬齿面斜齿轮减速机》选型手册，由f1f2f3fB，由表1-4选择fB=3.4的减速机，型号为RF37-Y0.18-4P-48.08-M4-I。减速机竖直安放，其具体参数如表2-4所示：表3-4减速机的具体参数输入功率/kw输出转速r/min输出转矩N.m电动机型号质量/kg减速机输出轴的轴颈0.182956RF378.525mm3.2.2腕部联轴器的计算与选型联轴器计算选型所使用的公式和某些参数值的选择参考《机械设计手册第五版》和《机械设计课本》。1.联轴器的理论转矩(3-1)式中——理论转矩（）；——传递的功率（）；——工作转速（）。带入数据得。2.联轴器的计算转矩(3-2)式中：——动力机系数，电动机透平机的=1.0；——工况系数，由《机械设计书册第五版第2卷》表6-2-2，查得K=1.5；——起动系数，由制造商确定，与启动频率f有关，选取=1.0；——温度系数,由《机械设计书册第五版第2卷》表6-2-3查得，=1.0。带入公式得。联轴器选用A型平键套筒联轴器，查《机械设计手册第五版第3卷》，因联轴器的许用转矩要大于计算转矩，而且减速机输出轴的轴径为25mm，所以由表15,1-10确定联轴器的有关参数如下：表3-4联轴器的具体参数Dh7轴直径/mm许用转矩/N.mD0LlC平键GB/T10996-2003C1紧定螺钉GB/T117-20002512540752018x251M6x10套筒联轴器与轴间的定位靠平键连接，紧定螺钉也起定位作用。套筒联轴器与轴的装配如图3-1所示。图3-1=2\*ROMANII型平键套筒联轴器与轴的装配图3.验算套筒的扭矩强度和键的挤压强度套筒的扭转强度：(3-3)式中——套筒外径，由表3-4得到；——轴径，。将数值带入公式得到由套筒的材料为45号钢，由《机械设计》课本表15-3查得，许用切应力为25～45Mpa，则所选套筒满足强度要求。平键的挤压强度：(3-4)式中k——键工作高度；——键工作长度。由表15,1-10确定，，d=25mm，带入公式得到，由《机械设计》课本P106,许用挤压应力应为键，轴，轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，由表6-2，取许用挤压应力为120～150Mpa。因此平键满足强度条件。3.2.3轴承的选型由于腕部的转速并非高转速，并且承受的载荷为轴向载荷，因此选用角接触球轴承，且成对使用。由《机械设计课程设计指导手册》中国标准出版社，选择轴承型号为7305C,具体参数如下表：表3-5轴承的具体参数轴承型号dDBa基本额定动载荷/KN额定静载/KN7305C25621713.121.515.8轴承的布置形式选用预紧布置，用以提高轴承的旋转精度，增加刚性和减小轴的振动。第四章码砖机器人抓手设计5.1机械抓手一般原理很多需码跺产品是软包装产品，在作业过程中容易撕裂、破损和变形，搬运时易产生抓取部位的变化，这种工件不宜采用真空吸盘，需专门设计末端执行器。在码垛机器人系统中，末端执行器相对于人的手指功能，本文设计的末端执行器为指式末端执行器，其原理如同3-9所示。其工作原理为：当定位传送带上传感器检测到需码跺产品时，反馈信号到运动控制器，运动控制器发出指令使控制气缸阀门的电磁阀关闭，气缸迅速动作，末端执行器手指张开；手指张开后，末端执行器位置下降，使手指伸进传送带两辊子空隙，完全定位后，气缸复位，手指合闭，抓取产品；为保证一定的抓取力，手指之间可以加一弹簧相连；另一方面，末端执行器放置产品的过程与抓取产品过程类似。2、本码跺机器人机械抓手结构见图3-10。导轨滑块组件机械抓手连板手指导轨滑块组件机械抓手连板手指双作用气缸连杆组件双作用气缸连杆组件图3-10机械抓手结构图3、其他常用机械抓手介绍工业生产中需码跺的产品各不一样，形状规格差距很大，为了针对不同产品，可以设计对应不同产品的机械抓手，实际生产时只需更换抓手即可很快投入生产。下图3-11是工业中常用机械抓手的运用。图3-11各种机械抓手的运用第五章solidworks建模SolidWorks为达索系统（DassaultSystemesS.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的CATIAV5就出自该公司之手，目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸塞州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内，当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今至2010年已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Solidworks被法国达索（DassaultSystemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。4.1主要部件建模及其简介4.1.1轴承建模的主要过程solidworks建模比较简单，这里只是简单介绍一下角接触球轴承的建模，其余部件略去。机器人中的角接触球轴承如图所示。图5-1角接触球轴承具体的建模步骤如下：创建零件文件。选择“旋转”工具，弹出旋转控制面板，单击“草绘”按钮，在弹出的面板中单击“定义”，弹出“草绘”对话框。选择基准面TOP为草绘平面，接受默认的参照与方向，单击“草绘”按钮进入草绘界面。绘制完成后的草图如下图(5-2)所示。图5-2草图单击“继续当前部分”按钮即对勾按钮，完成截面草图的绘制。接着单击旋转控制面板的“确定”按钮，模型效果下图(5-3)。图5-3内外圈选择“旋转”工具，弹出旋转控制面板，单击“位置”按钮，在弹出的面板中单击“定义”，弹出“草绘”对话框。选择基准面TOP为草绘平面，接受默认的参照与方向，单击“草绘”按钮进入草绘界面。绘制完成草图后，单击“继续当前部分”按钮即对勾按钮，完成截面草图的绘制。接着单击旋转控制面板的“确定”按钮，模型效果下图(5-4)。图5-4未阵列的角接触球轴承选择刚绘制的圆球，然后选择“阵列”工具，弹出阵列控制面板。在“阵列方式”下拉菜单中选择“轴”选项，单击内圈中心轴。在阵列控制面板的“阵列数”文本编辑框输入阵列数目10，“角度”文本编辑框输入阵列角度36，单击“确定”，模型效果如图(5-5)所示。（图中的倒角的步骤没有加进去，是为了说明书的简洁。）图5-5角接触球轴承的模型4.1.2机器人的主要部件及装配模型腕部电机装配图如图5-6所示。电机固定在外壳上，电机轴的转动带动底下圆盘的转动。外壳与小臂是销轴连接，为减少摩擦销轴处加轴承。外壳上的小孔与系杆铰接，作用是为保持无论在何运动状态下电机轴始终铅直向下。图4-6手腕部电机转配腰部电机装配如图4-8所示。联轴器通过键与轴定位。角接触球轴承通过轴肩和套筒来定位。推力球轴承与轴用销钉连接装配。推力球轴承用外壳来定位，将整个腰部以上构件的重力通过轴承传给整个外壳。最上面部分的大圆盘可以通过电机轴的转动带动腰部以上构件旋转一定角度。图5-8腰部电机装配整个机构的装配图如图5-9所示。图4-9整体机构的装配图结论本课题所研究的是码砖机器人结构设计，在参考多种机器人的基础上设计满足码砖要求的机器人。整个课题的设计过程需要完成的任务主要有：1)完成了整体结构的设计，尤其是手臂部分结构的设计。在构思过程中共设计出三种方案，对比后选出第三种方案作为码砖机器人结构设计方案。2)完成了机械传动部件的选择，主要包括有：导轨副、丝杆螺母副、减速机、轴承以及联轴器的选用。3)完成了机械传动部件的计算与校核，主要指导轨、丝杠和销轴。校核所选择的型号是否满足条件，从而选择出合理的型号。4)完成了基于solidworks的机器人结构的实体建模和仿真。基于solidworks的机器人的结构设计及运动仿真，对提高和保证码砖运动的可靠性具有重要的使用价值。综上所述，本次设计出的码砖机器人在实现基本功能要求的基础上，较已有的设计方案来说，实体模型仿真提高和保证了机器人运动的可靠性。然而结构设计和仿真过程中存在一些不足之处有：(1)设计的手臂的结构只能起到减小重量，减少加工面积的作用，不能增加手臂杆的刚度。设计成工字形或n字形几种截面的比较好。采用变截面n字梁作为手臂结构，能承受沿垂直方向的载荷能力大；工字型结构具有较好的抗弯抗剪强度(2)手腕部装配的不太合理。在机器人运动的过程中，手腕不能保持始终铅垂向下的状态，有可能