攀越式多足移动平台的设计

江苏电子信息职业学院毕业设计（论文）第一章绪论1.1前言分拣的概念时按一定的分类标准把种类繁多货物分配到所需要的单元的。按照分拣的方式不同，大致可分为机械分拣、人工分拣、和自动化分拣。现如今自动化分拣已经有逐渐取代传统的人工与简易机械成为了一种主流的趋势，因为自动分拣的流程是将货物运进分拣系统相应有数据的入库方便对订单实时监控，送到指定的分配地点为止，分拣的全过程按照人们的预想方式再通过自动分拣装置来完成实际的操作，解放双手减少机械性的劳动，降低劳动强度仅需要少部分的人力来进行日常的操作和维护。这种机构是由接受分拣指示命令并下发次级命令的控制装置、计算机网络信号传输、动力执行装置，从而达到将分拣位置的物件送到相应的搬送位置的机构。由于几乎全程采用机械自动作业，因此其分拣分类处理能力大，精准度高，效率高效。分拣分类数目与种类也相应比较繁多。 作为通用的工业控制计算机，可编程控制技术近年来得到了长远的发展，技术也更加成熟与可操作，以实现工业控制领域的连接逻辑向存储逻辑的跳跃，存储逻辑的功能从低到强度跨越等等，该领域取得一些进展，从单一控制到多元协控，从逻辑命令到数字命令；其应用领域从局域广泛，实现了个体设备简单控制运动控制、过程控制、以及控制集散等各种任务，如今的编程控制器成为产业控制领域的主流控制设备，成为世界各国各地的主流控制设备，在中扮演着越来越重要的角色。随着现代社会的不断发展，市场的竞争也日趋激烈。所以各行各业的企业生产都要提高生产技术，提高生产效率。特别是需要大量分拣分类的企业，以前采用人工选择性的方法，生产效率低，生产成本高，企业竞争力低，材料自动分拣已经成为企业，最佳选择。针对上述的现状，利用机械原理改变方位，结合PLC控制技术，自动设计成本低、效率高的材料，在筛选材料的过程中获得较好的控制效果。，从而提高运输效率和规模。1.2快速自动化分拣系统国内外发展状况四方向翻转机构核心是运用十字联轴器进行方位角度调节并结合PLC软件控制、图像识别进行工作的。这样就能将物件进行分类传送。1.2.1快速自动化分拣系统国外发展状况20世纪80年代以后，国外物流筛选系统的发展更加快速。马克（1999）将筛选系统归纳为5种系统：合并前集成、订购选择、感应、合并、搬运、选择性等，将订单与不同的传送带有机结合，形成高效的材料选择性系统;MaselD.T（2001）对现有材料评价中选择固定形状的货物的环形材料筛选系统的筛选时间进行了分析公式。NormSaeneJR（2002）在配送中心的材料输送的角度，构建了材料分配系统的传送带和传送带如何组合，构建了良好的物流筛选运输系统。二战以后，美国和日本的物流中心已经广泛采用了自动选择器。而在日本的医疗行业、连锁商业(如高岛屋、西友等)、化妆品制造行业(如花王、日本资生堂、大木等株式会社)等全自动分拣机更是普遍的应用。在美国，自动选择机的物流机械是美国物流行业的重中之重，目前美国管理实现了高度自动化、机械化。而西欧国家物流技术快递自动化挑选系统的开发也高度发达。德国西门子在物流设施体系中不断推出各种自动选择器，发挥着非常重要的作用，目前国际上比较先进的自动选择器是小物品自动选择器、小型中自动选择器、推送板型高速自动选择器、有高速自动选择器、数码选择器和电子自动选择器等。1.2.2快速自动化分拣系统国内发展状况与外国相比，国内市场经济体制的构建，自动选择性的研究还处于起步阶段，并没有形成比较完整的体系。但随着网络技术的发展，人们消费理念的转变及支付方式的多元化，很大程度上促进商品的流通，进而促使物流的发展。物流市场的快速扩张，物流公司就必须要提高自己的运输效率，从而增多市场份额，获得更高的利润。其中产能优化的关键步骤之一就是自动化分拣，这不仅仅使分拣更快速精准，也大大降低机械性的人力成本。目前中国对物流基础设施投入逐步加大，也意识到重要性。近几年新增了很多较为先进的仓储物流设施，但整体上是老式的，低档设备储量较多。一些古老的仓库尤其是传统工业行业还在沿用上一世纪的设备。即使市场现存的新设备也存在着一系列问题。图1-1，展示人工甄别的方法，人工甄别物品时经常出现挑错、丢东西的情况，这就需要二次分选，有时还会造成一定程度上不必要的财产损失。图1-1人工分拣图1-2动力轮分拣图1-2，展示了动力轮分拣的高科技，但是此设备技术要求高、维护成本巨大，不适用于普通的物流企业，因而在一定的程度上限制了该专利产品的推广应用。1.3机构的分拣要求该机构对物件外包装的要求也很高，自动选择器只能选择底部平整、有较强的包装规范的物件，包装物件需要包装底部平滑、凹凸不平，包装容易变形、损坏，太长、太薄、太重、太重高、不可抗衡的物件，不能使用普通的自动选择器进行选择，因此大部分物件都可以自动选择性。可以采取两种措施。一是推进标准化包装，使大部分货物的包装符合标准，但相应会提高包装成本费用。另一种是根据选择的大部分物品的统一包装特性，制定特定的筛选机。但是，所有个体的供应商严格按要求执行国家的包装标准是非常困难的，特别是一些限定的选择器，硬件成本也会上升，会降低特殊的通用化。但是，随着递增的配送量，仅是人工挑选就远远不能行的，另外，物流自动筛选系统代替人工，自动完成和选择快递分类的效率高，失误率低，可以给用户更好体验感。这也相应要求物流前期包装的规范化及分拣设备精准化，从而提高效率更加便捷。1.4分拣机构的目的和意义为了解决工人选择性工作的复杂误差大的问题，自动选择的系统在实际业务中被广泛应用。这种系统可以利用PLC程序设计降低经济成本，同时提高工作效率和可靠性。基于PLC控制的自动筛选系统，利用十字轴实现四方向反转动作，加工简便，成本低，效率高，可靠性好等优势。这种选择性机构设计以可应用程序的控制器为核心，综合计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、灵活性、程序设计简单、公共成本低等优势，目前机械成为控制系统中最多的控制方式。随着选择性系统自动化发展的深度和幅度的提高，选择性系统应用于多个领域，例如国防军事、医疗、食品加工、生活服务等领域都得到了广泛应用。随着自动化在各个领域的应用，机器设备的自动控制成分越来越重要。由于工作需要，人们经常受到高温、腐蚀、有毒气体等因素的危害，提高工人的劳动强度。因此，传送带就这样诞生了。其中，自动选择传送带是近代自动控制领域的新技术。他的发展由于他的积极作用日新月异，可以替代人工操作，因此根据生产工艺的要求，可以按照一定的程序、时间和位置完成工作的传送和卸货。广泛应用流水线作业，体现劳动条件逐步改善和可控制的生产能力，加速产品更新，提高生产效率和产品质量，消除枯燥无味的作业，节约劳动力，更安全的工作环境。降低工人的劳动强度，减少劳动风险，提高生产效率。1.5小结综上所述，在完整的自动化物流仓储系统中，输送选择性设备是物流自动化的核心设备，从自动化效果来看，目前半自动化选择器的效率是人工的3倍以上，自动化选择器的效率是人工筛选的6倍以上，我国物流行业虽然开始时间比较短，，但对其研究有重要的实际价值和经济利益。随着网络技术在中国的迅速发展，互联网模式的经济体系越来越被大众所认可和接受，网络电商平台的构建及移动支付的普及。这种线上消费的资金交易买卖，就更加迫切需要一种相应的线下商品的流通。在这种情况下，自动分拣机构的研究就很有必要了，但现在市面上的自动分拣机构设备技术要求高，日常维护成本大，，成本占比高达36%需要大量的资金与技术的支持，而本机构的结构简单，操作与维护都很容易，通翻转方式，利用物体本身重量特点进行分拣，并且可以实现四方向的翻转，提高效率。第二章四方向翻转机构的工作原理及过程第二章四方向翻转机构的工作原理及过程2.1工作原理四方向反转机构和其控制系统是电子、机械等综合性的技术，它具有自动化水平高、敏感度高、稳定性好、可靠性高、低成本的特点。该机构通过四个电磁所锁的相互配合进行方位限制，由电机或气缸来提供动力结构，在由十字联轴器进行方位选定。于以上描述我们可以看到，当电机旋转时，十字联轴器按规定的方向工作，通过双连杆机构进行传递从而形成一定角度，再结合电磁锁进行方位限制。这个原理方案既简单又实用，它既具有稳定性，又精准度高。通过这个设计理念可以轻松将物件落在所分配的传送带上，从而实现对物件的分配。2.2物件分拣信息采集与识别分拣信息的组成有很多因素构成；基本因素:货物品名、规格、数量、订单所要求的货物数量、发货数量的要求；主要因素：货物的保管位置、货物集中地点、储备货物的保有量、储备货物的储存、再入库登记。附加因素：货物价格、代码和标签、货物包装、货物发送地址的可靠性求。由于订单的信息既多又杂，自动分捡系统会在最短的时间内找到大型货舱储存系统出库的商品位置，并按需数量出库。根据各订单提取的数量，应根据配送地点集中在不同的货物区或配送平台，以便最终配送装运车辆。这就需要对信息进行分类归纳汇总以最大化的方式优化分类，本次四方向翻转机构的运用环境以物流运输为例，拣货方式以收货单元进行区分。自动甄别和识别商品信息的方式主要通过一次元条形码扫描、二维图像码扫描、重量测量、语音识别、高度识别和形状识别等方式，通过局域网、公共技术或RF技术和设备实现一般商品的识别和筛选虽然有效，但对商品标准化包装的要求较大。如果采用传统的人工键盘或声纹识别方式，则误差率在3%以上，很容易产生货物遗失、运输偏差等影响，需要后期通过返工来进行修正，浪费大量时间与精力，造成不必要的成本负担。传统的检测方法存在信息不准确、传送速度慢、出口结果单一的缺点。不能正确判断商品的大小、位置信息。另外，目前很多运输线路的物流速度很快，一般的筛选控制技术很难实现这种快速流动商品的动态正确识别。因此，许多复杂的商品往往需要快速的进行图像识别技术，才能准确地识别物流商品的形状、位置等信息，完成自动分拣任务。本机构分拣输入机制主要采用条形码技术来识别货物。2.3四方向翻转机构的工作过程它的工作流程是物件首先被放在载物台上，识别系统传出信号给单片机，接收到主控制指令后来控制相应的分拣装置,并且，通过发动机驱动，不涉及多个电机的同步控制问题。本项目计划采用主动电动机+钟东电机的控制方案。具体方案如下。设定主动电机的旋转速度n0，控制器通过PWM信号向驱动电路输出，控制电机的旋转，并将速度传感器用来测量电机旋转速度的信号作为反馈信号进行修复，并将正确的流动电机的旋转速度，4方向90°翻转机械结构处于工作状态时，驱动器控制电磁锁，其根据接收的信号自动开关，此时动力机构通过连杆便可将主板推向各个方向，使得物件落在所分配的传输带上，实现物流分拣功能。具体过程如下图2-1所示：2-1工作过程图物体经过扫描物体被放在载物台，控制系统发出信号给单片机，通过查找对应的代码形成指令给驱动器，其根据接受的指令控制四个方向上的电磁锁的自动开闭，于此同时电机带动双连杆运动（或气缸伸缩）可将平台推向指定方向，从而达到分拣目的。第三章参数的制定第三章参数的制定3.1设计参数的标准参数:自动化选择性系统是先进配送中心所需的设施条件之一，具有极高的选择性效率，所以一般时间可以选择性的商品5500-11000个，物件重量集中区为1-4斤。3.2快递件基本参数图3-1快递件3.2.1常见纸箱的尺寸要求二号纸箱尺寸要求：250×200×180mm三号纸箱尺寸要求：300×250×200mm四号纸箱尺寸要求：360×300×250mm五号纸箱尺寸要求：530×320×230mm六号纸箱尺寸要求：700×400×320mm3.2.2常见快递袋常用尺寸要求快递袋小号：17X35mm、25X38mm快递袋中号：35X50mm、40X55mm快递袋大号：45X60mm、50X65mm3.3传动机构经过分析，用十字联轴器（图中未画出）经过双联杠铰链连接来控制载物台平放落物和成一定角度倾斜的位置。工作要求，当电动机通过十字联轴器使AB杆位于AB1和AB2位置时平台在对应的DC1和DC2(各角度如下图所示),按照给定的连架杆的对应的位置设计双连杆机构，在图所示的传动机构中，已知连架杆DC的长度，以及两连架杆相对应的位置与距离；当连架杆AB处于AB1、AB2位置（角度φ2和φ1）时，另一个连架杆DC在D图3-2机构简图在机构第二位置是将B2与D相连，并与连杆B2C2，连架杆C2D组成不变的三角形，将三角形绕D点进行旋转，使得DC2与DC1重合，从而得到根据设计条件：φ2=20°，φ1=600，θ1=130°AC由图上量得（2-1）按比例尺换算出连架杆AB和连杆BC的长度为（2-2）（2-3）根据该机构的运动轨迹要求，判断为双摇杆机构要满足最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆和的条件。（2-4）满足杆长之和条件。气缸参数的计算与选用气缸一般工作环境及介质温度在5-60°，工作压力为0.4-0.6MPa范围内。一般情况下气源压力为0.6MPa,根据工作压力应小于85%的气源压力，确定工作压力为0.5MPa。（2-5）根据情况工作要求负载率为50%（2-6）,（2-7）（2-8）活塞直径d淮安信息职业技术学院毕业设计论文气缸行程要求为140mm,根据气缸型号规格对照表选择内径为16mm,行程为180mm的气缸，采用Y型接头江苏电子信息职业学院毕业设计（论文）第四章四方向翻转机械结构的设计第四章四方向翻转机械结构的设计市场上有许多不同形式分拣结构，根根据反转分拣等自身特点，该机型保留了传统国内外类q的结构特征，进行了一定程度的创新。从四方向翻转机构的工作原理和工作过程来看，该设计的主要组成部分为三部分:动力结构、控制结构。根据这些部分的功能，本文采用以下设计方案。图4-1设备分拣机构示意图主要设计内容：设计分拣设备的平台翻转机构；设计分拣设备的驱动方案；设计一套适合新型分拣机械设备位置控制的定位方案；设计新型分拣机械结构的控制程序。4.1平台翻转机构 图4-2底座设计图4-3平台设计本文从机构的实用性出发，底座的设计既是机构的框架外型又要有支撑定位作用，将动力结构和控制结构固定起来，平台既可以载物又要光滑方便物件再翻转时轻易滑落。由于本构需要具有翻转的功能，因此底座和平台分离，在通过双杆机构联结，这样可以保证机构平台可以翻转角度。然而底座，在一台机器的总质量中占较大的比重同时一定程度上影响着机器的工作效果和耐磨性等。所以正确选择底座材料和正确设计其结构形式及尺寸，是减小机器质量、提高工作质量、增强机器刚度及耐磨性等的重要途径。设计时，为了机器装配、调整、操纵、检修及维护等的方便，应在适当的位置设有大小适宜的孔洞。箱体零件上必须镗、磨的孔数及各孔位置的相关影响应尽最减少。4.2动力结构预选了电机驱动和气压传动的两种动力支持方式，根据实际需求采用不同的动力支持。图4-4气压传动使用寿命长，力的传递平稳，工作时间较长长期运行也不会发生过热现象，需要配套电磁阀使用，所以要接受信号，感应慢图4-5双连杆传动双连机构与电机配合使用，维修便捷，使用场合广泛，效率高，经济实惠，容易控制，。图4-6十字联轴器联轴器用于将机构中的输出轴和从动杆件联接起来一同旋转，并传递运动和扭矩。4.3四方方向翻转机械结构的整体概述本项目所设计的物流分拣-多方向翻转机。落料时，平台自动折叠，处于平放状态；分拣时，根据需求切换4个电磁锁状态，确定铰链位置，以控制平台翻转方向；平台抬起速度要求均匀，平台抬起或平放到位后，确保驱动电机自动断电。（2）4方向可翻转机械结构有平放、四方向翻转两个工作状态，为了更好的分拣物件，设计两套驱动方案。方案一：电机驱动方案：图4-7平台平放状态（落料）当平台处于平放状态时，物体经过扫描装置后通过皮带罗到平台上，同时电磁锁接受信号，锁住相应的方向。图4-8平台抬起状态（分拣）当平台处于抬起进入工作状态时，电机的轴与联轴器连接，电机外壳安装定位在Y型接头上，正常情况下，电机的转子转动，电机定子固定在机座上处于静止，当电机工作时本应该是转子相对定子旋转，但由于本设计的限位因素，但电机的输出轴被锁死，转子不动那么定子相对逆方向旋转，而定子、机座和Y型连杆是一个整体，就造成连杆转动和伸展的效果，电磁锁锁住一个方向十字联轴器根据受力自动调节方向，平台在一定方向上倾斜，再利用物件自身重力下落，达到分拣效果。方案二：气动方案：图4-9平台平放状态（落料）当平台处于平放状态时，物体经过扫描装置后通过皮带罗到平台上，同时电磁锁接受信号，锁住相应的方向。图4-10平台抬起状态（分拣）当平台处于抬起进入工作状态时，本机构相对电机驱动较简单电磁锁锁住一个方向十字联轴器以为阻隔会受力自动调节方向，平台在一定方向上倾斜，再利用物件自身重力下落，达到分拣效果。4.4机械结构加工机构的零件可以划分为标准件与非标件两种形式，传动结构可以直接选用标准件，但整个机构的整体框架则需要根据实际情况进行考虑，框架形状和尺寸大小，决定于安装在它的内部或外部的零件和部件的形状和尺寸及其相互配置、受力与运动情况等也要与工作环境原件配套。所以框架的尺寸就需要进行加工，本机构的非标件多运用NX软件进行计算机编程形成加工轨迹，自动化加工。淮安信息职业技术学院毕业设计论文4.5小结本章对方向翻转机构的设计原理和整体结构进行了阐明，详细介绍了机械结构的设计和制造编程方案。江苏电子信息职业学院毕业设计（论文）第五章四方向翻转机构控制部分设计四方向翻转机构控制部分设计5.1控制方案本项目中4方向可翻转机械结构拟采