1、III食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及研究摘 要簡(jiǎn)述了食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景。通過(guò)資料搜集分析歸納，對(duì)比分析各種食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手結(jié)構(gòu)功能原理特點(diǎn)，經(jīng)計(jì)算對(duì)本設(shè)計(jì)直角坐標(biāo)機(jī)器人進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械傳動(dòng)部分、機(jī)架、驅(qū)動(dòng)部分方案選取及設(shè)計(jì)、電機(jī)選型。并重點(diǎn)對(duì)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)功能原理進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。使其能夠適應(yīng)5kg食用油包裝箱等物料的抓取、抓取等功能。對(duì)重要部件進(jìn)行強(qiáng)度校核和穩(wěn)定性分析。對(duì)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手控制部分設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)物料的輸送定位、自動(dòng)抓取、自動(dòng)提升降落，整機(jī)易于操控。對(duì)各部分零件材質(zhì)選取。滿足抓取功能前提下實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊，工作穩(wěn)定，使用維護(hù)方便。對(duì)關(guān)鍵

2、傳動(dòng)零部件強(qiáng)度剛度校核，滿足工作負(fù)載。各部件材質(zhì)選取考慮輕便經(jīng)濟(jì)，滿足載荷要求下，體現(xiàn)批量制造經(jīng)濟(jì)性。并用計(jì)算機(jī)繪圖軟件繪制裝配圖及主要零部件零件圖。利用三維制圖軟件進(jìn)行三維建模制作爆炸圖，對(duì)直角坐標(biāo)系食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手及相關(guān)抓取設(shè)備的研究具有積極的意義。關(guān)鍵詞：直角坐標(biāo)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手；伺服電機(jī)；機(jī)械手臂；solidworks2014Structural design and research of automatic feeding robot for edible oil packaging boxPalletizing RobotsAbstractThe develo

3、pment status and development prospects of the automatic feeding robot for edible oil packaging boxes are briefly described. Through the data collection and analysis, the paper analyzes and analyzes the functional principle characteristics of the automatic feeding robots of various edible oil crates,

4、 and calculates the overall structural design and mechanical transmission part, frame and driving part scheme selection and design of the design of the rectangular coordinate robot. Selection. And focus on the analysis and design of the mechanical structure of the mechanical arm. It can adapt to the

5、 functions of grabbing and grabbing materials such as 5kg steel plate. Strength check and stability analysis of important components. The design of the automatic feeding robot control part of the edible oil packaging box.The material is conveyed and positioned, automatically grasped, and automatical

6、ly lifted and lowered, and the whole machine is easy to handle. Select the material for each part. Under the premise of satisfying the grasping function, the structure is compact, the work is stable, and the use and maintenance are convenient. Check the strength and stiffness of key transmission com

7、ponents to meet the workload.The material selection of each component is considered to be light and economical, and the load manufacturing requirements are met, which reflects the mass production economy. And use the computer drawing software to draw the assembly drawing and the main parts parts dra

8、wing. Using 3D graphics software to make 3D modeling and making explosion maps, it has positive significance for the research of automatic feeding robot and related grabbing equipment in Cartesian coordinate oil cooking box.Key Words: Cartesian Coordinate Robots; Servo Motors; Mechanical Arms; solid

9、works2014目 錄第1章 緒論51.1食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手概述51.2食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手發(fā)展現(xiàn)狀及前景51.3設(shè)計(jì)任務(wù)及參數(shù)71.4方案選取8第2章 食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手整體設(shè)計(jì)122.1食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手傳動(dòng)方案選取122.2食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)132.3食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)14第3章 機(jī)械傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)173.1抓取工作循環(huán)圖173.2機(jī)械臂設(shè)計(jì)193.3機(jī)械手關(guān)節(jié)聯(lián)接設(shè)計(jì)19第4章 機(jī)械臂設(shè)計(jì)224.1機(jī)械臂工作原理224.2機(jī)械臂設(shè)計(jì)234.3電動(dòng)機(jī)及減速機(jī)選型校核244.4機(jī)械手關(guān)節(jié)聯(lián)接設(shè)計(jì)254.5機(jī)械臂齒輪設(shè)計(jì)及

10、強(qiáng)度驗(yàn)算274.6機(jī)械臂齒條設(shè)計(jì)及強(qiáng)度驗(yàn)算30第5章 三維建模315.1零件圖繪制315.2裝配體繪制32參考文獻(xiàn) 34附 錄 35致謝 36- 第1章 緒論1.1 食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手概述近年來(lái)，抓取機(jī)市場(chǎng)發(fā)展迅速。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，抓取機(jī)械也經(jīng)歷了幾年的快速發(fā)展。 全球自動(dòng)抓取行業(yè)形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，與抓取機(jī)行業(yè)相關(guān)的行業(yè)也逐步完善。 然而，中國(guó)的抓取機(jī)市場(chǎng)還遠(yuǎn)未成熟，發(fā)展空間很大。 與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)在這方面還存在很大差距。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，市場(chǎng)體制的不斷成熟，抓取機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高以及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大， 因此，中國(guó)抓取機(jī)市場(chǎng)將更

11、加光明。圖1.1 食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手現(xiàn)目前，大多數(shù)用戶公司使用四種類型的抓取方法：一種是手工抓取;第二是使用傳統(tǒng)的抓取機(jī)托盤(pán);第三種是使用食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手的抓取方法;四種類型使用全自動(dòng)抓取設(shè)備來(lái)完成抓取工作。由于一些經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件，企業(yè)仍然有許多傳統(tǒng)的抓取方法。但就長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展趨勢(shì)而言，自動(dòng)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手的發(fā)展空間不容忽視。食用油包裝箱袋碼垛機(jī)是將袋裝食用油包裝箱按照托盤(pán)上的一定編碼方式放入，自動(dòng)堆碼，堆放多層后可以上架，然后通過(guò)叉車運(yùn)送到倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存。抓取機(jī)的使用可以大大減少勞動(dòng)力的數(shù)量并降低勞動(dòng)強(qiáng)度，并且可以最大限度地節(jié)省空間。在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)激烈的社會(huì)中，食用油包裝箱袋式

12、碼垛機(jī)是食用油包裝箱生產(chǎn)線上不可缺少的一部分設(shè)備。1.2 食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手發(fā)展現(xiàn)狀及前景國(guó)外食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)：外國(guó)高級(jí)的工業(yè)用機(jī)器使得食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手進(jìn)入到種種行業(yè)。使用23 KUKA機(jī)器人抓取，通過(guò)特殊的智能終端，釀酒廠，咖啡公司和食品制造商奧地利，瑞士和挪威實(shí)施減輕勞動(dòng)者的負(fù)荷，提升生產(chǎn)能力，降低產(chǎn)品的損壞?；虺槲┘埾洌憬都埡谢蛲斜P(pán)以完成處理和抓取。機(jī)器人可以同時(shí)處理多條線路的生產(chǎn)和各種類型的產(chǎn)品。在整個(gè)過(guò)程中，物體不會(huì)受到過(guò)度的夾緊力或吸力，而緊湊的方案使機(jī)器的地面空間和工作空間得以實(shí)現(xiàn)。理想的水平。美國(guó)JTM選擇了Motoman Mode

13、l UP 165型號(hào)機(jī)器人抓取和滾筒潤(rùn)滑油盤(pán)。他是一個(gè)6軸機(jī)器人，由交流伺服電機(jī)帶動(dòng)。為其設(shè)計(jì)的真空吸氣末端執(zhí)行器由多個(gè)真空吸頭構(gòu)成。每個(gè)真空頭的控制閥由PLC控制，每次可以吸取2或3個(gè)桶。通過(guò)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手，一年可產(chǎn)20萬(wàn)桶和140,000箱碼垛操作，這幾乎是手動(dòng)工作量的兩倍。Eric Hemmingson寫(xiě)，ABB FlexPalletizer IRB640食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手在食品和飲料業(yè)上使用。它可以用于紙箱，箱子和包裝，抓取和拆卸。其一大特點(diǎn)是彎曲的上臂。他的核心是使用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通信的微處理器的控制器。好時(shí)利用三臺(tái)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手將各類糖果盒放置在

14、一個(gè)托盤(pán)上的三條流水線，并將其送至運(yùn)輸中心。各種模式已經(jīng)編入存儲(chǔ)在程序中。各層的堆疊方式由箱子的大小決定。如果紙箱尺寸改變，技術(shù)人員需要從存儲(chǔ)器中檢索預(yù)先存儲(chǔ)的抓取程序以便快速轉(zhuǎn)換。每個(gè)機(jī)器人都配備了一個(gè)靈活的真空抽吸系統(tǒng)，控制需要引動(dòng)的抽吸次數(shù)以滿足需要拾取的紙箱數(shù)量。他們的主要優(yōu)點(diǎn)是： （1）設(shè)計(jì)具有良好的靈活性和靈活性，并適應(yīng)產(chǎn)品變化;（2）通用模擬設(shè)計(jì)技術(shù)已被采用，以實(shí)現(xiàn)成本和生產(chǎn)周期的更大節(jié)?。?）處理過(guò)程的自動(dòng)化程度和智能化程度越來(lái)越高。國(guó)內(nèi)抓取機(jī)械的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題：我國(guó)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用始于70年代。由于當(dāng)時(shí)各種條件的制約，進(jìn)步很慢，研究和應(yīng)用水平相對(duì)較低。

15、80年代以改革開(kāi)放后，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)到達(dá)一定的發(fā)展水平，食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手技術(shù)飛速的發(fā)展。目前，中國(guó)的總體生產(chǎn)力低下，勞動(dòng)力成本低，研究人員缺乏。企業(yè)的水平低，企業(yè)發(fā)展滯后，抓取設(shè)備和機(jī)器人沒(méi)有應(yīng)用。它們只能用于大型知名公司。應(yīng)用。自90年代中期以后，一些卷煙廠利用開(kāi)始使用機(jī)器人進(jìn)行抓取，節(jié)約了大量人力，減少了卷煙包裝的損壞。條形碼閱讀器的食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手使用兩個(gè)或更多產(chǎn)品的碼垛;使用真空吸盤(pán)可實(shí)現(xiàn)成品的拆解;使用更高級(jí)的機(jī)器人來(lái)識(shí)別和抓取各種配件托盤(pán)。完成香煙配件的工作。碾米廠使用4方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人從自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中取出5公斤或10公斤食用油包裝箱，并將其放在托盤(pán)上。堆疊高

16、度很高。機(jī)器人的水平行程可達(dá)1200mm，旋轉(zhuǎn)角度大于360度?？蓾M足抓取的要求。半自動(dòng)化代碼分裂機(jī)器和機(jī)器人，抓取效率大幅提高?，F(xiàn)在，設(shè)備基本上可以完成每小時(shí)48,000到60,000瓶的抓取要求。盡管國(guó)內(nèi)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但與國(guó)外先進(jìn)的全自動(dòng)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手相比，仍存在較大差距。其主要表現(xiàn)是：（1）堆疊容量不足。食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手功能與其自身的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，工作環(huán)境和靈敏度有關(guān)。機(jī)身笨重的結(jié)構(gòu)將不可避免地影響食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手的范圍和靈敏度。（2）適用性需要改進(jìn)。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，一般都是小批量，多品種，頻繁更換和分工的現(xiàn)象。食用油包裝箱自動(dòng)碼垛

17、機(jī)械手需要面對(duì)具有多個(gè)產(chǎn)品的一臺(tái)機(jī)器，具有多條線的一臺(tái)機(jī)器以及具有多個(gè)盤(pán)的一臺(tái)機(jī)器的情況。一旦產(chǎn)品發(fā)生變化，機(jī)器人不可能快速識(shí)別產(chǎn)品類型和參數(shù)并降低生產(chǎn)效率。（3）可靠性差，穩(wěn)定性差。與其他復(fù)雜工藝相比，食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手只需完成諸如抓取等任務(wù)，因此食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手的可靠性較差，但由于生產(chǎn)速度快，食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手的工作量增加，這就要求食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手需要高。該任務(wù)在強(qiáng)度和高負(fù)荷狀態(tài)下完成，以確保完成生產(chǎn)任務(wù)。（4）智力程度有限?，F(xiàn)有的國(guó)內(nèi)機(jī)器人技術(shù)落后。（5）食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手的生產(chǎn)成本高。各種設(shè)計(jì)風(fēng)格導(dǎo)致食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手的生產(chǎn)能力下降。

18、）（6）物流業(yè)相對(duì)落后的發(fā)展導(dǎo)致對(duì)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手的需求減少。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)及參數(shù)本畢業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)是要求掌握工業(yè)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及工作原理，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的三個(gè)方向的移動(dòng)，完成一個(gè)三個(gè)不同自由度的直角坐標(biāo)型的碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì)，要求所設(shè)計(jì)機(jī)器人能抓取一定質(zhì)量的工件（在具體設(shè)計(jì)時(shí)可以在題目中確定是何類形狀的物體，并且手爪是氣壓驅(qū)動(dòng)），完成抓取、搬運(yùn)、碼放功能，并且具更平穩(wěn)和更有精度。主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一具有三個(gè)自由度的直角坐標(biāo)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手，3根軸相對(duì)應(yīng)X軸、 Y 軸和 Z 軸, 各軸行程和手爪尺寸及抓取能力按需來(lái)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案的分析確定，包括機(jī)器

19、人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、主體部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵零件的校核和三維建模及仿真和手爪的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮到很多問(wèn)題，所涉及的關(guān)鍵問(wèn)題有：1）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)采用何種驅(qū)動(dòng)電機(jī)；2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理和平穩(wěn)；3）導(dǎo)軌布局的合理性等等。設(shè)計(jì)一種直角坐標(biāo)機(jī)器人，在生產(chǎn)中執(zhí)行工件的搬運(yùn)的任務(wù)。主要特點(diǎn)是在較小的占地面積范圍內(nèi)建造高效節(jié)能的全自動(dòng)砌塊成型生產(chǎn)線。食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手在抓取行業(yè)有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，可以大大節(jié)省勞動(dòng)力，節(jié)省空間，運(yùn)作靈活精準(zhǔn)、快速高效、穩(wěn)定性高，作業(yè)效率高。本課題研究的主要內(nèi)容(1）了解食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，查閱相關(guān)資料。(2）對(duì)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手進(jìn)行合理的總體

20、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。(3）對(duì)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手的機(jī)械臂各個(gè)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。(4）對(duì)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手的機(jī)械臂關(guān)鍵零部件繪制零件圖，裝配圖。(5）對(duì)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手進(jìn)行三維建模。提交的成果（1）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）正文；（2）裝配圖 一張（1#圖、二維圖）；（3）非標(biāo)零件圖4張（二維圖）；（4）三維模型的爆炸圖一張；（5）英文參考文獻(xiàn)及其譯文；（6）附不少于10篇主要參考文獻(xiàn)；1.4 方案選取本設(shè)計(jì)為食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手設(shè)計(jì)。綜合考慮各方面因素，想出了以下幾種方案:方案一：圖1.2 立柱式食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手如上圖所示，這種類型的手臂和機(jī)身配置為柱型，適用于旋轉(zhuǎn)型，俯仰型

21、和彎曲和伸展型操縱器，所以這是最常見(jiàn)的配置。手臂的這種配置可以在水平面上轉(zhuǎn)動(dòng)，占地面積小，功能范圍廣泛。該色譜柱可以安裝在生產(chǎn)線的末端以便為機(jī)床提供服務(wù)，也可以將色譜柱添加到色譜柱中添加旅行設(shè)備以供多臺(tái)機(jī)器使用。如圖所示，它是一種可以實(shí)現(xiàn)多方向運(yùn)動(dòng)的單臂柱式機(jī)械手。垂直方向上的旋轉(zhuǎn)既需要夾持機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)，又需要臂圍繞柱旋轉(zhuǎn)。抓取機(jī)構(gòu)安裝在懸臂的前端，以便夾具可以圍繞前臂旋轉(zhuǎn)。由于食用油包裝箱袋需要在托盤(pán)上交錯(cuò)排列，因此夾具通過(guò)間歇機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。但是，立柱可以固定，垂直移動(dòng)可以放在小臂上，可以通過(guò)蝸輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)。水平運(yùn)動(dòng)通過(guò)主軸螺母?jìng)鲃?dòng)完成。所有四個(gè)動(dòng)作都由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。方案二：柱式機(jī)器人用于完成食

22、用油包裝箱袋的堆疊。 垂直運(yùn)動(dòng)通過(guò)凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。 其他設(shè)計(jì)元素與上述相同。 但是，凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪不能做得太大，所以不能保證柱的行程達(dá)到所需的長(zhǎng)度。 另外，即使制造大型凸輪，也很難確保其機(jī)械特性，從而影響整個(gè)機(jī)器的使用壽命。方案三：圖1.3 屈伸手臂式食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手如上圖所示，手臂和機(jī)身以屈伸方式排列。 小臂可以相對(duì)于大臂進(jìn)行屈伸運(yùn)動(dòng)，大臂也可以相對(duì)于身體進(jìn)行樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)。 因此，手臂保持中心的軌跡是空間曲線。 這種配置可以有效地利用空間，并且可以繞過(guò)障礙物來(lái)夾緊和發(fā)送和移除工件。 但是，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。 這實(shí)際上增加了機(jī)器人的設(shè)計(jì)，加工和制造成本，并且使其使用成本相對(duì)較

23、高，超過(guò)了大多數(shù)公司的支付能力，并且不利于此類機(jī)器人的推廣和利用。方案四：圖1.4 直角坐標(biāo)系食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手如圖所示，這是一種框架式抓取機(jī)，它可以實(shí)現(xiàn)沿三個(gè)方向的x，y和z軸的運(yùn)動(dòng)以及圍繞z軸在空間坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)，以確保食用油包裝箱在所有方向和位置。 袋子的抓地力和旋轉(zhuǎn)的抓手可以將食用油包裝箱袋交錯(cuò)放置在托盤(pán)上。 導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)x和y方向的運(yùn)動(dòng)，需要由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 Z軸方向的運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)螺旋機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖中顯示了夾持機(jī)構(gòu)的安裝，因此夾具可以圍繞數(shù)字柱旋轉(zhuǎn)。 由于食用油包裝箱袋需要在托盤(pán)上交錯(cuò)排列，所以?shī)A具的旋轉(zhuǎn)通過(guò)間歇機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。 這種抓取機(jī)的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。方案五：將食用

24、油包裝箱袋放置在托盤(pán)上需要錯(cuò)開(kāi)90度，并且可以使用間歇機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。 間歇機(jī)構(gòu)也可安裝在托盤(pán)上，以便托盤(pán)能夠在合適的時(shí)間旋轉(zhuǎn)以滿足抓取的要求，從而使機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制造變得更簡(jiǎn)單，但托盤(pán)的設(shè)計(jì)和制造變得復(fù)雜，并且 必要時(shí)需要另一個(gè)控制系統(tǒng)。 與此同時(shí)，整個(gè)組織的占地面積增加，機(jī)械結(jié)構(gòu)不能盡可能緊湊，以減少空間需求。方案六：水平運(yùn)動(dòng)通過(guò)框架結(jié)構(gòu)在導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)，并由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。垂直運(yùn)動(dòng)由曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，并且手柄的旋轉(zhuǎn)也通過(guò)間歇機(jī)構(gòu)完成。上述抓取機(jī)的控制系統(tǒng)均由程序控制裝置和位置檢測(cè)裝置組成。程序控制裝置根據(jù)動(dòng)作的順序，移動(dòng)時(shí)間，移動(dòng)軌跡，移動(dòng)速度等規(guī)定的順序指示機(jī)械手進(jìn)行移動(dòng)。位置檢測(cè)裝置檢測(cè)機(jī)械手

25、的移動(dòng)是否到達(dá)確定的位置。抓取機(jī)的主要由按鈕開(kāi)關(guān)、控制元件、接近開(kāi)關(guān)、變頻調(diào)速器、可編程控制器。高質(zhì)量硬件和專用軟件相結(jié)合，可達(dá)到自動(dòng)化要求。觸摸屏控制使抓取機(jī)的傻瓜式簡(jiǎn)單，故障診斷容易。同時(shí)，檢查和維護(hù)都很方便。夾緊機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，并且刷子必須被刷過(guò)。長(zhǎng)期運(yùn)行所需的電纜必須使用移動(dòng)電纜并用鏈條保護(hù)。電纜應(yīng)盡可能用扣環(huán)固定。但考慮到各種因素，發(fā)現(xiàn)第二種方案中的大凸輪難以制造，難以保證其機(jī)械特性，從而影響整機(jī)的使用壽命;第三種方案中的機(jī)器人高度自動(dòng)化，但機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，幾乎增加了設(shè)計(jì)和加工這類機(jī)器人的成本。在方案5中，間歇機(jī)構(gòu)安裝在托盤(pán)上，這降低了手柄的設(shè)計(jì)復(fù)雜性，但增加了托盤(pán)設(shè)

26、計(jì)的復(fù)雜性并控制了系統(tǒng)。不可能僅使用一組;第六方案中的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但設(shè)計(jì)具有一定運(yùn)動(dòng)軌跡的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)并不是一件簡(jiǎn)單的事情，它占用了大量的空間。所以一個(gè)比較合適的方案，自動(dòng)化程度比較高，而且面積比較小;方案四箱式抓取機(jī)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定，物料沿三個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)相對(duì)獨(dú)立，控制系統(tǒng)操作方便，所以選擇程序四個(gè)直坐標(biāo)系編解碼器機(jī)器人作為設(shè)計(jì)方案。第2章 食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手傳動(dòng)方案選取直角坐標(biāo)機(jī)器人的主要功能就是能夠使得末端執(zhí)行器到達(dá)空間指定位置。待實(shí)現(xiàn)的工作空間大都為矩形空間。由笛卡爾坐標(biāo)系的知識(shí)可知空間中的任意一點(diǎn)可以分別由X、Y、Z方

27、向三個(gè)點(diǎn)的集合來(lái)表示。因此為了研究問(wèn)題方便，可以把空間任意兩點(diǎn)的曲線運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為分別在三個(gè)自由度方向的直線運(yùn)動(dòng)。能夠?qū)崿F(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的原理有很多，在機(jī)械產(chǎn)品中得到應(yīng)用的有以下幾種，下表為它們之間傳動(dòng)性能的比較：表2.1 食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手傳動(dòng)方案對(duì)比方案優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)絲 杠傳動(dòng)精度高，且速度平穩(wěn)。摩擦陰力小，軸向沖擊，鋼性較好，可以傳遞較大扭力，位置準(zhǔn)確傳動(dòng)速度較慢，且機(jī)構(gòu)不能自鎖，長(zhǎng)度較大時(shí)承受徑向載荷能力差齒輪齒 條傳遞的更大功率、速度可調(diào)、更高效、可靠、使用時(shí)間長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊、不變的傳動(dòng)比制造及安裝精度要求高，價(jià)格貴，中心距大的兩軸不適合同步帶傳動(dòng)傳動(dòng)準(zhǔn)確，穩(wěn)定，聲音小，不變的傳動(dòng)比，大范

28、圍的速比，線速度大，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊對(duì)中心及其尺寸穩(wěn)定性要求較高液壓傳 動(dòng)可產(chǎn)生較大軸向力，傳動(dòng)速度快結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難，整個(gè)裝車質(zhì)量大。工作介質(zhì)對(duì)周圍條件反映敏感，直接影響定位精度氣壓傳 動(dòng)瞬間產(chǎn)生很大軸向力，傳動(dòng)速度快對(duì)傳動(dòng)時(shí)間要求不易過(guò)長(zhǎng)，密封困難直角坐標(biāo)機(jī)器人的母體（即三個(gè)自由度部件）的傳動(dòng)方式大體有四種，分別是滾珠絲杠、同步帶、液壓、齒輪齒條傳動(dòng)方式。根據(jù)本設(shè)計(jì)直角坐標(biāo)系食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選取y軸絲杠傳動(dòng)；沿x軸及z軸機(jī)械傳動(dòng)為齒輪齒條傳動(dòng)型式。在設(shè)計(jì)中y軸機(jī)械傳動(dòng)方式選擇了滾珠絲杠傳動(dòng)方式與同步帶傳動(dòng)方式主要是因?yàn)闈L珠絲杠具有精度高、摩擦阻力小、定位精度高，而齒輪齒條

29、傳動(dòng)方式具有傳遞的功率大、速度范圍廣、效率高、工作可靠、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊、能保證恒定傳動(dòng)比的特點(diǎn)。2.2 食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)為直角坐標(biāo)系食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手。如圖2.1，機(jī)械部分硬件結(jié)構(gòu)分為：1.機(jī)架立柱部分、2 .y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)、3.y軸移動(dòng)導(dǎo)軌、4.絲桿及絲杠螺母、5.固定軸承座、6. x軸傳動(dòng)齒輪及齒條、7. 機(jī)械臂固定座、8.x軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)、9.z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)、10.z軸傳動(dòng)齒輪及齒條、11.機(jī)械手臂固定桿、12.機(jī)械手臂等。圖2.1 直角坐標(biāo)系食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)直角坐標(biāo)系食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手驅(qū)動(dòng)部分由4個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)構(gòu)成。沿y軸驅(qū)動(dòng)部分原理為：

30、兩驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器、平鍵與絲杠聯(lián)接，兩電機(jī)同時(shí)開(kāi)啟/關(guān)閉將轉(zhuǎn)速和扭矩傳遞至絲桿，絲杠旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)絲桿螺母水平位置移動(dòng)，機(jī)械手臂支座固定在食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手機(jī)架上，沿水平方向移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)軌做相互位置移動(dòng)。圖2.2 y軸驅(qū)動(dòng)流程圖機(jī)械手臂沿x軸移動(dòng)及豎直方向移動(dòng)時(shí)，分別通過(guò)兩驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪沿齒條位移，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂固定座沿x軸方向位移或者豎直方向位移。驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定在電機(jī)固定架上，電機(jī)固定架與機(jī)械手臂固定桿聯(lián)接。機(jī)械手臂能夠水平方向旋轉(zhuǎn)并作抓取動(dòng)作，對(duì)食用油包裝箱等物料進(jìn)行抓取并可做90交叉旋轉(zhuǎn)進(jìn)行抓取。2.3 食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)直角坐標(biāo)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是直接驅(qū)

31、動(dòng)使各運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)作的機(jī)構(gòu)，對(duì)于機(jī)器人的性能的功能影響很大。如果沒(méi)有有效的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，無(wú)論機(jī)器人具有多高的智能和優(yōu)越的傳感器，也是無(wú)濟(jì)于事的。直角坐標(biāo)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式有三種：液壓、電動(dòng)和氣壓。這三種方式的比較如表3-2給出表2-2 食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式特點(diǎn)項(xiàng)目液壓氣動(dòng)電動(dòng)輸出力油液壓力大，抓取重量可達(dá)100800kg壓力較小，抓取重量一般小于30kg可得到中小程度輸出力抓取重量為1200kg傳動(dòng)性能傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)沖擊，反應(yīng)靈敏，最高速度可達(dá)2m/s可達(dá)較高的速度，但高速時(shí)沖擊較大動(dòng)作速度低。最高1m/s控制性能可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，達(dá)到較高定位精度低速時(shí)不易控制，定位精度步進(jìn)、伺服電機(jī)的

32、定位也較高使用維護(hù)性能溫度對(duì)介質(zhì)影響大，間接影響工作性能，會(huì)有不同程度漏油適合在惡劣條件下工作，排氣噪聲大使用維護(hù)方便體積重量在同樣輸出力的條件下體積小壓力小，體積大，輸出力小電機(jī)本身體積小減速裝置體積大壽命潤(rùn)滑性能好，壽命長(zhǎng)空氣無(wú)潤(rùn)滑性，壽命短壽命較長(zhǎng)應(yīng)用適于抓取重量較大的機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制抓取質(zhì)量不易太大，但要求速度快可適用于程序復(fù)雜運(yùn)動(dòng)要求嚴(yán)格的機(jī)器人通過(guò)以上的比較可以看出，液壓驅(qū)動(dòng)方式具有輸出力大、速度快、易控制、定位精度高的優(yōu)點(diǎn)，但是液壓系統(tǒng)較為復(fù)雜，同時(shí)對(duì)環(huán)境要求高。隨著步進(jìn)、伺服電機(jī)的發(fā)展，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)逐漸體現(xiàn)出它的優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)力源簡(jiǎn)單、維護(hù)使用方便又便于與計(jì)算機(jī)對(duì)接，能實(shí)現(xiàn)精確

33、控制。鑒于以上的原因，選擇了電伺服驅(qū)動(dòng)的方式。2.4 電機(jī)選型電動(dòng)機(jī)的類型的選擇，按照設(shè)計(jì)要求，食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手的小型化工作需求以及電動(dòng)機(jī)的最佳安裝位置，電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向的可控制性，選用結(jié)構(gòu)較為緊湊，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)更為快捷靈敏的伺服電機(jī)。 齒輪齒條相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的功率：式中;根據(jù)設(shè)計(jì)要求，；所以。 由驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸到主軸的傳動(dòng)的總效率，為深溝球軸承傳動(dòng)的效率，為齒輪齒條的傳動(dòng)效率，（機(jī)械傳動(dòng)和摩擦副的效率概略值）得，則。那么伺服電機(jī)的輸出功率。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選定減速電機(jī)的額定功率為.選擇57FH-03混合式步進(jìn)電機(jī)。第3章 機(jī)械傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)3.1 抓取工作循環(huán)圖我們根據(jù)設(shè)計(jì)要求，特定機(jī)器人工作

34、步驟入下機(jī)器人工作具體步驟：爪子抓包機(jī)械臂抬起機(jī)器中部回轉(zhuǎn)機(jī)械臂下放爪子松包。機(jī)器人動(dòng)作占用時(shí)間如下：工作行程時(shí)間（共2.1s）：手爪抓包動(dòng)作（0.2s），手臂抬舉動(dòng)作（0.2s），腰部回轉(zhuǎn)90動(dòng)作（1.3s），手臂放下動(dòng)作（0.2s），手爪放包動(dòng)作(0.2s) 空行程時(shí)間（1.5s）：手臂抬舉動(dòng)作（0.35s），腰部回轉(zhuǎn)90動(dòng)作（0.8s），手臂放下動(dòng)作（0.35s）為防止機(jī)械手離地面太低撞碰，中部在回轉(zhuǎn)時(shí)需要機(jī)械臂上升到指定高度，手腕的部分可以轉(zhuǎn)動(dòng)，將包轉(zhuǎn)動(dòng)到合適的位置，該轉(zhuǎn)動(dòng)要在中部回轉(zhuǎn)進(jìn)行時(shí)開(kāi)始，回轉(zhuǎn)結(jié)束時(shí)，腕部轉(zhuǎn)動(dòng)也同時(shí)結(jié)束各個(gè)部分工作循環(huán)圖：（a）(b)(c) (d)圖3.1 直角

35、坐標(biāo)系食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手工作循環(huán)圖3.2 驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算桿件的質(zhì)量很小，不用計(jì)算，只考慮較重的部位，前臂的質(zhì)量為240kg，較大的臂的重量經(jīng)核算為397kg，尾端的直行機(jī)構(gòu)及物品經(jīng)計(jì)算為130kg。設(shè)前面的臂、較大的臂及尾端的執(zhí)行器和物品繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量各為JG1、JG2、JG3，依據(jù)平行軸定理，計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為: J1=m1L12+JG1+m2L22+JG2+ m3L32+JG3 其中，JG1，JG2，JG3較小，忽略不計(jì)。L1、L2、L3分別為前面的臂、較大的臂及尾端執(zhí)行器和物品重心到關(guān)節(jié)軸的最遠(yuǎn)距離，分別為305mm、600mm、1000mm，機(jī)身的回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，經(jīng)過(guò)詳細(xì)計(jì)算可

36、知J1=295.3kgm2。J1軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)（負(fù)載）力矩可按下式計(jì)算M= J 其中 為啟動(dòng)角加速度，J為對(duì)機(jī)身的回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。計(jì)算得到M1= J11=295.3x4.36=1287.5Nm。3.3 絲杠設(shè)計(jì)按綜合導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，最大工作載荷公式為：式中 K載荷系數(shù)，K = 1.15；摩擦系數(shù)，；進(jìn)給方向的載荷，。如圖4-1中，E點(diǎn)的受力沒(méi)有垂直絲杠方向的，因此 = 0 N。將數(shù)值帶入公式得食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手后大臂的運(yùn)行速度，則最大動(dòng)載荷式中 滾珠絲杠副的壽命，單位為106r；載荷系數(shù)，取=1.2；硬度系數(shù)，滾道硬度為60HRC時(shí)，取硬度系數(shù)=1.0。滾珠絲杠副的壽命公式為：式中 T

37、使用壽命，T = 15000h； n絲杠轉(zhuǎn)速。 初選絲杠導(dǎo)程，帶入公式得到。將以上數(shù)值帶入公式(4-6)得。將、帶入公式得選擇絲杠型號(hào)時(shí)應(yīng)使?jié)L珠絲杠副的額定動(dòng)載荷Ca，額定靜載荷，依據(jù)前面可得最大動(dòng)載荷、初步選擇得絲杠導(dǎo)程，選擇海特DFT02005-5型滾珠絲杠副，為雙螺母式，其公稱直徑為20mm，導(dǎo)程為mm，循環(huán)滾珠為5圈1列，精度等級(jí)為5級(jí)，額定動(dòng)載荷為N大于，則滿足要求。滾珠絲杠副的具體尺寸參數(shù)如表所示。表3-1 滾珠絲杠副的尺寸參數(shù)滾珠絲杠數(shù)據(jù)：直徑是20mm，導(dǎo)程為mm，循環(huán)滾珠為5圈1列，精度等級(jí)為5級(jí)?？傞L(zhǎng)度2980mm。滾珠絲杠螺母副的螺旋升角：傳動(dòng)效率：式中 絲杠螺旋升角。摩

38、擦角，選取滾珠絲杠摩擦的系數(shù)，其摩擦角約等于。將數(shù)值帶入公式得：第4章 機(jī)械臂設(shè)計(jì)4.1 機(jī)械臂工作原理機(jī)器人手臂由手指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成。 它對(duì)抓取工件的形狀有較大的適用性，并且可以抓住軸盤(pán)組的組件。 通常使用兩個(gè)手指，少數(shù)是三個(gè)手指或多指。 驅(qū)動(dòng)裝置將為各個(gè)結(jié)構(gòu)件提供力源。 驅(qū)動(dòng)源有液壓，氣動(dòng)，電動(dòng)等常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通常通過(guò)滑槽，斜齒輪，齒條齒輪，連桿等推動(dòng)杠桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)收緊或松動(dòng)。圖4.1 機(jī)械手臂（1）機(jī)器人手臂的分類1根據(jù)運(yùn)動(dòng)的形式可分為光滑型和旋轉(zhuǎn)型兩種。平移手指的打開(kāi)和關(guān)閉基于手指的平行移動(dòng)，這適合于保持平板和正方形。當(dāng)不同的圓棒工件被夾緊時(shí)，不會(huì)發(fā)生中心偏移。但是，這種手

39、指的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積龐大，需要很高的加工精度。旋轉(zhuǎn)指的打開(kāi)和關(guān)閉通過(guò)手指的基部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)軸的支點(diǎn)是一個(gè)，被稱為單支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)型，它是兩個(gè)，被稱為雙樞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)型。這種手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形小巧，但夾緊不同工件會(huì)造成定位誤差。2按手指的關(guān)節(jié)可分為非關(guān)節(jié)型，固定關(guān)節(jié)型和自由關(guān)節(jié)型。無(wú)接縫手指是平指手指。固定接頭意味著該部件是具有固定彎曲角度的部件，通常為折線形狀。游離體關(guān)節(jié)體分為手指根部和指尖兩部分較為復(fù)雜。3根據(jù)手指形狀可分為：V型指主要夾緊圓柱形工件;平面指夾緊方形，平板和小棒狀工件;其他形狀如圓形，鉤形，尖端等零件以及工件適應(yīng)特殊類型的手段。4.按壓手指表面可分為：光滑型，手指表面光滑，用于夾

40、持工件已經(jīng)加工完成的表面整理，避免瘀傷;齒型，面齒圖案，增加摩擦力，保證夾持牢固，大多用于裝粗坯，半成品;柔性型，使用橡膠手指，增加摩擦力，保護(hù)工件表面的作用。（2）機(jī)器人手臂的基本要求1手指擰緊力的大小是合適的。如果功率過(guò)大，功耗大，結(jié)構(gòu)很大，浪費(fèi)，會(huì)將工件夾壞。如果力量不夠，則不能保持或脫開(kāi)或掉落。2應(yīng)有足夠的開(kāi)合角度或開(kāi)合距離，易于抓取和離開(kāi)工件。3不可否認(rèn)的是，工件可以精確對(duì)中或定位。4在保證自身實(shí)力的前提下，盡量做到結(jié)構(gòu)緊湊輕便，以減少總負(fù)荷。5手部結(jié)構(gòu)應(yīng)能適應(yīng)工作環(huán)境的特殊要求。如耐高溫，耐腐蝕，能承受鍛造等的沖擊。通過(guò)以上分析，考慮到物體抓取物體的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇了旋臂和V形

41、指狀物的結(jié)構(gòu)，對(duì)袋裝食用油包裝箱材料的抓取是合理的。4.2 機(jī)械手設(shè)計(jì)圖4.2 機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)由于機(jī)械手傳動(dòng)裝置的移動(dòng)距離比較短，所以傳動(dòng)選擇滑動(dòng)絲桿的傳動(dòng)裝置。這里取最大的驅(qū)動(dòng)力為3000N。（1）材料的選擇 螺桿45號(hào)鋼，；選擇梯形螺紋（2）由耐磨性計(jì)算 取=2，對(duì)于梯形螺紋10 其中：F驅(qū)動(dòng)力（N） 許用壓強(qiáng)（MPa）由表10，22.4-7得P=8MPa 絲桿中徑（mm） 梯形螺紋時(shí)=0.8經(jīng)過(guò)計(jì)算得3.46mm根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的梯形螺紋，選擇螺紋的公稱直徑d=20mm,螺距P=2mm，小徑=17.5mm，中徑=19mm。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：由于其他桿件的質(zhì)量是很小的，不用計(jì)算，只需要計(jì)算較大的臂、物品、

42、尾端執(zhí)行器和前面的臂對(duì)中間轉(zhuǎn)軸J1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，較大的臂的重量是397kg，前面的臂的重量是240kg，尾端執(zhí)行器和物品的質(zhì)量為130kg。設(shè)前面的臂、較大的臂及尾端執(zhí)行器和物品繞各自重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量各是JG1、JG2、JG3，得: QUOTE J1=m1L12+JG1+m2L22+JG2+ m3L32+JG3 其中，JG1，JG2，JG3較小，忽略不計(jì)。L1、L2、L3分別為前面的臂、較大的臂及尾端執(zhí)行器和物品重心到關(guān)節(jié)軸的最遠(yuǎn)距離，分別為305mm、600mm、1000mm，所以機(jī)身回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量經(jīng)計(jì)算得J1=295.3kgm2。計(jì)算回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)需要的驅(qū)動(dòng)的力矩：J1軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)（負(fù)載）力

43、矩可按下式計(jì)算M= J 其中 為啟動(dòng)角的加速度，J為對(duì)機(jī)身回轉(zhuǎn)時(shí)候軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。計(jì)算得到M1= J11=295.3x4.36=1287.5Nm。4.3 電動(dòng)機(jī)及減速機(jī)選型校核機(jī)械手驅(qū)動(dòng)軸電動(dòng)機(jī)、需要的標(biāo)準(zhǔn)減速器選型通過(guò)下面兩表表示：表4-1 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)軸處電動(dòng)機(jī)參數(shù)伺服電動(dòng) 機(jī)型號(hào)額定轉(zhuǎn)矩/Nm瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩/Nm額定轉(zhuǎn)速/(r/min)最高轉(zhuǎn)速/(r/min)轉(zhuǎn)子慣量/(kgm2x10-4)SGMGH-75A4811915003000125表4-2 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)軸處減速器參數(shù)減速器型號(hào)輸出轉(zhuǎn)矩極限傳動(dòng)效率減速機(jī)減速比RV-320E25480.9181校核：1）為很好的利用電機(jī)的能力，電機(jī)的自己的

44、額定轉(zhuǎn)速，還有負(fù)載是轉(zhuǎn)速的能力，電機(jī)在最高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，他們的速度之間的關(guān)系是：電機(jī)最高轉(zhuǎn)速負(fù)載時(shí)候的最大轉(zhuǎn)速電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速機(jī)械手驅(qū)動(dòng)軸處轉(zhuǎn)速n1=27.27r/min，負(fù)載時(shí)候的最大轉(zhuǎn)速n1R=n1i=27.27x81=2208r/min，150022083000，符合要求。2）機(jī)器人使用的電機(jī)、減速機(jī)通常是周期進(jìn)行運(yùn)行的，所以電機(jī)的力矩?cái)?shù)據(jù)選擇要和這個(gè)條件對(duì)應(yīng)；負(fù)載時(shí)極限力矩要小于電機(jī)額定力矩。還要負(fù)載極限力矩要小于減速機(jī)可以給予的極限力矩。承受負(fù)載時(shí)極限力矩與折算到電機(jī)輸出端后極限負(fù)載力矩相互之間聯(lián)系關(guān)系是：TM=TR/(i) TM是電機(jī)輸出端極限負(fù)載力矩，TR是負(fù)載極限力矩，i是減速器機(jī)標(biāo)

45、配速比，為減速器效率。 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)軸處負(fù)載的極限力矩為T(mén)R=M1=1287.5Nm2548，TM=1287.5/(81x0.91)=17.5Nm，17.548，符合要求。3）慣量匹配：電機(jī)的本身的慣量和負(fù)載的慣量比例要相符，負(fù)載慣量大了不行，一般情況下電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量和負(fù)載后的慣量相比，得到的值用表示：=JL/(JMi2) 是電機(jī)慣量比可以使用的值，通常=5，JL為負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，JM是電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，。機(jī)械手驅(qū)動(dòng)軸負(fù)載慣量JL=295.3kgm2，JM=125x10-4kgm2，則=295.3/(125x10-4x812)=2.95，滿足要求。4.4 機(jī)械手關(guān)節(jié)聯(lián)接設(shè)計(jì)將關(guān)節(jié)連接設(shè)計(jì)為滾動(dòng)軸

46、承連接，設(shè)計(jì)思路：將兩連接件分別用擋圈與滾動(dòng)軸承內(nèi)外圈固定，將連接件間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩S承內(nèi)外圈的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，將摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，這樣徑向游隙比較小，可用預(yù)緊力消除游隙，運(yùn)轉(zhuǎn)精度高。相同大小的軸，滾動(dòng)軸承相對(duì)與其他軸承來(lái)說(shuō)，寬度較小，可使機(jī)器的軸向結(jié)構(gòu)緊湊。還具有使用維護(hù)簡(jiǎn)便，性能穩(wěn)定，在中等速度下承載能力較高等優(yōu)點(diǎn)。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖4.3 關(guān)節(jié)聯(lián)接肩部關(guān)節(jié)為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，肩部處有前臂和大臂這兩個(gè)部件獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，且有一與水平方向成固定角度的連桿也繞肩部關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)思路：在肩關(guān)節(jié)處安裝一根軸，固定角度的連桿用滾動(dòng)軸承安裝在軸的一端，由于大臂為主要執(zhí)行部件，厚度較大，因此將之設(shè)計(jì)成兩端均由滾動(dòng)軸承

47、安裝在軸上，前臂則打一通孔，用軸上軸肩與之固定連接。具體結(jié)構(gòu)如下圖圖4.4 肩部關(guān)節(jié)聯(lián)接4.5 機(jī)械臂齒輪設(shè)計(jì)及強(qiáng)度驗(yàn)算1）根據(jù)絲杠螺母副的運(yùn)動(dòng)需要，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)；2)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度并不高，故選用8級(jí)精度（GB1009588）;3)齒輪材料的選擇，選擇大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為230HBS，小齒輪的材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度275HBS,兩者材料硬度差為45HBS;4)選小齒輪齒數(shù)=20，則大齒輪齒數(shù)=3*20=60；5)齒輪的使用壽命為15年，設(shè)每年工作300天，每天工作8小時(shí)。按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)公式為 （1）先試計(jì)算小齒輪的直徑，其計(jì)算公式為 1）試選載荷系數(shù)=1.4;

48、2）小齒輪的轉(zhuǎn)矩 =Nmm=1.88*Nmm3）由于小齒輪做懸臂布置，所以選齒寬系數(shù)為=0.6；4）查得所選擇的齒輪材料的彈性影響系數(shù)=189.8；5）按齒輪的齒面硬度查得大小齒輪的接觸疲勞極限分別為=540Mpa， =580Mpa;。6）大小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =60=60*127*1*（2*8*300*15）=5.49*= 7）取大小齒輪的接觸疲勞壽命系數(shù)分別為。 8）取齒輪安全系數(shù)S=1.1，則接觸疲勞許用應(yīng)力 9）將中較小的值代入計(jì)算公式得 10）小齒輪的圓周速度 11）小齒輪寬度 模數(shù) 齒高 則小齒輪齒寬與齒高比為 （2）.計(jì)算齒輪模數(shù)1）查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的彎曲疲勞

49、極限為； 2）取彎曲疲勞壽命系數(shù); 3）取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.3，則由得彎曲疲勞許用應(yīng)力 4)根據(jù)小齒輪的圓周速度v=0.3312m/s,齒輪精度為8級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù)對(duì)于直齒輪，;查得使用系數(shù);用插值法查得精度為8級(jí)的齒輪傳動(dòng)，并且小齒輪懸臂布置時(shí)；由齒寬與齒高比， 得;可得載荷系數(shù)5)齒形系數(shù) ;應(yīng)力校正系數(shù)。6)小齒輪的 大齒輪的 所以大齒輪的數(shù)值大7）代入設(shè)計(jì)計(jì)算公式得 將計(jì)算所得的模數(shù)就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.25mm,根據(jù)以上計(jì)算所得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù) 則大齒輪齒數(shù)（1）分度圓直徑 （2）齒頂圓直徑和齒根圓直徑 （3）中心距 （4）齒輪寬度 取4.6 機(jī)械臂齒條設(shè)計(jì)及

50、強(qiáng)度驗(yàn)算齒條的材料為40Cr（調(diào)質(zhì)處理），硬度280HBS。齒條的分度線和齒輪的分度圓永遠(yuǎn)是相切的，所以齒條的模數(shù)，壓力角。則齒條的齒根高；齒頂高。第5章 三維建模本設(shè)計(jì)主要采用SolidWorks2014軟件對(duì)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手進(jìn)行三維建模和工程繪圖，并使用SolidWorks2014軟件構(gòu)建產(chǎn)品的3D模型。SolidWorks2014軟件具有強(qiáng)大的功能和廣泛的組件。SolidWorks2014是強(qiáng)大的，易于學(xué)習(xí)，易于使用和技術(shù)創(chuàng)新。這是SolidWorks2014的三個(gè)特點(diǎn)，使SolidWorks2014成為主流和主流的3d CAD解決方案。SolidWorks2014可以提供不同

51、的設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。SolidWorks2014不僅提供了這樣一個(gè)強(qiáng)大的功能，而且對(duì)于每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，它都很容易操作，易于學(xué)習(xí)和使用。對(duì)于熟悉微軟Windows系統(tǒng)的用戶來(lái)說(shuō)，他們基本上可以由SolidWorks2014設(shè)計(jì)。SolidWorks2014獨(dú)特的拖放能力能夠在減少組裝設(shè)計(jì)的時(shí)間。通過(guò)SolidWorks2014，用戶可以減少工作時(shí)間，并更快地向生產(chǎn)產(chǎn)品。在市場(chǎng)上看到的三維CAD解決方案中，SolidWorks2014是設(shè)計(jì)過(guò)程中最方便、最方便的軟件之一。美國(guó)Daratech評(píng)論道:“Windows是基于SolidWorks2014平臺(tái)的CAD軟件中最著名的

52、品牌，他是增長(zhǎng)市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者。”設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大，操作方便(包括Windows風(fēng)格，點(diǎn)/拖/落錘，剪切/粘貼)SolidWorks2014協(xié)作，整個(gè)設(shè)計(jì)是可編輯，三維、二維之間有關(guān)聯(lián)。5.1 零件圖繪制利用solidworks2014對(duì)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手主要零件進(jìn)行繪制。通過(guò)草圖繪制，拉伸、拔模、切除、渲染等一系列命令對(duì)盤(pán)進(jìn)行繪制。機(jī)械臂零件圖如圖5.1：圖5.1 機(jī)械臂通過(guò)草圖繪制，拉伸、拔模、切除、渲染等一系列命令進(jìn)行繪制。傳動(dòng)齒條零件圖如圖5.2：圖6.2 x軸傳動(dòng)齒條通過(guò)草圖繪制，拉伸、拔模、切除、渲染等一系列命令進(jìn)行繪制。伺服電機(jī)零件圖如圖5.2：圖5.3 伺服電機(jī)通過(guò)CAD草圖導(dǎo)

53、入三維軟件，拉伸、切除、渲染等一系列命令進(jìn)行繪制。齒輪零件圖如圖5.4：圖5.4 齒輪通過(guò)草圖繪制，拉伸、切除、渲染等一系列命令進(jìn)行繪制。導(dǎo)軌零件圖如圖5.5：圖5.5 導(dǎo)軌通過(guò)草圖繪制，拉伸、切除、裝配、鏡像、配合等一系列命令進(jìn)行繪制。機(jī)架裝配圖如圖5.6：圖5.6 機(jī)架通過(guò)草圖繪制，拉伸、切除、裝飾螺紋線、渲染等一系列命令進(jìn)行繪制。絲桿零件圖如圖5.7：圖5.7 絲桿通過(guò)草圖繪制，拉伸、切除、鏡像、渲染等一系列命令進(jìn)行繪制。軸承座零件圖如圖5.8：圖5.8 軸承座通過(guò)草圖繪制，拉伸、切除、鏡像、線性陣列渲染等一系列命令進(jìn)行繪制機(jī)械下臂支架零件圖如圖5.8：圖5.8 機(jī)械臂支架5.2 裝配體

54、繪制在solidworks2014內(nèi)新建裝配體將上述繪制的零件圖分別插入進(jìn)行裝配配合，組成食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手裝配體如圖5.9圖5.9 直角坐標(biāo)系食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手裝配體第6章 結(jié)論與展望6.1 成本分析一款好的直角坐標(biāo)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手不但需要良好的抓取能力，成本的高低也同樣是一個(gè)重要指標(biāo)。本次設(shè)計(jì)任務(wù)，本著簡(jiǎn)單實(shí)用的設(shè)計(jì)原則，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在功能具備的情況下盡可能的簡(jiǎn)化以降低成本。1）電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)在選擇的時(shí)候選擇轉(zhuǎn)速功率適當(dāng)?shù)耐瑫r(shí)兼?zhèn)涞统杀咎攸c(diǎn)的電動(dòng)機(jī)。Y100L1-4型電動(dòng)機(jī)現(xiàn)在市場(chǎng)參考價(jià)在500元以下，性價(jià)比較為突出。2）傳動(dòng)。為了降低成本，選取絲杠和齒條還有齒輪配合

55、使用的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。此組件的成本不到200元，相對(duì)于減速器的價(jià)格是相當(dāng)廉價(jià)的。3）抓取機(jī)構(gòu)。選用機(jī)械手抓取，效果好但成本很低。在滿足抓取功能的前提下省去了較多的伺服電機(jī)和感應(yīng)系統(tǒng)，直接用一定規(guī)格的型鋼替代。至此，抓取部分的成本降低。由于采用了以上措施，整個(gè)直角坐標(biāo)食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手的成本不到1000元。當(dāng)前同類產(chǎn)品在中國(guó)市場(chǎng)里國(guó)產(chǎn)品牌不多且價(jià)格較高（一般2000元左右），低成本高效率使得本抓取機(jī)在同類產(chǎn)品中競(jìng)爭(zhēng)力顯著提升。6.2 實(shí)用性分析 由于本機(jī)采用了自動(dòng)的抓取理念，使本機(jī)具有以下特點(diǎn)：抓取高效保證抓取在同一區(qū)域達(dá)到24次/分，效率很高，自動(dòng)化程度高。機(jī)械傳動(dòng)迅速機(jī)械傳動(dòng)穩(wěn)定高效，減少

56、故障率。 下面分析一下本機(jī)的不足之處。尺寸較大本機(jī)在同類機(jī)器中尺寸相比較大。與之帶來(lái)的問(wèn)題較多，如機(jī)器笨重，操作上具有一定的局限。存在抓取死角采用方式優(yōu)點(diǎn)固然很多，但也不可避免的存在缺陷。雖然能迅速高效的抓取一般情況下的地面，但是當(dāng)遇到工作空間較為狹窄非平面的情況時(shí)，會(huì)留下抓取死角。功能單一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單帶來(lái)的問(wèn)題就是功能單一，不能實(shí)行系統(tǒng)智能化。同類高端產(chǎn)品中某些產(chǎn)品除了對(duì)地面的抓取和的功能。6.3 總結(jié)本次設(shè)計(jì)，從外文翻譯和開(kāi)題報(bào)告開(kāi)始，經(jīng)歷了設(shè)計(jì)方案的確定，零部件的設(shè)計(jì)和整體方案的完成，歷時(shí)2個(gè)月的時(shí)間。在這兩個(gè)月里，查閱了大量參考資料和文獻(xiàn)，零部件的設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)了設(shè)計(jì)，修改，再設(shè)計(jì)的過(guò)程，最終趨

57、于完善。方案的簡(jiǎn)化帶來(lái)的不僅僅是更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，還有更多的市場(chǎng)信息。這讓我了解到，理論和現(xiàn)實(shí)的差距。雖然使用最新的技術(shù)可以達(dá)到更好的效果，但是必須結(jié)合現(xiàn)實(shí)，一臺(tái)抓取機(jī)就算抓取效果再好，但如果賣到上萬(wàn)元的價(jià)格，可能會(huì)無(wú)人問(wèn)津了。這就是現(xiàn)實(shí)，而我們大學(xué)生缺少的正是理論與現(xiàn)實(shí)的聯(lián)系，很多人只知道以為的學(xué)習(xí)課本上的而很少去問(wèn)去聯(lián)系現(xiàn)實(shí)中的情況，這樣導(dǎo)致的結(jié)果必然是理論與現(xiàn)實(shí)越走越遠(yuǎn)，雖然畢業(yè)，但卻不是社會(huì)的可用之材。所以我的這次設(shè)計(jì)總結(jié)起來(lái)就一句話：用最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)達(dá)到最實(shí)用的效果。結(jié)論本次設(shè)計(jì)的食用油包裝箱自動(dòng)碼垛機(jī)械手，外形尺寸約3500*3500*2800mm。設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)合理，能夠滿足5kg食用油包裝箱抓取的使用要求，關(guān)鍵傳動(dòng)部件各部分結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠滿足使用要求，對(duì)使用工況分析后動(dòng)力部分、機(jī)械傳動(dòng)部分、支撐部分、執(zhí)行部分等選擇較為合適的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)部分電機(jī)減速機(jī)根據(jù)設(shè)備參數(shù)選擇較為合適的型號(hào)，運(yùn)載能力在滿足使用要