緒論1.1研究背景及意義勞動(dòng)力概念可界定為人體內(nèi)蘊(yùn)藏的生產(chǎn)性能力體系，包括體力與智力雙重維度。作為社會(huì)生產(chǎn)體系的核心要素，其數(shù)量與質(zhì)量直接影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程。自改革開放政策實(shí)施以來，中國依托龐大的勞動(dòng)力資源優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)建設(shè)的跨越式發(fā)展。值得注意的是，當(dāng)前我國人口結(jié)構(gòu)已呈現(xiàn)顯著變化特征，具體表現(xiàn)為老齡化進(jìn)程加速推進(jìn)，適齡勞動(dòng)人口比重持續(xù)下滑，由此引發(fā)勞動(dòng)力市場(chǎng)供需關(guān)系的結(jié)構(gòu)性轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變對(duì)企業(yè)經(jīng)營形成多重壓力：人力資源成本攀升、市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力遭到削弱、利潤空間壓縮，部分企業(yè)甚至需要通過產(chǎn)業(yè)外遷等策略以應(yīng)對(duì)成本上的壓力?！皺C(jī)器換人”指將智能機(jī)器人等新技術(shù)廣泛運(yùn)用于生產(chǎn)和服務(wù)領(lǐng)域，以機(jī)器的自動(dòng)化或半自動(dòng)化部分甚至全部取代人的體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)[1]。這種高新技術(shù)替代機(jī)制不僅緩解了結(jié)構(gòu)性用工失衡，更重要的是形成了以知識(shí)資本積累為特征的新型增長(zhǎng)路徑從而應(yīng)對(duì)當(dāng)前所遭遇的多重壓力 。針對(duì)勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型需求，智能化設(shè)備的規(guī)?；瘧?yīng)用能夠有效提升生產(chǎn)效能。通過引入工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械臂等自動(dòng)化設(shè)備，企業(yè)生產(chǎn)能力可達(dá)到甚至超越傳統(tǒng)人工生產(chǎn)水平。這種技術(shù)替代不僅體現(xiàn)在體力勞動(dòng)層面，更逐步向智能認(rèn)知領(lǐng)域延伸，最終形成勞動(dòng)力市場(chǎng)的新型平衡機(jī)制。相關(guān)研究表明，智能制造技術(shù)的深度應(yīng)用已成為促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要驅(qū)動(dòng)力。本文所設(shè)計(jì)的機(jī)器人為貨物搬運(yùn)領(lǐng)域中的碼垛機(jī)器人，碼垛機(jī)器人屬于工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備中的物料搬運(yùn)裝置，其核心功能涉及各類包裝制品的分層堆疊與位移作業(yè)。該設(shè)備主要由多軸機(jī)械手臂、中央控制模塊、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元以及環(huán)境感知元件構(gòu)成，通過預(yù)設(shè)程序替代人工執(zhí)行高強(qiáng)度重復(fù)性物流操作。這類智能裝備在食品加工、石油化工、建筑材料生產(chǎn)及智能倉儲(chǔ)等工業(yè)場(chǎng)景中具有普遍應(yīng)用價(jià)值，能夠有效提升生產(chǎn)線的貨物轉(zhuǎn)運(yùn)效率與堆碼精度[2]。目前，全球已經(jīng)進(jìn)入了工業(yè)4.0智能工廠時(shí)代。碼垛機(jī)器人使用越來越廣，將成為制造新模式[3]。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀多關(guān)節(jié)機(jī)器人研發(fā)應(yīng)用也只有幾十年的歷史。與傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人相比，尚未形成完整的研發(fā)與應(yīng)用體系。然而，由于存在技術(shù)發(fā)展較為成熟的工業(yè)機(jī)器人，且兩者有較多的技術(shù)重疊[4]，所以對(duì)于多關(guān)節(jié)機(jī)器人的研發(fā)可以借鑒現(xiàn)技術(shù)較為成熟的傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人，并在此基礎(chǔ)上，避開傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人擁有的如外形笨重、運(yùn)轉(zhuǎn)形式單一的缺陷[5]。當(dāng)前市場(chǎng)上，工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域呈現(xiàn)顯著分化態(tài)勢(shì)。其中，多關(guān)節(jié)機(jī)器人憑借其靈活運(yùn)動(dòng)特性持續(xù)快速發(fā)展，不僅在市場(chǎng)份額上占據(jù)主流地位，更展現(xiàn)出可觀的應(yīng)用潛力。這類設(shè)備雖然能夠滿足多數(shù)中小型制造企業(yè)的基本生產(chǎn)要求，但其較高的購置成本、部署費(fèi)用及維護(hù)支出，導(dǎo)致國內(nèi)該類型設(shè)備的滲透率長(zhǎng)期低位徘徊。數(shù)據(jù)顯示，目前仍有超過60%的中小規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)依賴傳統(tǒng)人工完成產(chǎn)線作業(yè)，整體自動(dòng)化水平亟待提升。從供需匹配角度觀察，我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)催生出日益增長(zhǎng)的多關(guān)節(jié)機(jī)器人應(yīng)用需求，但本土技術(shù)體系卻面臨多重瓶頸。特別是在運(yùn)動(dòng)控制算法、高精度減速器、伺服驅(qū)動(dòng)等核心技術(shù)領(lǐng)域，目前仍存在關(guān)鍵技術(shù)受制于國外專利壁壘的困境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，進(jìn)口品牌占據(jù)國內(nèi)多關(guān)節(jié)機(jī)器人市場(chǎng)75%以上的份額，這種技術(shù)落差直接制約了我國智能制造戰(zhàn)略的推進(jìn)速度。在此背景下，研發(fā)符合國內(nèi)產(chǎn)業(yè)特征且具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多關(guān)節(jié)機(jī)器人產(chǎn)品，已成為裝備制造領(lǐng)域的重點(diǎn)攻關(guān)方向。當(dāng)前，多關(guān)節(jié)機(jī)器人已在全球工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)深度滲透，其應(yīng)用場(chǎng)景覆蓋精密裝配、質(zhì)量檢驗(yàn)、產(chǎn)品封裝及表面處理等關(guān)鍵工序。以Swisslog與KUKA聯(lián)合研制的智能分揀系統(tǒng)為例（圖1.1），該系統(tǒng)創(chuàng)新采用KUKALBR_iiwa協(xié)作機(jī)器人，通過集成智能傳感裝置與多重安全防護(hù)系統(tǒng)，構(gòu)建了人機(jī)協(xié)同作業(yè)環(huán)境。其運(yùn)作機(jī)理表現(xiàn)為：三維視覺系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集工件信息，經(jīng)中央處理器解析后生成抓取指令，機(jī)械臂完成目標(biāo)定位與物料轉(zhuǎn)移，最終實(shí)現(xiàn)98%以上的分揀準(zhǔn)確率。值得注意的是，該方案突破傳統(tǒng)安全圍欄限制，具備碰撞即時(shí)制動(dòng)功能，僅需人員監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)即可維持產(chǎn)線高效運(yùn)轉(zhuǎn)。國內(nèi)多關(guān)節(jié)機(jī)器人技術(shù)同樣取得突破性進(jìn)展。圖1.2展示了節(jié)卡機(jī)器人聯(lián)合上海交大研發(fā)的六軸協(xié)作機(jī)器人在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用成果[6]。該裝備通過模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，特別適用于多品種、小批量的包裝需求。技術(shù)參數(shù)顯示，其重復(fù)定位精度達(dá)±0.05mm，最大負(fù)載12kg，在食品、醫(yī)藥等行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中，包裝效率較傳統(tǒng)人工提升3倍以上。這種技術(shù)突破標(biāo)志著國產(chǎn)多關(guān)節(jié)機(jī)器人已具備替代進(jìn)口設(shè)備的潛力，為制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。圖1.1自動(dòng)化分揀抓取流水線圖1.2節(jié)卡多關(guān)節(jié)機(jī)器人值得關(guān)注的是，全球工業(yè)4.0浪潮的推進(jìn)為技術(shù)突破提供了戰(zhàn)略契機(jī)。通過融合物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等新興技術(shù)，國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)正加速構(gòu)建智能控制系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)。這種技術(shù)迭代窗口期不僅有助于突破現(xiàn)有技術(shù)封鎖，更為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)彎道超車創(chuàng)造了可能性。目前已有部分國產(chǎn)多關(guān)節(jié)機(jī)器人產(chǎn)品在重復(fù)定位精度（±0.05mm）、負(fù)載能力（20kg級(jí)）等關(guān)鍵參數(shù)上達(dá)到國際先進(jìn)水平，預(yù)示著國產(chǎn)替代進(jìn)程的實(shí)質(zhì)性突破[7]。1.3本論文主要研究?jī)?nèi)容本文所涉及的小負(fù)載立式四軸機(jī)器人本質(zhì)上屬于多關(guān)節(jié)機(jī)器人的一種，在機(jī)器人學(xué)和相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，“立式”通常指的是機(jī)器人的某種特定姿態(tài)或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，具體來說：在位置朝向：在三維空間中，“立式”描述了機(jī)器人某個(gè)部件（通常是基座或末端執(zhí)行器）的位置和朝向。這種位置和朝向可以是靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)變化的。垂直狀態(tài)：在物理學(xué)上，“立式”通常指的是垂直的狀態(tài)，即物體的長(zhǎng)軸與地面垂直。例如，在某些工業(yè)應(yīng)用中，立式機(jī)床是指主軸軸線與工作臺(tái)垂直布置的機(jī)床。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，“立式”可能指的是機(jī)器人的整體或部分結(jié)構(gòu)是垂直放置的，這種設(shè)計(jì)有助于提高穩(wěn)定性或適應(yīng)特定的工作環(huán)境。在整體設(shè)計(jì)中將該機(jī)械臂拆分成傳動(dòng)部分以及抓取部分，如圖1.3所示。在設(shè)計(jì)的過程之中，需要確保機(jī)械臂的其負(fù)載應(yīng)≥100g，且整體板子大小應(yīng)不得超過300mm*300mm。為完成拾物范圍的要求，機(jī)器人臂展應(yīng)>300mm，并在保證完成功能的情況下，盡可能減少其操作難度。并在最終需要通過3d打印等方式將機(jī)械臂的事物進(jìn)行造出，故在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮制造的可行性以及裝配的便捷性。圖1.3設(shè)計(jì)概念圖2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1Z方向傳動(dòng)的設(shè)計(jì)2.1.1帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)即計(jì)算目標(biāo)是為設(shè)計(jì)一款立式四軸機(jī)器人，根據(jù)相關(guān)定義即需要在Z軸方向上完成垂直升降。目前我們常使用的驅(qū)動(dòng)裝置為電機(jī)以及舵機(jī)，是用皮帶則能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成豎直方向上的移動(dòng)。根據(jù)工作原理的不同，皮帶傳動(dòng)可分為摩擦型帶傳動(dòng)（圖2.1）和嚙合型帶傳動(dòng)（圖2.2）。嚙合型帶傳動(dòng)是一種通過帶齒與帶輪齒槽直接嚙合來傳遞動(dòng)力的機(jī)械傳動(dòng)方式。它與傳統(tǒng)的摩擦型帶傳動(dòng)（如V帶、平帶）不同，不依賴摩擦力，而是依靠齒與齒之間的嚙合來實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)，因此嚙合型帶傳動(dòng)也被稱之為同步帶傳動(dòng)。其具有高效、輕量化、高精度、低維護(hù)的特點(diǎn)。圖2.1摩擦型帶傳動(dòng)圖2.2嚙合型帶傳動(dòng)根據(jù)日常做科研經(jīng)驗(yàn)，我們選用同步帶皮帶型號(hào)為HTDS-5M（圖2.3），驅(qū)動(dòng)電機(jī)42步進(jìn)電機(jī)（圖2.4），使用年限為10年，并選用上隆原裝同步帶輪（圖2.5），其標(biāo)準(zhǔn)齒數(shù)為20。圖2.3HTDS-5M圖2.442步進(jìn)電機(jī)圖2.5上隆原裝同步帶輪同步帶輪的允許轉(zhuǎn)速需滿足以下條件：節(jié)圓直徑：（2-1）并已知線速度公式為：（2-2）帶入可得線速度其遠(yuǎn)低于同步帶允許的極限線速度（通?！?0m/s），線速度安全由于42步進(jìn)電機(jī)其會(huì)根據(jù)輸入的PWM的頻率值輸出不同的功率，故此處帶入額已知選用42步進(jìn)電機(jī)的額定電壓為3.3V，電流為1.5A。其為兩相步進(jìn)電機(jī)，且兩相步進(jìn)電機(jī)，且兩相同時(shí)通電（2-3）得出結(jié)論為由于步進(jìn)電機(jī)的效率通常較低（約20%-50%），因此實(shí)際輸出功率遠(yuǎn)小于輸入功率。則輸出功率在2W-5W之間。故遠(yuǎn)小于HTDS-5M的要求。此外環(huán)境溫度在日常生活中為20℃-30℃，故在聚氨酯同步帶的標(biāo)準(zhǔn)工作溫度范圍內(nèi)（-30℃~+80℃），無熱老化風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)公式（2-4）HTDS-5M標(biāo)稱壽命≥30000h，設(shè)每日運(yùn)行8h，10年需29200h，遠(yuǎn)大于所需要的時(shí)間，此外實(shí)際壽命影響因素。由于接近推薦齒數(shù)，且線速度底，故磨損低，嚙合型好，壽命可能延長(zhǎng)[8]。綜上所述，使用型號(hào)為HTDS-5M能滿足Z軸方向上的傳動(dòng)需求。2.1.2Z方向上支撐設(shè)計(jì)即計(jì)算Z方向選擇選擇20鋁型材作為支撐，并使用MGN12導(dǎo)軌以及MGN12C標(biāo)準(zhǔn)滑塊作為Z軸方向上的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件。MGN12微型導(dǎo)軌的參數(shù)如下：表2.1MGN12微型導(dǎo)軌參數(shù)導(dǎo)軌型號(hào)導(dǎo)軌寬度導(dǎo)軌高度導(dǎo)軌孔距MGN1212825導(dǎo)軌的主要損壞形式未磨損，滑軌的磨損與滑軌表面所遭受的壓強(qiáng)成正比，若滑軌表面遭受的壓強(qiáng)越大，則導(dǎo)軌的磨損量也越大。本設(shè)計(jì)Z軸升降裝置中使用導(dǎo)軌為立式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌表面受到的壓強(qiáng)較小，在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中主要起導(dǎo)向作用。故采用兩個(gè)20鋁型材為支撐，并將導(dǎo)軌安裝在鋁型材上。本設(shè)計(jì)中的兩根導(dǎo)軌選用V型直線滑動(dòng)導(dǎo)軌，其端面圖如圖2.6。其優(yōu)點(diǎn)為導(dǎo)向精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用以及后續(xù)維護(hù)方便。圖2.6直線滑動(dòng)導(dǎo)軌端面圖導(dǎo)軌滑塊如圖2.7所示，導(dǎo)軌滑塊表面加工多個(gè)螺紋孔，便于其與支撐板連接，裝拆方便。其滑塊底部為鋼珠，摩擦類型為滾動(dòng)摩擦。 滾動(dòng)摩擦通常遠(yuǎn)小于滑動(dòng)摩擦，因此使用輪子、滾珠軸承等可顯著減少能量損耗。圖2.7滑塊由于導(dǎo)軌不能承受重量，故整體承重由鋁型材承擔(dān)，二者通過彈片螺母以及M5螺絲進(jìn)行連接。Z方向上所需要兩個(gè)輪子轉(zhuǎn)輪分別為電機(jī)惰輪以及電機(jī)帶輪，惰輪其作用有：調(diào)整張緊力：補(bǔ)償同步帶因長(zhǎng)期使用產(chǎn)生的松弛，保持適當(dāng)張緊力，避免打滑或跳齒。改變傳動(dòng)路徑：在空間受限時(shí)，通過惰輪改變帶的走向，適應(yīng)復(fù)雜布局。增加包角：提升帶與主帶輪的接觸角度，增強(qiáng)傳動(dòng)效率和負(fù)載能力[9]。帶輪直接連接在電機(jī)上，故需要設(shè)計(jì)一款連接件將惰輪讓帶輪處于同一平面，通過3d打印設(shè)計(jì)連接件如圖2.8所示。最終效果如圖2.9圖2.8連接件圖2.9Z軸傳動(dòng)示意圖在此處對(duì)惰輪的承載能力進(jìn)行分析，選用的惰輪為20齒的TAAS5M惰輪，其參數(shù)如圖2.10所示：圖2.10TAAS5M惰輪參數(shù)示意圖大多數(shù)惰輪采用標(biāo)準(zhǔn)軸承（如608ZZ深溝球軸承），其額定動(dòng)載荷（C值）約為1.3~1.5kN。設(shè)額定動(dòng)載荷為1.35kN，則理論承重能力為（2-5）安全系數(shù)一般為1.5-2。由式子可得靜態(tài)負(fù)載（低速/間歇運(yùn)行）：最大允許徑向載荷約0.5~0.7kN；動(dòng)態(tài)負(fù)載（連續(xù)運(yùn)行）：建議載荷≤0.3kN。根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求機(jī)器人負(fù)載≥100g，后續(xù)需使用舵機(jī)質(zhì)量約為55g以及部分PLA零件打印以及螺絲螺母安裝約為50g，故總體加起來小于300g，滿足設(shè)計(jì)要求。2.1.3Z方向上滑塊及其連接件設(shè)計(jì)計(jì)算MGN12C標(biāo)準(zhǔn)滑塊的參數(shù)如下：表2.2MGN12C標(biāo)準(zhǔn)滑塊的參數(shù)基本動(dòng)額定載荷基本靜額定負(fù)荷滑塊高度滑塊長(zhǎng)度滑塊寬度290kgf400kgf10mm34.7mm27mm由前惰輪的計(jì)算可以得出，滑塊可承受額定載荷的重量遠(yuǎn)高于實(shí)際重量，故符合要求。后需要進(jìn)行滑塊連接板的設(shè)計(jì)，其需要滿足的功能為連接兩個(gè)滑塊使其處在同一水平線上，并且還要留空間讓皮帶穿過，故設(shè)計(jì)零件為圖2.8。改零件留有對(duì)稱的8個(gè)腰孔可通過螺絲螺母滑塊連接，由于3d打印機(jī)精度問題，采用上偏差，讓PLA中間留有5.4m的空間讓皮帶穿過，并如圖2.11進(jìn)行對(duì)應(yīng)裝配圖2.11滑塊連接件圖2.12局部裝配示意2.2其余方向傳動(dòng)的設(shè)計(jì)2.1.1軸承選擇根據(jù)軸承中摩擦特性的不同，軸承可分為兩類：滑動(dòng)摩擦軸承和滾動(dòng)摩擦軸承。滾動(dòng)軸承由于摩擦系數(shù)小，氣動(dòng)阻力低，在一般機(jī)器上得到廣泛應(yīng)用，并且由于它們是標(biāo)準(zhǔn)化的，因此選擇，潤滑和維護(hù)非常方便。滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。它由四個(gè)部分組成：內(nèi)圈1、外圈2、滾動(dòng)體3和保持架4。內(nèi)圈用于與軸頸組裝，外圈用于與軸承座孔組裝。通常，內(nèi)圈隨軸頸旋轉(zhuǎn)，外圈固定[10]。根據(jù)軸承用于承受外載荷不同來分類，滾動(dòng)軸承可以概括的分為向心軸承和推力軸承兩大類。由于機(jī)械臂既要承受Z方向上的載重，以及水平面上的穩(wěn)定性需要保證。故才此處選用交叉滾子軸承。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為交叉排列滾子，滾子呈90°正交排列，相鄰滾子的軸線交叉，通過隔離塊或保持架分隔，確保均勻載荷分布。其可承受多向承載，可同時(shí)承受徑向、軸向及傾覆力矩，簡(jiǎn)化機(jī)械設(shè)計(jì)。與其他軸承相比，有以下這些優(yōu)勢(shì)：表2.3軸承特性比較特征交叉滾子軸承角接觸球軸承圓錐滾子軸承承載方向多項(xiàng)復(fù)合載荷軸向+徑向徑向+單向軸向剛性極高中等高極限轉(zhuǎn)速中高速高速中速空間占用緊湊較大較大在此處選用型號(hào)為XRU1008UUCC0P5型號(hào)的交叉滾子軸承，具體數(shù)據(jù)見表：表2.4交叉滾子軸承具體數(shù)據(jù)外圈孔距mm內(nèi)圈孔距mm軸承厚度mm內(nèi)圈直徑mm外圈直徑mm額定載荷kn4216810522.91兩個(gè)300mm鋁型材的重量為90g、兩個(gè)滑塊以及導(dǎo)軌的重量為416g、舵機(jī)重量為55g以及部分PLA打印零件總中遠(yuǎn)小于交叉滾子軸承的額定載荷，故可選用。2.1.2軸承連接件設(shè)計(jì)目標(biāo)為可以將軸承外圈進(jìn)行固定，起到一個(gè)承重的作用，而內(nèi)圈通過舵盤與底下的舵機(jī)進(jìn)行連接并帶動(dòng)上方平臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)Z方向上的全轉(zhuǎn)動(dòng)。故將連接件1分為固定外圈，軸承內(nèi)圈兩部分設(shè)計(jì)，并需要將連接件1與平臺(tái)相連接。而將連接件2設(shè)計(jì)為平臺(tái)件，上方的鋁型材、導(dǎo)軌等需要安裝在該連接件上，并于內(nèi)圈相連接。連接件1如圖所示，圈2為固定軸承外圈，其有6個(gè)孔位，通過內(nèi)六角螺絲與軸承完成相連，并且交叉滾子軸承上方孔位為沉頭孔，故可以形成一個(gè)平面，后續(xù)與平臺(tái)相連接。圈2則讓聯(lián)軸器通過，并于底下舵盤相連接。兩側(cè)的四個(gè)通孔則是讓連接件1與地板相連接，起到一個(gè)支撐的作用，為保證穩(wěn)定性以及擁有較強(qiáng)的強(qiáng)度，整體壁厚設(shè)定為5mm，制造方式為使用3d打印機(jī)PLA打印。圖2.13連接件1連接件2如圖所示，中間方形塊上有4個(gè)孔位與軸承內(nèi)圈相連接。側(cè)板上單一大孔以及周圍四個(gè)小孔是為與42電機(jī)相連接所涉及的，側(cè)方孔位是為后續(xù)與鋁型材相連接所留。先將彈片螺母與鋁型材進(jìn)行安裝，彈片螺母（圖2.14）其結(jié)構(gòu)為帶有彈簧鋼制成的彈性臂或彈片，通過彈性變形夾緊在導(dǎo)軌、槽孔或板材上。擁有的優(yōu)勢(shì)與普通螺母相比較如下：表2.5螺母特性比較類型彈片螺母普通螺母防松能力高（彈性鎖緊）低安裝速度快慢重復(fù)使用有限（彈片易疲勞）無限次將彈片按壓住放入鋁型材內(nèi)，后彈片回彈使之固定住，間隔距離為導(dǎo)軌的空洞距離，如圖2.15左側(cè)。后將導(dǎo)軌與鋁型材平行，將孔洞與鋁型材上的彈片螺母相對(duì)應(yīng)后，通過螺絲與彈片螺母相連接。后將這一個(gè)整體放于連接件2上，并提前在鋁型材上防止對(duì)應(yīng)間距的彈片螺母，連接件2上的四個(gè)孔位依然與其相對(duì)應(yīng)后，擰入螺絲。對(duì)稱的這些孔位，設(shè)連接件2正向大孔對(duì)準(zhǔn)自己，側(cè)邊孔位保證了鋁型材的X方向的穩(wěn)定性，而大面孔則保證了Y方向上的穩(wěn)定性，從而使得滑塊在導(dǎo)軌上能平行移動(dòng)。最終效果如圖2.15右側(cè)所示。圖2.14彈片螺母圖2.15效果圖圖2.16連接件22.1.3聯(lián)軸器設(shè)計(jì)聯(lián)軸器連接的兩根軸由于制造和安裝誤差、軸承后變形以及溫度變化的影響，往往沒有嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)。相反，存在一定程度的相對(duì)位移。這就要求在設(shè)計(jì)聯(lián)軸器時(shí)，應(yīng)采取各種結(jié)構(gòu)措施，保證聯(lián)軸器具有能夠適應(yīng)一定相對(duì)位移范圍的特性[11]。因?yàn)檎w結(jié)構(gòu)是采用3d打印機(jī)進(jìn)行打印，其存在誤差，故此處設(shè)計(jì)一款具有補(bǔ)償能力的撓性聯(lián)軸器。其下方與舵盤相連接，上方與連接件2相連接。整個(gè)聯(lián)軸器分成三部分（圖2.17），分別聯(lián)軸器頂、聯(lián)軸器底以及梅花鍵。其中聯(lián)軸器頂以及聯(lián)軸器底均使用PLA制作，而梅花鍵則采用TPU材質(zhì)。PLA是環(huán)保、易用的3D打印入門材料，適合對(duì)耐熱性要求低、注重安全性和外觀的場(chǎng)合。其特性如表所示：表2.6PLA特性優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)低收縮、易打印脆性高，抗沖擊性弱物理性能數(shù)據(jù)密度1.24~1.27g/cm3拉伸強(qiáng)度50~70MPa由于機(jī)械臂基本不受沖擊，保證強(qiáng)度即可，此處可以使用。后續(xù)可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合轉(zhuǎn)化為金屬。TPU是一種高性能熱塑性彈性體，兼具塑料的加工性以及橡膠的彈性。其特性如表所示：表2.7TPU特性特性描述彈性與耐磨性高回彈性（伸長(zhǎng)率可達(dá)600%）、抗撕裂、耐磨性優(yōu)于橡膠耐溫性工作溫度范圍：-40°C~120°C（短期可耐受150°C）硬度范圍ShoreA60~95,ShoreD40~80（可調(diào)）故可以滿足撓性聯(lián)軸器中間的需求圖2.17聯(lián)軸器聯(lián)軸器底與舵機(jī)的舵盤相連接，并開有沉頭孔。舵盤（圖）上有五個(gè)孔位，故聯(lián)軸器底設(shè)定為五個(gè)沉頭孔位，擰入螺絲后形成一個(gè)平臺(tái)，后將梅花鍵放在該平臺(tái)上。此處使用梅花鍵是由于上平臺(tái)的連接與下平臺(tái)由于制造誤差，使得不處于統(tǒng)一軸線上，故使用繞性聯(lián)軸器可處理掉這部分誤差。后聯(lián)軸器頂部也配有多個(gè)沉頭孔位，由于要將平臺(tái)、軸承、聯(lián)軸器頂部三樣同時(shí)連接，故選擇連接方式為平臺(tái)與軸承連接，聯(lián)軸器與軸承連接，效果如圖2.18所示圖2.18效果圖軸承整體厚度為8mm，上頂板擰入螺絲為3-4mm，下方聯(lián)軸器頂擰入螺絲3-4mm。由于軸承內(nèi)圈孔位有螺紋線，故可以完成目標(biāo)操作。這樣的連接方式將聯(lián)軸器頂、軸承與平臺(tái)相連接，并且整體壓于梅花鍵上。故舵機(jī)于聯(lián)軸器底相連接的時(shí)候，帶動(dòng)梅花鍵轉(zhuǎn)動(dòng)，梅花鍵再帶動(dòng)聯(lián)軸器頂部轉(zhuǎn)動(dòng)，完成整體上Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)。3抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)將抓取機(jī)構(gòu)分為連接塊以及抓手，連接塊需要于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接。將連接塊分為兩部分，其中一部分上面放有視覺識(shí)別模塊。3.1連接塊設(shè)計(jì)與計(jì)算連接塊需要與滑塊相連接，皮帶可以穿過。整體設(shè)計(jì)為懸臂梁的樣子，并設(shè)計(jì)攝像頭處連接件與懸臂梁相連接，上方可以安裝攝像頭以及舵機(jī)。設(shè)計(jì)連接件如圖3.1滑塊連接件，其設(shè)計(jì)內(nèi)容包括上方兩個(gè)腰孔用于調(diào)節(jié)前后距離，并下方兩個(gè)空處用于穿過皮帶。兩側(cè)面配有加強(qiáng)筋用于保障強(qiáng)度，其材料仍為PLA材質(zhì)。3.1滑塊連接件單臂懸臂梁是指一端固定（如焊接或嵌入墻體），另一端自由延伸的梁結(jié)構(gòu)。其受力特點(diǎn)：自由端可承受橫向力（集中力或分布力）、力矩或扭矩。以及典型變形為：彎曲為主，伴隨剪切變形（長(zhǎng)細(xì)比大時(shí)可忽略剪切影響）。接下來對(duì)該P(yáng)LA懸臂梁進(jìn)行強(qiáng)度以及剛度校核，其長(zhǎng)度為66mm，厚度為5mm，寬度為36mm，其前端放置1個(gè)55g的舵機(jī)以及其它的PLA自主設(shè)計(jì)件故總重約為80g。自由端集中力F=0.785N，PLA的彈性模量E=3.5GPa，抗拉強(qiáng)度。許用應(yīng)力/安全系數(shù)，假設(shè)安全系數(shù)=3，則。接下來進(jìn)行強(qiáng)度校核，截面慣性矩為（3-1）截面模量為（3-2）最大正應(yīng)力為（3-3）《（16.7MPa），強(qiáng)度富余量極大，無斷裂風(fēng)險(xiǎn)剛度校核，最大撓度公式為。（3-4）變形量?jī)H

0.21?mm0.21mm，剛度極高，遠(yuǎn)低于一般允許撓度。并且在設(shè)計(jì)時(shí)有加強(qiáng)筋等相關(guān)設(shè)計(jì)，故該懸臂梁可以滿足需求。攝像頭連接處（圖3.2）需要滿足可以安裝攝像頭、安裝舵機(jī)并和單壁懸臂梁相連接三大功能。如圖所示，下方孔位用于安放舵機(jī)以及后續(xù)抓手的設(shè)計(jì)，上方中心兩腰孔和滑塊連接件相連接，兩端腰孔在后續(xù)與攝像頭相連接。設(shè)計(jì)腰孔的目的是為后續(xù)調(diào)節(jié)，從而達(dá)到抓取范圍的要求。3.2攝像頭連接件3.2抓手設(shè)計(jì)與計(jì)算抓手的設(shè)計(jì)采用齒輪嚙合驅(qū)動(dòng)，其中一個(gè)輪為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪，另外一個(gè)為從動(dòng)輪。由于抓取的質(zhì)量為100g，故可選用較小的模數(shù)，此處選用模數(shù)為2，齒數(shù)需要滿足≥17，故選用齒數(shù)為20。則可得對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)直齒輪為[12]：表3.1直齒輪數(shù)據(jù)參數(shù)公式計(jì)算值分度圓直徑D=m*z40齒頂高2齒根高2.5全齒高4.5齒頂圓直徑44齒根圓直徑35基圓直徑37.59齒距6.28齒厚3.14齒槽寬3.14抓取主要目標(biāo)的直徑為50mm，故抓手需要滿足該要求。主動(dòng)驅(qū)動(dòng)抓手與舵盤相連接，并中間一根螺絲與舵機(jī)相連接。副抓手通過螺絲與攝像頭連接件相連接。4控制部分設(shè)計(jì)本機(jī)械臂最終目標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)合為安裝在小車或者其他載具上的，故水平方向上的移動(dòng)能由載具完成，此處就不考慮XY方向上傳動(dòng)的機(jī)械臂設(shè)計(jì)。該小車為循跡小車，其沿著地上事先規(guī)劃好的路線進(jìn)行移動(dòng)。整個(gè)系統(tǒng)控制分為兩大部分，分別為循跡以及運(yùn)動(dòng)控制。4.1顏色識(shí)別設(shè)計(jì)4.1.1色帶識(shí)別AGV的導(dǎo)航方式可以分為激光導(dǎo)航、色帶導(dǎo)航、復(fù)合導(dǎo)航等[13]，不同的導(dǎo)航技術(shù)在某些特定環(huán)境下存在一定的局限性和不足，不同導(dǎo)航方式的優(yōu)缺點(diǎn)見表表4.1直齒輪數(shù)據(jù)結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景，我們?cè)诖颂幨褂玫氖巧珟?dǎo)航，即在地面上鋪設(shè)黑色帶形成線路。顏色的本質(zhì)是光波。不同的顏色有不同的波長(zhǎng)。當(dāng)其他光波一起進(jìn)入視網(wǎng)膜時(shí)，根據(jù)波長(zhǎng)信息呈現(xiàn)出不同的顏色。自然界任何顏色都能用紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)按照規(guī)律處理混合出來，這就是RGB模型的由來。RGB顏色空間是用一個(gè)單位長(zhǎng)度的立方體表示顏色的，黑藍(lán)綠青紅紫黃白8種顏色分別居于立方體8個(gè)頂點(diǎn)，紅綠藍(lán)分別置于三個(gè)坐標(biāo)軸，立方體置于第一卦限內(nèi)。各參數(shù)取值范圍是：R0-255；G0-255；B0-255。參數(shù)值也稱為三色系數(shù)或基色系數(shù)或顏色值。因此一幀RGB格式圖像存儲(chǔ)需要三通道的矩陣[14]。此處我們以黑白兩色為例，黑色其RGB值為（0，0，0）而白色的RGB值為（255，255，255）。由攝像頭實(shí)施拍攝目標(biāo)的顏色，接下來會(huì)將原始RGB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為更適合處理的顏色空間（如HSV）：即色相（Hue）：表示顏色類型（如紅、藍(lán)），范圍0°~360°。飽和度（Saturation）：顏色純度（0%為灰色，100%為純色）。明度（Value）：顏色亮度（0%為黑，100%為白）。之后會(huì)根據(jù)目標(biāo)顏色在特定顏色空間中的范圍設(shè)定閾值（例如紅色的Hue范圍為0°~10°或330°~360°）。后通過邏輯判斷或?yàn)V波器（如OpenCV的inRange()函數(shù)）提取目標(biāo)顏色區(qū)域。由于拍攝的到的信息內(nèi)容，其存在許多噪聲，故應(yīng)用濾波算法（高斯濾波、中值濾波）平滑圖像。最后簡(jiǎn)單匹配：基于預(yù)設(shè)閾值判斷顏色類別。以黑白為例，在steam32內(nèi)設(shè)置黑色為，白色為0。在32接收到處理后的信號(hào)之后，其會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)的0，1信號(hào)給到小車，通過差速的方式實(shí)現(xiàn)各方向的運(yùn)動(dòng)。4.1.2物體識(shí)別同理，我們?cè)谑叭∥矬w的時(shí)候運(yùn)用的也是該模型，攝像頭對(duì)眼前的物體進(jìn)行拍照識(shí)別。若與對(duì)應(yīng)的顏色相同，則發(fā)出指令給到機(jī)械臂進(jìn)行抓取。在拍照識(shí)別中，我們所使用的攝像頭，最大分辨率達(dá)到了4096*2160。其詳細(xì)數(shù)據(jù)見表：表4.1攝像頭數(shù)據(jù)表電壓工作電流適用環(huán)境成像距離5V150-200mA室內(nèi)、外1cm至無窮遠(yuǎn)處圖4.1廣角攝像頭所使用的開發(fā)板為stm32開發(fā)板，其擁有高性能內(nèi)核：基于ARMCortex-M0/M0+/M3/M4/M7內(nèi)核，主頻從幾十MHz到550MHz（如STM32H7系列），支持實(shí)時(shí)處理復(fù)雜任務(wù)。能滿足我們?cè)谘E以及驅(qū)動(dòng)舵機(jī)時(shí)候的算力，且其擁有豐富的外設(shè)接口如通用接口（支持UART、SPI、以太網(wǎng)、USB等多項(xiàng)通信協(xié)議。）；模擬功能（高精度ADC（12~16位）、DAC、比較器，適用于傳感器數(shù)據(jù)采集。）；定時(shí)器與PWM：（高級(jí)定時(shí)器支持電機(jī)控制、LED調(diào)光等應(yīng)用。）；專用硬件：（部分型號(hào)集成加密引擎、真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（TRNG），提升安全性。）4.2移動(dòng)設(shè)計(jì)4.2.1電機(jī)在電機(jī)的選用上，我們?nèi)匀皇褂?2步進(jìn)電機(jī)，其具體參數(shù)見表：表4.2步進(jìn)電機(jī)數(shù)據(jù)表步距角保持力矩額定電流電阻電感出線1.80.28N1.5A2.144在控制上選用差速控制的原理，即當(dāng)我車想要像右進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，可以是的左端電機(jī)輸出功率大而右端電機(jī)輸出功率小，從而使得小車完成轉(zhuǎn)彎的目的。4.2.2陀螺儀為提高調(diào)控的準(zhǔn)確性，我們?cè)谲嚿霞尤肓薍30高精度慣導(dǎo)模塊，其可以測(cè)量載體的三維姿態(tài)角度、加速度、角速度和磁場(chǎng)強(qiáng)度信息，內(nèi)部集成工業(yè)級(jí)、高可靠性的三軸MEMS陀螺儀、三軸MEMS加速度計(jì)和三軸磁傳感器[15]，其通過內(nèi)嵌的YFusion高性能姿態(tài)融合算法、高精度傳感器誤差補(bǔ)償算法和嚴(yán)格的出場(chǎng)測(cè)試校準(zhǔn)。產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)見表：表4.3H30高精度慣導(dǎo)模塊數(shù)據(jù)表尺寸輸出接口功耗輸入電壓60*46*11.7mmType-c/排針165mW4.5-5.2VDC表4.4H30高精度慣導(dǎo)模塊精度表參數(shù)橫滾角俯仰角無參考航向角磁參考航向角精度0.1°0.1°0.5°1°量程±180°±90°±180°±180°圖4.2H30高精度慣導(dǎo)模塊使用的目的為如果單一的只是在偏離角度時(shí)通過同一值的差速去進(jìn)行調(diào)整時(shí)，不管是速度以及準(zhǔn)確性都會(huì)下降。甚至?xí)霈F(xiàn)由于速度太快而導(dǎo)致超出控制范圍的情況，故此處使用陀螺儀到設(shè)定角度，角度差傳進(jìn)pid，計(jì)算輸出值，一個(gè)輪子加輸出值，一個(gè)輪子減輸出值，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)微調(diào)。部分程序圖見圖圖4.3H30高精度慣導(dǎo)模塊程序圖4.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序此處運(yùn)用到PWM波，脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種將連續(xù)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字編碼的技術(shù)手段。該技術(shù)通過精密計(jì)時(shí)模塊生成具有可變占空比的矩形波信號(hào)，其關(guān)鍵特征在于利用不同脈寬比例來表征具體的模擬量參數(shù)。在物理實(shí)現(xiàn)層面，這種調(diào)制方式表現(xiàn)為周期性通斷的直流電源狀態(tài)，通過快速切換全幅電壓（100%）與零電壓（0%）的組合來等效目標(biāo)模擬量。相較于傳統(tǒng)模擬控制方式，PWM技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在全數(shù)字化信號(hào)傳輸特性。從控制單元到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信息傳遞全程保持?jǐn)?shù)字信號(hào)形式，既避免了模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的信號(hào)損耗，又顯著提升了系統(tǒng)抗干擾能力。由于數(shù)字信號(hào)僅存在高低電平兩種確定狀態(tài)，常規(guī)電磁干擾僅在其強(qiáng)度足以改變邏輯門限值時(shí)才會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成影響，這為工業(yè)控制場(chǎng)景提供了可靠的信號(hào)傳輸保障[16]。值得注意的是，該技術(shù)對(duì)帶寬資源具有較高要求，足夠的脈沖頻率是保證模擬量還原精度的必要條件。PWIM控制的基本原理是通過改變脈沖信號(hào)的占空比來控制輸出信號(hào)的平均電壓或功率水平，這是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的。（1）選擇一個(gè)固定的周期：確定PWM信號(hào)的周期，即脈沖信號(hào)重復(fù)的時(shí)間間隔。周期可以根據(jù)具體應(yīng)用的要求選擇，通常是固定的。（2）確定目標(biāo)輸出值：根據(jù)需要控制的電壓或功率水平確定需要的輸出值。（3）參數(shù)設(shè)定階段需明確脈沖序列的循環(huán)規(guī)律，即確定脈寬調(diào)制波形的完整振蕩時(shí)長(zhǎng)。時(shí)序配置時(shí)，工程師需依據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)際需求預(yù)設(shè)重復(fù)單元的時(shí)間基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)值在多數(shù)工況下保持恒定。值得注意的是，系統(tǒng)運(yùn)行過程中該時(shí)序參數(shù)通常作為靜態(tài)配置項(xiàng)存在，其具體數(shù)值需結(jié)合硬件特性與控制精度要求進(jìn)行綜合設(shè)定。（4）設(shè)定占空比：在脈寬調(diào)制系統(tǒng)中，有效電平時(shí)段占整個(gè)工作循環(huán)周期的百分比稱為占空比，該參數(shù)直接決定能量輸出的時(shí)間分布特征。通過精確調(diào)節(jié)該比例參數(shù)，能夠線性控制等效輸出的平均能量水平，這種調(diào)節(jié)機(jī)制使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)獲得的驅(qū)動(dòng)電壓或功率呈現(xiàn)可預(yù)測(cè)的連續(xù)變化特性。實(shí)際工程應(yīng)用中，該調(diào)控參數(shù)的可操作域值嚴(yán)格限定在理論極值區(qū)間內(nèi)，即從完全截止?fàn)顟B(tài)（0%）到持續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)（100%）的完整調(diào)節(jié)范圍，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)設(shè)備從完全關(guān)閉到全功率輸出的精細(xì)化操控。（5）濾波和輸出：在脈寬調(diào)制系統(tǒng)的終端環(huán)節(jié)，需配置頻率選擇網(wǎng)絡(luò)（如RC低通拓?fù)洌?duì)脈沖載波實(shí)施頻域整形。該處理過程通過時(shí)域積分效應(yīng)有效抑制高頻載波分量，重構(gòu)出與占空比成正比的能量包絡(luò)線，即等效直流電壓或功率基準(zhǔn)值。經(jīng)調(diào)制的能量基準(zhǔn)信號(hào)可直接驅(qū)動(dòng)機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如伺服電機(jī)、LED陣列等）實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)速或調(diào)光控制，亦可接入功率轉(zhuǎn)換模塊（如H橋逆變拓?fù)洌┻M(jìn)行波形重構(gòu)，最終輸出符合負(fù)載特性的交流電能。整個(gè)信號(hào)鏈路的頻響特性需嚴(yán)格匹配PWM載波頻率，確保在保留有效控制信息的同時(shí)徹底消除開關(guān)噪聲干擾。通過改變占空比，PWM可以提供精確的控制和調(diào)節(jié)能力。當(dāng)占空比接近0%時(shí)，輸出信號(hào)接近于低電平、關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)占空比接近100%時(shí)，輸出信號(hào)接近于高電平、全開狀態(tài)。而在介于兩者之間的占空比范圍內(nèi)，輸出信號(hào)的平均電壓或功率可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的調(diào)節(jié)。所以不管是上面的電機(jī)驅(qū)動(dòng)車子移動(dòng)，還是接下來所介紹的Z方向上電機(jī)以及抓手的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)抓手均是運(yùn)用了PWM波。4.3抓手以及傳動(dòng)設(shè)計(jì)舵機(jī)需要在轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)定角度，并在幾秒鐘之后轉(zhuǎn)會(huì)從而成功抓取物體。電機(jī)則是驅(qū)動(dòng)同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)同步帶傳動(dòng)。此處仍然運(yùn)用的為PWM波。圖4.5舵機(jī)驅(qū)動(dòng)程序以該段程序?yàn)槔琣nglehand定義為控制主動(dòng)抓舵機(jī)；angle2指的是控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的舵機(jī)，見圖。其將角度映射為脈寬，通過給定不同的脈寬值從而實(shí)現(xiàn)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不同的角度。圖4.6舵機(jī)名稱注釋圖而電機(jī)則需要設(shè)定的不同，我們所設(shè)定的Z軸方向上移動(dòng)距離為150mm，其不需要傳動(dòng)帶進(jìn)行整圈轉(zhuǎn)動(dòng)，僅需電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。故通過測(cè)定對(duì)應(yīng)距離所需要的值之后，得出以下程序。圖4.7電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序5綠色制造綠色制造是綜合考慮環(huán)境影響和資源效益的現(xiàn)代制造模式，目前已成為新型工業(yè)化和制造業(yè)發(fā)展的重要抓手、“雙碳”工作的重要著力點(diǎn)和可持續(xù)發(fā)展的客觀要求[17]。綠色制造的研究有以下這些點(diǎn)：第一，需要建立綠色制造的評(píng)價(jià)體系；第二，綠色制造的驅(qū)動(dòng)因素。綠色創(chuàng)新能力是提高區(qū)域綠色制造發(fā)展水平的首要影響因素，數(shù)字投資能促進(jìn)制造業(yè)綠色生產(chǎn)率的提高，綠色制造技術(shù)創(chuàng)新的促進(jìn)制造業(yè)綠色發(fā)展；第三，綠色制造的積極作用。綠色制造技術(shù)不但能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，而且提高了企業(yè)環(huán)境信息披露質(zhì)量，進(jìn)而提升企業(yè)綠色創(chuàng)新[18]。因此，在機(jī)械制造生產(chǎn)中，設(shè)計(jì)人員需要重視并運(yùn)用綠色制造技術(shù)，確保生產(chǎn)狀況良好，我們的目標(biāo)主要是通過使用綠色制造技術(shù)，在選用更加綠色的材料同時(shí)對(duì)加工方法或者零件本身進(jìn)行升級(jí)。（1）本設(shè)計(jì)自動(dòng)化和智能化程度高，機(jī)械手臂可以自行完成拍照識(shí)別、自動(dòng)拾取的功能。其既能減少流水線工人的勞動(dòng)，還能降低企業(yè)成本。（2）本設(shè)計(jì)運(yùn)用的零件材料多為常用材料，金屬部分常用材料為45號(hào)鋼等常用材料。3D打印部分則使用PLA以及TPU等常規(guī)材料，之后根據(jù)選擇也可以轉(zhuǎn)換成鋼材。這些材料使用壽命強(qiáng)，價(jià)格便宜，不產(chǎn)生對(duì)工作環(huán)境和工作人員有害物質(zhì)（3）本設(shè)計(jì)在進(jìn)行三維建模之后，許多零件均通過3d自主打印，在設(shè)計(jì)零件時(shí)會(huì)考慮零件的加工難度，并提高其強(qiáng)度，證明其可行性，為后續(xù)工業(yè)生產(chǎn)減少不必要的浪費(fèi)。6總結(jié)與展望6.1總結(jié)整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)制作到現(xiàn)在歷時(shí)數(shù)個(gè)月時(shí)間，從查詢資料到SW建模再到購買原材料以及自助打印完成最后的實(shí)物，學(xué)到了許多技能，自己也提升了很多。通過查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，目前的多自由度機(jī)械手臂其設(shè)計(jì)多為工廠單一機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)。而隨著時(shí)代的發(fā)展，如淘寶的無人拾貨小車以及其他場(chǎng)景下需要該機(jī)械臂動(dòng)起來的場(chǎng)景會(huì)越來越多，所以載具與機(jī)械臂相結(jié)合必在未來成為一個(gè)潮流。在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，提出了一些想法，但需要改進(jìn)的部分也很多，整體根據(jù)任務(wù)要求完成了以下這些內(nèi)容：在第一部分整體介紹了國內(nèi)外的現(xiàn)狀，并且解釋了立柱式多軸機(jī)械臂的含義以及特點(diǎn)，為后續(xù)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。第二部分在詳細(xì)介紹了傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，由第一章中所得出的立式多軸機(jī)器人特點(diǎn)從而對(duì)各種物件的選擇，并介紹各物件之間的連接方式以及自助打印的如懸臂梁等都做了相關(guān)計(jì)算，以確保其穩(wěn)定性以及剛性。第三部分則介紹了機(jī)械手臂抓取部分，其通過齒輪嚙合的原理，驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪帶動(dòng)副輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物塊抓取。第四部分詳細(xì)介紹了機(jī)械臂程序，機(jī)械臂的程序分為兩部分及電機(jī)與舵機(jī)，舵機(jī)驅(qū)動(dòng)云臺(tái)和爪子，電機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶輪和輪子，在本章中也介紹了PWM的特點(diǎn)以及驅(qū)動(dòng)原理。使用Solidworks等軟件，實(shí)現(xiàn)繪制機(jī)械手臂裝配圖及其零件圖繪制。并通過3d打印技術(shù)，完成各種自主設(shè)計(jì)物品的制作。第五章則對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行了綠色制造介紹6.2展望經(jīng)過本次設(shè)計(jì)，得到了如上的設(shè)計(jì)方案，基本能滿足設(shè)計(jì)所需要求，完成目標(biāo)功能。但由于本畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間較為緊張且本項(xiàng)目較為復(fù)雜，仍有許多結(jié)構(gòu)不合理的地方在后續(xù)可以得到優(yōu)化，并且該項(xiàng)目最終目標(biāo)為服務(wù)于企業(yè)，故可從如下幾個(gè)方向進(jìn)行優(yōu)化：（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還需要進(jìn)一步的完善，許多地方的設(shè)計(jì)需要更加細(xì)節(jié)，并且本產(chǎn)品后續(xù)需用金屬制造出來，故部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮到所選金屬的加工難度。如舵機(jī)、電機(jī)等選擇可根據(jù)使用場(chǎng)景以及不同的預(yù)算選擇精度更加好的，從而提高整個(gè)機(jī)械臂的穩(wěn)定性以及精度。3D打印機(jī)的精度較低，若使用在后續(xù)工業(yè)中，隨著機(jī)床精度的提高，該問題能得到很好的解決。7參考文獻(xiàn)[1]王麗芳.“以機(jī)器換人”緩解老齡化下勞動(dòng)力市場(chǎng)供求矛盾[J].福建輕紡,2024,(11):71-73.[2]楊光.碼垛機(jī)器人的大規(guī)模商用之路[N].中國信息化周報(bào),2024-11-25(024).DOI:10.28189/ki.ndnjy.202