毕业设计（论文）-智能物料搬运小车设计

摘要目前工厂的自动化程度不断提高，但工厂的生产效率并没有得到大幅度提高，而限制生产效率的主要原因是：生产线毛坯与成品的搬运均采用工人手工完成，而搬运是一件费时费力的事情。针对上述现象，本文针对上述现象重点研发一套物料搬运智能机器人，该机器人集物料抓取、物料移动、物料放置于一体，主要研究内容如下：本文设计的物料搬运小车需要精准实现物料的搬运工作，因此本文设计的物料搬运小车选择四轮式传动。红外反射时一般是漫反射，到遇到不规则物体时，其反射信号不一定能被小车接收到，本文最终选择超声波避障的方式。本文设计的物料搬运小车需要满足不同工况的使用要求，因此本文设计的通信方式最终选择连续式通信，具体的类别为wife传输。物料识别最终也采用机器视觉技术，搬运装置选择气压式驱动的方式。行走装置控制系统选用AT89C51单片机作为中心控制单位，采用可编程序控制器(PLC)对机械手臂进行控制。经过最大力矩和工作转速，最终选择行走装置直流电机的型号为：Z2-11小型直流电动机；本文设计的行走装置电源类型选择铅酸蓄电池，电压为12V，电池数量为2个。经过计算，回转电机选择：藤印象微形直流电机，回转齿轮的模数为圆整为2。大臂电机的型号为：3D30GN-24，小臂电机的型号为：XD-3420-2，机械爪电机的型号为：XD-15GB555，经过计算，上述所有电机的输出扭矩大于所需要的工作扭矩。验算合格。对物料搬运小车进行虚拟模型建立，首先是要所有的零部件进行三维建模，建模完毕之后，对物料搬运小车进行虚拟模型装配，整个三维模型分为行走装置和搬运装置两个，分别利用配对，同心，对齐等命令将上述机构进行装配。关键词：物料搬运小车、超声波避障、行走装置、虚拟建模AbstractAtpresent,thedegreeofautomationofthefactorycontinuestoimprove,buttheproductionefficiencyofthefactoryhasnotbeengreatlyimproved,andthemainreasonforlimitingtheproductionefficiencyisthat:thehandlingoftheblankandfinishedproductsoftheproductionlinearecompletedbymanualworkers,andthehandlingisatime-consumingandlaboriousthing.Inviewoftheabovephenomenon,thispaperfocusesonthedevelopmentofasetofmaterialhandlingintelligentrobot,therobotsetmaterialcapture,materialmovement,materialplacementinone,themainresearchcontentisasfollows:Thematerialhandlingcardesignedinthispaperneedstoaccuratelyrealizethematerialhandlingwork,sothematerialhandlingcardesignedinthispaperchoosesfour-wheeldrive.Infraredreflectionisgenerallydiffusereflection.Whenanirregularobjectisencountered,itsreflectedsignalmaynotbereceivedbythecar.Inthispaper,ultrasonicobstacleavoidanceisfinallychosen.Thematerialhandlingcardesignedinthispaperneedstomeettherequirementsofdifferentworkingconditions,sothecommunicationmodedesignedinthispaperfinallychoosescontinuouscommunication,andthespecificcategoryisWifetransmission.Materialidentificationeventuallyalsousesmachinevisiontechnology,handlingdeviceschoosepneumaticdriveway.ThewalkingdevicecontrolsystemAT89C51singlechipmicrocomputerasthecentralcontrolunit,andusesPLCtocontrolthemechanicalarm.ChoosethemodeloftheDCmotorofthewalkingdevice:Z2-11smallDCmotor;Thepowersupplytypeofthewalkingdeviceislead-acidbatterywiththevoltageof12Vandthenumberofbatteriesis2.Handlingdevicehandclampingcylinderdiameteris65mm,thediameterofthepistonrodis18mm,thewristrotarycylinderdrivingmomentis,greaterthantheinertiamoment,thearmliftingcylinderdrivingforceis3799N,andtheneedtoovercometheforceis356N,checkqualified.Tovirtualmodelofmaterialhandlingvehicles,firstofallistoallcomponentsof3dmodeling,modeling,virtualassemblymodelofmaterialhandlingvehicles,thewhole3dmodelisdividedintotwo,walkingdeviceandhandlingdevicewithmatchingrespectively,concentric,suchascommandswillbeassemblingtheseorganizations.Keywords:materialhandlingtrolley,ultrasonicobstacleavoidance,walkingdevice,virtualmodeling目录TOC\o"1-3"\h\u16791第1章绪论 绪论1.1课题的研究背景与意义随着“中国制造2025”以及“两化融合”的不断深入，智能化、数字化设备开始大批量投入市场，工厂的自动化程度不断提高，就目前而言，大部分工厂都逐渐实现了生产自动化与装配自动化，但是工厂的生产效率并没有得到大幅度提高，而限制生产效率的主要原因是：目前生产线毛坯与成品的搬运均采用工人手工完成，而搬运是一件费时费力的事情[1-3]。针对上述现象，国内外学者以及科研机构研发出适用于不同场合的物料搬运机器人，物料搬机器人是指通过各个关节自由度的配合，实现对物料的抓取，移动和放置。搬运机器人根据所抓取的对象不同，又可分为：轻型机械手、中型机械手以及重型机械手，根据自由度的不同，可分为三自由度机械手、四自由度机械手以及六自由度机械手等等，目前绝大部分机械手都是固定式，即机械手安装座固定在地面上，固定式机械手存在一个很大的弊端，即机械手的运动范围有限，无法实现物料长距离的搬运，这也是限制机械手广泛运用的因素之一[4]。目前市面上成熟的机器人均是国外进口，国内自主研发很少，而国外对我国实行技术封锁，一旦国外对我国实行经济制裁，将会造成我国无物料搬运机器人可用，本文针对上述现象重点研发一套物料搬运智能机器人，该机器人集物料抓取、物料移动、物料放置于一体，实现无人化控制，智能化搬运。该机器人的成功研制不仅能打破国外的技术封锁，还能提高我国机器人市场占有率，并且将工人从繁重的搬运工作中解放出来，极大程度提高企业生产效率，降低生产成本，市场前景广阔。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状国外对物料机器人的研究比较早，国外最早的一款机器人于20年世纪50年代成功研发，经过百年的发展，国外针对各种应用场合都研发了不同类型的机器人，其中DClark

等人研发了一种物料机器人，重点对运动路径进行了规划以及机器人控制系统进行了优化，优化之后，机器人能够在更少的时间，更短的距离实现物料的搬运以及抓取，并且能够自动的得到最优的路径；MBelfiore

等人对机器人的大小臂进行了受力分析，主要分析了机器人在最大承重以及最大摆臂距离下，各个摆臂的应力应变分布，结果表明：在最大承重情况下，各个摆臂的应力均小于材料的许用应力，即表明机器人能够在各种工况下正常工作；MLuciw等人对设计了一款基于并联机构的机械手，该机械手能够在驱动不变的前提下，使其承载增加近一倍，特别适合用在大型物料的搬运工作，极大程度上减少了人为的参与[5-12]。1.2.2国内研究现状国内对搬运机器人的研究时间较晚，国内第一款搬运机器人于80年代中期被研制出来，然后经过近40年的发展，国内学者与科研机构也陆续推出很多不同款式不同类型的机器人，比如李伟光等人对搬运机器人进行了移动路径优化，分别用三项式、五项式以及正弦对路径进行了规划，然后利用Matlab对路径进行了仿真，分析结果表明在五项式路径规划下，搬运机器人的速度、加速度曲线连续，没有突变，运动过程平稳；郭毓等人对搬运机器人的伺服系统进行了优化，使搬运机器人能更快对控制信号进行响应，一定程度上减少搬运机器人的运行时间；刘凤臣等人研发了一款基于AGV小车的搬运机器人，将一个三自由度机械手放置在AGV小车上，然后在小车上设计超声波发射器，实现避障功能，该机器人的成功研制，真正意义上解决了机器人长距离搬运的难题；曹波等人基于时间最优对机器人路径进行了规划，首先建立了机器人的速度。加速度公式，然后对机器人运行路线进行了规划和求解，然后以运行时间最少为优化目标，建立了运动路线、运行速度以及加速度为自变量的遗传算法，遗传算法优化之后：在运动路线不变的前提下，运行时间减少了30%，该算法已经被众多机器人制造企业引用[13-18]。1.3本文研究内容目前工厂的自动化程度不断提高，但工厂的生产效率并没有得到大幅度提高，而限制生产效率的主要原因是：生产线毛坯与成品的搬运均采用工人手工完成，而搬运是一件费时费力的事情。针对上述现象，国内外学者以及科研机构研发出适用于不同场合的物料搬运机器人，但是市面上成熟的机器人均是国外进口，国内自主研发很少，而国外对我国实行技术封锁，一旦国外对我国实行经济制裁，将会造成我国无物料搬运机器人可用，本文针对上述现象重点研发一套物料搬运智能机器人，该机器人集物料抓取、物料移动、物料放置于一体，主要研究内容如下：（1）完成物料搬运小车总体方案设计；（2）对物料搬运小车进行重要零部件参数计算；（3）完成物料搬运小车虚拟模型建立。物料搬运小车总体方案设计本章主要对物料搬运小车进行总体方案设计，主要包括行走装置方案设计、搬运装置方案设计以及控制系统方案设计。2.1物料搬运小车技术要求确定在对物料搬运小车进行总体方案设计之前，需要对搬运小车技术要求进行确定，通过查阅国内外文献以及任务书要求，物料搬运小车技术要求如表2-1所示。表2-1物料搬运小车技术要求参数类型具体要求动力源蓄电池/12V功能要求轨迹规划、物料识别、wife通信、避障等2.2行走装置方案设计2.2.1传动机构方案设计目前常见的物料搬运传动机构主要分为三轮式和四轮式，三轮式与四轮式传动的机构的优缺点如图2-1所示。图2-1不同传动方式的优缺点本文设计的物料搬运小车需要精准实现物料的搬运工作，因此需要保证装置在运行过程的精准度，而三轮式传动机构传动误差较大，无法使得搬运小车在精准停在某一个位置，因此本文设计的物料搬运小车选择四轮式传动。2.2.2避障方案设计搬运小车的避障功能主要是实现行驶过程中障碍物的有效躲避，使得装置能够真正无人化控制和智能化搬运，根据避障方式不同，市场上常见的避障装置可分为超声波避障与红外避障。超声波避障原理为：首先通过超声波发射装置向外发射超声波，当超声波遇到小车前方的障碍之后进行反射，最终将相关参数转化为信号，进而控制小车进行避让。红外避障的原理为：首先通过红外发射装置向外发射红外线，当红外线遇到小车前方的障碍之后进行反射，通过计算红外发射和接收的时间，便可得到前方是否有障碍物以及障碍物离小车的距离。两种方案都是通过发射信号和接受信号进行避障，但是两者之间发射的媒介不同，一个是采用超声波的方式，一个是采用红外的方式，红外的方式存在一个明显的弊端，就是红外反射时一般是漫反射，到遇到不规则物体时，其反射信号不一定能被小车接收到，这会使得小车误以为前方没有障碍，进而使得小车直接撞向障碍物，综上所述，本文最终选择超声波避障的方式。2.2.3路径导引方案设计小车在运动过程中，路径导引尤其重要，路径导引的好坏将直接影响小车的工作效率以及决定小车是否能准确地将物料送达。目前常见的路径导引有两种，一种主动导引，一种是被动导引。主动导引是指在车上安装定位传感器以及摄像头，通过摄像头以及定位传感器精准识别小车的位置，然后计算小车离目的地的距离以及周边是否有障碍物，最后通过后台算法的运行，自动规划和导引小车前进。被动导引是指在地面上设置导引装置来实现小车的运动，例如光学导引和磁性导引，最为常见的是在地面上贴上一层磁条，使得小车只能在磁条上运行。被动改导引方式适合运动轨迹不变的物料搬运，该方案简单，方便，只需要定期更换导引装置即可，而主动导引装置复杂，但能够根据不同的环境实现不同轨迹的导引，搬运灵活，本文为了使得搬运小车能够适用于不同的场合，最终选择主动导引的方式。2.2.4通信方式方案设计搬运小车的通信主要是指车外地面控制器与小车之间的通信，地面控制器通过通信系统实时向搬运小车传达指令，小车也可以通过通信系统向地面控制器传送状态，因为通信系统的好坏也会直接影响小车是否能准确地将物料送达。目前市面上常见的通信系统主要有两种，一种是连续方式，另外一种是分散方式，两种分散方式的优缺点与通信原理如图2-2所示。图2-2连续式与分散式通信优缺点如图2-2所示，与分散式通信相比，连续式通信能够实时传输数据，适用于各种场合，系统鲁棒性和抗干扰能力强，本文设计的物料搬运小车需要满足不同工况，因此本文设计的通信方式最终选择连续式通信，具体类别为wife传输。2.2.5物料及颜色识别方案设计目前对于物料及颜色识别最常用的方法机器视觉技术，首先利用相机拍摄小车前方的图像，然后通过预处理进行降噪；接着对特征进行提取，如：阈值处理、canny算法对图像边缘进行提取和分割；最后对被分割物体进行物料识别，机器视觉技术在最近几年发生非常迅速，其中国内外众多大型企业和科研机构已开发出许多成熟的算法，算法的鲁棒性也不断提高，本文设计的物料搬运小车，其对物料识别最终也采用机器视觉技术，具体算法流程如图2-3所示。图2-3物料及颜色识别算法流程2.3搬运装置方案设计物料搬运装置主要的功能为：通过机械爪夹取物料，当小车到达指定的位置时，放下物料。机械手臂由手部、臂部和立柱等部件组成。（1）手部即与物件接触的部件。手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。（2）手臂手臂是支承被抓物件、手部的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。（3）立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分。目前，机械手的驱动装置可分为：液压传动，气压传动以及机械传动，不同传动方式的原理以及优缺点如图2-6所示。如2-6不同传动方式的原理以及优缺点本文设计的搬运小车需要结构简单，轻量化，并且搬运对象为小型物体，抓握运动需要精准可靠，综述所述，最终选择机械驱动的方式。2.4控制系统方案设计2.4.1行走装置控制系统设计行走装置控制系统选用AT89C51单片机作为中心控制单位，其工作原理为：首先在电机与蓄电池连接，电机开始运转，然后安装再电机上的数字编码器发送一系列脉冲信号，该脉冲信号经过控制电路的传输与分析，最终得到电动机的转动方向与，计数器可以对发送出的脉冲信号进行记数，最终根据计数的结果得到电机的转速，单片机运行相关的控制量经过开关放大器传达至行走装置执行机构，最终完成形状装置实际位移与转矩的控制。2.4.2搬运装置控制系统设计采用可编程序控制器对机械手臂进行控制。控制工作流程图如图2-7所示。图2-7机械手臂自动控制工作流程图2.5本章小结本章主要对物料搬运小车进行总体方案设计，主要结论如下：本文设计的物料搬运小车需要精准实现物料的搬运工作，因此需要保证装置在运行过程的精准度，而三轮式传动机构传动误差较大，无法使得搬运小车在精准停在某一个位置，因此本文设计的物料搬运小车选择四轮式传动。两种方案都是通过发射信号和接受信号进行避障，一个是采用超声波的方式，一个是采用红外的方式，红外的方式存在一个明显的弊端，就是红外反射时一般是漫反射，到遇到不规则物体时，其反射信号不一定能被小车接收到，这会使得小车误以为前方没有障碍，进而使得小车直接撞向障碍物，综上所述，本文最终选择超声波避障的方式。（2）被动改导引方式适合运动轨迹不变的物料搬运，该方案简单，方便，只需要定期更换导引装置即可，而主动导引装置复杂，但能够根据不同的环境实现不同轨迹的导引，搬运灵活，本文为了使得搬运小车能够适用于不同的场合，最终选择主动导引的方式。与分散式通信相比，连续式通信能够实时传输数据，适用于各种场合，系统鲁棒性和抗干扰能力强，本文设计的物料搬运小车需要满足不同工况的使用要求，因此本文设计的通信方式最终选择连续式通信，具体的类别为wife传输。本文设计的搬运小车需要结构简单，轻量化，并且搬运对象为小型物体，抓握运动需要精准可靠，综述所述，最终选择机械驱动的方式。（3）行走装置控制系统选用AT89C51单片机，机械手臂控制系统最终选择PLC进行控制。物料搬运小车重要零部件参数计算本章重点对物料搬运小车重要零部件进行参数计算，包括行走装置参数设计以及物料搬运小车搬运装置参数设计。3.1物料搬运小车行走装置参数设计3.1.1直流伺服电机的选型本文设计的搬运小车一共有4个万向轮，和2个驱动轮，设定搬运小车整体的重量为60kg，平均分布在每个轮子上，万向轮与地面的摩擦为0.15，驱动轮与地面的摩擦为0.2。4个万向轮的摩擦力为：将相关参数数值代入上述，可得：万向轮的直径为76mm，可得到万向轮对应的力矩为：驱动轮的摩擦力为：将相关参数数值代入上述，可得：万向轮的直径为150mm，可得到万向轮对应的力矩为：整个驱动系统需要带动的总力矩为：设定小车的最大运动速度为0.5m/s，驱动的转速为：代入相关参数，即可得到：取涡轮减速器的减速比为20，得到电机的转速为：圆整取电机转速为1500r/min，最终代入电机功率求取公式，本文驱动系统是由两套电机分别驱动，得到：代入相关参数得到：结合上述参数，最终选择电机的型号为：Z2-11小型直流电动机，具体参数如表3-1所示。表3-1电机具体参数型号功率转速效率Z2-110.4KW1500r/min85%3.1.2行走装置电源选型各种类型蓄电池特点如图3-1所示。图3-1各种类型蓄电池特点本文设计的搬运小车需要长时间运行，并且使用寿命需要较长，横向对比以上四种电池，本文设计的行走装置电源类型选择铅酸蓄电池，电压为12V，电池数量为2个。3.2物料搬运小车回转机构参数设计3.2.1回转电机设计与选型回转电机需要带动整个机械臂进行抓握运动，选取机械臂的等效回转半径为0.3m，等效回转半径所对应的物体重量为2000g，根据力矩方程可以得到回转电机所需要的力矩为：带入相关方程，可以得到力矩具体数值为：设定回转速度为50r/min，初步选择回转电机为：藤印象微形直流电机，电机具体参数如表3-2所示。表3-1电机具体参数型号功率转速电压藤印象微形35W100r/min12V/24V接下来根据电机的具体参数，对其进行校核，校核的依据为回转平台的输出扭矩是否大于工作力矩，由表可知，藤印象微形直流电机其转速为100r/min，而本文所需要的转速为50r/min，因此本文在回转电机与回转台之间加上了齿轮机构进行减速，齿轮机构的具体参数见下文。电机输出扭矩计算公式如下：将相关数值带入，可得：上文可知，电机与回转平台之间由一对减速齿轮，因此，回转平台最终的输出扭矩为：经过计算，最终回转平台的输出扭矩为，大于所需要的工作扭矩，因此本文选择的回转平台电机能够满足机械手的工况需求，验算合格。3.2.2回转齿轮的设计与校核已知电动机驱动两个齿轮运动，然后大齿轮带动回转平台运动，上文已知回转电机35W，额定转速为100r/min，每天工作10小时。大小齿轮的材料均可以选择45钢（调质）硬度为240。传动比为2，选小齿轮的齿数，大齿轮的齿数为，取（1）按齿面接触强度进行设计设计计算公式为：（2）由公式可得：（3）取，则主动齿轮的应力循环次数为：查表取，接触疲劳强度；疲劳强度极限，由公式可得：将上式所求的、代入上式中，可得齿轮分度圆直径为：（5）计算载荷系数查表可得，使用系数，动载系数，齿间载荷分配系数，齿向载荷分配系数，。则载荷系数为：（6）按实际计算出的载荷系数校正已算得的主动齿轮分度圆直径，可得：模数为：按齿根弯曲强度设计设计计算公式为：式中：—齿轮齿数；—齿形系数。为，；—应力修正系数。为，。（1）计算弯曲疲劳许用应力查表得齿轮的弯曲疲劳强度小齿轮为，大齿轮弯曲疲劳强度为，安全系数，齿轮弯曲疲劳寿命系数为，齿条弯曲疲劳寿命系数为。（2）计算载荷系数载荷系数为：计算模数将齿轮的弯曲疲劳强度小齿轮为，大齿轮弯曲疲劳强度为分别代入计算中可以得到：对比以上结果，按齿面接触疲劳强度计算的模数为1.6，按齿根弯曲疲劳强度计算的齿轮的最大模数为1.11，综合考虑最终选取传动齿轮的模数为圆整为2。3.3大臂电机的选型大臂电机需要带动大臂，小臂以及机械爪运动，大臂电机的等效回转半径同样为0.3m，等效回转半径所对应的物体重量为1500g，根据力矩方程可以得到回转电机所需要的力矩为：带入相关方程，可以得到大臂工作力矩具体数值为：设定回转速度同样为50r/min，初步选择回转电机为：3D30GN-24，电机具体参数如表3-2所示。表3-1电机具体参数型号功率转速电压3D30GN-2430W50r/min12V/24V接下来根据电机的具体参数，对其进行校核，校核的依据为大臂的输出扭矩是否大于工作力矩。电机输出扭矩计算公式如下：将相关数值带入，可得：经过计算，最终大臂的输出扭矩为，而大臂的工作力矩为，因此大臂的输出扭矩大于所需要的工作扭矩，因此本文设计大臂电机能够满足机械手的工况需求，验算合格。3.4小臂电机的选型小臂电机需要带动机械爪和驱动臂运动，大臂电机的等效回转半径同样为0.2m，等效回转半径所对应的物体重量为1000g，根据力矩方程可以得到小臂回转电机所需要的力矩为：带入相关方程，可以得到小臂工作力矩具体数值为：设定回转速度同样为50r/min，初步选择回转电机为：XD-3420-2，电机具体参数如表3-2所示。表3-1电机具体参数型号功率转速电压XD-3420-220W50r/min12V/24V接下来根据电机的具体参数，对其进行校核，校核的依据为小臂的输出扭矩是否大于工作力矩。电机输出扭矩计算公式如下：将相关数值带入，可得：经过计算，最终小臂的输出扭矩为，而小臂的工作力矩为，因此小臂的输出扭矩大于所需要的工作扭矩，因此本文设计小臂电机能够满足机械手的工况需求，验算合格。3.5机械爪电机设计与选型机械爪电机需要带动机械爪运动，机械爪的等效回转半径同样为0.05m，所抓握的重量为500g，电机与机械爪之间通过齿轮传动，齿轮的传动比为1，根据力矩方程可以得到机械爪回转电机所需要的力矩为：带入相关方程，可以得到机械爪工作力矩具体数值为：设定机械爪回转速度同样为50r/min，初步选择回转电机为：XD-15GB555，电机具体参数如表3-2所示。表3-1电机具体参数型号功率转速电压XD-37GB55515W50r/min12V/24V接下来根据电机的具体参数，对其进行校核，校核的依据为机械爪的输出扭矩是否大于工作力矩。电机输出扭矩计算公式如下：将相关数值带入，可得：上文已知，电机与机械爪之间通过齿轮传动，齿轮的传动比为1，因此电机的工作扭矩就等于机械爪输出的扭矩：经过计算，最终机械爪的输出扭矩为，而机械爪的工作力矩为，因此机械爪的输出扭矩大于所需要的工作扭矩，因此本文设计机械爪电机能够满足机械手的工况需求，验算合格。3.6本章小结本章重点对物料搬运小车重要零部件进行参数计算，包括行走装置参数设计以及物料搬运小车搬运装置参数设计，主要结论如下：经过最大力矩和工作转速，最终选择行走装置直流电机的型号为：Z2-11小型直流电动机；（2）本文设计的搬运小车需要长时间运行，并且使用寿命需要较长，横向对比以上四种电池，本文设计的行走装置电源类型选择铅酸蓄电池，电压为12V，电池数量为2个。（3）经过计算，回转电机选择：藤印象微形直流电机，回转平台的输出扭矩为，大于所需要的工作扭矩；回转齿轮按齿面接触疲劳强度计算的模数为1.6，按齿根弯曲疲劳强度计算模数为1.11，综合考虑最终选取传动齿轮的模数为圆整为2。其中小齿轮的齿数为20，大齿轮的齿数为40。（4）大臂电机的型号为：3D30GN-24，经过计算大臂的输出扭矩为，而大臂的工作力矩为，因此大臂的输出扭矩大于所需要的工作扭矩。（5）小臂电机的型号为：XD-3420-2，经过计算小臂的输出扭矩为，而大臂的工作力矩为，因此小臂的输出扭矩大于所需要的工作扭矩。（6）机械爪电机的型号为：XD-15GB555，经过计算，机械爪的输出扭矩大于所需要的工作扭矩。验算合格。物料搬运小车虚拟模型建立虚拟模型不同与实物模型，虚拟模型是指通过软件中的一系列命令，建立起与实物对应的模型，通过对模型做运动学、动力学仿真即可验证模型是否准确，并且如果发现干涉等可以及时调整，在对任何一个机构进行设计时，虚拟仿真都是必须要有的步骤，因为如果不进行仿真在，直接作出实物，万一有什么差错，根本无法调整，只能重做[19-20]。就目前而言，可通过对实物测绘进而对其进行虚拟建模与装配的软件有很多，例如比较常见的软件有：Creo、Catia、UG、Soildworks等，上述软件均能够完成虚拟样机的建模只是每个软件有各自擅长的方面，本文虚拟样机的设计装配采用的是Soildworks软件[21]。4.1物料搬运小车重要零部件建模所有的零部件模型建立，不外乎拉伸、旋转、镜像等命令，本文以旋转安装架为例，对零部件建模进行详细的阐述。首先新建一个安装架零件，如图4-1所示。图4-1新建零件示意图首先拉伸底板，绘制底板草图，底板直径为162的圆，底板草图如图4-2所示。图4-2底板草图示意图底板厚度为5mm，底板拉伸后三维示意图如图4-3所示。图4-3底板拉伸三维示意图接着绘制底板安装孔，底板安装孔可以先使用拉伸切除命令，然后再使用阵列，也可以直接在拉伸切除中绘制所有的安装孔，这样一个切除命令即可完成所有的安装孔绘制，本文选用后者，安装孔草图如图4-4所示。图4-4安装孔草图示意图接着绘制底板与气缸连接孔，同样是使用拉伸切除命令，底板连接孔草图如图4-5所示。图4-5底板连接孔草图示意图至此，底板三维模型绘制完成，主要是使用了拉伸命令，底板三维示意图如图4-6所示。图4-5底板三维示意图其实所有的零部件模型建立，不外乎拉伸、旋转、镜像等命令，本文由于篇幅有限，不再进行详细的阐述，只展示出建立好的零部件模型，如图4-6~4-9所示。图4-6搬运小车外壳图4-7触摸屏面板图4-8搬运小车底板图4-9充电口连接板4.2物料搬运小车虚拟模型装配零部件建立完毕之后，开始对物料搬运小车进行三维模型装配，可以将整个三维模型分为行走装置和搬运装置两个，分别利用配对，同心，对齐等命令将上述机构进行装配，具体的装配步骤本文不再详细的阐述，只列出装配好的三维模型，上述机构装配完毕后的模型示意图如图4-10~图4-12所示。图4-10搬运装置三维示意图图4-11行走装置三维示意图图4-12物料搬运小车三维示意图4.3本章小结本章主要对物料搬运小车进行虚拟模型建立，首先是要所有的零部件进行三维建模，建模软件为soildworks，建模完毕之后，对物料搬运小车进行虚拟模型装配，整个三维模型分为行走装置和搬运装置两个，分别利用配对，同心，对齐等命令将上述机构进行装配。结论目前工厂的自动化程度不断提高，但工厂的生产效率并没有得到大幅度提高，而限制生产效率的主要原因是：生产线毛坯与成品的搬运均采用工人手工完成，而搬运是一件费时费力的事情。针对上述现象，国内外学者以及科研机构研发出适用于不同场合的物料搬运机器人，但是市面上成熟的机器人均是国外进口，国内自主研发很少，而国外对我国实行技术封锁，一旦国外对我国实行经济制裁，将会造成我国无物料搬运机器人可用，本文针对上述现象重点研发一套物料搬运智能机器人，该机器人集物料抓取、物料移动、物料放置于一体，主要研究内容如下：（1）本文设计的物料搬运小车需要精准实现物料的搬运工作，因此本文设计的物料搬运小车选择四轮式传动。红外反射时一般是漫反射，到遇到不规则物体时，其反射信号不一定能被小车接收到，本文最终选择超声波避障的方式。本文设计的物料搬运小车需要满足不同工况的使用要求，因此本文设计的通信方式最终选择连续式通信，具体的类别为wife传输。物料识别最终也采用机器视觉技术，本文设计的搬运小车需要结构简单，轻量化，并且搬运对象为小型物体，抓握运动需要精准可靠，综述所述，最终选择机械驱动的方式。（2）行走装置控制系统选用AT89C51单片机作为中心控制单位，采用可编程序控制器(PLC)对机械手臂进行控制。（3）对物料搬运小车重要零部件进行参数计算，经过最大力矩和工作转速，最终选择行走装置直流电机的型号为：Z2-11小型直流电动机；本文设计的行走装置电源类型选择铅酸蓄电池，电压为12V，电池数量为2个。经过计算，回转电机选择：藤印象微形直流电机，回转齿轮按齿面接触疲劳强度计算的模数为1.6，按齿根弯曲疲劳强度计算模数为1.11，综合考虑最终选取传动齿轮的模数为圆整为2。大臂电机的型号为：3D30GN-24，小臂电机的型号为：XD-3420-2，机械爪电机的型号为：XD-15GB555，经过计算，上述所有电机的输出扭矩大于所需要的工作扭矩。验算合格。（4）对物料搬运小车进行虚拟模型建立，首先是要所有的零部件进行三维建模，建模软件为soildworks，建模完毕之后，对物料搬运小车进行虚拟模型装配，整个三维模型分为行走装置和搬运装置两个，分别利用配对，同心，对齐等命令将上述机构进行装配。致谢离答辩只有不到几个月的时间了，毕业论文的撰写也进行到了收尾的工作，十分想念在柳州工学院四年时光，总是说毕业遥遥无期，没想到现在离毕业已触手可及，毕业之后，肯定是与舍友、同学们各奔东西，不会再住到这样充满青春回忆的宿舍，不会再拥有这样经历的的生活，写到这里，我竟顿时从未如此的不想离开。回想在过去的四年学习生涯里，奋斗过，努力过，收获过，也失败过，特别是在毕业设计的时候，因为模型的问题导致毕业设计遭遇了重重阻碍，说实话，一次次的失败接踵而至的时候，内心想过逃避，也曾无数次的询问自己，为什么每次都是失败，是自己能力不行还是不适合研究这个方向，每次疑惑困住我的内心时，我都会跑去找我的导师，将我心中所想一一的和我的老师去诉说，老师每次都会耐心着听我说完，然后细心的帮我解决问题，当然，每每和老师谈完，内心的疑惑都能瞬间廓然开朗，又有了重新前进的动力，当我成功做出毕业设计，看到设计成果，并且最终的结果和预计基本符合时，真的难掩心中的喜悦，我希望在以后的科研道路中，就算再次遇到困难，都会想起做毕设的时候拥有的成就感和不懈拼搏的精神，都会忘记一切困难，或者说有充满了无限的动力去战胜困难，还是十分感激我的导师谢老师，没有他的悉心关怀，没有他的包容肯定，我一个人在这条道路上必然曲折艰难，有他在，就像是一盏为前方道路照明的指明灯，带给我不竭的希望和动力去突破难关。还记得进入校门的那一刻，对一些的事物都是充满的好奇，我的室友，也是来自祖国的四面八方，有贵州的，江苏的，海南的，记得我们第一次见面，我们一见如故，兴趣，爱好竟然全部不谋而合，并且交流过程中，很多经历竟然都发生在我们室友们身上，我们仿佛就是从下一起长大的小伙伴，在读书期间，我的室友对我的帮助很多，我们一起去打饭，一起去打球，一起去游玩，也一起上课，在学习的道路上，我们携手共进，相互帮忙，有什么不能解决的问题我们会一起讨论，群策群力，每次讨论的结果也总是很好的，在我印象中，我们的难题在每次讨论完之后，都会有一个很好的解决思路。有一天晚上我们在床上一起闲聊，一起约定着毕业时候，来一场毕业旅行，一起约定着，毕业之后多联系，一起约定着，不断工作多忙，毕业之后一定得一年聚一次，不管我们以后那里工作，也不管以后会与到什么事情，我们都共同面对，不要忘记，我们曾经是在一间屋子呆了4年的兄弟，这份感情不是亲情胜似亲情，现在一眨眼，我们就都要毕业了，就都要各奔东西了，在这里，真心的各位亲爱的室友们，祝福你们在以后的人生道路上能够一帆风顺。在四年学习期间，还得特别感谢一群人，就是我们同学们，在第一次进班级里，大家很热情的去跟每一个人交流沟通，那一瞬间，同学们的微笑渐入心扉，在我每一次遇到困难的过程中，同学们都会尽其所能帮助我，让我解决很多不仅是学习上，还有工作、生活上的难题，遇到什么问题，都会一起帮我分析，一起去解决难题，我能够顺利毕业，能够顺顺利利的走到大学四年的最后一刻，这里面离不开同学们对我的帮助。最后，还需要特别特别感谢两个人，就是我们父母，我的父母应该说是我的忠实粉丝，忠实观众，永远默默付出但不求任何回报的人，每次我和父母打电话，父母会细心的询问我的生活，问我的学习进度和有没有遇到困难，我从心里知道，这是因为我的父母想帮助我，让我不会拥有太多的心里负担，有个地方去倾诉，有他们在，我才能安安心心的完成我的学业。参考文献[1]李远,农秉茂.包装搬运机器人运动轨迹优化设计[J].包装工程,2020,41(1):123-127.LIYuan,NONGBing-mao.OptimizationDesignofMovingTrajectoryforPackagingHandlingRobot.PackagingEngineering,2020,41(1):123-127.[2]程麒文,邱白晶.箱式农作物搬运机器人的设计[J].中国农机化学报,2019,v.40;No.309(11):182-186.[3]丁云鹏,朱学军,陈晋生,等.重载搬运机器人的动力学仿真及控制系统设计[J].机械设计与研究,2020,v.36;No.185(01):48-53+58.[4]于镭、张国强、王泽龙.基于单舵轮搬运机器人的导航系统设计[J].电子测量技术,2020,v.43;No.350(18):17-22.[5]AMB,AMB,ASS.SoftwareNavigationSystemfortheOrientationofaTransportRobotontheGround[J].TransportationResearchProcedia,2021,54:692-698.[6]HubertB.Transportroboter,AnordnungundVerfahrenzurHerstellungeinesTransportroboters[J].20