輪式移動提升機構(gòu)設(shè)計【含CAD圖紙、說明書、三維圖紙】

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本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告 論 文 題 目：輪式移動提升機構(gòu)設(shè)計學(xué) 院：專 業(yè) 、班 級：學(xué) 生 姓 名：指導(dǎo) 教師（職稱） 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）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述 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資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?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?。?。 10 一、選題依據(jù) 1、研究領(lǐng)域 機械設(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：輪式移動提升機構(gòu)廣泛用于倉儲運輸碼垛車間當(dāng)中，主要由底盤系統(tǒng)做水平運動、提升機構(gòu)做垂直運動、機械手做抓取物體夾持物體運動。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度，以提高作業(yè)的自動化 程度。輪式移動提升機構(gòu)的設(shè)計屬于機械設(shè)計范疇，其機械部分主要由可移動的底盤小車、提升機構(gòu)和抓取機械手組成，可實現(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)的提升機構(gòu)主要分為三種： （1） 、鏈條提升機構(gòu)。這種提升方式只適用于高度比較低的堆垛機，因為鏈條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。所以一般堆垛機較高時很少采用。 （2） 、曳引式提升機構(gòu)。曳引式提升機構(gòu)的優(yōu)點是傳動機構(gòu)體積小巧，傳動電機相比卷筒式要小許多，而且提升高度不受限制，但是堆垛機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） 、卷筒式提升機構(gòu)。卷筒式提升機構(gòu)是驅(qū)動載貨臺上下運動的常用機構(gòu)， 一般由卷筒、減速電機、鋼絲繩及滑輪組組成，其工作原理是：減速電機驅(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。 由于三種提升機的組成部件；工作方式；機械結(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。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題 （1） 、輪式可移動小車設(shè)計 （2） 、提升機構(gòu)設(shè)計 （3） 、抓取及夾緊機構(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） 、抓取及夾緊機構(gòu)設(shè)計，夾緊力的計算 （2） 、提升機構(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可， 能夠投入市場進行批量生產(chǎn)。 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，查閱相關(guān)設(shè)計手冊和書籍，進行市場調(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，利用計算機輔助設(shè)計，力學(xué)計算，三維軟件等進行仿真模擬。 本設(shè)計要求機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。機械手在非工作狀態(tài)下的速度可以達到 2m/min，而且在工況時速度為 0.5m/min。 2. 論文（設(shè)計）進度計劃 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。第 2 周 查閱文獻、閱讀文獻，了解研究的內(nèi)容及實現(xiàn)的技術(shù)路線 第 3 周 撰寫文獻綜述并完成開題報告 第 4 周 修改開題報告及文獻綜述準(zhǔn)備開題答辯。 第 5 周 輪式移動提升機構(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)向機構(gòu)及驅(qū)動裝置的設(shè)計，繪制草圖第 7 周 提升機構(gòu)的設(shè)計，繪制草圖。 第 8 周 抓取及夾緊機構(gòu)的設(shè)計，連桿機構(gòu)設(shè)計及夾緊力的計算。第 9 周 抓取及夾緊機構(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 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 張碩生，余達太. 輪式移動機械手的優(yōu)化構(gòu)形[J]. 北京科技大學(xué)學(xué)報.，2000， 22(6) :565-568. 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能適應(yīng)復(fù)雜的地形,但由于其結(jié)構(gòu)自由度太多、機構(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、機動性等具有其獨特的優(yōu)越性,但也存在一些致命的缺陷,如承載能力、運動平穩(wěn)性等[3]。相比之下,輪式移動機器人雖然具有運動穩(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、機構(gòu)簡單、驅(qū)動和控制相對方便、行走速度快、機動靈活、工作效率高等優(yōu)點[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。起升機構(gòu)用來實現(xiàn)物料垂直升降，是任何起重機不可缺少的部分，因而是起重機最主要、也是最基本的機構(gòu)。目前國內(nèi)的堆垛機使用鏈條提升、鋼絲繩卷筒提升以及鋼絲繩曳引輪提升三種[5]。 1 移動機構(gòu)的國內(nèi)發(fā)展概況探究 機器人技術(shù)的發(fā)展從無到有，從低級到高級，隨著科學(xué)技術(shù)的進步而不斷深入發(fā)展。移動式機器人特別是自主式移動機器人已成為機器人研究領(lǐng)域的中心之一。 移動式機器人的未來是朝著智能化，情感化發(fā)展的，影響移動式機器人發(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，雖然掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件， 但可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應(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 國外比有差距。中國的智能機器人和特種機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)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(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 室外移動機器人的序幕 , 如 DARPA 的 “戰(zhàn)略計算機” 計劃中的自主地面車輛 (ALV) 計劃 (1983 — 1990) , 能源部制訂的為期 10 年的機器人和智能系統(tǒng)計劃 (RIPS) (1986 —1995) , 以及后來的空間機器人計劃 日本通產(chǎn)省組織的極限環(huán)境下作業(yè)的機器人計劃 歐洲尤里卡中的機器人計劃等。 初期的研究 , 主要從學(xué)術(shù)角度研究室外機器人的體系結(jié)構(gòu)和信息處理 , 并建立實驗系統(tǒng)進行驗證。 雖然由于 80 年代對機器人的智能行為期望過高 , 導(dǎo)致室外機器人的研究未達到預(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 智能機器人的途徑積累了經(jīng)驗 , 同時 , 也推動了其它國家對移動機器人的研究與開發(fā)。 進入 90 年代 , 隨著技術(shù)的進步 , 移動機器人開始在更現(xiàn)實的基礎(chǔ)上 , 開拓各個應(yīng)用領(lǐng)域 , 向?qū)嵱没M軍[10]。輪式移動機構(gòu)具有運動速度快、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 [10]。 3 提升機構(gòu)的分類及特點研究 1 鏈條提升機構(gòu)[5] 鏈條提升機構(gòu)主要由提升電機（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)提升電機通過傳動鏈條驅(qū)動雙聯(lián)鏈輪旋轉(zhuǎn)時， 使提升鏈條運動，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裝置。為了保證載貨臺平穩(wěn)上下運行，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， 因為鏈條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。所以一般堆垛機較高時很少采用。 2 曳引式提升機構(gòu)[5] 曳引式提升機構(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)軌做上下運動。 曳引式提升機構(gòu)的優(yōu)點是傳動機構(gòu)體積小巧，傳動電機相比卷筒式要小許多，而且提升高度不受限制，但是堆垛機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 卷筒式提升機構(gòu)[5] 卷筒式提升機構(gòu)是驅(qū)動載貨臺上下運動的常用機構(gòu)，一般由卷筒、減速電機、鋼絲繩及滑輪組組成，其工作原速電機驅(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 幾種機械手結(jié)構(gòu)比較分析 隔軸機械手的電機安裝于中心軸附近，采用同步帶傳動和齒輪傳動的方式來驅(qū)動各關(guān)節(jié)的運動，相對于傳統(tǒng)的機械手，該機械手能大地降低整機的轉(zhuǎn)動慣量。機械手主要由大臂、小臂、手方軸、轉(zhuǎn)軸、拾取器、3 組電機、拉伸式電磁鐵、轉(zhuǎn)臂架等組成，電機 III 通過一對減速齒輪帶動臂旋轉(zhuǎn)，電機 II 通過一級同步帶帶動小臂旋轉(zhuǎn)， 電機 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現(xiàn)旋轉(zhuǎn)作用；大臂主要通過氣缸伸縮實現(xiàn)升降作用； 小臂的作用是實現(xiàn)前后伸縮；末端執(zhí)行是機械手抓取工作，主要是通過氣缸伸縮實現(xiàn)抓取[13]。 堆垛機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等連鎖保護功能。非常重要的一點是，氣動平衡吊整機無須電控系統(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 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)達到了很高的標(biāo)準(zhǔn)；2、應(yīng)用領(lǐng)域。因為我國起步較晚，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。這一點主要是針對于智能化方面，傳統(tǒng)的機構(gòu)設(shè)計我們都能達到，但是在與其他技術(shù)相結(jié)合的程度不夠，導(dǎo)致達不到自動化，智能化。 目前國內(nèi)的提升機構(gòu)主要分為三種：1、鏈條提升機構(gòu) 2、曳引式提升機構(gòu) 3、卷筒式提升機構(gòu)。由于三種提升機的組成部件；工作方式；機械結(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、工作空間等方面進行分析選擇。 幾種常見機械手的特點：1、隔軸機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)的運動，相對于傳統(tǒng)的機械手，該機械手能大地降低整機的轉(zhuǎn)動慣量。2、圓柱型四自由度碼垛機械手主要是通過氣缸伸縮實現(xiàn)各種動作。3、堆垛機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，達到自動平衡的目的。