輪式移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

輪式移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),輪式移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),輪式,移動(dòng),挪動(dòng),提升,晉升,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 大大連大大學(xué)學(xué)2018屆屆學(xué)學(xué)生生畢業(yè)論文文(設(shè)計(jì))中中期期檢查表表題目輪式移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師張立職稱(chēng)副教授學(xué)生姓名劉鵬輝閱讀文獻(xiàn)數(shù)22初稿完成時(shí)間2018-04-11工 作 量較少 適中較多 出勤情況較好 一般較差 工作進(jìn)度快 按進(jìn)度進(jìn)行慢 任 務(wù) 書(shū)有開(kāi)題報(bào)告有中期工作結(jié)論良調(diào)整情況無(wú)教研室主任意見(jiàn)同意教研室主任(簽名)：王建維日期：2018-04-15學(xué)院意見(jiàn)同意教學(xué)院長(zhǎng)(簽名)：吳蒙華日期：2018-04-18 大 連 大 學(xué) 本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )開(kāi)題報(bào)告 論 文 題 目： 輪式移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)械 工程 學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 、班 級(jí)： 機(jī)英 141 學(xué) 生 姓 名： 劉鵬輝 指導(dǎo)教師（職稱(chēng)） 張 立 （ 副教授 ） 2018 年 1 月 3 日 填 1 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告要求 開(kāi)題報(bào)告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng) 工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據(jù) 1.論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域； 2.論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值； 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)。 二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容 1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題； 2.擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路）； 3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。 三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）； 2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。 四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述 學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通 過(guò)分析、研 究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相 關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開(kāi)題報(bào)告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。 五、其他要求 1.開(kāi)題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開(kāi)始后的前四周內(nèi)完成； 2.開(kāi)題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過(guò)； 3.開(kāi)題報(bào)告不合格或沒(méi)有做開(kāi)題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論 文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯； 4.開(kāi)題報(bào)告通過(guò)后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師； 5.開(kāi)題報(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊(cè)（部分專(zhuān)業(yè)可根據(jù)需要手寫(xiě)在統(tǒng)一紙張 上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。 2 一、選題依據(jù) 1、 研究領(lǐng)域 機(jī)械設(shè)計(jì) 2、 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值 理論意義 ： 輪式移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)廣泛用于倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸碼垛車(chē)間當(dāng)中，主要由底盤(pán)系統(tǒng) 做水平運(yùn)動(dòng)、提升機(jī)構(gòu)做垂直運(yùn)動(dòng)、機(jī)械手做抓取物體夾持物體運(yùn)動(dòng)。 對(duì)于物流行業(yè) ， 為了節(jié)約空間，現(xiàn)已采用立體化倉(cāng)庫(kù)，而這種倉(cāng)庫(kù)對(duì)于人的挑戰(zhàn)就是作業(yè)空間問(wèn)題， 操作人員在達(dá)到一定高度之后就不能自由工作，為提高效率，避免危險(xiǎn)，需要有這樣 的一套設(shè)備來(lái)填補(bǔ)這個(gè)領(lǐng) 域的空缺。 應(yīng)用價(jià)值 ： 其主要目的是提高作業(yè)效率和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，以提高作業(yè)的自動(dòng)化 程度。輪式移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)屬于機(jī)械設(shè)計(jì)范疇，其機(jī)械部分主要由可移動(dòng)的底盤(pán) 小車(chē)、提升機(jī)構(gòu)和抓取機(jī)械手組成，可實(shí)現(xiàn)貨物的抓取和堆放。 隨著現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 的快速發(fā)展 ， 使得整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)也 愈來(lái)重要 ， 該設(shè)計(jì)能夠有效地減少人工和提高工作 效率 ， 以適應(yīng)快速發(fā)展的新型行業(yè) 。 3、 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì) 目前國(guó)內(nèi)的提升機(jī)構(gòu)主要分為三種： （ 1） 、鏈條提升機(jī)構(gòu)。這種提升方式只適用于高度比較低的堆垛機(jī)，因?yàn)殒湕l的 單價(jià)成本要比鋼絲繩單價(jià)成本高出好多 ，另外，鏈條在提升過(guò)程中會(huì)發(fā)出較大的聲響， 噪音大。所以一般堆垛機(jī)較高時(shí)很少采用。 （ 2） 、曳引式提升機(jī)構(gòu)。曳引式提升機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體積小巧，傳動(dòng)電機(jī) 相比卷筒式要小許多，而且提升高度不受限制，但是堆垛機(jī)與電梯不同的是要水平行 走，所以配重裝置勢(shì)必會(huì)晃動(dòng)產(chǎn)生噪音 （ 3） 、卷筒式提升機(jī)構(gòu)。卷筒式提升機(jī)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)載貨臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)的常用機(jī)構(gòu)，一 般由卷筒、減速電機(jī)、鋼絲繩及滑輪組組成，其工作原理是：減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn) 纏繞鋼絲繩，再通過(guò)鋼絲繩和滑輪組提升重物。 由于三種提升機(jī)的組成部件；工作方式；機(jī)械結(jié)構(gòu)不同，所以應(yīng)用 于不同的工作 環(huán)境。根據(jù)具體的工作環(huán)境要求，從工作載荷、操作方式、驅(qū)動(dòng)方式、工作空間等方 面進(jìn)行分析選擇。 未來(lái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向要以目前的不足作為參考 。那么結(jié)合現(xiàn)在的車(chē)輪底盤(pán)技術(shù)，未來(lái) 的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)將會(huì)采取這種結(jié)構(gòu) 。另一方面的發(fā)展方向就是要改進(jìn)傳統(tǒng)的控制方式，采 取新型的控制方法，例如 PLC 控制。使體統(tǒng)整體更加簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、準(zhǔn)確。 3 二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容 1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題 （ 1）、 輪式可移動(dòng)小車(chē)設(shè)計(jì) （ 2）、 提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 3）、 抓取及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè) 計(jì) （ 4）、 座椅系統(tǒng)設(shè)計(jì) （ 5）、 用 Solidworks 軟件對(duì)抓取及夾緊系統(tǒng)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，并作爆炸視圖和動(dòng)畫(huà) 演示。 （ 6）、 繪制或者生成主要零部件的二維工程圖。 2.擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路） （ 1）、 抓取及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，夾緊力的計(jì)算 （ 2）、 提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 3）、 小車(chē)系統(tǒng)減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 4）、 利用 Solidworks 軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。 3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果 在初步準(zhǔn)確完成所需要設(shè)計(jì)的項(xiàng)目并完善工程圖的情況下。使 輪式移動(dòng)提升機(jī)構(gòu) 能夠完成移動(dòng)和提升 的功能，對(duì)崎嶇的路 面具有較好的適應(yīng)能力，并且配備機(jī)械手能 夠自動(dòng)完成抓取動(dòng)作，采用新型的控制方式。最終使得產(chǎn)品能夠得到社會(huì)廣泛認(rèn)可， 能夠投入市場(chǎng)進(jìn)行批量生產(chǎn)。 4 三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）； 主要是搜集文獻(xiàn)，查閱相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)和書(shū)籍，進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研并參觀現(xiàn)有研究成果，在老師 指導(dǎo)下開(kāi)展設(shè)計(jì)研究工作，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，力學(xué)計(jì)算，三維軟件等進(jìn)行仿真模擬。 本設(shè)計(jì)要求機(jī)械手能夾起的最大重量為 300N，被夾持的目標(biāo)物體應(yīng)多為圓柱形的，圓柱形 的最大直徑應(yīng)該控制在小于 200mm 之下。機(jī)械手在 非工作狀態(tài)下的速度可以達(dá)到 2m/min，而且 在工況時(shí)速度為 0.5m/min。 2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃 第 1 周 了解題目研究的主要內(nèi)容和理論意義及應(yīng)用價(jià)值，查閱有關(guān)文獻(xiàn)。 第 2 周 查閱文獻(xiàn)、閱讀文獻(xiàn)，了解研究的內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線 第 3 周 撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述并完成開(kāi)題報(bào)告 第 4 周 修改開(kāi)題報(bào)告及文獻(xiàn)綜述準(zhǔn)備開(kāi)題答辯。 第 5 周 輪式移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制設(shè)計(jì)草圖。 第 6 周 小車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減速器的設(shè)計(jì)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，繪制草圖 第 7 周 提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，繪制草圖。 第 8 周 抓取及夾緊 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及夾緊力的計(jì)算。 第 9 周 抓取及夾緊機(jī)構(gòu)的三維工程圖設(shè)計(jì) 第 10 周 座椅可調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 11 周 繪制座椅系統(tǒng)三維工程圖。 第 12 周 修改并完成總體裝配圖并生成 avi 爆炸視圖的視頻文件。 第 13 周 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 14 周 提交論文、圖紙、查重報(bào)告，準(zhǔn)備答辯 5 四、需要閱讀的參考文獻(xiàn) 1 張碩生，余達(dá)太 . 輪式移動(dòng)機(jī)械手的優(yōu)化構(gòu)形 J. 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào) .， 2000， 22(6) :565-568. 2 鄺先驗(yàn)，劉贛華，吳翠琴 . 輪式移動(dòng)機(jī)械手的控 制 J. 科技廣場(chǎng)， 2005 :97-98. 3 朱磊磊，陳軍 . 輪式移動(dòng)機(jī)器人研究綜述 J. 機(jī)床液壓 . 2009， 37（ 8） : 242-247. 4 李小明 . 輪式移動(dòng)機(jī)器人調(diào)速系統(tǒng)的控制研究 D. 蘭州交通大學(xué)， 2011. 5 盧宗慧，徐星蕾，盧泓翰，饒金海 . 堆垛機(jī)提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) J. 制造業(yè)自動(dòng)化 . 2011， 33(5): 129-130. 6 王笑竹 ,張健 .升降式立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) J.機(jī)械工程師 ,2017(04):25-27. 7 王與衛(wèi) . 礦井提升機(jī)直 流調(diào)速拖動(dòng)及其電控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) D.太原理工大學(xué) ,2007. 8 Xiang-Dong Chang,Yu-Xing Peng,Zhen-Cai Zhu,Xian-Sheng Gong,Zhang-Fa Yu,Zhen-Tao Mi,Chun-Ming Xu. 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.體感型智能輪式機(jī)器人設(shè)計(jì) J.科技創(chuàng)新與應(yīng) 用 ,2017(12):87. 6 附：文獻(xiàn)綜述 文獻(xiàn)綜述 0 引言 輪式移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)廣泛用于倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸碼垛車(chē)間當(dāng)中，其主要目的是提高作業(yè)效率 和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，以提高作業(yè)的自動(dòng) 化程度。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)輪式移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì) 進(jìn)行了大量的研究，并取得了一些成果。分析了輪式移動(dòng)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 ,對(duì)各類(lèi) 輪式移動(dòng)機(jī)器人之間的關(guān)系作了初步探討。同時(shí)在提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究方面，研究了 堆垛機(jī)提升機(jī)構(gòu)的種類(lèi) ,各機(jī)構(gòu)工作原理。本文在以上基礎(chǔ)上，各類(lèi)輪式移動(dòng)機(jī)器人 的性能進(jìn)行了比較，展望了輪式移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展方向。進(jìn)一步介紹提升機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) , 各機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。 隨著社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步 ,機(jī)器人在當(dāng)前生產(chǎn)生活中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 移動(dòng)機(jī)器人是研發(fā)較早的一種機(jī)器人 ,移動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有輪式、履帶式、腿式、蛇行式、 跳躍 式和復(fù)合式 3。其中履帶式具有接地比壓小 ,在松軟的地面附著性能和通過(guò)性能好 , 爬樓梯、越障平穩(wěn)性高 ,良好的自復(fù)位能力等特點(diǎn)。但是履帶式移動(dòng)平臺(tái)的速度較慢、 功耗較大、轉(zhuǎn)向時(shí)對(duì)地面破壞程度大 3。腿式機(jī)器人雖能夠滿足某些特殊的性能要求 , 能適應(yīng)復(fù)雜的地形 ,但由于其結(jié)構(gòu)自由度太多、機(jī)構(gòu)復(fù)雜 ,導(dǎo)致難于控制、移動(dòng)速度慢、 功耗大。蛇行式和跳躍式雖然在某些方面 ,如復(fù)雜環(huán)境、特殊環(huán)境、機(jī)動(dòng)性等具有其獨(dú) 特的優(yōu)越性 ,但也存在一些致命的缺陷 ,如承載能力、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性等 3。相比之下 ,輪式 移動(dòng)機(jī)器人雖然具有運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性與路面的路況有 很大關(guān)系、在復(fù)雜地形如何實(shí)現(xiàn)精確 的軌跡控制等問(wèn)題 ,但是由于其具有自重輕、承載大、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)和控制相對(duì)方便、 行走速度快、機(jī)動(dòng)靈活、工作效率高等優(yōu)點(diǎn) 3,而被大量應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、反恐防爆、 家庭、空間探測(cè)等領(lǐng)域。起升機(jī)構(gòu)用來(lái)實(shí)現(xiàn)物料垂直升降，是任何起重機(jī)不可缺少的 部分，因而是起重機(jī)最主要、也是最基本的機(jī)構(gòu)。目前國(guó)內(nèi)的堆垛機(jī)使用鏈條提升、 鋼絲繩卷筒提升以及鋼絲繩曳引輪提升三種 5。 1 移動(dòng)機(jī)構(gòu)的國(guó)內(nèi) 發(fā)展概況探究 機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展從無(wú)到有，從低級(jí)到高級(jí)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷深入發(fā) 展。移動(dòng)式機(jī)器人特別是 自主式移動(dòng)機(jī)器人已成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的中心之一。 移動(dòng)式機(jī)器人的未來(lái)是朝著智能化，情感化發(fā)展的，影響移動(dòng)式機(jī)器人發(fā)展的主 要因素有：導(dǎo)航與定位，多傳感器信息的融合，多機(jī)器人協(xié)調(diào)與控制策略等。 中國(guó) 與國(guó)外相比，目前還存在一定的差距，雖然掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控 制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件， 但可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與 7 國(guó)外比有差距。中國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人也取得了不少成果。但是在多傳感器 信息融合控制技術(shù)、 遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī) 械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步。隨著社會(huì)文明程度的提高，對(duì)機(jī)器人的要求也會(huì)越 來(lái)越高。中國(guó)要做好充分的準(zhǔn)備迎接新的技術(shù)挑戰(zhàn)。 2 移動(dòng)機(jī)構(gòu)的國(guó)外 發(fā)展概況探究 美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)曾預(yù)言 : “ 20 世紀(jì)的核心武器是坦克 ,21 世紀(jì)的核心武 器是無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng) , 其中 2000 年以后遙控地面無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)將連續(xù)裝備部隊(duì) ,并 走向戰(zhàn)場(chǎng)” 。 為此 , 從 80 年代開(kāi)始 , 美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局 (DARPA) 專(zhuān)門(mén) 立項(xiàng) , 制定了地面天人作戰(zhàn)平臺(tái)的戰(zhàn)略計(jì)劃 10。 從此 , 在全世界掀開(kāi)了全面研究 室外移動(dòng)機(jī)器人的序幕 , 如 DARPA 的 “戰(zhàn)略計(jì)算機(jī)” 計(jì)劃中的自主地面車(chē)輛 (ALV) 計(jì)劃 (1983 1990) , 能源部制訂的為期 10 年的機(jī)器人和智能系統(tǒng)計(jì)劃 (RIPS) (1986 1995) , 以及后來(lái)的空間機(jī)器人計(jì)劃 日本通產(chǎn)省組織的極限環(huán)境下作業(yè)的 機(jī)器人計(jì)劃 歐洲尤里卡中的機(jī)器人計(jì)劃等。 初期的研究 , 主要從學(xué)術(shù)角度研究室外機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)和信息處理 , 并建 立實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。 雖然由于 80 年代對(duì)機(jī)器人的智能行為期 望過(guò)高 , 導(dǎo)致室外 機(jī)器人的研究未達(dá)到預(yù)期的效果 , 但卻帶動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 , 為探討人類(lèi)研制 智能機(jī)器人的途徑積累了經(jīng)驗(yàn) , 同時(shí) , 也推動(dòng)了其它國(guó)家對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的研究與 開(kāi)發(fā)。 進(jìn)入 90 年代 , 隨著技術(shù)的進(jìn)步 , 移動(dòng)機(jī)器人開(kāi)始在更現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上 , 開(kāi) 拓各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域 , 向?qū)嵱没M(jìn)軍 10。輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)速度快、能量利用率高、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便和能借鑒至今已很成熟的汽車(chē)技術(shù)等優(yōu)點(diǎn) 10。 3 提升機(jī)構(gòu)的分類(lèi)及特點(diǎn)研究 1 鏈條提升機(jī)構(gòu) 5 鏈條提升機(jī)構(gòu)主要由提升電機(jī)（包括減速器 ）、傳動(dòng)鏈輪、傳動(dòng)鏈條、雙聯(lián)鏈輪、 提升鏈條和改向鏈輪組成。提升鏈條選用雙排滾子鏈，安全系數(shù)大于 5 ，它與載貨臺(tái) 和上下橫梁上的改向鏈輪組成一個(gè)封閉結(jié)構(gòu)。當(dāng)提升電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)鏈條驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)鏈輪 旋轉(zhuǎn)時(shí)， 使提升鏈條運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)載貨臺(tái)（包括貨叉、貨物）升降。載貨臺(tái)主要 由型鋼、鋼板焊接而成，主要用于安裝貨叉和一些安全保護(hù)裝置。為了保證載貨臺(tái)平 穩(wěn)上下運(yùn)行，在它的每個(gè)側(cè)面裝有沿立柱的 4 個(gè)導(dǎo)向輪和 2 個(gè)頂輪。 相比鋼絲繩而言，采用鏈條提升方式的車(chē)庫(kù)在升降過(guò)程中穩(wěn)定性好很多，這主要 與鏈條與鋼絲繩的結(jié)構(gòu)不同有關(guān)。但是這種提升方 式只適用于高度比較低的堆垛機(jī)， 因?yàn)殒湕l的單價(jià)成本要比鋼絲繩單價(jià)成本高出好多，另外，鏈條在提升過(guò)程中會(huì)發(fā)出 較大的聲響，噪音大。所以一般堆垛機(jī)較高時(shí)很少采用。 8 2 曳引式提升機(jī)構(gòu) 5 曳引式提升機(jī)構(gòu)是當(dāng)今電梯業(yè)廣泛采用的提升方式，主要由曳引力裝置、曳引輪、 鋼絲繩、導(dǎo)向輪和反繩輪等構(gòu)件組成。曳引鋼絲繩一端連接載貨臺(tái)，另一端連接配重 裝置，載貨臺(tái)、配重裝置和荷載的重力使鋼絲繩壓緊在曳引輪繩槽內(nèi)產(chǎn)生足夠的摩擦 力驅(qū)動(dòng)重物沿導(dǎo)軌做上下運(yùn)動(dòng)。 曳引式提升機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體積小巧，傳動(dòng)電機(jī)相比卷筒式要小許多，而 且提升高度 不受限制，但是堆垛機(jī)與電梯不同的是要水平行走，所以配重裝置勢(shì)必會(huì) 晃動(dòng)產(chǎn)生噪音，而且配重裝置需要設(shè)到立柱里面沿著立柱內(nèi)壁上下行走，維修和安裝 比較麻煩。 3 卷筒式提升機(jī)構(gòu) 5 卷筒式提升機(jī)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)載貨臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)的常用機(jī)構(gòu)，一般由卷筒、減速電機(jī)、鋼 絲繩及滑輪組組成，其工作原速電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)纏繞鋼絲繩，再通過(guò)鋼絲繩和滑輪 組提升重物。 4 幾種機(jī)械手結(jié)構(gòu)比較 分析 隔軸 機(jī)械手的電機(jī)安裝于中心軸附近，采用同步帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的方式來(lái)驅(qū)動(dòng) 各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械手，該 機(jī)械手能大 地降低整機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。機(jī)械手 主要由大 臂、小臂、手方軸、轉(zhuǎn)軸、拾取器、 3 組電機(jī)、拉伸式電磁鐵、轉(zhuǎn)臂架等組 成，電機(jī) III 通過(guò)一對(duì)減速齒輪帶動(dòng) 臂旋轉(zhuǎn)，電機(jī) II 通過(guò)一級(jí)同步帶帶動(dòng)小臂旋轉(zhuǎn)， 電機(jī) I 通過(guò)一級(jí)同步帶帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸，再通過(guò)二級(jí)同步帶帶動(dòng)手方軸旋轉(zhuǎn)，拉伸式電磁 鐵帶動(dòng)手方軸上下運(yùn)動(dòng)，拾取器通過(guò)氣動(dòng)或電動(dòng)驅(qū)動(dòng)上下擺動(dòng) 14。 圓柱型四自由度碼垛機(jī)械手結(jié)構(gòu) 。結(jié)構(gòu)包括：末端執(zhí)行器，小臂，大臂，底座 。 其原理如下：底座通過(guò)氣缸伸縮實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)作用；大臂主要通過(guò)氣缸伸縮實(shí)現(xiàn)升降作用； 小臂的作用是實(shí)現(xiàn)前后伸縮；末端執(zhí)行是機(jī)械手抓取工作，主要是通過(guò)氣缸伸 縮實(shí)現(xiàn) 抓取 13。 堆垛機(jī)械手 通過(guò)檢測(cè)吸盤(pán)和平衡氣缸內(nèi)氣體壓力，能自動(dòng)識(shí)別機(jī)械手臂上有無(wú)載 荷，并經(jīng)氣動(dòng)邏輯控制回路自動(dòng)調(diào)整平衡氣缸內(nèi)的氣壓，達(dá)到自動(dòng)平衡的目的。工作 時(shí)，重物猶如懸浮在空中，可避免產(chǎn)品對(duì)接時(shí)的碰撞。在機(jī)械手臂的工作范圍內(nèi)，操 作人員可將其前后左右上下輕松移動(dòng)到任何位置，人員本身可輕松操作。同時(shí)，氣動(dòng) 回路還有防止誤操作掉物和失壓保護(hù)等連鎖保護(hù)功能。非常重要的一點(diǎn)是，氣動(dòng)平衡 吊整機(jī)無(wú)須電控系統(tǒng)，只需壓縮空氣和真空源（視工作情況）即可工作，非常方便 11。 5 總結(jié) 在移動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究發(fā)面 ，由于國(guó)內(nèi)外的發(fā)展時(shí)間與工業(yè)水平差距很大，所以 9 在一定程度上，國(guó)內(nèi)的發(fā)展水平距國(guó)外相差較大。其中主要體現(xiàn)在一下幾個(gè)發(fā)面： 1、 可靠性。我國(guó)產(chǎn)品的可靠性只停留在能夠基本滿足使用的狀態(tài)，而國(guó)外的可靠性要求 已經(jīng)達(dá)到了很高的標(biāo)準(zhǔn)； 2、應(yīng)用領(lǐng)域。因?yàn)槲覈?guó)起步較晚，所以一系列的系統(tǒng)化內(nèi) 容還不夠成熟，所以更沒(méi)有辦法去研究更寬闊的應(yīng)用領(lǐng)域。而國(guó)外的應(yīng)用范圍研究較 為成熟，甚至已經(jīng)應(yīng)用到軍事領(lǐng)域； 3、新型技術(shù)的應(yīng)用。這一點(diǎn)主要是針對(duì)于智能 化方面，傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)我們都能達(dá)到，但是在與其他技術(shù)相結(jié)合的程度不夠，導(dǎo)致 達(dá)不到自動(dòng)化，智能化 。 目前國(guó)內(nèi)的提升機(jī)構(gòu)主要分為三種： 1、鏈條提升機(jī)構(gòu) 2、曳引式提升機(jī)構(gòu) 3、卷 筒式提升機(jī)構(gòu)。由于三種提升機(jī)的組成部件；工作方式；機(jī)械結(jié)構(gòu)不同，所以應(yīng)用于 不同的工作環(huán)境。根據(jù)具體的工作環(huán)境要求，從工作載荷、操作方式、驅(qū)動(dòng)方式、工 作空間等方面進(jìn)行分析選擇。 幾種常見(jiàn)機(jī)械手的特點(diǎn)： 1、 隔軸機(jī)械手采用同步帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的方式來(lái)驅(qū) 動(dòng)各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械手，該機(jī)械手能大地降低整機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 2、 圓柱型四自由度碼垛機(jī)械手主要是通過(guò)氣缸伸縮實(shí)現(xiàn) 各種動(dòng)作。 3、 堆垛機(jī)械手通過(guò) 檢測(cè)吸盤(pán)和平衡氣缸內(nèi)氣體壓力，能自動(dòng)識(shí)別機(jī) 械手臂上有無(wú)載荷，并經(jīng)氣動(dòng)邏輯控 制回路自動(dòng)調(diào)整平衡氣缸內(nèi)的氣壓，達(dá)到自動(dòng)平衡的目的。 大連大學(xué)2018 屆 畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計(jì) ）題 目 名 稱(chēng) ： 輪 式 移 動(dòng) 提 升 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 所在學(xué)院：機(jī) 械 工 程 學(xué) 院專(zhuān)業(yè)（班級(jí)）：機(jī) 英 141班學(xué)生姓名：劉 鵬 輝指導(dǎo)教師：張 立評(píng)閱人：院長(zhǎng)：吳 蒙 華 DALIAN UNIVERSITY 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題 目總 計(jì) ： 畢 業(yè) 論 文 ： 37 頁(yè)表 格 ： 4 表插 圖 ： 46 幅 指 導(dǎo) 教 師 ： 張 立評(píng) 閱 人 ：完 成 時(shí) 間 ： 2018.5.23 I 摘 要隨 著 現(xiàn) 代 工 業(yè) 的 快 速 發(fā) 展 ， 以 互 聯(lián) 網(wǎng) 為 媒 介 向 四 周 擴(kuò) 散 的 貿(mào) 易 模 式 逐 漸 成 為主 流 形 式 ， 正 因 為 互 聯(lián) 網(wǎng) 行 業(yè) 的 快 速 發(fā) 展 ， 也 促 使 了 周 邊 產(chǎn) 業(yè) 的 進(jìn) 步 。 其 中 離 我們 最 近 的 一 個(gè) 產(chǎn) 業(yè) 當(dāng) 屬 物 流 行 業(yè) 。 以 往 物 流 行 業(yè) 只 針 對(duì) 于 大 型 貨 品 的 長(zhǎng) 途 運(yùn) 輸 ，但 是 自 從 有 了 新 的 商 業(yè) 模 式 ， 物 流 行 業(yè) 新 加 了 小 產(chǎn) 品 ； 近 距 離 ； 快 速 等 屬 性 。 本次 我 們 課 題 做 的 設(shè) 備 是 針 對(duì) 于 物 流 的 倉(cāng) 儲(chǔ) 分 揀 環(huán) 節(jié) 而 做 的 專(zhuān) 用 設(shè) 備 。 移 動(dòng) 提 升 機(jī)構(gòu) 能 夠 很 大 程 度 上 的 提 高 分 揀 的 工 作 效 率 ， 增 加 分 揀 的 精 確 度 ， 更 重 要 的 一 點(diǎn) 是能 夠 節(jié) 省 勞 動(dòng) 力 ， 從 而 節(jié) 約 很 大 一 部 分 成 本 進(jìn) 而 增 加 經(jīng) 濟(jì) 效 益 。 隨 著 物 流 市 場(chǎng) 需求 的 日 益 增 大 以 及 倉(cāng) 儲(chǔ) 環(huán) 節(jié) 對(duì) 于 工 作 效 率 的 要 求 逐 漸 提 高 ， 我 們 的 設(shè) 備 發(fā) 展 前 景一 片 光 明 。 本 文 設(shè) 計(jì) 提 升 空 間 1米 ， 可 夾 持 5千 克 重 物 自 由 移 動(dòng) 的 設(shè) 備 。 主 要 的 設(shè) 計(jì) 內(nèi)容 是 ： 輪 式 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 ； 提 升 機(jī) 構(gòu) ； 機(jī) 械 手 夾 緊 機(jī) 構(gòu) 。 輪 式 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 是 設(shè) 備 的根 基 部 分 ， 由 直 流 伺 服 電 機(jī) 提 供 動(dòng) 力 源 帶 動(dòng) 一 組 （ 4個(gè) ） 麥 克 納 姆 萬(wàn) 向 輪 轉(zhuǎn) 動(dòng) ，通 過(guò) 控 制 實(shí) 現(xiàn) 車(chē) 體 的 前 進(jìn) ； 后 退 ； 旋 轉(zhuǎn) 等 運(yùn) 動(dòng) 。 配 備 承 載 平 臺(tái) ， 安 裝 提 升 機(jī) 構(gòu) 。提 升 機(jī) 構(gòu) 為 設(shè) 備 的 主 體 部 分 ， 同 樣 以 伺 服 電 機(jī) 為 動(dòng) 力 源 帶 動(dòng) 剪 叉 機(jī) 構(gòu) 實(shí) 現(xiàn) 上 升 與下 降 ， 同 時(shí) 應(yīng) 配 備 蝸 輪 蝸 桿 減 速 器 以 達(dá) 到 自 鎖 的 目 的 。 機(jī) 械 機(jī) 構(gòu) 作 為 設(shè) 備 的 執(zhí) 行部 件 ， 通 過(guò) 齒 輪 帶 動(dòng) 手 指 關(guān) 節(jié) 的 張 開(kāi) 與 閉 合 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 物 品 的 抓 取 和 放 置 動(dòng) 作 。論 文 通 過(guò) 三 維 建 模 與 理 論 計(jì) 算 對(duì) 設(shè) 備 進(jìn) 行 功 能 介 紹 與 校 核 驗(yàn) 算 。關(guān) 鍵 詞 ： 倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器 人 ； 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 ； 提 升 機(jī) 構(gòu) II ABSTRACTIn modern industrial production, the welding manipulator can not onlyreduce the labor intensity of workers, reduce the time needed for welding,but also ensure the quality of welding seam. The use of the welding machinewill greatly reduce the labor load. In the premise of guaranteeing the qualityof the product, it can also greatly increase the output, which will bring greateconomic benefits to the company. In order to adapt to the development ofmodern industry, higher production efficiency is needed. Therefore, it isimportant to study the welding machine to overcome the previous manual welding,such as high labor intensity, low production quality, low labor efficiency,poor production conditions and so on. It is of great significance to improvethe production efficiency and ensure the quality of the important pipelinewelding. It has good development prospects and social benefits. This paper designs a 3 meter telescopic welding machine. The main designcontents are the walking trolley mechanism, the locking mechanism and thelocking principle, and the structure design of the vertical column rotarymechanism. The trolley is mainly composed of a car body, a driven wheel anda driving wheel, and is driven by a two direct connection motor through areducer to drive the driving wheel. The locking mechanism is mainly composedof a locking guide rail and a locking nut, wherein the trapezoidal nut andthe trapezoidalscrew are transformed into a motion form to achieve the purposeof locking. The rotary mechanism is mainly composed of rotary bearing anddriving gear. According to the rational design of structure and function, thecross roller bearing with outer teeth is chosen to carry large axial and radialforce, and the purpose of turning is achieved. The speed of rotation isrealized by the reducer and the transmission ratio of the small gear. The whole structure function of each part is explained by 3D modeling.Key words: storage robot; mobile robot; lifting mechanism I 目 錄摘 要 .IABSTRACT.II1.緒 論 .11.1本 課 題 的 目 的 與 意 義 .11.2國(guó) 內(nèi) 外 研 究 現(xiàn) 狀 、 發(fā) 展 動(dòng) 態(tài) .11.3主 要 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 .22.輪 式 移 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) .42.1電 機(jī) 選 擇 .42.2鍵 的 選 擇 與 校 核 .62.3零 件 強(qiáng) 度 校 核 .73提 升 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) .13 3.1 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 的 選 擇 .133.2減 速 器 的 選 擇 .143.3軸 的 設(shè) 計(jì) 及 強(qiáng) 度 校 核 .163.4剪 叉 升 降 機(jī) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) .213.5軸 承 壽 命 校 核 .253.6鍵 的 選 擇 與 校 核 .264機(jī) 械 手 設(shè) 計(jì) .274.1鎖 緊 原 理 .274.2機(jī) 械 手 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 計(jì) 算 .274.3機(jī) 械 手 強(qiáng) 度 校 核 ： .295環(huán) 保 與 經(jīng) 濟(jì) 性 研 究 .355.1 環(huán) 保 性 分 析 .355.2 經(jīng) 濟(jì) 性 分 析 .356結(jié) 論 .36 參 考 文 獻(xiàn) .37致 謝 .38 II 1 1.緒 論1.1本 課 題 的 目 的 與 意 義機(jī) 器 人 技 術(shù) 作 為 一 種 高 端 新 型 技 術(shù) ， 在 世 界 的 科 技 發(fā) 展 上 占 據(jù) 著 一 定 的 地 位 。 本著 科 技 強(qiáng) 國(guó) 的 思 想 ， 機(jī) 器 人 技 術(shù) 成 為 各 國(guó) 科 技 研 究 的 必 有 項(xiàng) 目 ， 并 且 機(jī) 器 人 技 術(shù) 從 開(kāi)始 的 入 門(mén) 級(jí) 別 現(xiàn) 已 經(jīng) 達(dá) 到 一 定 技 術(shù) 水 平 。 并 且 在 發(fā) 展 的 同 時(shí) 也 將 這 一 技 術(shù) 應(yīng) 用 到 我 們的 日 常 生 活 與 生 產(chǎn) 中 。 其 中 包 括 現(xiàn) 場(chǎng) 生 產(chǎn) 設(shè) 備 、 人 工 智 能 設(shè) 備 、 運(yùn) 輸 設(shè) 備 、 物 流 設(shè) 備 、新 型 服 務(wù) 行 業(yè) 、 建 筑 工 程 、 醫(yī) 療 器 械 等 。隨 著 我 國(guó) 家 經(jīng) 濟(jì) 與 科 技 的 快 速 發(fā) 展 ， 機(jī) 器 人 技 術(shù) 在 我 國(guó) 也 有 廣 泛 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 。 同時(shí) 我 國(guó) 也 自 主 研 發(fā) 了 一 系 列 設(shè) 備 ， 水 平 較 過(guò) 去 有 顯 著 的 提 高 ， 但 是 較 其 他 掌 握 尖 端 技 術(shù) 的 國(guó) 家 還 是 存 在 一 定 的 差 距 。我 國(guó) 互 聯(lián) 網(wǎng) 技 術(shù) 的 發(fā) 展 給 我 們 的 生 活 方 式 帶 來(lái) 了 巨 大 的 影 響 。 其 中 互 聯(lián) 網(wǎng) +概 念的 提 出 與 發(fā) 展 更 是 帶 來(lái) 了 一 波 生 活 方 式 “ 革 命 ” ， 最 突 出 的 一 點(diǎn) 改 變 是 人 們 的 購(gòu) 物 方式 。 較 以 往 的 實(shí) 體 店 購(gòu) 物 方 式 ， 新 型 的 網(wǎng) 絡(luò) 購(gòu) 物 具 有 眾 多 突 出 的 優(yōu) 點(diǎn) 。 包 括 ： 便 捷 性 、透 明 性 、 廣 泛 性 等 。 正 是 因 為 這 些 優(yōu) 點(diǎn) ， 現(xiàn) 在 越 來(lái) 越 多 的 人 選 擇 網(wǎng) 絡(luò) 購(gòu) 物 。 這 也 促 進(jìn)的 另 一 個(gè) 行 業(yè) -物 流 的 快 速 發(fā) 展 。 我 們 都 知 道 物 流 行 業(yè) 最 重 要 的 幾 個(gè) 方 面 是 ： 覆 蓋 域 、流 通 性 、 輸 送 率 、 安 全 性 。 而 當(dāng) 下 因 為 市 場(chǎng) 的 需 求 量 較 大 ， 勞 動(dòng) 力 工 作 效 率 有 限 的 情況 ， 在 其 中 倉(cāng) 儲(chǔ) 分 揀 的 環(huán) 節(jié) 會(huì) 導(dǎo) 致 整 個(gè) 物 流 循 環(huán) 耗 時(shí) 加 長(zhǎng) 更 甚 至 出 現(xiàn) 錯(cuò) 誤 等 情 況 。 所以 解 決 物 流 循 環(huán) 中 倉(cāng) 儲(chǔ) 分 揀 的 效 率 問(wèn) 題 對(duì) 于 整 個(gè) 物 流 行 業(yè) 的 發(fā) 展 具 有 重 要 的 意 義 。1.2國(guó) 內(nèi) 外 研 究 現(xiàn) 狀 、 發(fā) 展 動(dòng) 態(tài) 在 備 受 關(guān) 注 的 “ 2017世 界 機(jī) 器 人 大 會(huì) ” 中 ， 各 式 各 樣 機(jī) 器 人 亮 相 ， 其 中 包 含 搬運(yùn) 機(jī) 器 人 、 碼 垛 機(jī) 器 人 、 精 包 裝 機(jī) 器 人 、 復(fù) 合 多 用 機(jī) 器 人 等 不 同 種 類(lèi) 的 倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器 人 。依 據(jù) 中 國(guó) 電 子 協(xié) 會(huì) 曾 發(fā) 布 的 2017中 國(guó) 機(jī) 器 人 發(fā) 展 報(bào) 告 ， 提 到 我 國(guó) 2017年 機(jī) 器 人市 場(chǎng) 規(guī) 模 估 計(jì) 將 達(dá) 到 62.8億 美 元 ， 其 中 三 大 類(lèi) 型 機(jī) 器 人 分 別 銷(xiāo) 售 額 占 比 為 ： 服 務(wù) 機(jī)器 人 21%、 工 業(yè) 機(jī) 器 人 67%和 特 種 機(jī) 器 人 12%； 依 據(jù) 應(yīng) 用 類(lèi) 型 劃 分 ， 其 中 搬 運(yùn) 上 下 料用 途 機(jī) 器 人 在 總 體 機(jī) 器 人 領(lǐng) 域 總 計(jì) 占 市 場(chǎng) 份 額 最 高 ， 共 達(dá) 到 61%， 這 反 映 出 倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器人 領(lǐng) 域 快 速 發(fā) 展 的 趨 勢(shì) 。亞 馬 遜 收 購(gòu) Kiva 機(jī) 器 人 公 司 引 起 了 大 多 數(shù) 人 們 對(duì) 倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器 人 領(lǐng) 域 的 關(guān) 注 ， 那 么最 近 幾 年 中 國(guó) 的 電 商 和 快 遞 業(yè) 共 同 的 爆 發(fā) 式 增 長(zhǎng) 則 促 進(jìn) 了 關(guān) 于 倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器 人 技 術(shù) 的 大規(guī) 模 應(yīng) 用 。 目 前 ， 機(jī) 器 人 已 經(jīng) 能 夠 完 成 拆 垛 、 碼 垛 、 搬 運(yùn) 工 作 ， 更 能 完 成 揀 選 、 分 揀 2 等 其 他 更 復(fù) 雜 的 物 流 工 作 環(huán) 節(jié) 。 除 了 阿 里 巴 巴 、 京 東 、 蘇 寧 易 購(gòu) 等 電 商 巨 頭 還 有 申 通 、中 通 、 圓 通 等 快 遞 公 司 加 快 布 局 倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器 人 之 外 ， 快 倉(cāng) 、 極 智 嘉 等 其 他 專(zhuān) 門(mén) 研 發(fā) 生 產(chǎn)專(zhuān) 用 倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器 人 的 企 業(yè) 也 紛 紛 涌 現(xiàn) ， 并 且 受 到 市 場(chǎng) 的 追 捧 ?？?以 確 定 的 是 ， 應(yīng) 用 倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器 人 ， 能 夠 有 效 提 高 作 業(yè) 效 率 、 優(yōu) 化 資 源 、 降 低 勞 動(dòng)強(qiáng) 度 、 減 少 成 本 等 方 面 起 到 了 了 重 要 作 用 。 就 長(zhǎng) 遠(yuǎn) 來(lái) 看 ， 伴 隨 著 國(guó) 家 人 口 紅 利 的 消 失 ，勞 動(dòng) 力 成 本 高 的 問(wèn) 題 逐 漸 凸 顯 ， 如 果 用 機(jī) 器 人 代 替 人 工 、 提 高 倉(cāng) 儲(chǔ) 的 自 動(dòng) 化 水 平 是 大勢(shì) 所 趨 ； 另 外 ， 在 “ 智 能 制 造 ” 、 “ 工 業(yè) 4.0” 等 理 念 的 驅(qū) 使 下 ， 未 來(lái) 智 能 物 流 行 業(yè)將 迎 來(lái) 前 所 未 有 的 發(fā) 展 契 機(jī) ， 同 時(shí) 倉(cāng) 儲(chǔ) 環(huán) 節(jié) 所 使 用 的 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 應(yīng) 用 也 會(huì) 隨 之 增 長(zhǎng) ?？?之 ， 在 我 國(guó) 的 倉(cāng) 儲(chǔ) 領(lǐng) 域 ， 使 用 “ 機(jī) 器 換 人 ” 的 理 想 正 在 轉(zhuǎn) 變 為 現(xiàn) 實(shí) ， 不 過(guò) 值 得進(jìn) 一 步 研 究 的 是 ， 假 若 市 場(chǎng) 情 況 達(dá) 不 到 預(yù) 期 的 火 熱 。 接 下 來(lái) 該 如 何 借 助 機(jī) 器 人 來(lái) 推 動(dòng)整 個(gè) 倉(cāng) 儲(chǔ) 系 統(tǒng) 升 級(jí) 換 代 ， 如 何 在 提 高 效 率 同 降 低 成 本 間 做 好 選 擇 ， 如 何 提 高 機(jī) 器 人 技 術(shù) 水 準(zhǔn) ， 如 何 根 據(jù) 需 求 推 出 更 合 適 的 倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器 人 ， 或 者 哪 些 應(yīng) 用 模 式 能 使 得 倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器人 市 場(chǎng) 加 速 發(fā) 展 ， 以 上 這 些 都 是 業(yè) 界 在 未 來(lái) 亟 需 思 考 解 決 的 問(wèn) 題 。倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器 人 應(yīng) 用 在 國(guó) 外 的 成 功 案 例 與 國(guó) 內(nèi) 不 同 ,國(guó) 外 的 物 流 業(yè) 經(jīng) 歷 了 數(shù) 十 年 的 發(fā)展 ,再 加 上 國(guó) 外 先 進(jìn) 的 工 業(yè) 機(jī) 器 人 技 術(shù) ,Kiva,Swisslog 等 企 業(yè) 都 已 經(jīng) 尋 找 到 創(chuàng) 新 型的 倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 來(lái) 解 決 倉(cāng) 儲(chǔ) 問(wèn) 題 。 下 面 就 國(guó) 際 上 先 進(jìn) 的 倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 之 一 ,Kiva機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 分 析 ,研 究 倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器 人 給 企 業(yè) 帶 來(lái) 的 巨 大 效 益 。Kiva 倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 與 傳 統(tǒng) 的 倉(cāng) 儲(chǔ) 作 業(yè) 最 大 的 不 同 就 是 它 讓 物 品 適 應(yīng) 場(chǎng) 地 ,其倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 可 以 在 任 意 時(shí) 間 將 任 意 物 品 送 達(dá) 任 意 位 置 。 Kiva 倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 的實(shí) 現(xiàn) 基 于 一 個(gè) 個(gè) 獨(dú) 立 可 以 自 主 導(dǎo) 航 移 動(dòng) 的 貨 架 搬 運(yùn) 機(jī) 器 人 。 這 些 最 高 可 以 舉 起 3000磅 重 量 的 機(jī) 器 人 將 貨 架 舉 起 ,然 后 將 貨 架 搬 運(yùn) 到 系 統(tǒng) 指 定 地 點(diǎn) 。1.3主 要 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 倉(cāng) 儲(chǔ) 機(jī) 器 人 按 照 不 同 功 能 可 將 其 分 為 三 個(gè) 系 統(tǒng) 。 一 、 輪 式 移 動(dòng) 系 統(tǒng) 。 本 產(chǎn) 品 適 用于 大 型 物 流 集 散 中 心 ， 因 為 場(chǎng) 地 的 需 要 ， 設(shè) 備 需 要 在 場(chǎng) 地 間 移 動(dòng) 以 將 不 同 地 區(qū) 的 快 遞送 到 各 自 所 應(yīng) 在 的 區(qū) 域 。 所 以 設(shè) 備 應(yīng) 具 有 移 動(dòng) 裝 置 ， 同 時(shí) 該 移 動(dòng) 裝 置 作 為 我 們 整 個(gè) 設(shè)備 的 支 撐 裝 置 ， 故 應(yīng) 帶 有 支 撐 輪 與 動(dòng) 力 輪 ， 同 時(shí) 配 備 動(dòng) 力 源 。 二 、 提 升 機(jī) 構(gòu) 。 從 實(shí) 際工 作 環(huán) 境 出 發(fā) ， 可 知 現(xiàn) 在 大 多 的 物 流 倉(cāng) 庫(kù) 采 用 立 體 化 廠 庫(kù) 設(shè) 計(jì) 。 這 樣 的 優(yōu) 點(diǎn) 在 于 能 夠極 大 的 增 加 現(xiàn) 有 的 作 業(yè) 空 間 ， 在 同 樣 的 成 本 下 實(shí) 現(xiàn) 更 大 的 價(jià) 值 。 這 樣 就 需 要 我 們 的 設(shè)備 具 有 一 個(gè) 豎 直 方 向 工 作 范 圍 的 機(jī) 構(gòu) ， 為 達(dá) 到 這 樣 的 要 求 ， 我 們 設(shè) 計(jì) 升 降 式 工 作 平 臺(tái) ，以 保 證 工 作 范 圍 可 達(dá) 到 0-1000mm。 三 、 機(jī) 械 手 系 統(tǒng) 。 設(shè) 備 主 要 用 途 在 對(duì) 快 遞 的 分 揀 。所 以 最 主 要 的 一 個(gè) 功 能 就 是 抓 取 。 根 據(jù) 題 目 要 求 ， 機(jī) 械 手 可 抓 取 的 最 大 直 徑 為 200mm。故 采 用 對(duì) 稱(chēng) 式 雙 手 爪 設(shè) 計(jì) 。本 論 文 包 括 的 主 要 內(nèi) 容 如 下 ： 3 (1) 倉(cāng) 儲(chǔ) 分 揀 機(jī) 器 人 總 體 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) ；(2) 輪 式 移 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 、 剪 叉 式 提 升 機(jī) 構(gòu) 、 機(jī) 械 手 機(jī) 構(gòu) 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) ；(3) 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 說(shuō) 明 。 4 2.輪 式 移 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)現(xiàn) 國(guó) 內(nèi) 機(jī) 器 人 水 平 已 經(jīng) 逐 漸 接 近 世 界 頂 級(jí) 級(jí) 別 。 機(jī) 器 人 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 也 隨 著 技 術(shù) 的發(fā) 展 越 來(lái) 越 多 ， 目 前 主 流 機(jī) 器 人 應(yīng) 用 可 分 為 以 下 幾 類(lèi) ： 1工 業(yè) 用 途 機(jī) 器 人 ； 2家 居 用途 機(jī) 器 人 ； 3人 工 智 能 機(jī) 器 人 。 我 們 題 目 所 要 設(shè) 計(jì) 的 機(jī) 器 人 屬 于 第 一 種 工 業(yè) 機(jī) 器 人 中搬 運(yùn) 類(lèi) 機(jī) 器 人 。 為 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 工 件 的 搬 運(yùn) 功 能 ， 特 設(shè) 計(jì) 輪 式 移 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 。輪 式 移 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 3D效 果 圖 如 下 ： 圖 2 .1 輪 式 移 動(dòng) 機(jī) 構(gòu)本 機(jī) 構(gòu) 采 用 上 下 平 臺(tái) 分 開(kāi) 設(shè) 計(jì) ， 上 平 臺(tái) 功 能 主 要 配 合 提 升 機(jī) 構(gòu) 。 下 平 臺(tái) 主 要 安 裝電 機(jī) 輪 系 機(jī) 構(gòu) 等 。 采 用 萬(wàn) 向 輪 是 為 了 適 應(yīng) 現(xiàn) 場(chǎng) 的 工 作 環(huán) 境 ， 提 高 自 身 靈 活 性 。2.1電 機(jī) 選 擇四 輪 全 向 輪 運(yùn) 動(dòng) 關(guān) 系 方 程 ， 因 為 安 裝 了 四 組 萬(wàn) 向 輪 ， 通 過(guò) 四 組 萬(wàn) 向 輪 和 伺 服 電 機(jī)的 配 合 。 每 組 萬(wàn) 向 輪 的 不 同 運(yùn) 動(dòng) 速 度 與 形 式 ， 可 以 讓 設(shè) 備 完 成 直 線 ， 斜 線 ， 旋 轉(zhuǎn) 等 各種 動(dòng) 作 。 這 在 實(shí) 際 工 作 中 有 很 重 要 的 意 義 ， 面 臨 的 工 作 區(qū) 域 不 規(guī) 整 ， 多 倉(cāng) 庫(kù) 之 間 調(diào) 配等 問(wèn) 題 都 將 得 到 解 決 。運(yùn) 動(dòng) 關(guān) 系 見(jiàn) 圖 2.2： 5 圖 2.2運(yùn) 動(dòng) 分 析根 據(jù) 圖 2.2推 導(dǎo) 運(yùn) 動(dòng) 學(xué) 方 程 ： A B D 1 x yV V V V D 2 x yV V V V D 3 x yV V V V D 4 x yV V V V D 整 理 可 得 ： 1 2 3 4x 4V V V VV 1 2 3 4 y 4V V V VV 3 1 /2V V V D 行 走 機(jī) 構(gòu) 阻 力 計(jì) 算 公 式 ： 1F mg u （ 2.1）u為 阻 力 系 數(shù) ， 取 0.02u1 50 250 10 0.02 60F N （ ）運(yùn) 動(dòng) 而 產(chǎn) 生 的 最 大 阻 力 ： 1F F ma （ 2.2）a為 從 0加 速 到 0.5 /m min需 要 的 的 加 速 度60 80 0.5 100F N 主 動(dòng) 輪 需 要 的 最 大 轉(zhuǎn) 矩 ： M F R （ 2.3） 6 R為 主 動(dòng) 輪 半 徑100 27 2700M N 四 輪 均 布 ， 1 2 3 4 675M M M M N 移 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 主 動(dòng) 電 機(jī) 功 率 :dP = 60000Fv （ 2.4） : v -速 度 /m min（ ） ； -總 傳 動(dòng) 效 率 。 =0.990.950.99=0.93P d= 675 6 0.0860000 60000 0.93Fv KW計(jì) 算 結(jié) 果 使 我 們 知 道 ， 設(shè) 備 整 體 負(fù) 載 不 大 ， 所 以 要 求 電 機(jī) 的 輸 出 功 率 達(dá) 到 0.08kw即 可 。經(jīng) 查 表 選 用 電 機(jī) 35BYGHM ， 電 動(dòng) 機(jī) 中 心 高 為 ：H=20mm,外 伸 軸 段 10 28D E mm mm 。額 定 功 率 : 0.09kW質(zhì) 量 / :0.5kg轉(zhuǎn) 速 / :910r min因 設(shè) 備 工 作 量 較 大 ， 需 要 經(jīng) 常 性 的 啟 動(dòng) 和 停 止 ， 且 選 用 的 為 小 型 直 流 伺 服 電 機(jī) 。所 以 不 配 備 減 速 器 使 用 ， 這 樣 可 以 提 高 系 統(tǒng) 的 工 作 效 率 ， 同 時(shí) 避 免 使 用 減 速 器 情 況 的系 統(tǒng) 負(fù) 擔(dān) 。2.2鍵 的 選 擇 與 校 核 鍵 將 兩 個(gè) 相 鄰 得 軸 與 齒 輪 ， 或 者 相 鄰 的 連 桿 等 部 件 聯(lián) 成 一 體 化 可 拆 聯(lián) 接 ， 這 是 軸與 齒 輪 或 連 桿 之 間 常 用 的 聯(lián) 接 方 式 。 鍵 是 標(biāo) 準(zhǔn) 件 ， 按 照 外 部 形 狀 的 不 同 可 以 分 為 1、 平鍵 ； 2、 半 圓 鍵 3、 斜 鍵 。為 保 證 對(duì) 與 它 配 合 工 作 的 零 部 件 不 造 成 強(qiáng) 度 負(fù) 擔(dān) ， 它 的 截 面 尺 寸 b h 應(yīng) 根 據(jù) 實(shí) 際軸 徑 從 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) 表 中 查 取 ， 按 擠 壓 強(qiáng) 度 條 件 ， 如 果 用 于 動(dòng) 聯(lián) 接 還 需 要 考 慮 其 耐 磨 性 。當(dāng) 單 鍵 強(qiáng) 度 不 夠 時(shí) ， 可 用 雙 鍵 設(shè) 計(jì) 。選 擇 鍵 6*8 GB1095-82其 參 數(shù) 為 6, 8, 12b h L 查 得 p 2135 165 /N mm 7 22 8 515000 130.04 /120 11 24p T N mmdkl 因 pp ， 故 安 全 。2.3零 件 強(qiáng) 度 校 核2.3.1電 機(jī) 托 板 強(qiáng) 度 校 核根 據(jù) 圖 2.2分 析 ， 四 個(gè) 輪 系 裝 配 體 安 裝 與 平 臺(tái) 四 個(gè) 角 。 故 其 受 力 情 況 相 同 。F=G/4 =3004 =7 5 N :0.0416474 :1.5425 005 3:2700 / 3:0.408145 kge mkg mN質(zhì) 量體 積密 度重 量材 料 參 數(shù) 1060: : : 2.75742 007 / 2: 6.89356 007 / 2: 6.9 010 / 2: 0.33 : 2700 / 3: 2.7 010 /: 22.4 005 /: von M isese N me N me N mkg me N me K elvin合 金名 稱(chēng) 線 性 彈 性 同 向 性模 型 類(lèi) 型 最 大 應(yīng) 力默 認(rèn) 失 敗 準(zhǔn) 則屈 服 強(qiáng) 度張 力 強(qiáng) 度彈 性 模 量泊 松 比質(zhì) 量 密 度抗 剪 模 量熱 擴(kuò) 張 系 數(shù) 8 負(fù) 載名 稱(chēng) 作 用 位 置 載 荷 細(xì) 節(jié)靜 應(yīng) 力 1: 75 : N面實(shí) 體類(lèi) 型 應(yīng) 用 法 向 力值結(jié) 果最 小 應(yīng) 力 最 大 應(yīng) 力7.667e-003N/m2 2.516e+006N/m2 最 小 位 移 量 最 大 位 移 量0.000 000e mm 6.037 004e mm 9 最 小 應(yīng) 變 值 最 大 應(yīng) 變 值1.166 013e 2.908 005e對(duì) 該 零 件 進(jìn) 行 了 SolidWorks仿 真 受 力 分 析 。 零 件 定 義 為 真 實(shí) 加 工 所 用 材 料 ， 并 按 照 真 實(shí) 的 裝 配 關(guān) 系 定 義 零 件 ， 加 載 實(shí) 際 所 受 靜 應(yīng) 力 。 分 析 應(yīng) 力 對(duì) 零 件 的 形 狀 位 移 等 參數(shù) 的 影 響 ， 由 圖 中 結(jié) 果 顯 示 我 們 可 知 。 位 移 ， 應(yīng) 力 等 變 量 都 在 我 們 零 件 的 材 料 和 結(jié) 構(gòu)的 安 全 范 圍 內(nèi) 。 為 保 證 安 全 ， 實(shí) 際 工 作 中 可 能 會(huì) 出 現(xiàn) 作 用 力 超 出 范 圍 內(nèi) 的 情 況 。 故 對(duì)于 分 析 采 用 了 范 圍 性 分 析 ， 結(jié) 果 零 件 在 額 定 數(shù) 值 到 超 出 額 定 數(shù) 值 50%范 圍 內(nèi) 安 全 。2.3.2支 撐 桿 的 強(qiáng) 度 校 核 計(jì) 算根 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 分 析 本 移 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 共 上 下 平 臺(tái) 采 用 四 組 共 八 根 支 撐 桿 連 接 ， 同 樣 采 用 四 周均 布 的 排 列 方 式 。 目 的 在 于 載 荷 均 布 ， 避 免 應(yīng) 力 集 中 的 情 況 。 同 樣 的 機(jī) 構(gòu) 部 件 受 力 情況 一 樣 。 這 樣 更 有 利 于 系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定 。F=G/8=300/8=37.5N 10 : . : . : / : . 0 0154398 kg5 71843e 006 m 32700 kg m 30 15131 N質(zhì) 量體 積密 度重 量材 料 參 數(shù) : : : . / : . / : . / : . : / : . / : . /: 1060von Mises2 75742e 007 N m 26 89356e 007 N m 26 9e 010 N m 20 332700 kg m 32 7e 010 N m 22 4e 005 K elvin合 金名 稱(chēng) 線 性 彈 性 同 向 性模 型 類(lèi) 型 最 大 應(yīng) 力默 認(rèn) 失 敗 準(zhǔn) 則屈 服 強(qiáng) 度張 力 強(qiáng) 度彈 性 模 量泊 松 比質(zhì) 量 密 度抗 剪 模 量熱 擴(kuò) 張 系 數(shù) 結(jié) 果最 小 應(yīng) 力 最 大 應(yīng) 力2.291 005 / 2e N m 6.229 005 / 2e N m 11 最 小 位 移 量 最 大 位 移 量0.000 000e mm 6.059 004e mm 最 小 應(yīng) 變 值 最 大 應(yīng) 變 值3.437 006e 7.018 006e 對(duì) 該 零 件 進(jìn) 行 了 SolidWorks仿 真 受 力 分 析 。 零 件 定 義 為 真 實(shí) 加 工 所 用 材 料 ， 并 按 12 照 真 實(shí) 的 裝 配 關(guān) 系 定 義 零 件 ， 加 載 實(shí) 際 所 受 靜 應(yīng) 力 。 分 析 應(yīng) 力 對(duì) 零 件 的 形 狀 位 移 等 參數(shù) 的 影 響 ， 由 圖 中 結(jié) 果 顯 示 我 們 可 知 。 位 移 ， 應(yīng) 力 等 變 量 都 在 我 們 零 件 的 材 料 和 結(jié) 構(gòu)的 安 全 范 圍 內(nèi) 。 為 保 證 安 全 ， 實(shí) 際 工 作 中 可 能 會(huì) 出 現(xiàn) 作 用 力 超 出 范 圍 內(nèi) 的 情 況 。 故 對(duì)于 分 析 采 用 了 范 圍 性 分 析 ， 結(jié) 果 零 件 在 額 定 數(shù) 值 到 超 出 額 定 數(shù) 值 50%范 圍 內(nèi) 安 全 。 13 3 提 升 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)現(xiàn) 代 化 物 流 倉(cāng) 儲(chǔ) 中 心 通 常 會(huì) 考 慮 更 有 效 利 用 空 間 ， 所 以 在 空 間 設(shè) 計(jì) 中 大 都 會(huì) 采 用空 間 立 體 化 倉(cāng) 庫(kù) 設(shè) 計(jì) ， 為 滿 足 現(xiàn) 場(chǎng) 工 作 需 求 我 們 的 設(shè) 備 應(yīng) 具 備 新 的 功 能 能 夠 實(shí) 現(xiàn)升 降 。剪 叉 式 液 壓 升 降 臺(tái) 具 有 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 承 載 量 大 、 安 裝 空 間 小 、 自 動(dòng) 化 程 度 高 且 易 于實(shí) 現(xiàn) 集 中 控 制 等 特 點(diǎn) ， 因 此 在 現(xiàn) 代 物 流 、 航 空 、 自 動(dòng) 化 生 產(chǎn) 線 等 場(chǎng) 合 中 得 到 廣 泛 應(yīng) 用 。剪 叉 機(jī) 構(gòu) 由 兩 根 中 間 用 樞 軸 連 接 ， 可 在 平 面 內(nèi) 相 互 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 剪 桿 組 成 ， 每 根 剪 桿 又 可 以認(rèn) 為 由 兩 段 一 端 鉸 接 和 一 端 固 接 的 梁 單 元 連 接 而 成 。 剪 桿 作 為 機(jī) 構(gòu) 折 疊 變 化 的 對(duì) 象 ，鉸 點(diǎn) 約 束 剪 桿 的 變 化 ， 折 疊 過(guò) 程 既 剪 桿 圍 繞 鉸 點(diǎn) 旋 轉(zhuǎn) ， 最 后 達(dá) 到 指 定 位 置 ， 從 而 完 成一 個(gè) 折 疊 過(guò) 程 。 提 升 機(jī) 構(gòu) 3D效 果 圖 如 下 ： 圖 3 .1 提 升 機(jī) 構(gòu)3.1 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 的 選 擇參 考 公 式 ： 9550TNP （ 3.1）其 中 T為 扭 矩 ,N為 輸 出 轉(zhuǎn) 速30N （ 3.2）VR （ 3.3） 其 中 V=0 .1 m/s計(jì) 算 得 ： 0.1 4.4rad/s0.0225 14 N =30 4.43.14 4 2 rpm電 機(jī) 取 最 大 扭 矩 時(shí) ， 按 照 轉(zhuǎn) 速 為 1400rpm計(jì) 算 。所 以 ： 所 需 牽 引 力 5 25 9.8 294F N （ ）作 用 在 齒 輪 上 轉(zhuǎn) 矩 294 0.065 19.11 /T N m 提 升 功 率 294 0.05 14.7P W 電 機(jī) 輸 出 扭 矩 T= 19.11/35=0.54N/m電 機(jī) 輸 出 功 率 P= 0.54 1400/9550 =0.08KW通 過(guò) 查 表 比 較 輸 出 功 率 與 轉(zhuǎn) 速 選 擇 德 馬 克 60 6430 5D M R A E 型 電 機(jī) 。如 下 ： 圖 3.2德 馬 克 電 機(jī)3.2減 速 器 的 選 擇因 為 ： 12i 1400=i 42 =3 3故 所 需 減 速 比 為 33。 同 時(shí) 為 實(shí) 現(xiàn) 提 升 機(jī) 構(gòu) 的 自 鎖 功 能 ， 選 擇 渦 輪 蝸 桿 減 速 器 ， 根 據(jù)載 荷 查 表 選 用 選 擇 選 用 30Rv 型 蝸 輪 蝸 桿 減 速 器 。如 表 3.1 15 表 3.1減 速 器 參 數(shù) 在 提 升 重 物 的 過(guò) 程 中 ， 由 于 現(xiàn) 場(chǎng) 環(huán) 境 的 不 確 定 性 ， 所 以 可 能 需 要 將 工 件 提 升 到 不同 的 工 作 高 度 ， 或 者 達(dá) 到 不 同 的 高 度 抓 取 工 件 。 這 時(shí) 候 上 方 的 機(jī) 械 手 需 要 有 一 個(gè) 懸 停的 動(dòng) 作 。 若 系 統(tǒng) 不 配 備 自 鎖 裝 置 ， 僅 靠 電 機(jī) 完 成 該 功 能 ， 會(huì) 對(duì) 電 機(jī) 內(nèi) 芯 造 成 極 大 的 負(fù)擔(dān) ； 磨 損 甚 至 損 壞 。 這 樣 不 符 合 我 們 的 設(shè) 計(jì) 原 則 。 所 以 給 系 統(tǒng) 配 備 帶 自 鎖 功 能 的 減 速器 是 較 好 的 方 案 。 它 既 可 以 完 成 機(jī) 械 手 懸 停 的 動(dòng) 作 又 不 會(huì) 給 電 機(jī) 等 系 統(tǒng) 帶 來(lái) 負(fù) 擔(dān) 。表 3.2減 速 器 尺 寸 16 傳 動(dòng) 比 i=35。 當(dāng) 輸 入 轉(zhuǎn) 速 1i =1440rpm時(shí) ， 輸 出 轉(zhuǎn) 速 2i =47rpm。 可 承 載 轉(zhuǎn) 矩 20n/m?？?承 載 電 機(jī) 功 率 0.2kw。3.3軸 的 設(shè) 計(jì) 及 強(qiáng) 度 校 核軸 是 機(jī) 械 設(shè) 備 最 常 用 的 零 件 之 一 ， 支 承 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 是 其 主 要 作 用 ， 可 進(jìn) 行 動(dòng) 能 與 力的 傳 遞 。 按 軸 線 的 不 同 種 類(lèi) 可 分 為 1.直 軸 ； 2.曲 軸 ； 3.軟 軸 。 軸 在 彎 矩 和 轉(zhuǎn) 矩 作 用下 會(huì) 變 應(yīng) 力 ， 在 軸 的 截 面 如 果 發(fā) 生 尺 寸 突 變 ， 那 么 在 該 截 面 就 會(huì) 會(huì) 產(chǎn) 生 應(yīng) 力 集 中 ，分 析 可 知 疲 勞 斷 裂 是 軸 主 要 失 效 形 式 。 疲 勞 強(qiáng) 度 校 核 是 必 不 可 少 的 步 驟 。 對(duì) 載 荷 發(fā) 生突 變 ， 這 種 突 變 可 能 是 載 荷 集 中 或 者 突 然 加 的 外 力 造 成 的 。 但 是 如 果 作 用 在 軸 的 力 是某 種 特 性 的 力 ， 這 種 力 接 近 或 者 是 靜 應(yīng) 力 。 在 這 樣 的 條 件 下 會(huì) 使 得 軸 產(chǎn) 生 塑 性 形 變 。 因 為 這 樣 的 特 點(diǎn) ， 我 們 在 設(shè) 計(jì) 軸 的 機(jī) 構(gòu) 同 時(shí) ， 還 要 考 慮 軸 的 強(qiáng) 度 不 足 導(dǎo) 致 的 失 效 。 所以 應(yīng) 對(duì) 軸 進(jìn) 行 校 核 ， 校 核 的 位 置 應(yīng) 選 取 載 荷 集 中 ， 或 者 可 能 發(fā) 生 應(yīng) 力 突 變 處 。 軸 結(jié) 構(gòu)設(shè) 計(jì) ； 軸 強(qiáng) 度 計(jì) 算 作 為 設(shè) 計(jì) 軸 的 重 要 工 作 內(nèi) 容 。3.3.1主 動(dòng) 軸 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算設(shè) 計(jì) 軸 的 三 維 效 果 圖 3.3 圖 3.3主 動(dòng) 軸計(jì) 算 軸 的 最 小 直 徑 ：公 式 如 下 ： 3 5d T （ 3.4）3d PA n （ 3.5） 17 其 中 ： d 計(jì) 算 剖 面 處 軸 的 直 徑 （ mm）T 軸 傳 遞 的 額 定 轉(zhuǎn) 矩 N mm（ ）9550000 /T P nP 軸 傳 遞 的 額 定 功 率 （ kW）N 軸 的 轉(zhuǎn) 速 （ r/min） 軸 的 許 用 剪 應(yīng) 力 (MPa)A 按 定 的 系 數(shù)根 據(jù) 電 機(jī) 參 數(shù) ， 取 ： P=0.08， N=300， =244， A=106得 到 軸 的 最 小 直 徑 3 0.08d=106 =6.8300 mm 因 為 軸 上 有 鍵 槽 ， 故 考 慮 安 全 強(qiáng) 度 應(yīng) 加 大 軸 徑 。 在 有 一 個(gè) 鍵 槽 的 時(shí) 候 ， 增 大 量 為3%； 兩 個(gè) 鍵 槽 時(shí) 7%； 三 個(gè) 鍵 槽 時(shí) 應(yīng) 增 大 10%。 所 以 計(jì) 算 得 ： mind =6.810%+6.8=7.5mm3.3.2軸 的 強(qiáng) 度 校 核根 據(jù) 電 機(jī) 的 輸 出 功 率 與 轉(zhuǎn) 速 配 合 減 速 器 的 參 數(shù) 可 知 軸 所 傳 遞 的 功 率 P和 轉(zhuǎn) 速 n，求 得 傳 給 軸 的 力 偶 e PM =9549n 。 作 用 于 齒 輪 上 的 力 分 解 為 圓 周 力 F和 徑 向 力 rF可 得 ： F= cosF N其 中 F=2 9 4 N 其 中 =2 0 所 以 ： cos 294 cos20 276F sinrF F 其 中 F=2 9 4 N 其 中 =2 0 sin 294 sin20 100rF F N 則 作 用 于 軸 線 上 的 F和 力 偶 矩 2Fd 。 因 為 0 xM ?？?得 ： 2Fd =2 eM （ 3.6）即 ： 276d 14.7=2 95492 42d=48mm根 據(jù) 軸 的 計(jì) 算 簡(jiǎn) 圖 ， 計(jì) 算 出 扭 矩 ： T= e FM = 4de F 276 0.048M = 3.3 /m4 4d N 18 垂 直 面 內(nèi) 的 彎 矩 max ry F abM l ；水 平 平 面 內(nèi) 的 彎 矩 maxz FabM l 。根 據(jù) 軸 的 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 參 數(shù) 可 知 ：0.039 0.114 0.153a b l 即 ： 100 0.039 0.114max 29.050.153ry F abM l 276 0.039 0.114max 77.380.153. z FabM l 軸 在 AE 段 內(nèi) 各 個(gè) 截 面 上 的 扭 矩 都 相 等 ， 但 在 截 面 E 上 的 yzM M和 為 極 值 。 所 以 本 零件 軸 的 危 險(xiǎn) 截 面 為 截 面 E。 合 成 彎 矩 ： 2 2zyM M M （ 3.7）2 229.05 77.38 =82.65 其 作 用 力 的 平 面 與 矢 量 M所 在 平 面 相 互 垂 直 .根 據(jù) 第 三 強(qiáng) 度 理 論 ： 22ca= 4 （ 3.8）其 中 ： 0.3 d 為 軸 的 直 徑 = MW2TW 所 以 整 理 可 得 ： 222 2ca 1= 4 2 M TM TW W W 其 中 ： ca 軸 的 計(jì) 算 應(yīng) 力M 軸 所 受 彎 矩T 軸 所 受 扭 矩W 軸 抗 彎 截 面 系 數(shù) 19 表 3.3彎 、 扭 界 面 系 數(shù) 公 式 根 據(jù) 表 3.3 可 知 23 bt d-td32 2dW （ 3.9） 1 許 用 應(yīng) 力表 3.4鋼 件 許 用 應(yīng) 力 20 根 據(jù) 表 3.4 可 知 1 =235即 ： 2 22 2ca 2 23 382.65 0.3*3.1= =210.53 235bt d-t 0.005*0.004 0.045-0.004d 3.14*0.02532 2d 32 20.045M T 圖 3.4彎 矩 圖 。圖 3.5扭 矩 圖 21 （ 2） 軸 的 旋 轉(zhuǎn) 強(qiáng) 度 校 核 ： 圖 3.6傳 動(dòng) 軸 校 核 參 數(shù)由 計(jì) 算 結(jié) 果 可 知 ， 軸 所 受 應(yīng) 力 值 小 于 許 用 應(yīng) 力 。 證 明 在 負(fù) 載 方 面 ， 軸 的 強(qiáng) 度 達(dá) 到我 了 我 們 的 設(shè) 計(jì) 要 求 。 表 3.5中 ， 對(duì) 于 軸 的 旋 轉(zhuǎn) 速 度 極 限 進(jìn) 行 了 計(jì) 算 ， 實(shí) 際 的 轉(zhuǎn) 速 小 于 軸 的 計(jì) 算 安 全 轉(zhuǎn) 速 ， 所 以 在 旋 轉(zhuǎn) 強(qiáng) 度 方 面 ， 本 軸 的 設(shè) 計(jì) 也 達(dá) 到 了 參 數(shù) 要 求 。 所 以 設(shè)計(jì) 的 軸 強(qiáng) 度 校 核 通 過(guò) 。3.4剪 叉 升 降 機(jī) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì)3.4.1機(jī) 構(gòu) 自 鎖 條 件 判 別機(jī) 構(gòu) 整 體 簡(jiǎn) 化 圖 如 下 ： 圖 3.7機(jī) 構(gòu) 簡(jiǎn) 圖我 們 設(shè) 圖 中 主 動(dòng) 桿 與 平 臺(tái) 夾 角 為 ， 機(jī) 構(gòu) 所 承 擔(dān) 總 壓 力 為 G。 對(duì) 主 動(dòng) 桿 進(jìn) 行 受 力 22 分 析 ： 圖 3.8受 力 分 析 由 圖 3.8進(jìn) 行 受 力 分 析 可 知 ：cos yF F ； sin xF F 其 中 由 表 3.3 0.6 323T F N 可 知 ， 計(jì) 算所 以 ： 323cos = 1294 由 此 我 們 可 知 該 機(jī) 構(gòu) 的 自 鎖 條 件 為 0 ， 故 在 實(shí) 際 工 作 中 這 種 情 況 表 示 兩 連 桿重 合 ， 機(jī) 構(gòu) 達(dá) 到 最 低 高 度 。 在 這 個(gè) 時(shí) 候 無(wú) 論 電 機(jī) 輸 出 多 大 的 動(dòng) 力 都 不 能 使 得 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn)動(dòng) 狀 態(tài) 發(fā) 生 改 變 ， 機(jī) 構(gòu) 自 鎖 。 為 避 免 這 樣 的 情 況 發(fā) 生 ， 我 們 需 要 對(duì) 機(jī) 構(gòu) 行 程 進(jìn) 行 限 位 ，同 時(shí) 另 一 個(gè) 問(wèn) 題 我 們 需 要 考 慮 的 是 機(jī) 構(gòu) 的 中 間 軸 與 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 限 位 。 因 為 電 機(jī) 與 軸 的 限位 包 含 了 兩 連 桿 的 角 度 限 位 ， 所 以 機(jī) 構(gòu) 的 限 位 只 需 考 慮 剪 叉 機(jī) 構(gòu) 的 中 間 軸 與 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 間 的 干 涉 。3.4.2連 桿 的 強(qiáng) 度 校 核從 系 統(tǒng) 角 度 分 析 ， 當(dāng) 系 統(tǒng) 處 于 最 低 位 置 時(shí) 受 力 最 大 。 此 時(shí) ： Ay ByF F =G/4。 故 ：此 時(shí) 為 連 桿 的 危 險(xiǎn) 位 置 ， 對(duì) 連 桿 進(jìn) 行 受 力 分 析 以 及 強(qiáng) 度 校 核 。對(duì) 于 連 桿 ： Ay ByF F =75N 23 :1.96325 :0.000727129 3:2700 / 3:19.2398 kg mkg mN質(zhì) 量體 積密 度重 量材 料 參 數(shù) 5: : : 7.2 010 / 2: 0.33 : 2700 / 3: 2.7 010 / 2: 2.5 005 /: LFe N mkg me N me Kelvin鋁 合 金 板名 稱(chēng) 線 性 彈 性 同 向 性模 型 類(lèi) 型 未 知默 認(rèn) 失 敗 準(zhǔn) 則彈 性 模 量泊 松 比質(zhì) 量 密 度抗 剪 模 量熱 擴(kuò) 張 系 數(shù) 負(fù) 載載 荷 名 稱(chēng) 作 用 載 荷 細(xì) 節(jié)靜 應(yīng) 力 1: 75 : N面實(shí) 體類(lèi) 型 應(yīng) 用 法 向 力值結(jié) 果最 小 載 荷 最 大 載 荷2.902 001 / 2e N m 1.435 005 / 2e N m 24 最 小 位 移 最 大 位 移0.000 000e mm 6.085 003e mm 最 小 應(yīng) 變 量 最 大 應(yīng) 變 量3.189 009e 1.459 006e 25 對(duì) 該 零 件 進(jìn) 行 了 SolidWorks仿 真 受 力 分 析 。 零 件 定 義 為 真 實(shí) 加 工 所 用 材 料 ， 并 按照 真 實(shí) 的 裝 配 關(guān) 系 定 義 零 件 ， 加 載 實(shí) 際 所 受 靜 應(yīng) 力 。 分 析 應(yīng) 力 對(duì) 零 件 的 形 狀 位 移 等 參數(shù) 的 影 響 ， 由 圖 中 結(jié) 果 顯 示 我 們 可 知 。 位 移 ， 應(yīng) 力 等 變 量 都 在 我 們 零 件 的 材 料 和 結(jié) 構(gòu)的 安 全 范 圍 內(nèi) 。 為 保 證 安 全 ， 實(shí) 際 工 作 中 可 能 會(huì) 出 現(xiàn) 作 用 力 超 出 范 圍 內(nèi) 的 情 況 。 故 對(duì)于 分 析 采 用 了 范 圍 性 分 析 ， 結(jié) 果 零 件 在 額 定 數(shù) 值 到 超 出 額 定 數(shù) 值 50%范 圍 內(nèi) 安 全 。3.5 軸 承 壽 命 校 核軸 承 是 機(jī) 械 設(shè) 備 中 常 用 的 零 件 之 一 ， 標(biāo) 準(zhǔn) 件 。 它 的 工 作 形 式 幾 乎 都 與 軸 承 配 合 使用 。 在 不 同 的 工 作 環(huán) 境 下 ， 軸 與 軸 承 需 要 形 成 不 同 的 配 合 方 式 以 完 成 不 同 功 能 。 最 常見(jiàn) 的 配 合 方 式 為 過(guò) 渡 配 合 ， 當(dāng) 然 還 有 間 隙 和 過(guò) 盈 配 合 。 本 機(jī) 構(gòu) 中 的 配 合 方 式 選 用 的 是 過(guò) 渡 配 合 。 軸 承 最 常 見(jiàn) 的 失 效 形 式 為 發(fā) 生 了 塑 性 變 形 ， 發(fā) 生 變 形 的 位 置 通 常 在 軸 承 內(nèi)的 滾 動(dòng) 體 與 外 圈 接 觸 位 置 。 通 過(guò) 前 面 電 機(jī) 選 擇 計(jì) 算 與 軸 的 校 核 計(jì) 算 ，1.78 / 5 /r min r min ,滾 動(dòng) 體 （ 軸 ） 和 軸 承 接 觸 處 為 軸 承 受 力 最 大 點(diǎn) 。300P mg N 滾 子 軸 承 ， 靜 軸 向 系 數(shù) 0 0.30Y 0 0 0.30 300 90P Y A N 靜 載 荷 選 擇 軸 承 時(shí) ， 載 荷 安 全 系 數(shù) 00 300 2.31 1.6130CS P 其 中 0 1.6S 為 靜 載 荷 安 全 系 數(shù) ， 故 安 全 。 26 3.6鍵 的 選 擇 與 校 核鍵 將 兩 個(gè) 相 鄰 得 軸 與 齒 輪 ， 或 者 相 鄰 的 連 桿 等 部 件 聯(lián) 成 一 體 化 可 拆 聯(lián) 接 ， 這 是 軸與 齒 輪 或 連 桿 之 間 常 用 的 聯(lián) 接 方 式 。 鍵 是 標(biāo) 準(zhǔn) 件 ， 按 照 外 部 形 狀 的 不 同 可 以 分 為 1、 平鍵 ； 2、 半 圓 鍵 3、 斜 鍵 。為 保 證 對(duì) 與 它 配 合 工 作 的 零 部 件 不 造 成 強(qiáng) 度 負(fù) 擔(dān) ， 它 的 截 面 尺 寸 b h 應(yīng) 根 據(jù) 實(shí) 際軸 徑 從 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) 表 中 查 取 ， 按 擠 壓 強(qiáng) 度 條 件 ， 如 果 用 于 動(dòng) 聯(lián) 接 還 需 要 考 慮 其 耐 磨 性 。當(dāng) 單 鍵 強(qiáng) 度 不 夠 時(shí) ， 可 用 雙 鍵 設(shè) 計(jì) 。選 擇 鍵 5 5 GB1095-79其 參 數(shù) 為 5, 5, 12b h L 查 得 2/150125 mmN p 2/02.65481160 51500042 mmNdklTp 因 pp ， 故 安 全 。 27 4 機(jī) 械 手 設(shè) 計(jì)4.1鎖 緊 原 理機(jī) 械 手 由 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) ； 傳 動(dòng) 件 ； 手 指 執(zhí) 行 件 等 部 件 組 成 。 鎖 緊 動(dòng) 作 由 一 系 列 機(jī) 構(gòu) 共同 配 合 完 成 。 機(jī) 械 手 采 用 伺 服 電 機(jī) 作 為 動(dòng) 力 源 ， 帶 動(dòng) 齒 輪 轉(zhuǎn) 動(dòng) 將 動(dòng) 力 輸 出 至 機(jī) 械 手 傳動(dòng) 件 ， 一 根 連 桿 為 軸 另 一 根 給 手 指 一 個(gè) 拉 力 。 讓 其 繞 軸 旋 轉(zhuǎn) ， 兩 邊 同 時(shí) 進(jìn) 行 ， 逐 漸 兩只 手 靠 近 ， 完 成 鎖 緊 動(dòng) 作 。 抓 取 工 件 時(shí) ， 靠 近 工 件 的 動(dòng) 作 跟 隨 移 動(dòng) 平 臺(tái) 完 成 。 然 后 與工 件 接 觸 夾 緊 。 靠 接 觸 面 的 摩 擦 力 將 工 件 夾 起 ， 完 成 機(jī) 械 手 的 抓 取 工 作 。設(shè) 計(jì) 機(jī) 械 手 三 維 結(jié) 構(gòu) 如 下 ： 圖 4.1機(jī) 械 手4.2機(jī) 械 手 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 計(jì) 算 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 的 選 擇由 圖 4.1受 力 分 析 可 知 ：G=N1 2 2NF F 有 ： 1 2 50 252F F N根 據(jù) 扭 矩 平 衡 ： 1F 2 0 5 = lT 3 225 20532lT =1 6 0 .1 N 28 電 機(jī) 輸 出 轉(zhuǎn) 矩 NT =FR=160.10.015=2.4N/mVR （ 4.1）其 中 V=0.1m/s計(jì) 算 得 ： 0.2 0.96rad/s0.205 N =30 0.963.14 9 .1 7 rpm電 機(jī) 軸 驅(qū) 動(dòng) 齒 輪 與 機(jī) 械 手 齒 輪 傳 動(dòng) 比 10i電 機(jī) 輸 出 扭 矩 T= 2.410 =0.24N/m 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 9.17 10 91.7N rpm 電 機(jī) 輸 出 功 率 P= 0.24 91.79550 =0.02KW故 選 用 VRSP型 機(jī) 械 手 專(zhuān) 用 電 機(jī) 。 其 參 數(shù) 參 考 下 圖 ： 圖 4.2電 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 圖機(jī) 是 為 了 機(jī) 械 手 而 專(zhuān) 門(mén) 設(shè) 計(jì) 的 電 機(jī) ， 它 的 優(yōu) 點(diǎn) 在 于 體 型 較 小 ， 但 是 能 夠 輸 出 足 夠的 動(dòng) 力 。 在 保 證 了 完 成 工 作 的 同 時(shí) 又 減 少 了 自 身 的 重 量 能 耗 等 ， 對(duì) 于 整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 負(fù) 擔(dān)減 小 ， 同 時(shí) 也 降 低 了 成 本 ， 增 加 了 經(jīng) 濟(jì) 效 益 。 29 4.3機(jī) 械 手 強(qiáng) 度 校 核 ：4.3.1手 架該 零 件 作 為 機(jī) 械 手 的 承 載 部 件 ， 它 的 強(qiáng)