4四自由度碼垛機(jī)器人-物料包裝線模型碼垛推動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙和說明書】,含CAD圖紙和說明書,自由度,碼垛,機(jī)器人,物料,包裝,模型,推動(dòng),推進(jìn),機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì),cad,圖紙,以及,說明書,仿單
畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文） 報(bào)告（論文）題目： 物料包裝線模型 碼垛推動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 作者所在系部： 機(jī)械工程系 作者所在專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 作者所在班級(jí)： B13113 作 者 姓 名 ： 劉田 作 者 學(xué) 號(hào) ： 20134011304 指導(dǎo)教師姓名： 韓書葵 完 成 時(shí) 間 ： 2017 年 5 月 北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制 北華航天工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書（理工類） 學(xué)生姓名：劉田專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)：B13113 學(xué) 號(hào)：20134011304 指導(dǎo)教師： 韓書葵 職 稱： 副教授 完成時(shí)間： 2017.6 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 物料包裝線模型碼垛推動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 縱向課題（） 理論研究（）教師科研 課 題 橫向課題（ ） 應(yīng)用研究（） 教師自擬課題（） 應(yīng)用設(shè)計(jì)（）題目來源 學(xué)生自擬課題（） 題目類型 其 他（） 注：請(qǐng)直 接在所屬 項(xiàng)目括號(hào) 內(nèi)打 “” 總體設(shè)計(jì)要求及技術(shù)要點(diǎn)： 根據(jù)碼垛機(jī)器人的末端執(zhí)行器工作的任務(wù)，設(shè)計(jì)一款碼垛機(jī)器人，并且給出該機(jī) 器人的三維模型，計(jì)算出該機(jī)器人的自由度，熟悉三維設(shè)計(jì)軟件能能更好的設(shè)計(jì)出來 機(jī)器人。 1、分析國內(nèi)外現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一種碼垛機(jī)器人； 2、選擇碼垛機(jī)器人中的各構(gòu)件的組成材料，選擇電機(jī)以及齒輪等參數(shù)； 3、繪制碼垛機(jī)器人的裝配圖； 工作環(huán)境及技術(shù)條件： 聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)一臺(tái)，solidworks 軟件，有關(guān)的技術(shù)手冊(cè)。 工作內(nèi)容及最終成果： 1、分析國內(nèi)外現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一種碼垛機(jī)器人； 2、選擇碼垛機(jī)器人中的各構(gòu)件的組成材料，選擇電機(jī)以及齒輪等參數(shù)； 3、繪制碼碼垛機(jī)器人的裝配圖； 預(yù)期成果： 提供一篇設(shè)計(jì)論文和給出該機(jī)器人的三維模型。 時(shí)間進(jìn)度安排： 第 1-2 周查閱資料和閱讀參考文獻(xiàn)，了解國內(nèi)外碼垛機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r，了解碼 垛機(jī)器人的組成原理。同時(shí)完成開題報(bào)告。 第 3-4 周總體方案確定，確定研究碼垛機(jī)器人的組成機(jī)構(gòu)，對(duì)模型進(jìn)行總體方案 確定。 第 5-12 周得到碼垛機(jī)器人的三維圖。 第 13-14 撰寫畢業(yè)論文。 第 15 周準(zhǔn)備答辯。 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字： 年 月 日 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 北華航天工業(yè)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性及知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 物料包裝線模型碼垛推動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi) 容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對(duì)本 設(shè)計(jì)（論文）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。因本畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果歸北華航天工業(yè)學(xué)院所有。本人遵循北華航天工業(yè)學(xué)院有 關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的相關(guān)規(guī)定，提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本。本人同 意北華航天工業(yè)學(xué)院有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與 閱覽服務(wù)；可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以營利為目的 的前提下，可以公布非涉密畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部內(nèi)容。 特此聲明 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 年 月 日 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 摘 要 碼垛機(jī)是根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和具體的工作環(huán)境要求對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的，它可代替人們繁 重勞動(dòng)，從而提高了生產(chǎn)的效率。本論文主要是根據(jù)碼垛機(jī)器人的末端執(zhí)行器工作的任 務(wù)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出一款碼垛機(jī)器人，并且給出該機(jī)器人的三維模型，并計(jì)算出該機(jī)器 人的自由度和傳動(dòng)比，根據(jù)碼垛機(jī)器人的相關(guān)數(shù)據(jù)選用合適的電機(jī)、齒輪和軸。并對(duì)相 應(yīng)承擔(dān)扭矩的齒輪和軸進(jìn)行了校核?，F(xiàn)在的碼垛機(jī)器人可用于代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn) 生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化。大部分的碼垛機(jī)器人都運(yùn)用了堆疊法，堆疊法是一種強(qiáng)大的機(jī) 器學(xué)習(xí)技術(shù)，通過基于交叉驗(yàn)證的元模型智能地結(jié)合其他方法的預(yù)測(cè)結(jié)果。 關(guān)鍵詞：碼垛機(jī) 軸的扭矩 校核 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 I Abstract The palletizing machine is designed according to its structural characteristics and specific working environment requirements, which can replace peoples heavy labor, thus improving the efficiency of production. In this paper, we mainly analyze the task of the end effector of the palletizing robot, design a palletizing robot, and give the three-dimensional model of the robot to calculate the freedom and transmission ratio of the robot. According to the stacking robot Use the appropriate motor, gear and shaft for the relevant data. And the corresponding commitment to the torque of the gear and shaft were checked. Stacking robots can replace peoples heavy labor to achieve the mechanization and automation of production, but also the use of the stack method, stacking method is a powerful machine learning technology, based on cross-validation of the meta-model intelligently combined with other methods of prediction results. Keywords: palletizing machine shaft torque checking 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 目 錄 摘要 ........................................................................I Abstract........................................................................................................................................II 第 1 章 緒論 ................................................................1 1.1 碼垛機(jī)的研究背景 .......................................................1 1.2 碼垛機(jī)器人在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................1 1.3 碼垛機(jī)器人的主要發(fā)展趨勢(shì) ..............................................3 1.4 本課題研究的主要內(nèi)容 ..................................................4 第 2 章 碼垛機(jī)器人的概要設(shè)計(jì) ................................................5 2.1 總體設(shè)計(jì)參數(shù) ...........................................................5 2.2 設(shè)計(jì)原理 ..............................................................5 2.3 傳動(dòng)設(shè)計(jì) ..............................................................5 2.3.1 底座傳動(dòng) ...........................................................5 2.3.2 腰關(guān)節(jié)的傳動(dòng) ........................................................6 2.3.3 上臂的傳動(dòng) ..........................................................6 2.3.4 夾持裝置的傳動(dòng) .....................................................6 2.4 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...........................................................7 第 3 章 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) .......................................................8 3.1 液壓缸的選擇 ...........................................................8 3.2 確定所使用的電動(dòng)機(jī) ....................................................10 3.3 關(guān)鍵軸的計(jì)算 .........................................................11 3.3.1 計(jì)算關(guān)鍵軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和輸入功率 ..................................11 3.3.2 確定關(guān)鍵軸的具體尺寸 ..............................................12 3.4 齒輪參數(shù)的確定 .......................................................15 3.4.1 壓力角 的選擇 ....................................................16 3.4.2 模數(shù)和齒數(shù)的選擇 ..................................................16 3.4.3 齒寬系數(shù) 的計(jì)算 ..................................................16b 3.4.4 確定齒輪傳動(dòng)的精度 ................................................16 3.4.5 齒輪的校核 ........................................................17 第 4 章 總 結(jié) ............................................................20 致 謝 ...................................................................21 參考文獻(xiàn) ...................................................................22 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 0 第 1 章 緒論 1.1 碼垛機(jī)的研究背景 碼垛作業(yè)因其工作方式單調(diào)、體力消耗較大、作業(yè)批量化等特點(diǎn)，為碼垛機(jī)機(jī)器人 的引用提供了充足的理由和絕佳的應(yīng)用場(chǎng)合。 1碼垛機(jī)是以機(jī)械、電子、仿生學(xué)和計(jì)算 機(jī)等多種先進(jìn)學(xué)科技術(shù)為一體的現(xiàn)代化的高新技術(shù)產(chǎn)品，其中機(jī)電技術(shù)的日益成熟為工 業(yè)機(jī)器人技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了的動(dòng)力。碼垛機(jī)采用 PLC 控制技術(shù)、變頻器技術(shù)、 檢測(cè)元件和觸摸式人機(jī)界面等優(yōu)良控制技術(shù)與控制元件，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)包裝碼垛機(jī)對(duì)包裝 控制單元的控制要求 2。它現(xiàn)在也作為衡量一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志之一。 現(xiàn)在各行各業(yè)都廣泛采用了碼垛機(jī)，它不僅可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量與數(shù)量，而且 對(duì)于解決勞動(dòng)力不足、提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率、節(jié)約原材料消耗、降低生產(chǎn)成本和工人勞動(dòng) 強(qiáng)度、能極大的改善工人的工作環(huán)境等等 3。碼垛機(jī)與計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，碼垛機(jī) 的應(yīng)用不但改變著人類的生產(chǎn)，還改變著人類的生活方式。因此推動(dòng)了許多傳統(tǒng)及新興 科技公司對(duì)碼垛機(jī)進(jìn)行研制開發(fā)。至今，碼垛機(jī)已經(jīng)取得了巨大成就，并研發(fā)出許多高 性能的碼垛機(jī)。 由于在各個(gè)領(lǐng)域中，人們的工作環(huán)境有時(shí)會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì)，甚至有可能會(huì) 危害到人們的生命安全，在這樣的情況下碼垛機(jī)誕生了。根據(jù)堆垛的形式（重疊式堆垛、 縱橫交錯(cuò)式堆垛和壓縫式堆垛等等）進(jìn)行開發(fā)，不僅對(duì)提高碼垛機(jī)的物料搬運(yùn)裝卸的效 率，而且還能有效節(jié)的節(jié)省存儲(chǔ)的空間 4。它對(duì)于保證產(chǎn)品完好，有著十分重要的意義。 1.2 碼垛機(jī)器人在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在國外起步較早，最早在搬運(yùn)行業(yè)中引入工業(yè)機(jī)器人的是日本和瑞 典，他們是在 1970 年左右引入的。首次將人類從繁重而枯燥的搬運(yùn)工作中解放出來。它 是一個(gè)非常有發(fā)展前景的行業(yè)，就目前而言，世界各發(fā)達(dá)國家的機(jī)器人公司主要針對(duì)各 種載荷、運(yùn)行空間和運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行研制 5。在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，已相繼研制出半自動(dòng)、 全自動(dòng)的碼垛機(jī)，后來也在結(jié)構(gòu)和機(jī)型方面進(jìn)行了不斷作改進(jìn)和完善。國產(chǎn)碼垛機(jī)至今 已經(jīng)研制了幾十年的時(shí)間，到目前為止，我國生產(chǎn)的碼垛機(jī)在性能、機(jī)型、品種規(guī)格和 產(chǎn)品質(zhì)量的方面，已經(jīng)有很大的進(jìn)步，并在許多方面已逐漸接近到國外同類型的碼垛機(jī)， 現(xiàn)在，基本上可以滿足大中型企業(yè)對(duì)產(chǎn)品包裝碼垛機(jī)的需求。 碼垛機(jī)器人是一個(gè)有前景的行業(yè)，國外有許多有名的生產(chǎn)碼垛機(jī)器人的公司如：發(fā) 那科（FANUC ）、波士頓動(dòng)力公司、Fuji 、KUKA 等，碼垛機(jī)器人是對(duì)其多方面進(jìn)行研 究，如對(duì)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、控制系統(tǒng)的研究以及機(jī)器人智能化方面 的研究等。針對(duì)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的研究，是更好的實(shí)現(xiàn)各自的功能，如有 Fuji 的平行 四邊形連桿機(jī)構(gòu)、Motoman 的多節(jié)機(jī)器人等。20 世紀(jì) 80 年代，德國庫卡機(jī)器人公司在 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 1 中國發(fā)展出 KR180PA 和 KR50PA 兩個(gè)型號(hào)的碼垛機(jī)器人，其高剛度、高定位精度、基 于 Windows 界面設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)和低廉的使用和維護(hù)陳本代表了當(dāng)時(shí)機(jī)器人技術(shù)的先進(jìn) 水平 6。 經(jīng)過幾十多年的發(fā)展，碼垛機(jī)器人的應(yīng)用在制造業(yè)中的各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)，尤其是在搬運(yùn)的領(lǐng) 域中，碼垛機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機(jī)械加工 中的焊接、熱處理、裝配、化工及倉庫堆垛等作業(yè)中，還有再物流行業(yè)和電子電氣行業(yè) 等等，人工作業(yè)已經(jīng)漸漸的被機(jī)器人代替 7。 近年來，大量“機(jī)器人員工”已經(jīng)被引入到許多會(huì)對(duì)人體有害的領(lǐng)域。20 世紀(jì) 60 年代末以來，機(jī)器人開始逐步進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域。從目前看，碼垛機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域正向電 子信息產(chǎn)業(yè)、橡膠和塑料行業(yè)和物流等領(lǐng)域延伸，中國、印度等國家作為機(jī)器人的新興 市場(chǎng)也出現(xiàn)顯著增長，其中出現(xiàn)在一線生產(chǎn)崗位的機(jī)器人操作更準(zhǔn)確，而且還降低了生 成本和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。而且，我國的聚丙烯產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的 10%以上，而長期以來 國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)品的包裝卻一直處于人工套袋的半自動(dòng)包裝狀態(tài)，針對(duì) PP 樹脂的特點(diǎn)， 專門設(shè)計(jì)了全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線工藝流程 8。 我國對(duì)工業(yè)碼垛機(jī)器人示教在現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了研究與改進(jìn)，提出了一種新的示教再現(xiàn) 方法；按照文中所述方法，任一貨物在碼放放過程中，其碼垛軌跡經(jīng)過的四個(gè)空間點(diǎn)只 有一點(diǎn)需要經(jīng)過示教獲得，其余三點(diǎn)均可通過文中提出的算法程序根據(jù)貨物參數(shù)獲得； 所建立的示教再現(xiàn)方法原理簡單了、過程靈活精確、結(jié)果簡潔高效，能夠大大提高工業(yè) 碼垛機(jī)器人示教再現(xiàn)的效率 9。 為了使碼垛機(jī)器人完成對(duì)不同類型和規(guī)格包裝件的碼垛作業(yè)要求，提出了一種新型 的碼垛機(jī)器人多功能末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)方案 10。該方案采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，通過夾持機(jī)構(gòu)、 抓取機(jī)構(gòu)和吸附機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各類包裝件和托盤以及墊紙等的夾持、抓取、吸持等動(dòng)作 11。 碼垛機(jī)器人還可以將已裝入容器的紙箱，按一定排列碼放在托盤上，進(jìn)行自動(dòng)堆碼，可 堆碼多層，然后退出，便于叉車運(yùn)至倉庫儲(chǔ)存。碼垛機(jī)采用 PLC+觸摸屏控制，實(shí)現(xiàn)智 能化操作管理 12。 專家預(yù)計(jì)，未來碼垛機(jī)器人年均增速有可能會(huì)越來越快點(diǎn)，可能達(dá)到百分之三十左 右，用于搬運(yùn)的移動(dòng)機(jī)器人每年都會(huì)有一定的增幅，機(jī)器人將成為未來市場(chǎng)至關(guān)重要的 領(lǐng)域，為此世界各國都在搶占先機(jī)，希望可以贏在起跑線上。 在 1990 年末，我國就已經(jīng)建立起 7 個(gè)科研基地和 9 個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地。它為我國 建設(shè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化帶來了希望，也為我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。目前，我國已 基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和某些典型工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)分析 軟件方面取得了進(jìn)步?，F(xiàn)在我國已經(jīng)能生產(chǎn)具有國際先進(jìn)水平的裝配機(jī)器人、水下機(jī)器 人、服務(wù)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、搬運(yùn)碼垛機(jī)器人等一系列產(chǎn)品，有些機(jī)器人已經(jīng)可以實(shí) 現(xiàn)了小批量生產(chǎn) 13。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 2 我國的沃迪機(jī)器人智能裝備事業(yè)部源于智能食品裝備發(fā)展趨勢(shì)的推動(dòng)，專注于國產(chǎn) 工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。事業(yè)部設(shè)有專門的機(jī)器人和工程技術(shù)應(yīng)用研究院，包 括機(jī)器人技術(shù)工程中心、實(shí)驗(yàn)分析檢測(cè)中心、工程試制部等等，承擔(dān)著國家和市級(jí)多項(xiàng) 機(jī)器人新實(shí)驗(yàn)室，規(guī)劃占地面積為 2000 平方米，具備恒溫和模擬各種各種使用環(huán)境的條 件，擁有完善的測(cè)試平臺(tái)和檢測(cè)設(shè)備，將用于對(duì)新型機(jī)器人的研發(fā)和驗(yàn)證 14。其搬運(yùn)機(jī) 器人設(shè)計(jì)年產(chǎn)大約為 2000 臺(tái)，目前已擁有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的，并且是國內(nèi)最具規(guī)模的碼 垛機(jī)器人工業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，主要競爭對(duì)手為日本、德國及瑞典的國際行業(yè)巨頭。 目前國內(nèi)一些科研、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)單位，已擁有一批專門從事科研、設(shè)計(jì)和制造碼垛 機(jī)的技術(shù)隊(duì)伍，他們通過近 20 年的左右的摸索、研制和生產(chǎn)實(shí)踐已積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)， 現(xiàn)在已具備設(shè)計(jì)和研制出符合國情和先進(jìn)水平的碼垛機(jī)所必需的條件。 在現(xiàn)在日常生活中，我們也能看見機(jī)器人身影。如：掃機(jī)器人，又叫自動(dòng)打掃機(jī)， 憑借一定的人工智能，自動(dòng)在房間內(nèi)完成對(duì)地板的清理工作;早教機(jī)器人,顧名思義它就 是專門為兒童早教促進(jìn)孩子學(xué)習(xí)興趣的電子產(chǎn)品，對(duì)孩子的學(xué)習(xí)能力進(jìn)行全方位的訓(xùn)練 等等。 對(duì)于機(jī)器人來說，中國存在巨大潛的市場(chǎng) 15。由于國內(nèi)有許多汽車制造業(yè)，這為碼 垛機(jī)器人的裝配量將會(huì)快速增長提供著條件。 1.3 碼垛機(jī)器人的主要發(fā)展趨勢(shì) 碼垛機(jī)器人各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域的使用實(shí)踐證明，它在提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平，提高勞動(dòng)生 產(chǎn)率和降低了生產(chǎn)成本，改善工人勞動(dòng)條件等方面的作用很大，引起了世界各國的關(guān)注。 在新的世紀(jì)，工業(yè)機(jī)器人的使用一定會(huì)更加廣泛。 王衛(wèi)明曾經(jīng)就此發(fā)言，使用機(jī)器人最多的是汽車行業(yè)，醫(yī)藥等行業(yè)的對(duì)機(jī)器人的需 求甚至要達(dá)到 100%以上，在 2013 年，機(jī)器人在全國的銷量大約為 16.8 萬臺(tái)?！皺C(jī)器換 人”已經(jīng)是不可避免的了，在未來的 5 到 10 年機(jī)器人在中國市場(chǎng)將到達(dá)爆發(fā)期。曲道奎 認(rèn)同這一觀點(diǎn)。作為國內(nèi)領(lǐng)先的機(jī)器人制造業(yè)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司的人，他 在會(huì)上不斷提醒企業(yè)要意識(shí)到該行業(yè)的殘酷性 16。他呼吁，中國應(yīng)在機(jī)器人這個(gè)高端產(chǎn) 業(yè)里避免處于產(chǎn)業(yè)鏈低端位置。在中國廉價(jià)勞動(dòng)力優(yōu)勢(shì)逐漸被機(jī)器人所替代，“機(jī)器換 人”已是大勢(shì)所趨。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)就是誘人的“大蛋糕”，中國各地都應(yīng)立即行動(dòng)起來， 機(jī)器人企業(yè)和產(chǎn)業(yè)園如雨后春筍層出不窮，積極投身這場(chǎng)“掘金戰(zhàn)”中。 從世界各國在堆垛機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程可知，有三種不同的發(fā)展模式：日本模式、 歐洲模式和美國模式： 1、日本模式 此種模式的特點(diǎn)是：各司其職，分層面完成交鑰匙工程。即機(jī)器人制造廠商以開發(fā) 新型機(jī)器人和批量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品為主要目標(biāo)，并由其子公司或社會(huì)上的工程公司來設(shè)計(jì) 制造各行業(yè)所需要的機(jī)器人成套系統(tǒng)，并完成交鑰匙工程 17。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 3 2、歐洲模式 此種模式的特點(diǎn)是：一攬子交鑰匙工程。即機(jī)器人的生產(chǎn)和用戶所需要的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 制造，全部由機(jī)器人制造廠商自己完成。 3、美國模式 此種模式的特點(diǎn)是：采購與成套設(shè)計(jì)相結(jié)合。美國國內(nèi)基本上不生產(chǎn)普通的堆垛機(jī) 器人，企業(yè)需要時(shí)機(jī)器人通常由工程公司進(jìn)口，再自行設(shè)計(jì)、制造配套的外圍設(shè)備，完 成交鑰匙工程。 我國從上世紀(jì) 80 年開始在高校和科研單位全面開展堆垛機(jī)器人的研究，近 20 年來 取得不少的科研成果。但是由于沒有和企業(yè)有機(jī)地進(jìn)行聯(lián)合，至今仍未形成具有影響力 的產(chǎn)品和有規(guī)模的產(chǎn)業(yè) 18。目前國內(nèi)除了一家以組裝為主的中日合資的機(jī)器人公司外， 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)器人尚停留在高?；蚩蒲袉挝唤M織的零星生產(chǎn)，未能形成氣候 19。 近 10 年來，進(jìn)口機(jī)器人的價(jià)格大幅度降低，對(duì)我國堆垛機(jī)器人的發(fā)展造成了一定的影響， 特別是我國自行制造的普通堆垛機(jī)器人在價(jià)格上根本無法與之競爭。特別是我國在研制 機(jī)器人的初期，沒有同步發(fā)展相應(yīng)的零部件產(chǎn)業(yè)，使得國內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)的機(jī)器人過程中， 只能依賴配套進(jìn)口的零部件，更削弱了我國企業(yè)的價(jià)格競爭力。 中國的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)走什么道路，如何建立自己的發(fā)展模式，確實(shí)值得探討。中國 工程院在 2003 年 12 月完成并公開的我國制造業(yè)焊接生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略研究總結(jié)報(bào) 告中認(rèn)為，我國應(yīng)從“美國模式”著手，在條件成熟后逐步向“日本模式”靠近。 1.4 本課題研究的主要內(nèi)容 設(shè)計(jì)一種主要用于對(duì)物體的抓取的碼垛機(jī)器人。對(duì)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，畫出該 機(jī)器人的總裝配圖，給出該碼垛機(jī)器人的各種參數(shù)，然后對(duì)于主要部件進(jìn)行強(qiáng)度校核， 得到最優(yōu)的碼垛機(jī)器人。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 4 第 2 章 碼垛機(jī)器人的概要設(shè)計(jì) 2.1 總體設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)此次設(shè)計(jì)的機(jī)器人具體應(yīng)用場(chǎng)合和實(shí)際應(yīng)用要求，設(shè)計(jì)的主要參數(shù)要求如下： (1) 抓取的重物：15kg； (2) 機(jī)械手的自由度數(shù)：4 個(gè)； (3) 運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 底座旋轉(zhuǎn)： 角速度： ；3.14/rads 支撐桿俯仰：線速度： ；0m (4)運(yùn)動(dòng)行程： 底座旋轉(zhuǎn)： ；6 支撐桿俯仰： ； 9: 2.2 設(shè)計(jì)原理 本設(shè)計(jì)參照美國 ABC 公司某些型號(hào)的機(jī)器人設(shè)計(jì)靈感，結(jié)構(gòu)上運(yùn)用了圓型好處在 于工作范圍較大,機(jī)器人的腰部和手腕都采用了液壓缸，液壓傳動(dòng)調(diào)速方便且調(diào)速范圍比 較大，可達(dá)到 100:12000:1。 2.3 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 2.3.1 底座傳動(dòng) 底座是要驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu)，因此承受的質(zhì)量和慣量很大，所以因采用較大步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)，驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu)，如圖 2-1 和圖 2-2 所示。 圖 2-1 基底座傳動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 2-2 底座傳動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 5 電機(jī)安裝在基座上方，基座中是二個(gè)齒輪，用于提供較大的扭矩?；怯面I與大 齒輪固定，電機(jī)是通過螺釘與基座固定，大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)是通過電機(jī)輸出的扭矩產(chǎn)生的， 底座基固定在地面上的，從而推動(dòng)其他部分轉(zhuǎn)動(dòng)。 2.3.2 腰關(guān)節(jié)的傳動(dòng) 支撐桿的運(yùn)動(dòng)就是腰關(guān)節(jié)的傳動(dòng)。采用回轉(zhuǎn)軸使其與底部電機(jī)鏈接，其結(jié)構(gòu)如下圖 2-3 和圖 2-4 所示。 圖 2-3 腰關(guān)節(jié)傳動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 2-4 傳動(dòng)軸 2.3.3 上臂的傳動(dòng) 為了減輕整個(gè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和重量，上桿不采用電動(dòng)機(jī)，而采用液壓缸可以大大 提高機(jī)械手的精度，如圖 2-5 所示。 圖 2-5 上臂的液壓缸 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 6 2.3.4 夾持裝置的傳動(dòng) 夾持裝置采用液壓缸，通過改變流量和壓力來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手爪張合的控制，如圖 2- 6。 圖 2-6 夾持裝置 2.4 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 用軟件 solidworks 畫出了碼垛機(jī)器人的三維圖如圖 2-7 所示。 圖 2-7 總體結(jié)構(gòu)圖 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 7 第 3 章 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 整個(gè)機(jī)器人共有 4 個(gè)自有度，其中有三個(gè)是用液壓缸帶動(dòng)的，整個(gè)機(jī)構(gòu)只用了一個(gè) 電機(jī)來推動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 3.1 液壓缸的選擇 1)連桿上的液壓缸 液壓缸輸入是液體的流量和壓力，輸出的是力和直線運(yùn)動(dòng)，液壓缸的結(jié)構(gòu)簡單，工 作可靠性好，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)部門。液壓缸可廣泛的分為通用型結(jié)構(gòu)和專 用型結(jié)構(gòu)。這里選用的是通用型中的拉桿型液壓桿。因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡單、拆裝簡便、零件 通用化程度較高、制造成本較低。 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算于選取 總質(zhì)量: mI=210kg 單杠最大的升起的質(zhì)量： M=mI 2=105kg 上升速度等于下降速度： v=0.1m/s 液壓上升的最大負(fù)載： Fmax=Mg=1.05kN 液壓缸的機(jī)械效率： =0.95 液壓缸的工作壓力由表 3-1 可知 P=0.7MPa。 表 3-1 不同負(fù)載條件下的工作壓力 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 8 負(fù)載 F/KN 50 工作壓力 P/MPa <0.81 1.52 2.53 34 45 5 由公式： D= (3-1)pFmax (Fmax=1.05kN; p=0.7Mpa ;=0.95 ) 解得 D=0.044837m。 根據(jù)表 3-2 可知，圓整成標(biāo)準(zhǔn)值后，得液壓缸內(nèi)徑 D=50mm。 表 3-2 液壓缸內(nèi)徑尺寸 D 系列 mm(GB/T2348-1993) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 (90) 100 (110) 125 (140) 160 (180) 200 (220) 250 (280) 320 (360) 400 (450) 500 缸筒壁厚和外徑計(jì)算 本設(shè)計(jì)的內(nèi)徑 D 為 50mm，查液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸的外徑 D1 為 60mm，缸壁的厚度 為 6mm。正規(guī)的方法選取液壓缸壁厚都能滿足其強(qiáng)度。 活塞桿直徑的計(jì)算 活塞桿是液壓缸傳遞動(dòng)力的主要零部件，他要承受拉力、壓力、彎力和震動(dòng)沖擊等 多種作用，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。 活塞桿直徑的計(jì)算 根據(jù)活塞桿受力狀況來確定，一般為受拉力作用時(shí)，d=0.30.5D。 受壓力作用時(shí)： P<5MPa 時(shí)， =0.50.55D；d 5MPa
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