輪式移動提升機(jī)構(gòu)設(shè)計

輪式移動提升機(jī)構(gòu)設(shè)計,輪式移動提升機(jī)構(gòu)設(shè)計,輪式,移動,挪動,提升,晉升,機(jī)構(gòu),設(shè)計 大 連 大 學(xué) 本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 )開題報告 論 文 題 目： 輪式移動提升機(jī)構(gòu)設(shè)計 學(xué) 院： 機(jī)械 工程 學(xué)院 專 業(yè) 、班 級： 機(jī)英 141 學(xué) 生 姓 名： 劉鵬輝 指導(dǎo)教師（職稱） 張 立 （ 副教授 ） 2018 年 1 月 3 日 填 1 畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求 開題報告既是規(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）的有效保證。為了使這項 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）題目及研究領(lǐng)域； 2.論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值； 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.重點(diǎn)解決的問題； 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）； 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。 三、論文（設(shè)計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）； 2.論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃。 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 過分析、研 究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相 關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報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.開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成； 2.開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過； 3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論 文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯； 4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師； 5.開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(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 2、 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值 理論意義 ： 輪式移動提升機(jī)構(gòu)廣泛用于倉儲運(yùn)輸碼垛車間當(dāng)中，主要由底盤系統(tǒng) 做水平運(yùn)動、提升機(jī)構(gòu)做垂直運(yùn)動、機(jī)械手做抓取物體夾持物體運(yùn)動。 對于物流行業(yè) ， 為了節(jié)約空間，現(xiàn)已采用立體化倉庫，而這種倉庫對于人的挑戰(zhàn)就是作業(yè)空間問題， 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，需要有這樣 的一套設(shè)備來填補(bǔ)這個領(lǐng) 域的空缺。 應(yīng)用價值 ： 其主要目的是提高作業(yè)效率和減輕工人的勞動強(qiáng)度，以提高作業(yè)的自動化 程度。輪式移動提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計屬于機(jī)械設(shè)計范疇，其機(jī)械部分主要由可移動的底盤 小車、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 ， 使得整個倉儲行業(yè)也 愈來重要 ， 該設(shè)計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 目前國內(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 單價成本要比鋼絲繩單價成本高出好多 ，另外，鏈條在提升過程中會發(fā)出較大的聲響， 噪音大。所以一般堆垛機(jī)較高時很少采用。 （ 2） 、曳引式提升機(jī)構(gòu)。曳引式提升機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是傳動機(jī)構(gòu)體積小巧，傳動電機(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，所以配重裝置勢必會晃動產(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)動載貨臺上下運(yùn)動的常用機(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)動卷筒旋轉(zhuǎn) 纏繞鋼絲繩，再通過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)動方式、工作空間等方 面進(jìn)行分析選擇。 未來的結(jié)構(gòu)設(shè)計方向要以目前的不足作為參考 。那么結(jié)合現(xiàn)在的車輪底盤技術(shù)，未來 的機(jī)構(gòu)設(shè)計將會采取這種結(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)整體更加簡單、穩(wěn)定、準(zhǔn)確。 3 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.重點(diǎn)解決的問題 （ 1）、 輪式可移動小車設(shè)計 （ 2）、 提升機(jī)構(gòu)設(shè)計 （ 3）、 抓取及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè) 計 （ 4）、 座椅系統(tǒng)設(shè)計 （ 5）、 用 Solidworks 軟件對抓取及夾緊系統(tǒng)進(jìn)行三維設(shè)計，并作爆炸視圖和動畫 演示。 （ 6）、 繪制或者生成主要零部件的二維工程圖。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） （ 1）、 抓取及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計，夾緊力的計算 （ 2）、 提升機(jī)構(gòu)設(shè)計 （ 3）、 小車系統(tǒng)減速器的設(shè)計計算 （ 4）、 利用 Solidworks 軟件進(jìn)行三維設(shè)計。 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果 在初步準(zhǔn)確完成所需要設(shè)計的項目并完善工程圖的情況下。使 輪式移動提升機(jī)構(gòu) 能夠完成移動和提升 的功能，對崎嶇的路 面具有較好的適應(yīng)能力，并且配備機(jī)械手能 夠自動完成抓取動作，采用新型的控制方式。最終使得產(chǎn)品能夠得到社會廣泛認(rèn)可， 能夠投入市場進(jìn)行批量生產(chǎn)。 4 三、論文（設(shè)計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）； 主要是搜集文獻(xiàn)，查閱相關(guān)設(shè)計手冊和書籍，進(jìn)行市場調(diào)研并參觀現(xiàn)有研究成果，在老師 指導(dǎo)下開展設(shè)計研究工作，利用計算機(jī)輔助設(shè)計，力學(xué)計算，三維軟件等進(jìn)行仿真模擬。 本設(shè)計要求機(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 在工況時速度為 0.5m/min。 2.論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃 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 撰寫文獻(xiàn)綜述并完成開題報告 第 4 周 修改開題報告及文獻(xiàn)綜述準(zhǔn)備開題答辯。 第 5 周 輪式移動提升機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制設(shè)計草圖。 第 6 周 小車底盤系統(tǒng)設(shè)計，減速器的設(shè)計，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及驅(qū)動裝置的設(shè)計，繪制草圖 第 7 周 提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計，繪制草圖。 第 8 周 抓取及夾緊 機(jī)構(gòu)的設(shè)計，連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計及夾緊力的計算。 第 9 周 抓取及夾緊機(jī)構(gòu)的三維工程圖設(shè)計 第 10 周 座椅可調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計 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 撰寫設(shè)計說明書 第 14 周 提交論文、圖紙、查重報告，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 . 輪式移動機(jī)械手的優(yōu)化構(gòu)形 J. 北京科技大學(xué)學(xué)報 .， 2000， 22(6) :565-568. 2 鄺先驗(yàn)，劉贛華，吳翠琴 . 輪式移動機(jī)械手的控 制 J. 科技廣場， 2005 :97-98. 3 朱磊磊，陳軍 . 輪式移動機(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 J. 制造業(yè)自動化 . 2011， 33(5): 129-130. 6 王笑竹 ,張健 .升降式立體車庫提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計 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)速拖動及其電控系統(tǒng)的研究與設(shè)計 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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International Journal of Applied Mechanics and Engineering,2017,22(1). 11 蔣玲玲 ,鄭喜貴 ,陳海濤 .某型堆垛機(jī)械手的液壓回路動作改進(jìn)分析 J.機(jī)床與液 壓 ,2017,45(22):87-89+92. 12 李銘陽 , 連 若 綺 , 胡頔 , 唐彪 . 跳 躍 滾 動 復(fù) 合 輪 式 移 動 機(jī) 構(gòu) J. 中 國 科 技 教 育 ,2017(06):26-27. 13 廖煒雋 . 基 于 圓 柱 坐 標(biāo) 型 碼 垛 機(jī) 械 手 控 制 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 J/OL. 輕 工 科 技 ,2017(12):37-382018-01-04.http:/ 14 張碧濤 ,何衛(wèi)鋒 .一種包裝堆垛機(jī)械手的結(jié)構(gòu)優(yōu)化 J.包 裝工程 ,2017,38(07):142-145. 15涂繼鵬 ,劉祖國 ,張大斌 .基于 ANSYS 的煙框提升機(jī)框架力學(xué)特性分析 J.貴州大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版 ),2017,34(02):32-34. 16岳志凱 .提升機(jī)主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析 J.機(jī)械管理開發(fā) ,2017,32(11):29-30+58. 17張波 .提升機(jī)卷筒失效分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析 J.機(jī)械管理開發(fā) ,2017,32(11):25-26+49. 18鄭建生 ,楊衛(wèi) ,徐勝 .輪式機(jī)器人定點(diǎn)運(yùn)動的姿態(tài)調(diào)整 J.電子器件 ,2017,40(01):158-161. 19王猛 ,靳伍銀 ,王安 .輪式機(jī)器人軌跡跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計 J.計算機(jī)測量與控 制 ,2017,25(10):102-104+107. 20季彬銘 ,潘寶珠 ,王愛紅 ,許惟超 ,孫靜 .體感型智能輪式機(jī)器人設(shè)計 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 輪式移動提升機(jī)構(gòu)廣泛用于倉儲運(yùn)輸碼垛車間當(dāng)中，其主要目的是提高作業(yè)效率 和減輕工人的勞動強(qiáng)度，以提高作業(yè)的自動 化程度。國內(nèi)學(xué)者對輪式移動機(jī)器人設(shè)計 進(jìn)行了大量的研究，并取得了一些成果。分析了輪式移動機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 ,對各類 輪式移動機(jī)器人之間的關(guān)系作了初步探討。同時在提升機(jī)構(gòu)設(shè)計的研究方面，研究了 堆垛機(jī)提升機(jī)構(gòu)的種類 ,各機(jī)構(gòu)工作原理。本文在以上基礎(chǔ)上，各類輪式移動機(jī)器人 的性能進(jìn)行了比較，展望了輪式移動機(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)生活中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 移動機(jī)器人是研發(fā)較早的一種機(jī)器人 ,移動機(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)。但是履帶式移動平臺的速度較慢、 功耗較大、轉(zhuǎn)向時對地面破壞程度大 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)動平穩(wěn)性等 3。相比之下 ,輪式 移動機(jī)器人雖然具有運(yùn)動穩(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 的軌跡控制等問題 ,但是由于其具有自重輕、承載大、機(jī)構(gòu)簡單、驅(qū)動和控制相對方便、 行走速度快、機(jī)動靈活、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、空間探測等領(lǐng)域。起升機(jī)構(gòu)用來實(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 移動機(jī)構(gòu)的國內(nèi) 發(fā)展概況探究 機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展從無到有，從低級到高級，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷深入發(fā) 展。移動式機(jī)器人特別是 自主式移動機(jī)器人已成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的中心之一。 移動式機(jī)器人的未來是朝著智能化，情感化發(fā)展的，影響移動式機(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 與國外相比，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)計制造技術(shù)、控 制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運(yùn)動學(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 國外比有差距。中國的智能機(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) 械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步。隨著社會文明程度的提高，對機(jī)器人的要求也會越 來越高。中國要做好充分的準(zhǔn)備迎接新的技術(shù)挑戰(zhàn)。 2 移動機(jī)構(gòu)的國外 發(fā)展概況探究 美國國家科學(xué)委員會曾預(yù)言 : “ 20 世紀(jì)的核心武器是坦克 ,21 世紀(jì)的核心武 器是無人作戰(zhàn)系統(tǒng) , 其中 2000 年以后遙控地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)將連續(xù)裝備部隊 ,并 走向戰(zhàn)場” 。 為此 , 從 80 年代開始 , 美國國防高級研究計劃局 (DARPA) 專門 立項 , 制定了地面天人作戰(zhàn)平臺的戰(zhàn)略計劃 10。 從此 , 在全世界掀開了全面研究 室外移動機(jī)器人的序幕 , 如 DARPA 的 “戰(zhàn)略計算機(jī)” 計劃中的自主地面車輛 (ALV) 計劃 (1983 1990) , 能源部制訂的為期 10 年的機(jī)器人和智能系統(tǒng)計劃 (RIPS) (1986 1995) , 以及后來的空間機(jī)器人計劃 日本通產(chǎn)省組織的極限環(huán)境下作業(yè)的 機(jī)器人計劃 歐洲尤里卡中的機(jī)器人計劃等。 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 年代對機(jī)器人的智能行為期 望過高 , 導(dǎo)致室外 機(jī)器人的研究未達(dá)到預(yù)期的效果 , 但卻帶動了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 , 為探討人類研制 智能機(jī)器人的途徑積累了經(jīng)驗(yàn) , 同時 , 也推動了其它國家對移動機(jī)器人的研究與 開發(fā)。 進(jìn)入 90 年代 , 隨著技術(shù)的進(jìn)步 , 移動機(jī)器人開始在更現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上 , 開 拓各個應(yīng)用領(lǐng)域 , 向?qū)嵱没M(jìn)軍 10。輪式移動機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動速度快、能量利用率高、 結(jié)構(gòu)簡單、控制方便和能借鑒至今已很成熟的汽車技術(shù)等優(yōu)點(diǎn) 10。 3 提升機(jī)構(gòu)的分類及特點(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 ）、傳動鏈輪、傳動鏈條、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 和上下橫梁上的改向鏈輪組成一個封閉結(jié)構(gòu)。當(dāng)提升電機(jī)通過傳動鏈條驅(qū)動雙聯(lián)鏈輪 旋轉(zhuǎn)時， 使提升鏈條運(yùn)動，從而帶動載貨臺（包括貨叉、貨物）升降。載貨臺主要 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。為了保證載貨臺平 穩(wěn)上下運(yùn)行，在它的每個側(cè)面裝有沿立柱的 4 個導(dǎo)向輪和 2 個頂輪。 相比鋼絲繩而言，采用鏈條提升方式的車庫在升降過程中穩(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的單價成本要比鋼絲繩單價成本高出好多，另外，鏈條在提升過程中會發(fā)出 較大的聲響，噪音大。所以一般堆垛機(jī)較高時很少采用。 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，另一端連接配重 裝置，載貨臺、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)動重物沿導(dǎo)軌做上下運(yùn)動。 曳引式提升機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是傳動機(jī)構(gòu)體積小巧，傳動電機(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，所以配重裝置勢必會 晃動產(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)動載貨臺上下運(yùn)動的常用機(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)動卷筒旋轉(zhuǎn)纏繞鋼絲繩，再通過鋼絲繩和滑輪 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，采用同步帶傳動和齒輪傳動的方式來驅(qū)動 各關(guān)節(jié)的運(yùn)動，相對于傳統(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 通過一對減速齒輪帶動 臂旋轉(zhuǎn)，電機(jī) II 通過一級同步帶帶動小臂旋轉(zhuǎn)， 電機(jī) I 通過一級同步帶帶動轉(zhuǎn)軸，再通過二級同步帶帶動手方軸旋轉(zhuǎn)，拉伸式電磁 鐵帶動手方軸上下運(yùn)動，拾取器通過氣動或電動驅(qū)動上下擺動 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：底座通過氣缸伸縮實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)作用；大臂主要通過氣缸伸縮實(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，主要是通過氣缸伸 縮實(shí)現(xiàn) 抓取 13。 堆垛機(jī)械手 通過檢測吸盤和平衡氣缸內(nèi)氣體壓力，能自動識別機(jī)械手臂上有無載 荷，并經(jīng)氣動邏輯控制回路自動調(diào)整平衡氣缸內(nèi)的氣壓，達(dá)到自動平衡的目的。工作 時，重物猶如懸浮在空中，可避免產(chǎn)品對接時的碰撞。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到任何位置，人員本身可輕松操作。同時，氣動 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，氣動平衡 吊整機(jī)無須電控系統(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) 在移動機(jī)構(gòu)的設(shè)計研究發(fā)面 ，由于國內(nèi)外的發(fā)展時間與工業(yè)水平差距很大，所以 9 在一定程度上，國內(nèi)的發(fā)展水平距國外相差較大。其中主要體現(xiàn)在一下幾個發(fā)面： 1、 可靠性。我國產(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鸩捷^晚，所以一系列的系統(tǒng)化內(nèi) 容還不夠成熟，所以更沒有辦法去研究更寬闊的應(yīng)用領(lǐng)域。而國外的應(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)主要是針對于智能 化方面，傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計我們都能達(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)不到自動化，智能化 。 目前國內(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)動方式、工 作空間等方面進(jìn)行分析選擇。 幾種常見機(jī)械手的特點(diǎn)： 1、 隔軸機(jī)械手采用同步帶傳動和齒輪傳動的方式來驅(qū) 動各關(guān)節(jié)的運(yùn)動，相對于傳統(tǒng)的機(jī)械手，該機(jī)械手能大地降低整機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量。 2、 圓柱型四自由度碼垛機(jī)械手主要是通過氣缸伸縮實(shí)現(xiàn) 各種動作。 3、 堆垛機(jī)械手通過 檢測吸盤和平衡氣缸內(nèi)氣體壓力，能自動識別機(jī) 械手臂上有無載荷，并經(jīng)氣動邏輯控 制回路自動調(diào)整平衡氣缸內(nèi)的氣壓，達(dá)到自動平衡的目的。 大連大學(xué)2018 屆 畢 業(yè) 論 文 （ 設(shè) 計 ）題 目 名 稱 ： 輪 式 移 動 提 升 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計 所在學(xué)院：機(jī) 械 工 程 學(xué) 院專業(yè)（班級）：機(jī) 英 141班學(xué)生姓名：劉 鵬 輝指導(dǎo)教師：張 立評閱人：院長：吳 蒙 華 DALIAN UNIVERSITY 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題 目總 計 ： 畢 業(yè) 論 文 ： 37 頁表 格 ： 4 表插 圖 ： 46 幅 指 導(dǎo) 教 師 ： 張 立評 閱 人 ：完 成 時 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 產(chǎn) 業(yè) 當(dāng) 屬 物 流 行 業(yè) 。 以 往 物 流 行 業(yè) 只 針 對 于 大 型 貨 品 的 長 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 于 物 流 的 倉 儲 分 揀 環(huán) 節(jié) 而 做 的 專 用 設(shè) 備 。 移 動 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 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 需求 的 日 益 增 大 以 及 倉 儲 環(huán) 節(jié) 對 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 提 升 空 間 1米 ， 可 夾 持 5千 克 重 物 自 由 移 動 的 設(shè) 備 。 主 要 的 設(shè) 計 內(nèi)容 是 ： 輪 式 移 動 機(jī) 器 人 ； 提 升 機(jī) 構(gòu) ； 機(jī) 械 手 夾 緊 機(jī) 構(gòu) 。 輪 式 移 動 機(jī) 器 人 是 設(shè) 備 的根 基 部 分 ， 由 直 流 伺 服 電 機(jī) 提 供 動 力 源 帶 動 一 組 （ 4個 ） 麥 克 納 姆 萬 向 輪 轉(zhuǎn) 動 ，通 過 控 制 實(shí) 現(xiàn) 車 體 的 前 進(jìn) ； 后 退 ； 旋 轉(zhuǎn) 等 運(yùn) 動 。 配 備 承 載 平 臺 ， 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 力 源 帶 動 剪 叉 機(jī) 構(gòu) 實(shí) 現(xiàn) 上 升 與下 降 ， 同 時 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 齒 輪 帶 動 手 指 關(guān) 節(jié) 的 張 開 與 閉 合 實(shí) 現(xiàn) 對 物 品 的 抓 取 和 放 置 動 作 。論 文 通 過 三 維 建 模 與 理 論 計 算 對 設(shè) 備 進(jìn) 行 功 能 介 紹 與 校 核 驗(yàn) 算 。關(guān) 鍵 詞 ： 倉 儲 機(jī) 器 人 ； 移 動 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 內(nèi) 外 研 究 現(xiàn) 狀 、 發(fā) 展 動 態(tài) .11.3主 要 設(shè) 計 內(nèi) 容 .22.輪 式 移 動 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計 .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 .13 3.1 驅(qū) 動 電 機(jī) 的 選 擇 .133.2減 速 器 的 選 擇 .143.3軸 的 設(shè) 計 及 強(qiáng) 度 校 核 .163.4剪 叉 升 降 機(jī) 構(gòu) 的 設(shè) 計 .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 .274.1鎖 緊 原 理 .274.2機(jī) 械 手 驅(qū) 動 電 機(jī) 計 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 的 思 想 ， 機(jī) 器 人 技 術(shù) 成 為 各 國 科 技 研 究 的 必 有 項 目 ， 并 且 機(jī) 器 人 技 術(shù) 從 開始 的 入 門 級 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 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 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 家 經(jīng) 濟(jì) 與 科 技 的 快 速 發(fā) 展 ， 機(jī) 器 人 技 術(shù) 在 我 國 也 有 廣 泛 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 。 同時 我 國 也 自 主 研 發(fā) 了 一 系 列 設(shè) 備 ， 水 平 較 過 去 有 顯 著 的 提 高 ， 但 是 較 其 他 掌 握 尖 端 技 術(shù) 的 國 家 還 是 存 在 一 定 的 差 距 。我 國 互 聯(lián) 網(wǎng) 技 術(shù) 的 發(fā) 展 給 我 們 的 生 活 方 式 帶 來 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 了 一 波 生 活 方 式 “ 革 命 ” ， 最 突 出 的 一 點(diǎn) 改 變 是 人 們 的 購 物 方式 。 較 以 往 的 實(shí) 體 店 購 物 方 式 ， 新 型 的 網(wǎng) 絡(luò) 購 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 越 多 的 人 選 擇 網(wǎng) 絡(luò) 購 物 。 這 也 促 進(jìn)的 另 一 個 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 方 面 是 ： 覆 蓋 域 、流 通 性 、 輸 送 率 、 安 全 性 。 而 當(dāng) 下 因 為 市 場 的 需 求 量 較 大 ， 勞 動 力 工 作 效 率 有 限 的 情況 ， 在 其 中 倉 儲 分 揀 的 環(huán) 節(jié) 會 導(dǎo) 致 整 個 物 流 循 環(huán) 耗 時 加 長 更 甚 至 出 現(xiàn) 錯 誤 等 情 況 。 所以 解 決 物 流 循 環(huán) 中 倉 儲 分 揀 的 效 率 問 題 對 于 整 個 物 流 行 業(yè) 的 發(fā) 展 具 有 重 要 的 意 義 。1.2國 內(nèi) 外 研 究 現(xiàn) 狀 、 發(fā) 展 動 態(tài) 在 備 受 關(guān) 注 的 “ 2017世 界 機(jī) 器 人 大 會 ” 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 的 倉 儲 機(jī) 器 人 。依 據(jù) 中 國 電 子 協(xié) 會 曾 發(fā) 布 的 2017中 國 機(jī) 器 人 發(fā) 展 報 告 ， 提 到 我 國 2017年 機(jī) 器 人市 場 規(guī) 模 估 計 將 達(dá) 到 62.8億 美 元 ， 其 中 三 大 類 型 機(jī) 器 人 分 別 銷 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 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 占 市 場 份 額 最 高 ， 共 達(dá) 到 61%， 這 反 映 出 倉 儲 機(jī) 器人 領(lǐng) 域 快 速 發(fā) 展 的 趨 勢 。亞 馬 遜 收 購 Kiva 機(jī) 器 人 公 司 引 起 了 大 多 數(shù) 人 們 對 倉 儲 機(jī) 器 人 領(lǐng) 域 的 關(guān) 注 ， 那 么最 近 幾 年 中 國 的 電 商 和 快 遞 業(yè) 共 同 的 爆 發(fā) 式 增 長 則 促 進(jìn) 了 關(guān) 于 倉 儲 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 等 電 商 巨 頭 還 有 申 通 、中 通 、 圓 通 等 快 遞 公 司 加 快 布 局 倉 儲 機(jī) 器 人 之 外 ， 快 倉 、 極 智 嘉 等 其 他 專 門 研 發(fā) 生 產(chǎn)專 用 倉 儲 機(jī) 器 人 的 企 業(yè) 也 紛 紛 涌 現(xiàn) ， 并 且 受 到 市 場 的 追 捧 ?？?以 確 定 的 是 ， 應(yīng) 用 倉 儲 機(jī) 器 人 ， 能 夠 有 效 提 高 作 業(yè) 效 率 、 優(yōu) 化 資 源 、 降 低 勞 動強(qiáng) 度 、 減 少 成 本 等 方 面 起 到 了 了 重 要 作 用 。 就 長 遠(yuǎn) 來 看 ， 伴 隨 著 國 家 人 口 紅 利 的 消 失 ，勞 動 力 成 本 高 的 問 題 逐 漸 凸 顯 ， 如 果 用 機(jī) 器 人 代 替 人 工 、 提 高 倉 儲 的 自 動 化 水 平 是 大勢 所 趨 ； 另 外 ， 在 “ 智 能 制 造 ” 、 “ 工 業(yè) 4.0” 等 理 念 的 驅(qū) 使 下 ， 未 來 智 能 物 流 行 業(yè)將 迎 來 前 所 未 有 的 發(fā) 展 契 機(jī) ， 同 時 倉 儲 環(huán) 節(jié) 所 使 用 的 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 應(yīng) 用 也 會 隨 之 增 長 ?？?之 ， 在 我 國 的 倉 儲 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 值 得進(jìn) 一 步 研 究 的 是 ， 假 若 市 場 情 況 達(dá) 不 到 預(yù) 期 的 火 熱 。 接 下 來 該 如 何 借 助 機(jī) 器 人 來 推 動整 個 倉 儲 系 統(tǒng) 升 級 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 儲 機(jī) 器 人 ， 或 者 哪 些 應(yīng) 用 模 式 能 使 得 倉 儲 機(jī) 器人 市 場 加 速 發(fā) 展 ， 以 上 這 些 都 是 業(yè) 界 在 未 來 亟 需 思 考 解 決 的 問 題 。倉 儲 機(jī) 器 人 應(yīng) 用 在 國 外 的 成 功 案 例 與 國 內(nèi) 不 同 ,國 外 的 物 流 業(yè) 經(jīng) 歷 了 數(shù) 十 年 的 發(fā)展 ,再 加 上 國 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 儲 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 來 解 決 倉 儲 問 題 。 下 面 就 國 際 上 先 進(jìn) 的 倉 儲 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 儲 機(jī) 器 人 給 企 業(yè) 帶 來 的 巨 大 效 益 。Kiva 倉 儲 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 與 傳 統(tǒng) 的 倉 儲 作 業(yè) 最 大 的 不 同 就 是 它 讓 物 品 適 應(yīng) 場 地 ,其倉 儲 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 可 以 在 任 意 時 間 將 任 意 物 品 送 達(dá) 任 意 位 置 。 Kiva 倉 儲 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 的實(shí) 現(xiàn) 基 于 一 個 個 獨(dú) 立 可 以 自 主 導(dǎo) 航 移 動 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 內(nèi) 容 倉 儲 機(jī) 器 人 按 照 不 同 功 能 可 將 其 分 為 三 個 系 統(tǒng) 。 一 、 輪 式 移 動 系 統(tǒng) 。 本 產(chǎn) 品 適 用于 大 型 物 流 集 散 中 心 ， 因 為 場 地 的 需 要 ， 設(shè) 備 需 要 在 場 地 間 移 動 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 裝 置 ， 同 時 該 移 動 裝 置 作 為 我 們 整 個 設(shè)備 的 支 撐 裝 置 ， 故 應(yīng) 帶 有 支 撐 輪 與 動 力 輪 ， 同 時 配 備 動 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 庫 采 用 立 體 化 廠 庫 設(shè) 計 。 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 值 。 這 樣 就 需 要 我 們 的 設(shè)備 具 有 一 個 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 升 降 式 工 作 平 臺 ，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 快 遞 的 分 揀 。所 以 最 主 要 的 一 個 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 稱 式 雙 手 爪 設(shè) 計 。本 論 文 包 括 的 主 要 內(nèi) 容 如 下 ： 3 (1) 倉 儲 分 揀 機(jī) 器 人 總 體 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 ；(2) 輪 式 移 動 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 ；(3) 設(shè) 計 計 算 說 明 。 4 2.輪 式 移 動 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計現(xiàn) 國 內(nèi) 機(jī) 器 人 水 平 已 經(jīng) 逐 漸 接 近 世 界 頂 級 級 別 。 機(jī) 器 人 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 也 隨 著 技 術(shù) 的發(fā) 展 越 來 越 多 ， 目 前 主 流 機(jī) 器 人 應(yīng) 用 可 分 為 以 下 幾 類 ： 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 的 機(jī) 器 人 屬 于 第 一 種 工 業(yè) 機(jī) 器 人 中搬 運(yùn) 類 機(jī) 器 人 。 為 實(shí) 現(xiàn) 對 工 件 的 搬 運(yùn) 功 能 ， 特 設(shè) 計 輪 式 移 動 機(jī) 構(gòu) 。輪 式 移 動 機(jī) 構(gòu) 3D效 果 圖 如 下 ： 圖 2 .1 輪 式 移 動 機(jī) 構(gòu)本 機(jī) 構(gòu) 采 用 上 下 平 臺 分 開 設(shè) 計 ， 上 平 臺 功 能 主 要 配 合 提 升 機(jī) 構(gòu) 。 下 平 臺 主 要 安 裝電 機(jī) 輪 系 機(jī) 構(gòu) 等 。 采 用 萬 向 輪 是 為 了 適 應(yīng) 現(xiàn) 場 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 關(guān) 系 方 程 ， 因 為 安 裝 了 四 組 萬 向 輪 ， 通 過 四 組 萬 向 輪 和 伺 服 電 機(jī)的 配 合 。 每 組 萬 向 輪 的 不 同 運(yùn) 動 速 度 與 形 式 ， 可 以 讓 設(shè) 備 完 成 直 線 ， 斜 線 ， 旋 轉(zhuǎn) 等 各種 動 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 庫 之 間 調(diào) 配等 問 題 都 將 得 到 解 決 。運(yùn) 動 關(guān) 系 見 圖 2.2： 5 圖 2.2運(yùn) 動 分 析根 據(jù) 圖 2.2推 導(dǎo) 運(yùn) 動 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 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 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 輪 需 要 的 最 大 轉(zhuǎn) 矩 ： M F R （ 2.3） 6 R為 主 動 輪 半 徑100 27 2700M N 四 輪 均 布 ， 1 2 3 4 675M M M M N 移 動 機(jī) 構(gòu) 主 動 電 機(jī) 功 率 :dP = 60000Fv （ 2.4） : v -速 度 /m min（ ） ； -總 傳 動 效 率 。 =0.990.950.99=0.93P d= 675 6 0.0860000 60000 0.93Fv KW計 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 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 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 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 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 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 家 標(biāo) 準(zhǔn) 表 中 查 取 ， 按 擠 壓 強(qiáng) 度 條 件 ， 如 果 用 于 動 聯(lián) 接 還 需 要 考 慮 其 耐 磨 性 。當(dāng) 單 鍵 強(qiáng) 度 不 夠 時 ， 可 用 雙 鍵 設(shè) 計 。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 輪 系 裝 配 體 安 裝 與 平 臺 四 個 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 線 性 彈 性 同 向 性模 型 類 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 作 用 位 置 載 荷 細(xì) 節(jié)靜 應(yīng) 力 1: 75 : N面實(shí) 體類 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 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 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 出 現(xiàn) 作 用 力 超 出 范 圍 內(nèi) 的 情 況 。 故 對于 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 算根 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 分 析 本 移 動 機(jī) 構(gòu) 共 上 下 平 臺 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 線 性 彈 性 同 向 性模 型 類 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 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 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 出 現(xiàn) 作 用 力 超 出 范 圍 內(nèi) 的 情 況 。 故 對于 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) 計現(xiàn) 代 化 物 流 倉 儲 中 心 通 常 會 考 慮 更 有 效 利 用 空 間 ， 所 以 在 空 間 設(shè) 計 中 大 都 會 采 用空 間 立 體 化 倉 庫 設(shè) 計 ， 為 滿 足 現(xiàn) 場 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 具 有 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 承 載 量 大 、 安 裝 空 間 小 、 自 動 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 化 生 產(chǎn) 線 等 場 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 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 象 ，鉸 點(diǎn) 約 束 剪 桿 的 變 化 ， 折 疊 過 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 折 疊 過 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 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 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 ， 按 照 轉(zhuǎn) 速 為 1400rpm計 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 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 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 程 中 ， 由 于 現(xiàn) 場 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 候 上 方 的 機(jī) 械 手 需 要 有 一 個 懸 停的 動 作 。 若 系 統(tǒng) 不 配 備 自 鎖 裝 置 ， 僅 靠 電 機(jī) 完 成 該 功 能 ， 會 對 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 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 作 又 不 會 給 電 機(jī) 等 系 統(tǒng) 帶 來 負(fù) 擔(dān) 。表 3.2減 速 器 尺 寸 16 傳 動 比 i=35。 當(dāng) 輸 入 轉(zhuǎn) 速 1i =1440rpm時 ， 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 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 是 其 主 要 作 用 ， 可 進(jìn) 行 動 能 與 力的 傳 遞 。 按 軸 線 的 不 同 種 類 可 分 為 1.直 軸 ； 2.曲 軸 ； 3.軟 軸 。 軸 在 彎 矩 和 轉(zhuǎn) 矩 作 用下 會 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 會 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 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 使 得 軸 產(chǎn) 生 塑 性 形 變 。 因 為 這 樣 的 特 點(diǎn) ， 我 們 在 設(shè) 計 軸 的 機(jī) 構(gòu) 同 時 ， 還 要 考 慮 軸 的 強(qiáng) 度 不 足 導(dǎo) 致 的 失 效 。 所以 應(yīng) 對 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 ； 軸 強(qiáng) 度 計 算 作 為 設(shè) 計 軸 的 重 要 工 作 內(nèi) 容 。3.3.1主 動 軸 設(shè) 計 計 算設(shè) 計 軸 的 三 維 效 果 圖 3.3 圖 3.3主 動 軸計 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 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 鍵 槽 的 時 候 ， 增 大 量 為3%； 兩 個 鍵 槽 時 7%； 三 個 鍵 槽 時 應(yīng) 增 大 10%。 所 以 計 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 算 簡 圖 ， 計 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 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 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 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 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 軸 校 核 參 數(shù)由 計 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 要 求 。 表 3.5中 ， 對 于 軸 的 旋 轉(zhuǎn) 速 度 極 限 進(jìn) 行 了 計 算 ， 實(shí) 際 的 轉(zhuǎn) 速 小 于 軸 的 計 算 安 全 轉(zhuǎn) 速 ， 所 以 在 旋 轉(zhuǎn) 強(qiáng) 度 方 面 ， 本 軸 的 設(shè) 計 也 達(dá) 到 了 參 數(shù) 要 求 。 所 以 設(shè)計 的 軸 強(qiáng) 度 校 核 通 過 。3.4剪 叉 升 降 機(jī) 構(gòu) 的 設(shè) 計3.4.1機(jī) 構(gòu) 自 鎖 條 件 判 別機(jī) 構(gòu) 整 體 簡 化 圖 如 下 ： 圖 3.7機(jī) 構(gòu) 簡 圖我 們 設(shè) 圖 中 主 動 桿 與 平 臺 夾 角 為 ， 機(jī) 構(gòu) 所 承 擔(dān) 總 壓 力 為 G。 對 主 動 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 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 時 候 無 論 電 機(jī) 輸 出 多 大 的 動 力 都 不 能 使 得 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn)動 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 機(jī) 構(gòu) 行 程 進(jìn) 行 限 位 ，同 時 另 一 個 問 題 我 們 需 要 考 慮 的 是 機(jī) 構(gòu) 的 中 間 軸 與 驅(qū) 動 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 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 受 力 最 大 。 此 時 ： Ay ByF F =G/4。 故 ：此 時 為 連 桿 的 危 險 位 置 ， 對 連 桿 進(jìn) 行 受 力 分 析 以 及 強(qiáng) 度 校 核 。對 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 線 性 彈 性 同 向 性模 型 類 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 作 用 載 荷 細(xì) 節(jié)靜 應(yīng) 力 1: 75 : N面實(shí) 體類 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 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 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 出 現(xiàn) 作 用 力 超 出 范 圍 內(nèi) 的 情 況 。 故 對于 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 的 配 合 方 式 為 過 渡 配 合 ， 當(dāng) 然 還 有 間 隙 和 過 盈 配 合 。 本 機(jī) 構(gòu) 中 的 配 合 方 式 選 用 的 是 過 渡 配 合 。 軸 承 最 常 見 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 體 與 外 圈 接 觸 位 置 。 通 過 前 面 電 機(jī) 選 擇 計 算 與 軸 的 校 核 計 算 ，1.78 / 5 /r min r min ,滾 動 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 ， 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 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 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 家 標(biāo) 準(zhǔn) 表 中 查 取 ， 按 擠 壓 強(qiáng) 度 條 件 ， 如 果 用 于 動 聯(lián) 接 還 需 要 考 慮 其 耐 磨 性 。當(dāng) 單 鍵 強(qiáng) 度 不 夠 時 ， 可 用 雙 鍵 設(shè) 計 。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4.1鎖 緊 原 理機(jī) 械 手 由 驅(qū) 動 電 機(jī) ； 傳 動 件 ； 手 指 執(zhí) 行 件 等 部 件 組 成 。 鎖 緊 動 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 力 源 ， 帶 動 齒 輪 轉(zhuǎn) 動 將 動 力 輸 出 至 機(jī) 械 手 傳動 件 ， 一 根 連 桿 為 軸 另 一 根 給 手 指 一 個 拉 力 。 讓 其 繞 軸 旋 轉(zhuǎn) ， 兩 邊 同 時 進(jìn) 行 ， 逐 漸 兩只 手 靠 近 ， 完 成 鎖 緊 動 作 。 抓 取 工 件 時 ， 靠 近 工 件 的 動 作 跟 隨 移 動 平 臺 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 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 電 機(jī) 計 算 驅(qū) 動 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 算 得 ： 0.2 0.96rad/s0.205 N =30 0.963.14 9 .1 7 rpm電 機(jī) 軸 驅(qū) 動 齒 輪 與 機(jī) 械 手 齒 輪 傳 動 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 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 門 設(shè) 計 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 力 。 在 保 證 了 完 成 工 作 的 同 時 又 減 少 了 自 身 的 重 量 能 耗 等 ， 對 于 整 個 系 統(tǒng) 的 負(fù) 擔(dān)減 小 ， 同 時 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)