I快遞分揀機(jī)器人傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u3668快遞分揀機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1185401引言 241742分揀機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì) 3116042.1總體方案分析 3129762.4分揀機(jī)器人方案設(shè)計(jì) 476863分揀機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6306423.1動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) 6117283.2電機(jī)選型 6162613.3齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 6138021.齒輪的類型、精度等級(jí)要確定，而且材料和齒數(shù)也要確定 7146212）高精度自動(dòng)分揀機(jī)器人手，選擇7級(jí)精度。 84042.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 825193（1）確定公式中的計(jì)算值 816359（2）計(jì)算 9234023.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 104382（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值， 1010936（2）設(shè)計(jì)計(jì)算 11295624.確定幾何尺寸 11182953.4同步帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 12132853.5絲杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1471283.6軸承的計(jì)算校核 18268764分揀機(jī)器人零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2032074.1手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20294894.2上臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21135054.3下臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2148904.4腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22173814.5底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23284634.6小臂后箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2342844.7連桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 23277824.8分揀機(jī)器人總體結(jié)構(gòu) 24224755結(jié)論 256725（1）具有足夠的握力 251386（2）手指間應(yīng)具有一定的開閉角 2511756（3）保證工件準(zhǔn)確定位 2512673（4）具有足夠的強(qiáng)度和剛度 2516035參考文獻(xiàn) 26摘要:當(dāng)前國(guó)內(nèi)的快遞業(yè)發(fā)展速度很快，人工分揀的問題很多，最關(guān)鍵的就是速度很慢且成本很高，而機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展是使得機(jī)器人技術(shù)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)成為了學(xué)界一直熱點(diǎn)研究的事物，對(duì)于快遞包裹分揀工作模式以及實(shí)際場(chǎng)地環(huán)境，提出了分揀機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案。本次設(shè)計(jì)的最大優(yōu)勢(shì)在體積方面，相對(duì)于其他比較小，在運(yùn)行的效率非常高，在結(jié)構(gòu)上也相對(duì)較簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用同步帶的傳動(dòng)完成機(jī)器人水平方向的伸縮和旋轉(zhuǎn)。豎直方向的運(yùn)動(dòng)采用齒輪，絲杠的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。在設(shè)計(jì)過程中利用大量計(jì)算公式進(jìn)行驗(yàn)證，完成了分揀機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：機(jī)器人；分揀；機(jī)器人設(shè)計(jì)1引言電子商務(wù)的興起不僅改變了零售業(yè)的生態(tài)，而且深刻地影響了人們的購(gòu)物習(xí)慣。如今，“雙十一”等流行的網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物節(jié)日已經(jīng)被寫入人們的日常生活日歷中。不斷刷新的網(wǎng)購(gòu)總量，接連沖擊著傳統(tǒng)零售業(yè)的磐石，在快遞物流行業(yè)掀起了前所未有的波瀾。在2018年，中國(guó)物流業(yè)總產(chǎn)值占GDP的12.9%，而這一比例在發(fā)達(dá)國(guó)家僅為5%~8%。中國(guó)的快遞量在世界上占43%以上，居世界第一。隨著快遞業(yè)的不斷壯大，國(guó)家和政府高度重視。2019年，全國(guó)人大呼吁推進(jìn)快遞進(jìn)農(nóng)村和社區(qū)，電子商務(wù)平臺(tái)和實(shí)體店的協(xié)調(diào)發(fā)展。相關(guān)快遞規(guī)定已納入國(guó)務(wù)院下發(fā)文件，毫無(wú)疑問，時(shí)代賦予了快遞行業(yè)最肥沃的土壤，同時(shí)，百億計(jì)的運(yùn)輸量也促使快遞企業(yè)不斷提高工作效率。分揀是快遞過程中的核心環(huán)節(jié)，其中分揀時(shí)間占物流中心總工作時(shí)間的30%~40%，分揀成本占物流中心總成本的90%。由此可見，快遞分揀技術(shù)水平基本上決定了企業(yè)的工作效率，用戶信譽(yù)和市場(chǎng)規(guī)模，面對(duì)日益擴(kuò)大的業(yè)務(wù)規(guī)模，手工分揀已不能滿足企業(yè)的發(fā)展需求。采用自動(dòng)分揀技術(shù)突破瓶頸已成為業(yè)界的共識(shí)。國(guó)際快遞巨頭DHL采用全自動(dòng)分揀流程，其在上海的北亞樞紐擁有每天分揀21萬(wàn)包的處理能力，亞洲編號(hào)中國(guó)最大的單一物流中心，擁有世界上最高水平的自動(dòng)化分揀業(yè)務(wù)。其核心技術(shù)由京東獨(dú)立開發(fā)，中心每小時(shí)可分揀105萬(wàn)包，準(zhǔn)確率99.9%.。工業(yè)不斷的變換發(fā)展，科技也在日新月異的前進(jìn)，生產(chǎn)已經(jīng)從傳統(tǒng)的手工勞動(dòng)一步步走向自動(dòng)化、無(wú)人化。以德國(guó)聯(lián)邦教研部為主制定的2020高科技戰(zhàn)略，也就是常說的“德國(guó)工業(yè)4.0”，是德國(guó)對(duì)將來工業(yè)生產(chǎn)模式發(fā)展的展望與規(guī)劃。在這個(gè)生產(chǎn)模式中，工廠與工廠內(nèi)外的事物和服務(wù)不再是分散的個(gè)體，它們會(huì)被互聯(lián)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)連接起來，還將影響到商業(yè)模式的轉(zhuǎn)變，從整體上提高模式層次。產(chǎn)業(yè)鏈分工將會(huì)被重新組織安排，之前形成的行業(yè)間的壁壘將會(huì)被打破，新的合作關(guān)系和形式會(huì)帶給世界極大地改變。為了與世界同步，不落后于世界，中國(guó)提出“中國(guó)制造2025”規(guī)劃，強(qiáng)化工業(yè)基礎(chǔ)能力，提高綜合集成水平，完善多層次多類型人才培養(yǎng)體系，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，培育有中國(guó)特色的制造文化，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)由大變強(qiáng)的歷史跨越。因此，分揀機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)在目前以及未來的工業(yè)發(fā)展中具有不可替代的作用，具有廣泛發(fā)展前景。2分揀機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于上下料、分揀、焊接和噴漆等方面。機(jī)器人的出現(xiàn)，解放了人的手足，擴(kuò)大了人的大腦功能。它不僅能夠替代人在危險(xiǎn)、有毒、有害、冰冷和高熱等惡劣條件中工作。還能幫助人完成繁瑣、單調(diào)的重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。目前機(jī)器人主要用在制造業(yè)里，尤其是在電器制造、汽車制造、機(jī)械制造及材料加工等行業(yè)。隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，人們對(duì)產(chǎn)品的功能、性能等要求不斷提高，機(jī)器人的應(yīng)用范圍也日益廣大。氣動(dòng)機(jī)器人屬于機(jī)器人的一種，它具有動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、可靠性高、節(jié)約能源和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)和生活中被廣泛使用。PLC控制機(jī)器人，可按相關(guān)要求選擇相應(yīng)的產(chǎn)品來完成復(fù)雜動(dòng)作的邏輯控制?；赑LC控制的機(jī)器人，是以邏輯控制為主體，組成模擬量控制系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)，抗干擾能力和帶負(fù)載輸出能力強(qiáng)，比較穩(wěn)定，能夠很好的適應(yīng)環(huán)境。機(jī)器人可以進(jìn)行各種編程，以完成各種要求的工作任務(wù)。它在構(gòu)造上有人體的外形，同時(shí)在性能上兼有人的靈活和機(jī)器的精確等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。尤其在智能和適應(yīng)性上將人的特點(diǎn)體現(xiàn)的淋漓盡致。機(jī)器人作業(yè)準(zhǔn)確，并且能夠在許多惡劣的環(huán)境中完成作業(yè)。尤其在易爆，易燃，有毒，極寒，高溫，及有放射性物質(zhì)等危險(xiǎn)的環(huán)境中替代人工進(jìn)行繁瑣且危險(xiǎn)的工作。這對(duì)于改善工人的勞動(dòng)環(huán)境，保護(hù)工人的身體健康具有十分積極的意義。同時(shí)，其在社會(huì)生產(chǎn)中應(yīng)用愈來愈廣泛，有著廣闊的研究前景，值得深入探索和研究。2.1總體方案分析2.1.1分揀機(jī)器人的組成圖2-1組成框架圖它一般是由控制系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)（執(zhí)行系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）及檢測(cè)系統(tǒng)組成。（1）執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是機(jī)器人執(zhí)行動(dòng)作所必須的構(gòu)件的集合。（2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)作。常用的機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電機(jī)傳動(dòng)。（3）控制系統(tǒng)：控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)作，即控制執(zhí)行系統(tǒng)按照預(yù)計(jì)的程序進(jìn)行動(dòng)作。（4）檢測(cè)系統(tǒng)：通過各類檢測(cè)傳感裝置檢測(cè)執(zhí)行系統(tǒng)的狀況，在產(chǎn)生錯(cuò)誤或故障時(shí)發(fā)出警告，然后進(jìn)行反饋。2.1.2機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析本物料分揀機(jī)器人設(shè)計(jì)只是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，也就是設(shè)計(jì)機(jī)械部分。機(jī)械部分主要是分為驅(qū)動(dòng)部分和執(zhí)行系統(tǒng)。各部分系統(tǒng)分析如下：（1）執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)是機(jī)器人執(zhí)行動(dòng)作所必須的構(gòu)件的集合。這里包括了機(jī)座、手臂梁、手腕梁等。（2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力系統(tǒng)，用來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件進(jìn)行動(dòng)作。常用的機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電機(jī)傳動(dòng)。2.4分揀機(jī)器人方案設(shè)計(jì)2.4.1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)自動(dòng)分揀機(jī)器人手的實(shí)際運(yùn)動(dòng)需求，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料，所以需要設(shè)計(jì)四個(gè)及以上的自由度來能保證實(shí)現(xiàn)所有的運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過實(shí)習(xí)的觀察，和自己查詢資料的結(jié)果，初步設(shè)計(jì)本次的方案如下圖所示。1—底座；2—腰座；3—旋轉(zhuǎn)體；4—上臂；5—滑臺(tái)；6—上臂；7-手圖2-7沖壓送料機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.4.2傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)完成機(jī)械安裝的方法有很多，常見的有液壓、氣動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但空間緊湊，非常適合使用小型結(jié)構(gòu)的機(jī)械，所以動(dòng)力全部由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。（1）腰座升降運(yùn)動(dòng)腰座的升降運(yùn)動(dòng)需要將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)過上一小節(jié)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式的分析，采用絲杠螺母的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。（2）下臂的旋轉(zhuǎn)上臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以直接使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)來完成，為節(jié)省空間，采用齒輪結(jié)構(gòu)，利用一組直齒輪來完成驅(qū)動(dòng)。（3）上臂的伸縮上臂伸縮的距離較長(zhǎng)，不適合采用絲杠螺母的結(jié)構(gòu)，為保證傳動(dòng)精度，本次設(shè)計(jì)采用同步帶的結(jié)構(gòu)加上直線滑塊模組來保證上臂在下臂上精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)。（4）手結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)當(dāng)沖壓送料手吸住沖壓件后，可能不是想要的角度位置，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。由于上臂較長(zhǎng)，所以不能使用齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，于是手結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)也采用同步帶的方式來完成。3分揀機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)通常的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式有以下三種：（1）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)電力驅(qū)動(dòng)是目前使用最廣泛的驅(qū)動(dòng)。它的能量其實(shí)比手說的相對(duì)簡(jiǎn)單，在速度范圍也很大，工作效率也是比較高的一類，它們大部分都是連接到減速裝置上的，直接驅(qū)動(dòng)比較困難。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按電流的形式可分為直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制方式。這種控制是一種比較簡(jiǎn)單的類型，但是上面的功率相對(duì)較小，所以在一些要求精度低、功耗低的機(jī)器人系統(tǒng)中更常用。（2）液壓驅(qū)動(dòng)器液壓傳動(dòng)這類型的驅(qū)動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)更適合高功率，還因?yàn)闄?quán)力的這種類型的驅(qū)動(dòng)器的方面是相對(duì)較大的，也是一種以上的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要一個(gè)減速齒輪，與此同時(shí)，響應(yīng)也相對(duì)快速、精確的伺服驅(qū)動(dòng)是非常高的。（3）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器氣壓傳動(dòng)裝置是一種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但在權(quán)力，沒有液壓驅(qū)動(dòng)，條件下的平等權(quán)力，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率小，而且對(duì)壓力較小的原因，上面的控制速度不是很方便，所以在一些精度不高液位控制系統(tǒng)是能夠使用。通過對(duì)以上三種驅(qū)動(dòng)方式的比較，本課題的機(jī)器人在電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的選擇上采用了直流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。3.2電機(jī)選型電機(jī)簡(jiǎn)單來說就是一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，是沖壓送料機(jī)器人動(dòng)作的動(dòng)力源，也是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)核心裝置，它對(duì)于安全性以及可靠性是有一定的影響的。電機(jī)的選擇有多鐘，由于本次沖壓送料機(jī)器人傳動(dòng)的工件較小，所需要的位置精度很高，所以選用伺服電機(jī)作為本次設(shè)計(jì)使用。查詢相關(guān)伺服電機(jī)資料，根據(jù)本次設(shè)計(jì)情況，可以選擇110-02030伺服電機(jī)額定功率600W，額定電壓220V，額定轉(zhuǎn)矩1.96N·m。3.3齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)圖3-1齒輪設(shè)計(jì)1.齒輪的類型、精度等級(jí)要確定，而且材料和齒數(shù)也要確定1）根據(jù)確定的傳動(dòng)方案，本設(shè)計(jì)選用圓柱直齒圓柱齒輪，其壓力角為20度。2）高精度自動(dòng)分揀機(jī)器人手，選擇7級(jí)精度。3）在材料選擇上，目前為45鋼齒輪，其硬度范圍為229~286HBS。4）齒輪1齒數(shù)，傳動(dòng)比選取，齒輪2齒數(shù)為防止齒數(shù)嚙合破壞，齒數(shù)互質(zhì)，選擇2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行驗(yàn)算，即 （1）確定公式中的計(jì)算值1）試選載荷系數(shù)2）計(jì)算齒輪傳動(dòng)的扭矩3）選取齒寬系數(shù)4）查詢材料的彈性影響系數(shù)5）根據(jù)齒面硬度，確定齒輪的接觸疲勞極限為，；6）齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(每天兩次，每次8小時(shí)，每年使用300天，使用計(jì)算20年)7）查取接觸疲勞壽命系數(shù)，8）計(jì)算接觸疲勞許用力取失效概率為1%，安全系數(shù)，查詢資料得取中較小者為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即（2）計(jì)算1）試算齒輪分度圓直徑2）計(jì)算圓周速度根據(jù)設(shè)定角加速器30所以有3）計(jì)算齒寬 為保證齒輪強(qiáng)度齒寬b取值13mm4）計(jì)算齒寬與齒高之比5）計(jì)算載荷由表查得使用系數(shù)；根據(jù)，6級(jí)精度，查得動(dòng)再系數(shù)；直齒輪，；根據(jù)材料表的參數(shù)，采用這種插值法可以查到需要的參數(shù)，里面的齒輪的精度數(shù)值為6，在這個(gè)相對(duì)支承但是又不是對(duì)稱布置的時(shí)候，其齒向載荷分布系數(shù)為；由，，查得 6）校正分度圓直徑 7）計(jì)算模數(shù) 3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)試算模數(shù)的設(shè)計(jì)公式 （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值，1）查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，QUOTEσFlim1，2）取彎曲疲勞壽命系數(shù)，3）計(jì)算彎曲疲勞需用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.7，由式得 4）計(jì)算載荷系數(shù) 5）查得齒形系數(shù)，6）查得應(yīng)力校正系數(shù)，7）計(jì)算齒輪的并加以比較 因?yàn)辇X輪1的大于齒輪2的數(shù)值，所以?。?）設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)上述計(jì)算，模量較小?？紤]實(shí)際加工情況，考慮齒輪的強(qiáng)度和剛度要求，其取模量為m=2。4.確定幾何尺寸1）計(jì)算分度圓直徑 2）計(jì)算中心距 2）計(jì)算齒寬 保證強(qiáng)度，齒寬取整5.繪制齒輪零件圖，詳細(xì)見附件二維圖紙6.齒輪主要參數(shù)表表3-1齒輪的主要參數(shù)名稱代號(hào)齒輪1齒輪2模數(shù)m2中心距A69壓力角α20精度等級(jí)JD6齒數(shù)z1752齒寬b1313分度圓直徑d34104齒頂圓直徑da38108齒根圓直徑df29993.4同步帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算選擇滾珠絲杠和皮帶，需要對(duì)滾珠絲杠和皮帶的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在計(jì)算前，先對(duì)平臺(tái)下各自由度的荷載進(jìn)行估算：第一自由度荷載為20kg；第二自由度為5kg；第三個(gè)自由度為0.5kg。設(shè)計(jì)計(jì)算以抓取同步帶為例進(jìn)行設(shè)計(jì)，該同步帶主要完成手爪的夾持和張緊，由于設(shè)計(jì)抓取的重物為圓柱形，外徑Φ40-60mm，長(zhǎng)度范圍為40-60mm，質(zhì)量小于500，所以傳動(dòng)的功率估計(jì)為500W，帶輪轉(zhuǎn)速100r/min。1）設(shè)計(jì)功率由表查得2）選定帶型和節(jié)距根據(jù)，節(jié)距3）確定小帶輪齒數(shù)根據(jù)帶型H和小帶輪轉(zhuǎn)速，查得小帶輪的最小齒數(shù)在這里取4）小帶輪節(jié)圓直徑根據(jù)上式查得其外徑5）在這里大帶輪和小帶輪相同，傳動(dòng)比為1因此大帶輪的外徑與小帶輪相同所以有，6）帶速v7）初定軸間距取8）確定帶長(zhǎng)及齒數(shù)根據(jù)上式查得帶長(zhǎng)代號(hào)為1100的H型同步帶，其節(jié)線長(zhǎng)，節(jié)線長(zhǎng)上的齒數(shù)。9）實(shí)際軸間距a10）小帶輪嚙合齒數(shù)11）基本額定功率由機(jī)器人機(jī)手冊(cè)]查得，12）計(jì)算帶寬由手冊(cè)查得H型帶由手冊(cè)查得，應(yīng)選帶寬代號(hào)為300的H型帶，其13）帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸傳動(dòng)選用的同步帶為1100H300；3.5絲杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用絲杠傳動(dòng)。絲杠的軸向力是三自由度載荷的總力。因此，絲杠的軸向載荷為200N。必要的條件是：絲杠負(fù)荷；電機(jī)最高轉(zhuǎn)速n=3000r/min；絲杠導(dǎo)程=10mm；等效速度(考慮到運(yùn)動(dòng)過程中軸向載荷小，電機(jī)轉(zhuǎn)速高，將等效速度簡(jiǎn)化為1500r/min)；等效負(fù)載(根據(jù)恒載運(yùn)動(dòng)的原理)。圖3-2絲杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算動(dòng)負(fù)載：由公式其中：壽命系數(shù)，轉(zhuǎn)速系數(shù)，要求壽命，=300×16×10＝48000h綜合系數(shù)，其中：查表3-2得；查表3-3得；查表3-4得；查表3-5得；查表3-6得表3-2溫度系數(shù)工作溫度小于10012515017520022525010.950.900.850.800.750.70表3-3硬度系數(shù)硬度》585552.55047.545401.01.111.351.561.922.43.85表3-4精度系數(shù)精度等級(jí)1、2、34、57101.00.90.80.7表3-5負(fù)載性質(zhì)系數(shù)負(fù)荷性質(zhì)無(wú)沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)一般運(yùn)動(dòng)有沖擊和振動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)1-1.21.2-1.51.5-2.5表3-6可靠性系數(shù)可靠度9095969798991.000.620.530.440.330.21經(jīng)計(jì)算，得，因此得到選用RNBS標(biāo)準(zhǔn)螺帽精度為滾珠絲杠副，其型號(hào)為RNBS2510A，其額定動(dòng)載荷為3.24KN>2.1KN，滿足要求根據(jù)工作沖程的垂直方向?yàn)?00mm，標(biāo)準(zhǔn)螺桿長(zhǎng)度為500mm的滾珠絲杠副。不發(fā)生共振臨界轉(zhuǎn)速校核：式中E—材料的拉、壓彈性模量，鋼的J—絲杠軸最小截面慣性矩（）；A—絲杠軸最小截面面積；—臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度（m）；ρ—材料密度鋼的；—安全系數(shù)，取=0.8；將E、J、A、ρ、的值代入得其中：查表3-7得：=3.927，由滾珠絲杠副參數(shù)知：絲杠螺紋底徑mm臨界轉(zhuǎn)速長(zhǎng)度：mm經(jīng)計(jì)算得，符合要求表3-7支撐方式系數(shù)支撐方式一端固定一端自由一端固定一端游動(dòng)兩端固定0.252.004.001.8753.9274.730適應(yīng)范圍低速短軸垂直安裝中速、較高精度高速、高精度、高剛度臨界壓縮載荷校核：不發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮載荷，以表示，按歐拉公式計(jì)算式中E、J、—含義同上；—最大受壓長(zhǎng)度（m）；—絲杠支承方式系數(shù)；—安全系數(shù)，取=；將E、J、、π的值代入上式可簡(jiǎn)化得其中：查表3-8得：=2.00，由滾珠絲杠副參數(shù)知：絲杠螺紋底徑mm臨界轉(zhuǎn)速長(zhǎng)度：mm經(jīng)計(jì)算得15.2KN，符合要求。3.6軸承的計(jì)算校核圖3-3軸承設(shè)計(jì)根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸，旋轉(zhuǎn)軸承6203，內(nèi)徑17mm，外徑40mm，預(yù)期軸承的壽命=50000h。查詢資料可得：=20100N，=22000N由于軸承所受載荷平穩(wěn)，=1.0大齒輪的圓周力：==N=36.30N大齒輪的徑向力：==36.30°=13.21N軸承承受的軸向力主要是沖壓件送料機(jī)器人腰座以上的所有重力，估計(jì)上部總的質(zhì)量W為2kg，則軸向力：=29.8=19.6N計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷：==1.50＞故X=0.56，Y=1.71壽命計(jì)算：==由于軸承受力很小，故遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過需用壽命。4分揀機(jī)器人零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器人的通用性是更重要的是，如果特征太簡(jiǎn)單，沒有太多的價(jià)值，所以在這個(gè)多才多藝的加強(qiáng)，有必要手操縱的機(jī)制做一個(gè)結(jié)構(gòu)，可以更換，另外，可以變成一種氣動(dòng)吸盤的結(jié)構(gòu)。這種手的結(jié)構(gòu)是手指和力的傳遞的簡(jiǎn)單結(jié)合。這種制度形式多樣，適應(yīng)面廣。對(duì)手部的基本要求（1）具有足夠的夾緊力；手指的夾緊力也是一個(gè)重要的因素。在確定時(shí)，需要考慮一些影響因素才能確定。首先要考慮的是慣性力和振動(dòng)，確保機(jī)器人在工作時(shí)不會(huì)松動(dòng)或脫落。（2）手指間應(yīng)具有一定的開閉角；手指的開閉角度用來保證物體在達(dá)到指定位置4后可以正常的分離或進(jìn)入。一般情況下，當(dāng)工作條件較好，環(huán)境允許時(shí)，最好是打開和關(guān)閉更大的范圍。（3）保證工件準(zhǔn)確定位；設(shè)計(jì)過程中總會(huì)有偏差，所以在選擇和匹配時(shí)采用了IT8級(jí)，可以滿足工件的定位。（4）具有足夠的強(qiáng)度和剛度；手的材料通常同時(shí)使用強(qiáng)度和剛度來滿足抓取物體的尺寸。（5）考慮被抓工件的形狀要求。本次設(shè)計(jì)任務(wù)要求：工件為圓柱形，外徑Φ40-60mm，長(zhǎng)度范圍為40-60mm，質(zhì)量小于500g；所以可以設(shè)計(jì)為夾持型機(jī)器人，利用齒輪嚙合的轉(zhuǎn)動(dòng)，完成對(duì)圓柱形工件的夾取，這樣實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)將齒輪和連接臂做成一個(gè)整體，不僅能提高強(qiáng)度使得設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更為緊湊。圖4-1手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝配圖4.2上臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上臂采用一塊底板和一個(gè)封罩組合的結(jié)構(gòu)，采用鈑金件風(fēng)罩大大降低上臂結(jié)構(gòu)的重量，從而降低對(duì)電機(jī)和整體性能的要求。上臂的作用主要是驅(qū)動(dòng)末端手結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)利用封罩將同步帶擋住防止灰塵等雜物進(jìn)入。材料選用密度低的鋁料能進(jìn)一步減輕重量，同時(shí)加工制造也更方便。圖4-2上臂側(cè)板結(jié)構(gòu)圖4.3下臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下臂結(jié)構(gòu)和上臂類似，因?yàn)樵O(shè)計(jì)上臂的驅(qū)動(dòng)也是采用同步帶的結(jié)構(gòu)，上臂作用在同步帶上，隨著同步帶的移動(dòng)而改變位置。所以下臂設(shè)計(jì)成由三塊板組合而成的U型槽結(jié)構(gòu)，同步在才槽中運(yùn)動(dòng)。在U型槽外設(shè)計(jì)左右兩組滑槽導(dǎo)軌，上臂的結(jié)構(gòu)固定在滑槽上，這樣保證上臂精準(zhǔn)的直線運(yùn)動(dòng)。圖4-3下臂設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖4.4腰座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器人的腰部可以支撐手臂，并實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的回轉(zhuǎn)功能，所以腰部旋轉(zhuǎn)最要的是有足夠的轉(zhuǎn)矩和適合轉(zhuǎn)速，并克服運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。除了需要根據(jù)實(shí)際情況加裝減速裝置之外，還應(yīng)滿足以下基本要求：（1）足夠的強(qiáng)度和剛度。（2）較好的整機(jī)低頻和動(dòng)態(tài)特性，不致發(fā)生共振。（3）良好的熱穩(wěn)定性。（4）工藝性要好，便于拆裝和安全運(yùn)輸。如圖4-4所示，本機(jī)器人的腰部主要包括滑動(dòng)部分、支撐部分、傳動(dòng)部分以及其他輔助部分。腰部傳動(dòng)原理與臂部相同，都是電機(jī)通過同步輪帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使滑臺(tái)在滑動(dòng)導(dǎo)軌上滑動(dòng)，導(dǎo)軌兩端有防撞擋塊，從而實(shí)現(xiàn)腰部的上下伸縮，但電機(jī)必須帶制動(dòng)。其中，腰部支撐臂、腰筒和滑臺(tái)選用KBM系列鋁合金，緩沖塊選用WS系列銅合金。與其他機(jī)器人不同，腰部回轉(zhuǎn)電機(jī)安裝在腰筒內(nèi)，電機(jī)通過減速器帶動(dòng)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可以固定手臂；腰部支撐臂兩端設(shè)置有導(dǎo)軌，滑臺(tái)可以在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，并在滑臺(tái)上下加裝防撞緩沖塊，整個(gè)支撐臂有兩個(gè)肋板固定支撐在基座箱中。圖4-4腰部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖4.5底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)底座結(jié)構(gòu)采用ht-200鑄鐵板，將小型沖壓件的進(jìn)給機(jī)器人的大部分質(zhì)量集中在底座上，從而降低了機(jī)器人的重心，保證了其正常完成沖壓件的進(jìn)給操作。底座設(shè)計(jì)成筒狀結(jié)構(gòu)，中間腰座的升降就在圓筒內(nèi)部完成，根據(jù)腰座升降結(jié)構(gòu)的尺寸大小以及升降范圍設(shè)計(jì)底座結(jié)構(gòu)圖如下。圖4-5底座結(jié)構(gòu)圖4.6小臂后箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)小臂后箱體的作用：一方面起連接大臂與小臂的作用，另方面安裝在小臂后箱體內(nèi)部的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)小臂繞自身軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。4.7連桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)連桿的作用：一方面起連接大臂與小臂的作用，另一方面能夠使小臂的運(yùn)動(dòng)范圍更大、轉(zhuǎn)動(dòng)的更加靈活。4.8分揀機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)通過對(duì)機(jī)器人總體方案、驅(qū)動(dòng)方案、傳動(dòng)方案等分析與設(shè)計(jì)，做出了本機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖4-6所示。從中可以知道，本機(jī)器人是一種中小型擺臂式圓柱坐標(biāo)型四自由度機(jī)器人。它主要由端拾器部分，手臂部分，腕部和腰座等部分組成。其中，機(jī)器人的升降是腰部相對(duì)于基座箱體的運(yùn)動(dòng)；機(jī)器人手臂的伸縮是主臂相對(duì)副臂的運(yùn)動(dòng)；機(jī)器人整體大回轉(zhuǎn)主要是腰部的旋轉(zhuǎn)；機(jī)器人手部小回轉(zhuǎn)則是副臂末端腕部的旋轉(zhuǎn)，它們共同作用，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的空間運(yùn)作，從而使機(jī)器人末端能夠準(zhǔn)確抓取工件，并將工件放置到指定位置。以下為本機(jī)器人關(guān)鍵部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和相關(guān)計(jì)算。圖4-6分揀機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)圖5結(jié)論本文中設(shè)計(jì)的分揀機(jī)器人主要面向動(dòng)作簡(jiǎn)單、節(jié)拍次數(shù)高、工作穩(wěn)定和速度位置精度要求高的沖壓加工產(chǎn)業(yè)。本文主要對(duì)分揀機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了重點(diǎn)分析和研究。設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問題：（1）具有足夠的握力在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。（2）手指間應(yīng)具有一定的開閉角兩手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開閉幅度的要求。（3）保證工件準(zhǔn)確定位為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定