【《某码垛机的总体设计及计算案例概述》6300字】

某码垛机的总体设计及计算案例概述目录TOC\o"1-3"\h\u18977某码垛机的总体设计及计算案例概述 174481.1总体设计 1162731.1.1总体结构 1182351.1.2运行方式 1244311.2机架 2214831.3移动平台 479681.1.1Z轴电机的选型计算 4255241.1.2Y轴电机的选型计算 77241.1.3X轴电机的选型计算 81431.4夹具 91.1总体设计1.1.1总体结构1.1.2运行方式码垛机的运动方式很自由，可以根据实际工作现场的要求进行调整后进行的，因此首先确定机构端部沿z轴方向的运动轨迹要求，从而完成预定轨迹的运动。具体的运动过程主要有两个部分:从任何一个位置到流水线上的预定位置去抓取一件货物。由准备部分开始到堆放货物的具体部分。（1）移动机械臂，直到夹爪正好位于拾取位置的箱子上方。不同尺寸的箱子通过输送机随机到达码垛单元。（2)降下机器臂并启动夹爪来抓起箱子。（3）将机械臂从输送机上抬起，使其高于任何障碍物的高度。（4）如果箱子有可用的托盘空间，将臂移到托盘上方的适当位置。否则，请将箱子移动到箱子相关存储区域上方的适当位置。（5）将机械臂笔直降下，使其不会接触其他装载的箱子。堆放物料。（6）将手臂抬高至高于任何障碍物的高度。（7）对于每个离线存储区域，如果存储区域不是空的，并且托盘空间可用于此特定箱子尺寸，则从存储区域移除一个且仅移除一个箱子，并将其放置在托盘上。重复此步骤，直到检查所有存储区域。以上步骤构成了一个搬运的码垛循环。1.2机架框架的主要参考受到厂房空间影响，应考虑z轴的高度。根据设计要求，机架的占地面积应为4000mm*3000mm。在结构上，框架应具有一定的刚度和强度。框架结构由支腿和框架梁组成。支腿与框架梁采用螺栓连接。连杆用于稳定和加固支腿。在框架梁中形成一定尺寸的空间。码垛机通过将已经按照所需的模式在工厂中一层一层地预先安排好的路面砌块运送到现场，从而实现生产率和质量的实质性提高。适合经常用于包装和运输的标准托盘。根据这种方法，现场的拆垛将借助于安装在叉车大小车辆上的商用大型夹具进行。物料搬运托盘是仓储行业的常用工具。也是影响机械整体框架设计的因素，传统上，码垛方法只装载一个尺寸的箱子在同一个托盘上。在零售配送操作中，不同大小的箱子必须装在同一托盘上，并运到不同的零售目的地。二维托盘装载问题通常通过尝试最大化可正交放置在大矩形内的小矩形的数量来解决。由于机器人码垛单元进料箱尺寸的随机性，本研究采用了两种码垛方法（动态托盘模式和多托盘包装）。这两种方法可以减少对离线盒存储区域和机器人进出这些存储区域的需求。动态托盘模式：不同尺寸的箱子以随机方式到达机器人码垛单元。当进料输送机的箱子尺寸分布（比例）发生显著变化时，应立即生成新的托盘模式以适应这种变化。用于计算各种不同箱子尺寸分布的托盘堆垛模式。这些堆叠模式存储在机器人的控制计算机上。当要装载的箱子尺寸分布发生变化时，计算机会搜索一个合适的托盘模式，该托盘模式的预定箱子尺寸比例表示要装载的箱子尺寸比例的最佳匹配。当托盘已满时，计算机检查队列中的箱子，以确定传入箱子的大小分布。对队列中的箱子进行计数，直到累计箱子体积达到托盘的体积。将计算出的箱子尺寸比例与码垛过程之前储存在机器人控制计算机中的参考比例进行比较。如果计算出的比例和参考比例之间的差异超过了用户指定的公差，机器人的控制单元将搜索一个合适的托盘模式，该模式的参考比例与观察到的队列的箱子大小比例相当匹配。多托盘包装：机器人同时装载两个或多个托盘，在机器人的工作允许范围内。每当机器人捡起一个箱子时，堆垛控制程序就会从这些同时装载的托盘中搜索可用的托盘空间。为每个托盘分配一个优先级编号。具有最高优先级编号的托盘首先接收所需的箱子。当托盘满载时，将使用叉车或自动转移装置将其移除。然后插入空托盘。最低优先级编号将重新分配给此空托盘。对于未完全装载的剩余货盘，优先级编号增加。由于大多数机器人工作信封的尺寸限制，最多可以同时装载的托盘数量有限。不同尺寸的箱子随机地到达机器人码垛单元。每种尺寸的箱子比例可根据客户订单或工作订单预先确定。另外，机器人也可以在事先不知道箱子尺寸分布的情况下执行码垛任务。这两种情况可分为“已知”和“未知”箱子大小分布。在已知分布的情况下，假设配电箱的尺寸比例和配电箱的长度（总箱数）是已知的。到达机器人单元的箱子大小的顺序仍然是随机的，但是每个大小的箱子的总数可以预先确定。每当通过计算装载的箱子总数检测到箱子尺寸分配结束时，计算机就会切换托盘模式以进行新的分配运行。在分布未知的情况下，假设在码垛开始之前无法获得箱子尺寸分布的信息。分发运行的总盒数无法预先确定。当托盘装满时，计算机根据前瞻队列中的箱子（在进料输送机中）选择最佳的“匹配”托盘模式。可能的托盘模式被假定为预先确定的，并存储在机器人的控制计算机中。装箱顺序采用关键路径法确定装箱顺序。网络由其节点组成，用圆表示，用于表示分配的箱号。由箭头表示的分支连接两个节点，并定义两个框的前一个和后一个。分支尾部的节点表示前置节点。分支头部的节点指定后续节点。当节点没有直接的前置节点时，托盘上关联的箱子放置位置可用于加载特定箱子。在码垛过程中，节点的直接前置节点将被更新。托盘模式的放置位置数据作为数据文件单独存储在磁盘上。输入数据文件的每条记录包括箱子类型以及箱子在托盘上放置位置的x、y和z坐标。为了使计算机搜索所需记录的时间最小化，并使计算机能够完全控制机器人的运动，这是一个理想的方法。一个链技术被用来完成这些任务。链是指分散在文件中的一组记录，这些记录通过一系列指针相互连接。同样大小的箱子形成一条独特的链条。多托盘包装，更多的箱子可以直接装载到托盘上，非生产性的托盘移动和从存储区域可以最小化。随着同时装载更多托盘，码垛效率逐渐提高。随着同时装载托盘数量的增加，对存储区域的需求不断减少。机架主要参数，长度为3450mm，宽度为2380mm，高度为1800mm。底板固定在框架内的框架梁上。轨道和机架用螺栓固定在底板上。移动平台沿轨道移动到机架内的任何位置，机架用于传输。1.3移动平台移动平台应在三个坐标方向上完成运动和组合，因此移动平台的设计应分为三个部分。完成沿x轴运动的x方向运动机构、沿Y轴运动的Y方向运动机构和沿Z轴运动的Z方向运动机构。各部分由导轨、齿条、齿轮和固定机构组成。1.1.1Z轴电机的选型计算图3-1Z轴电机z轴电机主要克服工作平台的重量和旋转引起的摩擦力矩，如图3-1所示。根据所设计机构的要求，该零件的摩擦力矩为滚动摩擦，数值较小。因此，z轴电机的设计主要考虑工作台的转动惯量。（1）电机转轴上的总转动惯量Jz假设，工作台最大质量为100kg；额定工作的码垛货物的质量为110kg，那么就可以看成是计算400*100*100mm3JZ式中a=400mm，b=100mm，m=120kg。则Jz=1.7kg.m因此，我们认为可以通过分析z型主轴的各种步进电机模型来初步确定130BYG2502的基本模型。该型号的驱动电机是两相四冲程驱动，步距角为0.9°，和两相混合。可以通过参考“系统设计课程设计指南”中的表4-5来检查此模型的电动机转子的转动惯量Jep（2）电机转轴上的等效负载转矩Tep可知，当电机快速启动时，电机转轴所承受的负载就是电机的最大的等效负载转矩，见式(3-3)=(3-3)如果计算上一个传动链的总有效度η,那么就能够计算得出快速起动时旋转零件所能折算得到电机运行转轴上的最高加速转矩为：(3-4)式中：nmtaZ轴主要是沿电机中心轴方向带动着工作平台进行上下运动。因为此部分的转动惯量比较大，所以速度不能够很快。因此为了保证设备的安全运行，轴的最高旋转速度一般不宜超过，轴的正常工作时旋转速度应该为。转换为电机的转速不宜超。如果此步进电机从一个静止的状态加速到最高的转速所需要花费的时间ta=0.4s，则总效率。则由式（3-4）计算(3-5)（3）步进电机最大静转矩的选定及电机的初选当输入电压降低时，步进电机的驱动功率会受到电网电压的极大影响，其输出转矩也会下降，这可能会导致失步甚至失速。因此，在选择步进电机时，需要考虑安全因素。工作环境可采用安全系数K=4，并应计算出步进电机的最大静态转矩，使其满足：(3-6)初步分析选择的步进电机型号为130BYG2502，查表可得该型号步进电机的最大静转矩为。可见，所选的电机满足（3-6）式的要求。

（4）所选用步进电机的性能校核1、转动电机输出转矩校核假设给定的工作台的最大转速是，步进角度为0.9°便可以求出相应电机的工作频率为fmax=360/0.9×17=6800HZ2、旋转时电机运行频率校核该型号电机在正常工作环境下运行的最高频率为。查表可知130BYG2502步进电机的极限运行频率为1500HZ，则没有超出限度，符合要求3、电机的起动频率计算通过上面的计算可以知道，，当电机处于空载时的最大起动频率为。可以进一步求出电机所需要克服惯性负载的起动频率：fL由计算结果可知为了有效确保电机在高速起动的时候不会发生失步,电机在高速工作的任何一个时候的起动频率都必须要低于79.5hz，如果想要降低起动频率，可通过软件升降频，使其只有75HZ左右。通过上面一系列的计算校核结果可以得知，Z轴旋转可以选用130BYG2502步进电机，该电机转矩频率曲线如图3-2所示，可以满足需求。图3-2电机转矩频率曲线1.1.2Y轴电机的选型计算（1）计算最大静摩擦力Y导轨上的总载荷大概。(3-8)式中μ——0.3通过式（3-8）计算得：G=1300N(3-9)f=4×5=20N(3-10)F=0.3×1300+20=410N(3-11)（2）计算转矩T1假定同步带轮直径D1T1（3）计算Y轴传动功率P假定Y轴方向的运动速度为0.5m/s计算得：P1水平Y轴电动机主要克服了导轨的摩擦力矩，齿条和小齿轮的摩擦力矩以及同步带轮在水平面内运动的摩擦力矩。根据计算，可以预先选择直流伺服电动机。其主要参数如表3-1所示1.1.3X轴电机的选型计算（1）计算最大静摩擦力X导轨上的总载荷大概。(3-14)式中μ——0.3通过式（2-14）计算得：(3-15)(3-16)(3-17)（2）计算转矩T2假定同步带轮直径D2T2（3）计算X轴传动功率P假定Y轴方向的运动速度v2计算得：P2X轴卧式电动机主要克服了导轨的摩擦力矩，齿条和小齿轮的摩擦力矩以及在水平面上运动的同步皮带轮的摩擦力矩。根据计算，可以预先选择MMS-12直流伺服电动机。其主要参数如表3-1所示。1.4夹具由于设计要求，为了合理分配托盘空间，有时需要将物料旋转90度。因此，夹具机构的设计要求：夹爪不仅能够夹紧物料，还要具有旋转装置来将物料旋转到正确的位置。夹具由支撑架、活动板、固定板、夹持器、导轨、滑块调节座等组成，活动板在导轨上移动带动夹持器夹紧，固定板起挡料作用。根据功能要求，每次夹紧材料。导轨固定板通过螺栓连接在支撑架下方，导轨固定在导轨固定板上。活动板上固定有与导轨配合的滑块调节座。滑块调节座在导轨上直线移动。支撑架主要目的是为了提供支撑和固定联系的运动作用,应该保证具有一个足够的结构刚度和运动稳定性,但是重量不宜太轻。采用了复合铝型材的结构设计,有效地大大减少了这种材料容易超重的质量问题,稳定性高。铝型材两端经过角件互相连接固定。夹具的宽度应大于材料，活动板需要一定的移动距离，以保证夹具能完成夹紧、放下等工序。夹具支撑架的宽度应大于材料的长度，夹具的宽度设计应考虑夹具底部的安装和延伸。在不影响结构稳定性的前提下，活动板不宜过重，故设计采用6061。在活动板侧面开有多个孔，以减轻活动板的重量。滑块调节座固定在活动板上，与导轨固定板上的导轨配合。为了提高结构的稳定性，在活动板下加筋。为了移动平稳，在导轨固定板下安装两个导轨，导轨之间的距离小于一盒物料的宽度。夹持器的设计取决于夹持材料的尺寸和重量。夹持器固定在活动板上，下部受力支撑。夹紧时，夹持器的下部拖动材料的下部，并通过材料本身的重量将其放置在夹持器上。优点是在夹紧材料时不需要夹紧材料。夹持器具有用于钩住材料的延伸部分。夹紧装置的宽度是268毫米，这是一盒材料的宽度。夹持器用螺栓固定在活动板下端。为了稳定夹持材料，四个夹持装置均匀地固定在夹持装置的底部。夹紧机构需要两个推力来完成夹紧和放下过程，一个是将活动板推到夹紧材料上，另一个是将活动板推到初始位置放下材料，因此需要两个气缸来完成这两个过程。有导杆气缸和无导杆气缸属于一种活塞气缸。带有两个导杆的气缸把两个活塞平行于相同带有两个导杆的气缸活塞上的两个导杆自动整合好并集成地放到一起。它结构紧凑,导向传动精度高,能够同时需要承受更多的同轴横向传动荷载和更大扭矩。带端锁，即使没有空气供应，也能保持气缸的位置。因此，在夹持物料时，采用带导杆的气缸为活动板提供推力。停电或无气源时，保持气缸位置不变。无导杆气缸是利用活塞直接或间接地连接外部执行机构，使其随活塞作往复运动。最大的特点是节省安装空间。在断电或漏气的情况下，不带导杆的气缸可以恢复到初始状态。卸料时不使用导杆缸将动板推至初始位置。无导杆油缸通过无导杆油缸支架固定在导轨固定板上，其活动端通过滑动固定件固定在活动板上。气缸滑动端的运动带动活动板在轨道上移动，松开夹具，完成卸料过程。带导杆的三轴气缸，气缸固定在活动板上，气缸的推板靠在活动板上，活动板在气缸的推力作用下在导轨上移动，夹持物料，完成夹持过程。旋转装置包括旋转缸、缸轴套、缸连接板、限位齿杆、液压缓冲器和连接板。旋转油缸的旋转带动旋转轴套的旋转。限位齿杆固定在旋转轴套上，限位齿杆通过接触液压缓冲器使旋转缸减速停止。圆筒连接板起固定连接的作用，将旋转装置固定在z轴机构的下端。连接板用于连接下夹紧机构。两个连接板都必须有一定的稳压性和刚度。转动缸输出轴是带动固定式转动轴齿轮在传递装置上的轴承进行转动。由于该轴承需要支撑较大径向载荷,故在轴承方面选择了一个圆柱形的滚子。回转油缸（摆动油缸）分为两种类型，一种是齿轮齿条式，另一种是叶片式。两种气缸的特性如表3-2所示综合考虑其体积、质量和输出扭矩，采用叶片式摆动油缸（回转油缸）。叶片式回转油缸利用内部的止动块以及齿轮传递器来调节其回转的角度。止动块应由缸体