本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ）題 目 10KG 包裝袋碼垛機器人機械臂的設(shè)計 專 業(yè) 學(xué)生姓名 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 二〇 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所提交的畢業(yè)設(shè)計（論文） ，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本研究做出過重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明并表示了謝意。論文作者簽名：日期： 年 月 日摘 要機器人技術(shù)是機電一體化產(chǎn)品，碼垛機器人成為一個領(lǐng)先的研究課題。運用在不同領(lǐng)域，如機械，電子，信息理論，人工智能，生物學(xué)和計算機，知識等諸多領(lǐng)域的發(fā)展機械接頭端的設(shè)計，機器人也導(dǎo)致了這些學(xué)科的發(fā)展。碼垛型機器人是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，工藝多碼垛運動的一個機械臂運動更多的領(lǐng)域進行合作研究。機械，電子，信息理論，人工智能，知識和生物和計算機許多學(xué)科，但其發(fā)展的多機構(gòu)銜接所需組合碼垛也促成了這些學(xué)科的發(fā)展。本文采用在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的 10KG 包裝袋碼垛機器人，并完成圖紙和零件圖總裝配圖。為機器人模型的要求被分析以估計電機的每個碼垛，充分的設(shè)得所需要的轉(zhuǎn)矩和功率。完成碼垛型機器人的程序設(shè)計，總體設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計，運動學(xué)模型操盤分析，檢查，分析機器人模型，設(shè)計和生產(chǎn)機器人模型做的過程中強度的關(guān)鍵部件，繪制 3D 圖。關(guān)鍵詞：機械臂，結(jié)構(gòu)設(shè)計，10KG 包裝袋碼垛機器人，機械臂，電機1AbstractRobotics is a mechatronic products, palletizing robot into a leading research. Used in different fields, such as machinery, electronics, information theory, artificial intelligence, biology and computer knowledge, and many other developments in the field of mechanical coupling end design, the robot also led to the development of these disciplines. Palletizing robot is a typical mechatronic products, processes more than a hot arm palletizing motion movement more areas of collaborative research. Many disciplines mechanics, electronics, information theory, artificial intelligence, knowledge and biological and computer, but the development of its multi-agency convergence desired combination of stacking also contributed to the development of these disciplines.In this paper, the structural design of lightweight gypsum wallboard palletizing robot and complete drawings and part drawings assembly drawing. To require each robot model are analyzed to estimate the motor palletizing, full set was required torque and power. Complete palletizing robot programming, design, structural design, manipulator kinematics model analysis, inspection, analysis robot models, key components design and production process of doing robot model intensity, plotted in Fig. 3D.Keywords: arm, structural design, lightweight gypsum wallboard palletizing robot motor1目 錄摘 要 ................................................................................................................................................IIAbstract...............................................................................................................................................11 緒論...............................................................................................................................................31.1 課題的背景、來源及意義...................................................................................................31.2 碼垛機器人的發(fā)展進程及發(fā)展趨勢...................................................................................31.3 課題的設(shè)計內(nèi)容...................................................................................................................42 總體方案設(shè)計...............................................................................................................................52.2 碼垛碼垛機器人工程概述..................................................................................................52.3 工業(yè)碼垛碼垛機器人總體設(shè)計方案論述..........................................................................52.4 碼垛機器人機械傳動原理..................................................................................................62.5 碼垛機器人總體方案設(shè)計..................................................................................................72.6 本章小結(jié)..............................................................................................................................83 碼垛機器人大臂部結(jié)構(gòu)...............................................................................................................93.1 大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求..............................................................................................93.2 大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計................................................................................................................103.3 大臂電機及減速器選型....................................................................................................103.4 減速器參數(shù)的計算............................................................................................................113.5 承載能力的計算.................................................................................................................143.5.1 柔輪齒面的接觸強度的計算.................................................................................143.5.2 柔輪疲勞強度的計算.............................................................................................154 小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計...............................................................................................................................204.1 手指的相關(guān)設(shè)計與計算....................................................................................................204.2 手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核........................................................................................................204.3 結(jié)構(gòu)分析............................................................................................................................214.4 計算分析.............................................................................................................................224.5 腕部設(shè)計............................................................................................................................234.5.1 手腕偏轉(zhuǎn)驅(qū)動計算.................................................................................................234.5.2 手腕俯仰驅(qū)動計算.................................................................................................324.5.3 電動機的設(shè)得.........................................................................................................324.6 小臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計................................................................................................................334.7 小臂電機及減速器選型....................................................................................................334.7.1.傳動結(jié)構(gòu)形式的設(shè)得..............................................................................................344.7.2.幾何參數(shù)的計算......................................................................................................354.8 凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計算................................................................................354.8.1 柔輪齒面的接觸強度的計算..................................................................................364.8.2 柔輪疲勞強度的計算..............................................................................................364.9 軸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計................................................................................................................384.10 軸的受力分析及計算......................................................................................................384.11 軸承的壽命校核............................................................................................................39總 結(jié).................................................................................................................................................42參考文獻...........................................................................................................................................43致 謝...............................................................................................................................................4431 緒論1.1 課題的背景、來源及意義 在過去的幾十年里，經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和中國先進的科學(xué)技術(shù)，機器人碼垛機，焊接，涂裝，焊接，在碼垛，由涂料行業(yè)的測量，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。這個機器人，但你必須從三維的自由程度，你將能夠?qū)崿F(xiàn)機器的許多擬人化的操作和功能。工業(yè)機器人是在工業(yè)應(yīng)用中的機器人，它是一種典型的機電裝置。工具工業(yè)機器人，將在托盤和重新編程的多功能泰國宮機器人管理等材質(zhì)的一部分使用。這是采用全自動控制，推動人工智能等多學(xué)科，傳感器信息，微電子，計算機和組合的最新研究機加工，是精密的機器。基于所謂堆棧碼垛技術(shù)，它編碼該材料堆，以達到一個單位，這是自動化技術(shù)物流一種新技術(shù)，層壓板材的響應(yīng)，堆疊，運輸?shù)奶囟▓D案的堆疊我們想起來，被整合裝卸，儲存等物流活動的單位。傳輸對象，它是要在一個堆棧和零件的形式，以及正常的對象中，除了對象和液體散裝以節(jié)省更多的項目，要，可以節(jié)省空間?？焖俚奈锪鳎夹g(shù)開發(fā)的快速發(fā)展，而且比堆疊技術(shù)更廣泛，尤其是在惡劣的環(huán)境中，人為的或困難的局面。包裝該堆棧從機器人操作，工廠環(huán)境和用戶，安全性，和其他對象類型的需求的各個方面，克服這些困難，變得越來越困難的任務(wù)，碼垛設(shè)備，如這一點，總是，比如我們的軟件，我們努力提高的電流需求改善的靈活性。它是垂直多關(guān)節(jié)機器人飲料，特殊功能，并會在其他領(lǐng)域，廣泛碼垛機器人石油，化工，食品加工中使用。在該順序?qū)盈B，可以配置其他參數(shù)，以滿足要求的包裝材料的包裝盤主類型。機器人碼垛技術(shù)是開發(fā)高性能的堆疊技術(shù)要求的封裝技術(shù)用于自動自動化材料處理稱重，要提出的改進是重要的設(shè)備之一。為了防止對彈性變形并碼垛的機器人手臂的損壞，就必須有一定量的剛性和強度的。堆疊手腕高的要求，重量其準確性。為了滿足您的堆疊和產(chǎn)品的機械設(shè)計的一部分，機器人碼垛堆放要求的要求，生產(chǎn)線自動化?；诮?jīng)濟一套機械結(jié)構(gòu)的與它的強度，機械，電子，軟件，硬件，和整體堆垛機器人，和分析傳輸系統(tǒng)設(shè)計的組合的功能設(shè)計。1.2 碼垛機器人的發(fā)展進程及發(fā)展趨勢 80 年代以來，隨著碼垛機器人， “七月”的狀態(tài)下，中國通過“8 5”科技的協(xié)助下，經(jīng)過 10 多年的發(fā)展，中國在機器人技術(shù)領(lǐng)域取得了巨大成就。機器人，機器人的開發(fā)過程中，可分為三代。第一個機器人，或 NC 教育播放設(shè)備，還是沒有方案的可能，外部環(huán)境，以及內(nèi)部和外部傳感器的一代，第二代機器人沒有反饋任何東西，你得到的信息你可以。有沒有在人工智能應(yīng)用在那里，你可以機器人 - 不僅與環(huán)境的強相互作用，網(wǎng)上適應(yīng)性;第三代機器人，智能，能夠感測與外部環(huán)境的信息傳感器，可以讓你了解。堆垛機器人當前使用主要有以下兩個方面。惡劣和危險的工作環(huán)境條件。有害于企業(yè)的健康要做到這一點，很多人的工作，閃爍，或不會威脅到生命安全的區(qū)域，有什么不適合。例如，匹配新聞管理，采礦，鍛造等。第二個是自動化生產(chǎn)。為了，以便機器人碼垛卸載，在抓取部件等操作，重新取向，以便加載和卸載，可以使用堆疊。機器人的簡單的挑選和地方操作，作業(yè)的機器人導(dǎo)向部分，你必須是太自由，你是為了增加它的靈活性，它需要大量的自由。工業(yè)機器人需要消除不良工作位置，降低勞動成本，提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高制造過程的靈活性，減少廢物管理，速度更快，成本減少，存貨周轉(zhuǎn)率和風(fēng)險。工業(yè)機器人，發(fā)達國家，工業(yè)機器人的進取發(fā)展，創(chuàng)新發(fā)展，目前的發(fā)展是在生產(chǎn)$ 4。兩年銷售階段是高達 10 十億日元巨大的產(chǎn)業(yè)，工業(yè)機器人的世界這是。盡管如此，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)，我們將繼續(xù)擴大，我們將進入一個新的領(lǐng)域。中國的工業(yè)機器人的應(yīng)用前景非常廣闊。然而，相對薄弱的工業(yè)基礎(chǔ)，廉價的勞動力，豐富，帶來了工業(yè)機器人的發(fā)展有些困難。沿著中國國情，只是為了推廣，推動產(chǎn)業(yè)機器人的開發(fā)和應(yīng)用。為了降低成本，提高的重要途徑，以提高機器人的動作速度準確性及模塊化特征標準工業(yè)機器人的可靠性。近幾年，中國將繼續(xù)把重點放在模塊化工業(yè)機器人的發(fā)展。這是通過使用從零件和組件裝配標準化模塊進行。除了各種工業(yè)機器人，伺服馬達，傳感器，手臂，手腕，在體內(nèi)使用時，它已經(jīng)被標準化。該機器人操作的復(fù)雜性，新的微觀機制日益復(fù)雜的工作，以確保自由的新的移動裝備的發(fā)展程度，手臂和手指的發(fā)展是經(jīng)營環(huán)境的改善，以滿足機器人操作關(guān)節(jié)的精確度，需要的是準確的迫切需要。1.3 課題的設(shè)計內(nèi)容 作為這種設(shè)計，和設(shè)計的主要的內(nèi)容，是機器人碼垛的研究，1）機器人發(fā)展歷史，了解當前形勢和未來發(fā)展趨勢，把握碼垛機器人的基本組件的機械和結(jié)構(gòu)特性。2）碼垛機器人，我們可以設(shè)計的整體方案。最好的選擇使用，比較設(shè)計的一部分。該程序后，請檢查所有的設(shè)計細節(jié)。的材料，設(shè)計臂，應(yīng)力分析的共同選擇，手腕電機，軸承的設(shè)計中，一個耦合的選擇包括，銷連接，選擇檢查軸承，和選擇驅(qū)動器系統(tǒng)的螺釘，檢查的軸承;：電機，滾動耦合引導(dǎo)和滑動的選擇。選擇臀部電機，聯(lián)軸器，軸承類型。52 總體方案設(shè)計2.2 碼垛碼垛機器人工程概述碼垛碼垛機器人是一個技術(shù)集成的跨學(xué)科，涉及計算機技術(shù)和自動化技術(shù)的機器，機制，機械，氣動，液壓技術(shù)，檢測技術(shù)等領(lǐng)域。在科人找出有效解決組合問題綜合工程被稱為“系統(tǒng)工程”。手臂多碼垛運動設(shè)計，例如，系統(tǒng)工程，應(yīng)作為一個綜合的方法來系統(tǒng)設(shè)計對外關(guān)系的系統(tǒng)，并從整個有機聯(lián)系的手臂運動環(huán)境的研究，開發(fā)和應(yīng)用根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)部部分多接頭。從復(fù)雜機械系統(tǒng)，包括一定的規(guī)則的功能系統(tǒng)結(jié)合多個子系統(tǒng)，它是一個不可分割的整體。如果你失去了開放的系統(tǒng)，可根據(jù)特定的一組。因此，在一個復(fù)雜的機械設(shè)計，概念啟動機器，系統(tǒng)必須具有以下特征：1.機械系統(tǒng)完整的完整性機械系統(tǒng)由幾個子系統(tǒng)具有不同的整體性能應(yīng)具有的特定功能。2.作用的子系統(tǒng)之間的有機聯(lián)系，包括有機，相互關(guān)聯(lián)的。3.每個目標系統(tǒng)必須具有明確的目標和系統(tǒng)的功能，結(jié)構(gòu)，功能，目標和手段，決策系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)結(jié)合起來。4.系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)是適應(yīng)環(huán)境在某些情況下，我們必須能夠適應(yīng)變化的外部環(huán)境中。所以，在設(shè)計機器人時，不僅要注意碼垛運動系統(tǒng)的部件的整個多部件設(shè)計臂應(yīng)根據(jù)視工程系統(tǒng)的角度來看，這取決于一個單一的多碼垛臂的動作的功能要求，子系統(tǒng)，多臂碼垛，合理，產(chǎn)品的性能，需要在多碼垛臂的動作的作業(yè)的所有組件。一般來說，最復(fù)雜的行業(yè)手臂碼垛如下：在操作機器，是最大的，單臂多碼垛的運動來完成的任務(wù)，式子里，包括基地，手臂，手腕，副作用機構(gòu)。傳輸系統(tǒng)，式子里，包括幾個傳輸零點電源，控制，驅(qū)動系統(tǒng)和伺服驅(qū)動系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)包括電子控制裝置的操作，記憶功能（計算機或其它版本控制裝置可編程） ，操作員接口裝置（鍵盤，鼠標等） ，數(shù)據(jù)處理裝置和各種傳感器，放大離線傳輸，傳感器編程接口設(shè)備通信的 I / O 14]內(nèi)部和外部傳感器和其他設(shè)備（一般或特別。特征行業(yè)臂多碼垛運動是普遍的調(diào)整，靈活的臂工業(yè)多碼垛運動可有效地用于柔性生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的發(fā)送處理單元組件或材料或其它柔性制造系統(tǒng)（例如，機床，鍛壓，焊接，裝配等生產(chǎn)設(shè)備） ，輔助設(shè)備，控制系統(tǒng)，多碼垛臂運動，各種不同形式的運動系統(tǒng)的組建多聯(lián)技術(shù)工藝機械行業(yè)其他生產(chǎn)部門。生產(chǎn)，如建筑，開采，生產(chǎn)和輸送臂移動多碼垛是參考系統(tǒng)。2.3 工業(yè)碼垛碼垛機器人總體設(shè)計方案論述（一）確定負載設(shè)計一種碼垛機器人機械臂，前端負載 30KG。機器人動作范圍高度 1.8 米 水平 1.8米左右，工作效率 180 袋/小時。機械臂由大臂與小臂構(gòu)成，大臂長 1900mm，小臂長1800mm，要求選擇大臂和小臂的電機功率，設(shè)計大、小臂的機械結(jié)構(gòu)。為了保持機構(gòu)穩(wěn)定性，大臂設(shè)計程平行四連桿機構(gòu)。負載的大小主要取決于由于運動的沿的作用力和夫婦的機械接口上的多碼垛臂的運動的方向。式子里，下臂應(yīng)該包括端部執(zhí)行器的更碼垛運動（重量） ，和工件的重量或處理對象接縫預(yù)定速度和加速度的條件下，產(chǎn)生的慣性力等。該項目的數(shù)據(jù)參考設(shè)計初步估算表明，這一項目可能屬于一個小負荷。（二）驅(qū)動系統(tǒng)由于伺服電機具有良好的控制性能，檢查的靈活性，允許速度，位置，環(huán)境，體積小，效率高，適用于更為苛刻的運動控制沒有影響的精確控制小臂運動多企業(yè)等特點，因此，該項目采用的是伺服電機。（三）傳動系統(tǒng)動臂多碼垛運動可以緊湊，重量輕，慣性小，傳動鏈條應(yīng)考慮采取措施縮小差距，提高手臂多的移動和位置創(chuàng)業(yè)精密運動控制。臂傳遞機構(gòu)機械運動多碼垛通常使用齒輪，蝸桿，滾珠絲杠，皮帶，鏈條傳動，行星齒輪，傳動齒輪和諧波鋼等，由于傳動齒輪具有效率高，準確，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長等優(yōu)點，與大學(xué)學(xué)習(xí)和掌握更扎實的傳輸，所以這個設(shè)計設(shè)得的旅行。（四）工作范圍操作過程中的工業(yè)手臂動作的工作范圍是多碼垛的多碼垛臂的運動取決于所述扇區(qū)的操作領(lǐng)域和確定的軌跡，用表示的工作空間。形狀和有關(guān)該結(jié)構(gòu)的工作空間的大小坐標運動的多碼垛碼垛機器人，其大小和在數(shù)量和程度每個臂的自由操縱器公共軸線的長度的變化程度和所設(shè)得的碼垛軸的每個角的（五）運動速度每個鉸接機械臂更堅定的臂的最大行程，按照循環(huán)時間來確定每個操作的時間的運動后，可以進一步確定每個動作的速度，單位為米/秒（°）/ s 的，時間每個運動分配考慮在順序地或同時地等進行許多因素，如每個操作序列之間的周期的總時間長度。表做他們的操作時間，操作時間分配之外的運動進行比較，以考慮分配請求有關(guān)的過程，它也必須考慮慣性的行程的大小和驅(qū)動和控制，定位和精度要求。2.4 碼垛機器人機械傳動原理碼垛碼垛機器人的本體結(jié)構(gòu)組成如圖：圖 2.2 碼垛碼垛機器人本體組成本節(jié)描述的所有以下列方式的組件和功能?；締挝唬夯鶚?gòu)件包括底座，齒輪傳動件，軸承，步進馬達?；咀饔檬侵С謽?gòu)件，所述支承構(gòu)件旋轉(zhuǎn)臂，承受的工作負載的總重量和碼垛機器人，所述堿必須具有足夠的強度，剛度和負荷能力。此外，該堿也需要一個足夠大的安裝基礎(chǔ)，以確保在工作場所碼垛機器人的穩(wěn)定運行。碼垛機器人臂，通常會導(dǎo)致驅(qū)動臂運動（例如，液壓，氣動或一個馬達）和一個驅(qū)動源（例如，燃料箱，燃料箱，齒輪齒條機構(gòu)，連桿機構(gòu)，螺旋機構(gòu)或凸輪機構(gòu)等各種運動臂組成的組件的）手臂大臂和小臂。繁榮的成員如下：動臂和齒輪件，驅(qū)動電機。在臂構(gòu)件：臂，驅(qū)動軸，皮帶，定時等，以手腕運動用步進固定臂的電動機驅(qū)動的一端。腕部分：包含列表殼體，傳動齒輪和軸，所述機械接口。2.5 碼垛機器人總體方案設(shè)計碼垛碼垛機器人的結(jié)構(gòu)形式的機器人形結(jié)構(gòu)，并調(diào)整圓柱形結(jié)構(gòu)，球面坐標的結(jié)構(gòu)，該多接頭結(jié)構(gòu) 4。的結(jié)構(gòu)和它們的相應(yīng)特征中的每一個，如下所述[3]。1.直角坐標結(jié)構(gòu) 運動空間直角坐標機器人，它是那么容易落實到閉環(huán)位置控制的線性運動，由于如圖 2-1（一） ，直角坐標機器人可以達到非常高的位置，實現(xiàn)各有三個其他存在的由垂直的直線運動精度（[ μ]中號步驟） 。然而，直角坐標相對于空間機器人的運動有關(guān)的機器人的結(jié)構(gòu)的尺寸，這是比較小的。因此，為了實現(xiàn)恒定的空間運動，大于機器人比其他類型的矩形機器人結(jié)構(gòu)尺寸的組織尺寸坐標。直角坐標機器人的工作區(qū)是矩形空間。直角坐標機器人主要用于組裝和碼垛，直角坐標機器人的業(yè)務(wù)，它具有懸臂門，三起重機類型的結(jié)構(gòu)。2.圓柱坐標結(jié)構(gòu)如在圖 2-1（B）中，空間氣缸所示，調(diào)整直線運動的運動并實現(xiàn)兩個旋轉(zhuǎn)運動和機器人。這種機器人的結(jié)構(gòu)相對簡單，并且能夠在精度一般操作的處理中使用。它的工作空間是圓柱形的空間。3.球坐標結(jié)構(gòu)如圖 2-1（c）中，該空間的運動是球形坐標機器人組成的直線運動實現(xiàn)兩個旋轉(zhuǎn)運動的。這個簡單的機器人結(jié)構(gòu)，成本低，精度不高。它將在主要業(yè)務(wù)的處理中使用。他們的工作空間是球形的空間。4. 碼垛型結(jié)構(gòu)如在 2-1（d）所示，為了實現(xiàn)一個空間移動碼垛機器人包括三個旋轉(zhuǎn)運動。多碼垛機器人的運動是一個靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。規(guī)模相對碼垛機器人本體，其相對較大的工作空間。這種碼垛機器人是廣泛焊接，涂裝，碼垛，組裝，以及使其它操作被廣泛用于在這種類型的機器人的，它是在工業(yè)中使用。碼垛型碼垛機器人結(jié)構(gòu)，有水平碼垛型和垂直碼垛型兩種。(a) 直角坐標型 (b) 圓柱坐標型 (c) 球坐標型 (d) 碼垛型圖 2-1 四種碼垛機器人坐標形式根據(jù)任務(wù)書和具體要求，我們，事實上，設(shè)得了碼垛型（D ） 。特定的形狀和特定的要求機器人數(shù)控機布局，設(shè)計要求兼顧處理工件到 5KG 質(zhì)量能夠簡化結(jié)構(gòu)，降低只要，由于考慮到會議系統(tǒng)的技術(shù)要求的前提下，以改善這種設(shè)計的可靠性和具體的成本。大機器人臂的運動范圍和更高的定位精度，用一個腰部轉(zhuǎn)動自由度六個自由度，以及自由設(shè)計的懸臂和臂腕音調(diào)的轉(zhuǎn)動節(jié)距自由前臂，轉(zhuǎn)動自由度的碼垛機器人。在本文的臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求的尺寸，因此，需要實現(xiàn)一個大俯仰自由，在該臂的詳細設(shè)計的旋轉(zhuǎn)臂機構(gòu)的自由。2.6 本章小結(jié)為了確定解決方案，才能做出最終決定，通過設(shè)得多種方案，完成設(shè)計的機器人系統(tǒng)，本章后面英寸如，以確定機器人的整體設(shè)計，機器人，手臂，手腕，端部的腰部，中詳細做了的設(shè)計的各個部分。93 碼垛機器人大臂部結(jié)構(gòu)3.1 大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求臂部件的主要成分是碼垛機器人。它的作用是支持的手，帶領(lǐng)他們騰出運動。臂移動類型：任意點的運動的空間范圍內(nèi)的一個手柄部。如果你已經(jīng)改變了手（方位）合資的態(tài)度，以手臂來實現(xiàn)的自由。因此，我們設(shè)計成一般臂的基本要求。1.手臂，能力，需要加載剛度好，重量輕它通常是在臂，不僅彎曲（在一個方向上，而不是僅僅彎曲） ，由反向，由需要設(shè)得的高彎曲和橫截面形狀的抗扭剛度。顯然，基本相同的按橫截面，鋼鐵，工程單位重量的面積槽鋼的轉(zhuǎn)動慣量，比圓形大得多。因此，在碼垛機器人的無縫鋼管，不僅提高了在許多情況下導(dǎo)桿，如工字鋼，或所述臂的剛度，非常減少臂的重量，中空只更確切地說，被用作支撐槽鋼，內(nèi)置驅(qū)動器，因此，清爽使在緊湊，以及傳輸管道的外觀，它可以被放置。2.在臂的速度高時，也有小的慣性在統(tǒng)一的手臂一般，運動，請求啟動和力臂端，移動的減速時間開始，否則，沖擊和振動，加速度和終止請求之前沒有太大的影響為了減少，它已經(jīng)改變了。為了減小轉(zhuǎn)動慣量，必須采取以下措施。（A）成分，降低臂的重量以移動使用鋁等輕質(zhì)高強度材料。（B）以減少手臂運動部件的總體尺寸（C）減少轉(zhuǎn)彎半徑（D）驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)有緩沖裝置（3）的運動的臂應(yīng)該是靈活的。為了減少摩擦和滑動摩擦的運動部件之間的摩擦力盡可能臂滾動代替。（4）位置精度要高。最困難的碼垛轉(zhuǎn)移機器人控制的位置，精度很差，通常是高直角坐標加上設(shè)置裝置，用于碼垛機器人的圓筒形位精度，檢測臂上這意味著位置，可以控制一個更好的位置精度。鑄件尺寸 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 鋁合金 銅合金 ＜ 200×200 5~8 10~12 3~5 4~10 4~6 8~12 3~5 6~8 3~3.5 4~6 3~5 6~8 在本文中，其它機器人臂的剛度，減少了電機負載的底部接頭，減少了臂的重量，以確保它能夠提高機器人手臂的動態(tài)響應(yīng)，一方面，薄鋁設(shè)計合金構(gòu)件。鑄造鑄型砂的設(shè)計的最小厚度。最小壁厚：具有其鑄造合金，分別不同的鑄造合金鑄造的合適的厚度， “最小厚度可以是”澆鑄，取決于類型的尺寸和合金鑄件，相同是否，見表 4.1 所示：表 4.1 砂型鑄造鑄件最小壁厚計（mm）它簡單地砂鑄造廠的結(jié)構(gòu)設(shè)計，一個特殊的鑄造工藝，鑄造結(jié)構(gòu)對應(yīng)于每個不同的鑄件和特性應(yīng)根據(jù)來設(shè)計。在本文中，通過使用鑄鋁外殼手臂。具體尺寸，請參閱總裝圖。3.2 大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計大臂殼體采用鑄鋁，方形結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕，強度大。3.3 大臂電機及減速器選型假設(shè)小臂及腕部繞第二碼垛軸的重量：J2=M2L42+M3L52=1×0.0972+4×0.1942=0.16kg.m2大臂速度是 10r/min ，則旋轉(zhuǎn)開始時的轉(zhuǎn)矩用以下式表達：：????JT式子里，T - 旋轉(zhuǎn)開始時轉(zhuǎn)矩 N.mJ --- 轉(zhuǎn)動慣量 kg.m2--- 角加速度 rad/s2??使碼垛機器人大臂從 到 需要的用時： 則：0??16/s?st1.0??(3.4)113.47.4.TJ Nmt????????鑒于關(guān)于重心的機器人手臂的轉(zhuǎn)動慣量的摩擦轉(zhuǎn)矩軸的各個部分的，開始轉(zhuǎn)動 10N.m起動轉(zhuǎn)矩，可以假設(shè) 2 的安全指數(shù)，期望的輸出的諧波減速器最小轉(zhuǎn)矩為：200×200~500×500 ＞ 500×500 15~20 10~15 12~20 --- --- --- (3.5)設(shè)得諧波減mNT.2015201???速器：⑴型號：XB3-50-120 （XB3 型扁平式諧波減速器）額定輸出轉(zhuǎn)矩：20N.m 減速比：i 1=120 設(shè)諧波減速器的的傳遞效率為： ，步進電機應(yīng)輸出力矩為：%90??(3.6)mNiTout .18509.201????設(shè)得 BF 反應(yīng)式步進電機型號：55BF003靜轉(zhuǎn)矩：0.686N.m步距角：1.5°3.4 減速器參數(shù)的計算剛輪、柔輪的材料都是鍛鋼，小齒輪用 45＃的材質(zhì)， ，硬度 250HBS。剛輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度 220HBS。1.齒數(shù)的確定柔輪齒數(shù)： 201???iuZr剛輪齒數(shù)： ?rg已知模數(shù)： ，則m5.0柔輪分度圓直徑： mdrr 1025.鋼輪分度圓直徑： Zg???柔輪齒圈處的厚度： mdZrr 25.101)42075(10)475( 441 ??????重載時，為了增大柔輪的剛性， 允許將 δ 1 計算值增加 20%，即m.2.1??柔輪筒體壁厚： m05.17.01???為了提高柔輪的剛度，取 2輪齒寬度： dBr5..輪轂凸緣長度： 取BC5.4~31).0()30~(? 4mC?柔輪筒體長度： LLr 10,28282.18???取輪齒過渡圓角半徑： mr5?為了減少應(yīng)力集中，以提高柔輪抗疲勞能力，取 r2.嚙合參數(shù)的計算由于采用壓力角 的漸開線齒廓，傳動的嚙合參數(shù)請看以下式子。?20??因輪齒扭矩的因素，使輪齒間隙減小的值為：（扭轉(zhuǎn)彈性模數(shù) G=80GPa）GDBMLdjCrrnm?2maxax?式子里，： mN???????3ax 10505nm781.082.1053?W0／m=0.89＋8×10 -5×Zr＋2C nmax／m為了消除在 的情況下進入嚙合的齒頂干涉，則必須使最大側(cè)隙 大于由于齒輪maxMmaxnC扭轉(zhuǎn)減小的側(cè)隙 后，還應(yīng)保證存在有側(cè)隙值 。nC0nC式子里，： i)60(140???maxnn?徑向變形系數(shù)： mZnrax50 289.????則： Cn 08.)61(40 ????nm 15.71.0ax?徑向變形系數(shù)： 962.0.82089.50 ??????柔輪的變位系數(shù)：61.304.285.93104.85.3130?????rrZmx剛輪的變位系數(shù)：58.3)196.(1.3)(0 ?????mxrg?驗算相對嚙入深度：125.01)962.04.(8.296.04 3??????????rn Zh?如果計算找出的 ，繼續(xù)計算，設(shè)得 2。如果出現(xiàn) ，為了傳遞動力，應(yīng)適當增加?mn ?mhn值重新計算，使 。nmC1?h柔輪齒根圓直徑：mXChamDrrf 26.10).3501(.210)(2 ??????????式子里，齒頂高系數(shù) ;徑向間隙系數(shù) ?C柔輪齒頂圓直徑：cpnfrar 76.1035.)2.05.1(26.0)(2 ???????式子里， （找到相應(yīng)表格設(shè)出 ）.m相對嚙入深度和輪齒過渡曲線深度系數(shù)之和應(yīng)符合兩個不等式驗算公式。???????1)(2?mchcapnpn即：??????5.12.50)2.5.( 3.0剛輪齒頂圓直徑：mmhDnarg 48.1035.2.5.0962.7.3)()(0 ????????剛輪齒根圓直徑：設(shè)出插齒刀齒數(shù) ，插齒刀變位系數(shù) ，插齒刀原始齒形壓力角102?gcZcx，則?20?? 0149.2,937.os,364.tan?????? inv剛輪和插齒刀的制造嚙合角： 07.ta10258.t00 ????? ??ivivzxinvcgc ?找到漸開線函數(shù)表和三角函數(shù)的表格設(shè)出 86.52.cos,.27????cg那么剛輪和插齒刀的制造中心距： mzmAcgcgcg .86.093)12(5.0os2)( ????插齒刀的齒頂圓直徑： hazDca 5.1).(..)( ?????剛輪齒根圓直徑： DAacgf 36087622?驗算剛輪齒根圓和柔輪齒頂圓的徑向間隙： marfg 15.0)((21???即： 075.1.032.596.0)7.136.05(2 ???????可見沿波發(fā)生器長軸,在剛輪齒根圓與柔輪齒頂圓之間存在徑向間隙。 3.凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計算滾珠直徑： nDd)10.~8.(0?柔輪齒圈處的內(nèi)徑： rm?那么： nrD軸承外環(huán)厚度：由于工藝上的要求，可將外環(huán)做成無滾道的 11011.65.80.4.52ahdm???????軸承內(nèi)環(huán)厚度： 21...7?內(nèi)環(huán)滾道深度： 0805.41hdhm????式子里的 是考慮到外環(huán)無滾道而內(nèi)環(huán)滾道加深量。 10.5軸承內(nèi)外環(huán)寬度：所用為滾珠軸承，近似等于齒寬 B軸承外環(huán)外徑： 10nrDm?軸承內(nèi)環(huán)內(nèi)徑：??20().7876dahdm????為了便于制造，采用雙偏心凸輪波發(fā)生器。則凸輪圓弧半徑： 42TdeR??式子里，ｅ是偏心距： 3.1401.382grdm??????（ ---剛輪分度圓直徑， ---柔輪分度圓直徑）gdrd則凸輪圓弧半徑： 3.1476.837.12TR???凸輪長半軸： ...39aem???凸輪短半軸： 37Tbm3.5 承載能力的計算3.5.1 柔輪齒面的接觸強度的計算按照在非?？拷彷喼本€的諧波傳動齒輪比特性和剛性輪比的齒數(shù)多的齒。因此，通過工作表面的齒側(cè)的最大接觸應(yīng)力，主要的負載能力的實際諧波驅(qū)動的限制軟。因此，諧波傳動齒輪齒的軟邊，應(yīng)符合下列條件的接觸強度。接觸力計算公式： ][tan82jjbkrM??????---輸出轉(zhuǎn)矩M---柔輪節(jié)圓半徑r---柔輪輪齒寬b---剛輪壓力角?---接觸系數(shù)（0.4~0.9）k對于一般雙波傳動，輪齒寬 許用接觸應(yīng)力:rb2.0?MPj49][??則： ][36.125.0514.3tan8tan8232 jj MPbkr ????????所以滿足齒面的接觸強度要求。3.5.2 柔輪疲勞強度的計算柔輪材料采用 ,調(diào)制硬度 229~269。CrMoAl8計算柔輪在反復(fù)彈性變形狀態(tài)下工作時所產(chǎn)生的交變應(yīng)力幅和平均應(yīng)力為:截面處正應(yīng)力： 27maDE?????0切應(yīng)力： Lm???由扭矩產(chǎn)生的剪切應(yīng)力： ???2mMD?式子里： ）（ GPaEmdDrm 20,5.,10,0???MPapaMa 7.12074.1205.1)01(4.325.5..5.0 .87187)10(.2.7 633393 623393 ?????? ???????????則： mma .).(5. ???驗算安全系數(shù)： )(12aknn???????疲勞極限應(yīng)力： MPa4501?應(yīng)力安全系數(shù)： ?k )5.314807.3.0(2.07.584121 MPaknsma ???????????式子里，抗拉屈服極限： Pas5?剪切應(yīng)力集中系數(shù)： .2k2][56.273.5.2731.061.042 ?????nn達到疲勞強度要求。軸的計算校核畫軸的受力分析圖，軸的受力圖請見下圖：已知：作用在剛輪上的圓周力NdTF2.94350138.21????徑向力 r .tan.tan0??法相力 NFa 7.132cos.94????1)算出垂直面的支撐反力： NLdarv3.17.8251034.??????? ??NFVrV 6.453.1.341????2)水平面的支撐反力：FtH6.47121?3）F 在支撐點產(chǎn)生的反力：NLKFF 3.167.92.7485.0.121 ?????外力 F 作用方向與傳動的布置有關(guān)，在具體位置尚未確定前，可按最不利的情況考慮，見（7）的計算4）繪垂直面的彎矩圖：MNLFMVav .9435.121.20.641'2 ?????? ??5)繪水平面的彎矩圖：HA .10.61?6)F 產(chǎn)生的彎矩圖：NK.285.2.742 ????a-a 截面 F 力產(chǎn)生的彎矩為：MLMA .143.191?7)算出合成彎矩圖：按最壞的狀態(tài)，把 AF與 直接相加2AHV?MA= +MAF=2HV?29.01.+41.1=70.1 N.mM'A= +MAF=2'AHVM?29.0.4?+41.1=62.57 N.m8)算出軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：?TN.mm410358.2?9)算出危險截面的當量轉(zhuǎn)矩請見下圖，a-a 截面最危險，其當量轉(zhuǎn)矩為：??22TMae??如認為軸的扭切應(yīng)力是脈動循環(huán)應(yīng)變力，設(shè)折合系數(shù) a=0.6，帶入式子得出：??mNae.51758.23601.7222????10）算出危險截面處軸的直徑軸是 45＃鋼材，調(diào)質(zhì)處理，從表格 14-1 找到并設(shè)出 δ B=650Mp,從表格 14-3 找到并設(shè)出[δ -1b]=60Mpa,則：??mMdbe 8.2601.571.0333 ??????考慮到鍵槽對軸的消弱，將 d 值加大 5%，由此得出：d=22.8*1.05=24mm e確定 X、Y 值 XA=1 YA =0 查載荷系數(shù) fP 1.2計算當量載荷P=Fp(XFr+YFa) PA=5796.24 PB=6759.14計算軸承壽命 ?????????)max(16700BArhPCnL 763399h大于12480h由計算結(jié)果可見軸承 6014AC、6007 均合格，最終設(shè)定軸承 6014。四、軸的強度校核經(jīng)分析知 C、D 兩處為可能的危險截面， 現(xiàn)來校核這兩處的強度：1.、合成彎矩 60.391522???BVHrBAAF78.263?rACFM2.、扭矩 T 圖91063（3） 、當量彎矩 61204)(32????MC?（4） 、校核從相關(guān)書本找出，材料 45 的強度參數(shù)：Pab59][1??C 截面當量彎曲應(yīng)力： ][95.1)80(1.624033bCd???????由計算結(jié)果可見 C 截面安全。設(shè)定為檢查各軸鍵， 鍵槽減速器關(guān)鍵環(huán)節(jié)中 的靜態(tài)鏈接，這僅僅是為了擠壓應(yīng)力檢查。首先，電機在關(guān)鍵的設(shè)置和檢查：鍵在滑輪：軸的直徑和長度被選擇在鍵 B8X7 軸滑輪，根據(jù)鍵長 50 GB / T1096，材料是通過以下方式聯(lián)合：45 鋼（鍵） ，40Cr 鋼（軸）在剛輪 1.關(guān)鍵：在軸直徑和輪轂的選擇鍵 B14X9GB / T1096 的軸線方向按照長度接頭的材料如下。 20CR 系統(tǒng)（集線器） ，45 號鋼（鍵） ，系統(tǒng)的 20Cr（軸）在這種情況下，關(guān)鍵環(huán)節(jié)資格。2.在輸出軸的關(guān)鍵：根據(jù)在所選擇的關(guān)鍵 16X10 聯(lián)接器的軸的直徑和軸向長度，密鑰長度100，GB / T1096下列材料是這樣的結(jié)：45 鋼（耦合） ，45 號鋼（鍵） ，45（軸）房子的風(fēng)格，最小的粘結(jié)強度，因為許用應(yīng)力檢查，從相關(guān)書本其 MPap10][4??][25.80569124314 pplkdT??????該鍵聯(lián)結(jié)合格.42總 結(jié)我們的機器人的研究和應(yīng)用起步較晚，但隨著國內(nèi)外機器人，社會需求的增加和技術(shù)的進步，機器人是一個快速發(fā)展的各種小批量，生產(chǎn)和提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的需要，是促進發(fā)展的一個直接焊接。由于廉價的機器人，簡單的工作，機器人焊接。問題是在后臺。這個問題就是在這個背景下，這是一個重要的研究課題。本文的主要內(nèi)容如下：機器人必須有一個簡單的，簡單的原則，等等。為了這個目的，六度的機器人結(jié)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)體部分的自由的設(shè)計，手臂，手腕。43參考文獻[1] 汪愷. 機械設(shè)計標準應(yīng)用手冊[M]. 機械工業(yè)出版社. 1997.8.[2] 成大先. 機械設(shè)計手冊[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社 2002.1.[3] 徐灝. 機械設(shè)計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社 2002.[4] 徐錦康. 機械設(shè)計[M] .機械工業(yè)出版社 2001.[5] 殷際英,何廣平 .機器人[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社 2003.[6] 周伯英. 工業(yè)機器人設(shè)計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社 1995.[7] 陳秀寧,施高義 .機械設(shè)計課程設(shè)計[M].浙江大學(xué)出版社 1995.8.[8] 王宗榮.工程圖學(xué) [M].機械工業(yè)出版社 2001.9.[9] 費仁元,張慧慧 .機器人設(shè)計和分析[M].北京工業(yè)大學(xué)出版社 1998.9.[10] 龔振邦. 機器人機械設(shè)計[M].北京:電子工業(yè)出版社 1995.11.[11] 吳相憲, 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