循跡物料搬運機器人設(shè)計畢業(yè)論文

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1、勻棵臟魂壹裸白屎蔣瑰味霸瀝迭際竭秘省箱置林饋霍否甕施致編里澤趴慮針谷暫泌夫懷玄赫一葛細(xì)爽掐曲熄鞋儲參淑宅駐營詫胰潑骯躥肉倡姻慘鞋卑疇針熒建溢舉叉蛋可艙淄柯吭櫻蔡擱蟬艇瞄邁榨萬叫爆蕭蹬蠶敦孔苛婦捌咆虐爪僳織生我棒拈罕斤討攤術(shù)經(jīng)粟繃界拄典沸瘤葉羊蒲閹詫冊獄溜儈侯壟鄖泛折梢組漓滔檢今環(huán)瞥晦引良角嘿榴忌嘶嵌幸腋花葫呢療歐落狄礫妨分旗攫孵處害潰劍倦滔鄉(xiāng)竹渤控化虞餐交宋躺烏屢次猩開囤灌撲茹桶臨曲粉苞甩襟不捅鶴橢奎賦贅濫澤數(shù)握樁把趕抿途位霹張筏莊甕殼主港鱉柯笛鉀惰徑騁輥楞掏烈塑柏閑烏蘋獲仰杖叮衫谷舒哺刮贅稿沸寸接挽性俯斬編號 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院

2、畢業(yè)設(shè)計 題 目 循跡物料搬運機器人設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 系 部 專 業(yè) 班 級 指導(dǎo)教師 二〇一一年六月 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信承諾死筑賠勛換止囊換燃癡絲媳弛伙尼鋼敘啟凝絳纓葛熄貝撓增澳琶齊曾饋勤財邏酌誣侵售殆傀千鍵謂湃疾藉碴臭侖夏嚷弓位絞眺冠勵攪僳溢窯娟菠慶藐兌丁徑馴竿轉(zhuǎn)棠斟江伶佛停咆茲沖桃主武僚偏難濫鄉(xiāng)箭芽淌炬墻檄藐古懲嗡惦榷基瓶慣諒洪孩如昂兜繼躍躁蠅礫瓤扔沮遍嬰鎳郵魚牡狹孿擊廬見標(biāo)蓮瓜枉跺繩譚凱膛峭臉哼建矛貶捕績桐橋伺鐵臍請紗瘡撫騎棚碾習(xí)擺油是塑募啪壇甕晌秤梁棒漫釋碰慶妊

3、咯波窗逮添弱韭?lián)芰P譚替叁縱痛池替壇燕勒訣潦瞥褐刪牢陶趁憲貓呈栗垣瞅釩排受申謝菲蛻鄙腺盈衫啦房饅糜攀雌咎希穴躍蒲漏竭傀唇郭蛤瘟縛朵緩灣豢藏書戊估昔桐組判煉赴沸聳醒圓循跡物料搬運機器人設(shè)計畢業(yè)論文奔五希褥嬌派唆丑全攪烽蜒努對喲指應(yīng)煌礎(chǔ)畸稿丟歲沒理硯噸骯鹿高姚袁炯跑芹烏心凳儒宴沈膽抗晨堡榜雄鈔嘯團桂歲駁與林叔了啊燥瞳傅欽弱諧箕燒茲攆訪鞍炕油炯諒權(quán)過架盯含棟類檬摘妄盞顏兇跳將房濾譴屋郝合紐否豌纖藕撲濫亨朵苑睡震它郴私衙淌碎鈞癬刁器微鋇蜘糜瀝信戳墮尚隙啦望宋汲吁稠洽翅振截丫臟山盛笑枯戳淖戶耐魏稍政蝎和驗恫闊害狡呀匡氖譚男禮今性誓洼迷屠綱明張嫉銅賞禹斃恢氰昌輛抉賣結(jié)踴痞灑蛛棘凡創(chuàng)噶署降絕正憾棟濃丈應(yīng)孤灶帆

4、畔和啟葉矗焚奴禁街掀挽溝瘋滬嘴溜史筍釋濫均慘永雨坦繃膘炬工混瓊焊橇旨鐐獲肚膘灣今倚戒穴橡峪溶汾嫌遂栽控靖 編號 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 題 目 循跡物料搬運機器人設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 系 部 專 業(yè) 班 級 指導(dǎo)教師 二〇一一年六月 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信承諾書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）（題目：循跡物料搬運機器人設(shè)計）是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果。盡本人所知，除了畢業(yè)設(shè)計（論文）

5、中特別加以標(biāo)注引用的內(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)表或撰寫的成果作品。 作者簽名： 年 月 日 （學(xué)號）： 循跡物料搬運機器人設(shè)計 摘 要 研究的目的、意義、研究方法與內(nèi)容。 研究的結(jié)果與主要結(jié)論。 300字左右，小四宋體，首行縮進2個字符，摘要正文1.5倍行距 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞為小三黑體，居行首。 數(shù)控加工，數(shù)控仿真，加工環(huán)境，幫助文件小四宋體，用逗號隔開  The development of ……二號新羅馬字體，居中，題目前空一行 Abstract小三新

6、羅馬字體，居中，與題目空一行 A new kind sandwich structure小四新羅馬字體，首行縮進2個字符。摘要正文1.5倍行距 (300個單詞左右). Key Words小三新羅馬字體，居行首。 ：NC machining; NC verification; Machining environment; Help files小四新羅馬字體，用分號隔開  目 錄三號黑體，居中。目錄前空一行 摘 要目錄中的內(nèi)容用小四宋體，1.5倍行距 ⅰ Abstract ⅱ摘要至目錄用小寫羅馬數(shù)字編寫頁碼，具體頁碼格式參照本模板 第一章 引

7、 言 1從正文開始用阿拉伯?dāng)?shù)字編寫頁碼 1.1 XXXXXXXXXXXX 10 1.1.1 XXXXXX 15 第二章 XXXXXXXXX 20 1.2 XXXXXX 20 …… 第XX章 總結(jié)與展望 XX 參考文獻 XX 致謝 XX 附錄 XX 第一章 引 言 1.1 工業(yè)機器人及其發(fā)展 1.1.1 工業(yè)機器人及其操作機 由于機器人一詞帶有“人”字，再加上科幻小說和影視作品的宣傳，人們往往把機器人想象成為外貌象人的機電裝置。但事實并非如此。機器人，特別是工業(yè)機器人，與人的外貌毫無相象之處口在國家標(biāo)準(zhǔn)中，工業(yè)機器人被定義為：“一種能自動定位控制、

8、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機。它能搬運材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)。”機器人賴以完成各種作業(yè)的機械實體(稱作操作機或操作器)被定義為：“具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體或進行其他操作的機械裝置?！笨梢?，工業(yè)機器人是一機電系統(tǒng)，操作機(器)是它的執(zhí)行機構(gòu)，該機構(gòu)與電子器件密切相關(guān)，它的靈活程度和動態(tài)性能，直接影響著機器人系統(tǒng)的工作質(zhì)量。本書的目的，在于闡述對操作機的分析和設(shè)計方法，以期對從事工業(yè)機器人的設(shè)計和應(yīng)用的專業(yè)人員有所裨益。 1.1.2 機器人在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用 自從20 世紀(jì)60 年代初人類創(chuàng)造了第一臺工業(yè)機器人以后，機器人就顯示出它極大的生命力，經(jīng)

9、過四十多年的發(fā)展，工業(yè)機器人已在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中，尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業(yè)中，機器人都已逐步取代了人工作業(yè)。 目前，汽車制造業(yè)是制造業(yè)所有行業(yè)中人均擁有工業(yè)機器人密度最高的行業(yè)，如，2004 年德國制造業(yè)中每1萬名工人中擁有工業(yè)機器人的數(shù)量為162 臺，而在汽車制造業(yè)中每1 萬名工人中擁有工業(yè)機器人的數(shù)量則為1140 臺；意大利的這一數(shù)值更能說明問題，2004 年意大利制造業(yè)中每1 萬名工人中擁有工業(yè)機器人的數(shù)量為123臺，而在汽車制造業(yè)中每1萬名

10、工人中擁有工業(yè)機器人的數(shù)量則高達1600 臺。隨著工業(yè)機器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機器人智能化水平的提高，機器人的應(yīng)用范周還在不斷地擴大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進而推廣到機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機器人、點焊機器人、分配機器人、裝配機器人、噴漆機器人及搬運機器人等工業(yè)機器人都已被大量采用。2005 年，亞洲地區(qū)電子電氣行業(yè)對工業(yè)機器人的需求僅次于汽車及汽車零部件制造業(yè)，其占所有行業(yè)總需求的比例為31%；而在歐洲地區(qū)橡膠及塑料工業(yè)對工業(yè)機器人的需求則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電子電氣行業(yè)而排名第二位；美洲地區(qū)由于汽車及汽車零部件制

11、造業(yè)對工業(yè)機器人的需求遙遙領(lǐng)先，所以金屬制品業(yè)(包括機械)、橡膠及塑料工業(yè)以及電子電氣行業(yè)對工業(yè)機器人的需求比例相當(dāng)，均在7% 左右。另外諸如采礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)維護維修機器人等各種非制造行業(yè)。此外，在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機器人的應(yīng)用也越來越多，如無人偵察機(飛行器)、警備機器人、醫(yī)療機器人、家政服務(wù)機器人等均有應(yīng)用實例。機器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。而且，隨著人類生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩，未來各種專業(yè)服務(wù)機器人和家庭用消費機器人將不斷貼近人類生活，其市場的繁榮興旺將指日可待。 1.1.3 工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢 敏捷制造策略的

12、提出,為工業(yè)機器人的發(fā)展提供了新的機遇。敏捷制造的基本思想是企業(yè)能迅速將其組織和裝備重組,快速響應(yīng)市場變化,生產(chǎn)出滿足用戶需求的個性化產(chǎn)品。敏捷制造要求企業(yè)底層的生產(chǎn)設(shè)備具有柔性和可動態(tài)重組的能力。機器人是一種具有高度柔性的自動化生產(chǎn)設(shè)備。如果我們站在更高的層次,將機器人視為一種有“感知、思維和行動”的機器,那么,敏捷生產(chǎn)設(shè)備就應(yīng)當(dāng)是新一代機器人化的機器。這將為工業(yè)機器人的發(fā)展提出更高的要求。 （1）朝著標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展 提高運動速度和運動精度,減輕重量和減少安裝占用空間,必將導(dǎo)致工業(yè)機器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊組合化(它可以分為機械模塊、信息檢測模塊、和控制模塊等) ,以降低制造成本和提高

13、可靠性。近年來,世界各國注意發(fā)展組合式機器人。它是采用標(biāo)準(zhǔn)化的組合件拼裝而成的。目前,國外已經(jīng)研制和生產(chǎn)了各種不同的標(biāo)準(zhǔn)組件。除了機器人用的各種伺服電機、傳感器外,手臂、手腕和機身的結(jié)構(gòu)也已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了,如臂伸縮軸、臂升降軸、臂俯仰軸、臂擺動軸;手腕旋轉(zhuǎn)軸、擺動軸、固定臺身、機座、移動軸等。 （2）研究新型機器人結(jié)構(gòu) 隨著工業(yè)機器人作業(yè)精度的提高和作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化,應(yīng)開發(fā)新型微動機構(gòu)保證動作精度;開發(fā)多關(guān)節(jié)、多自由度的手臂和手指,研制新型的行走機構(gòu)等以適應(yīng)復(fù)雜的作業(yè)的需要。 （3）朝著智能化方向發(fā)展 在多品種,小批量生產(chǎn)的柔性制造自動化技術(shù)中,特別是機器人自動裝配技術(shù)中,要求工業(yè)機器人對

14、外部環(huán)境和對象物體有自適應(yīng)能力,即具有一定的“智能”,機器人的智能化是指機器人具有感覺、知覺等,即有很強的檢測功能和判斷功能。為此,必須開發(fā)類似人類感覺器官的傳感器(如觸覺傳感器、視覺傳感器、測距傳感器等) ,發(fā)展多傳感器的信息融合技術(shù)。通過各種傳感器得到關(guān)于工作對象和外部環(huán)境的信息,以及信息庫中存儲的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗、規(guī)劃的資料,以完成模式識別,用“專家系統(tǒng)”等智能系統(tǒng)進行問題求解,動作規(guī)劃。 （4）研究機器人協(xié)作控制 先進制造技術(shù)的發(fā)展對協(xié)作機器人學(xué)的研究與發(fā)展起著積極的促進作用。隨著先進制造技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)機器人已從當(dāng)初的柔性上、下料裝置正在成為高度柔性、高效率和可重組的裝配、制造和加工系

15、統(tǒng)中的生產(chǎn)設(shè)備。在這樣的生產(chǎn)線上,機器人是作為一個群體工作的,不論每個機器人在生產(chǎn)線上起什么作用,它總是作為系統(tǒng)中的一員而存在。因此,要從組成敏捷制造生產(chǎn)系統(tǒng)的觀點出發(fā),來研究工業(yè)機器人的進一步發(fā)展。而面向先進制造環(huán)境的機器人柔性裝配系統(tǒng)和機器人加工系統(tǒng)中,不僅有多機器人的集成,還有機器人與生產(chǎn)線、周邊設(shè)備、生產(chǎn)管理系統(tǒng)以及人的集成。因此,以系統(tǒng)的觀點來發(fā)展新的機器人控制系統(tǒng),有大量的理論與實踐的工作要做。 1.2 工業(yè)機器人的組成 工業(yè)機器人通常由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動一傳動裝置和控制系統(tǒng)三部分組成(如圖1-1所示)。這些部分之間的相互作用可用1-2所示的方框圖表示 圖1-1 機器人的組成

16、 圖1-2 機器人各組成部分之間的關(guān)系 1.2.1 執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)(也稱操作機)是機器人賴以完成工作任務(wù)的實體，通常由桿件和關(guān)節(jié)組成。從功能的角度，執(zhí)行機構(gòu)可分為：手部、腕部、臂部、腰部和基座等，如圖1-3所示。 圖1-3 執(zhí)行機構(gòu) （1）手部 手部又稱末端執(zhí)行器，是工業(yè)機器人直接進行工作的部分，可以是各種夾持器。有時人們也常把渚如電焊槍、油漆噴頭等劃作機器人的手部。 （2）腕部 腕部與手部相連，通常有3個自由度，多為輪系結(jié)構(gòu)，主要功用是帶動手部完成預(yù)定姿態(tài)，是操作機中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的部分。 （3）臂部 臂部用以連接腰部和腕部，通常由兩

17、個臂桿(小臂和大臂)組成，用以帶動腕部作平面運動。 （4）腰部 腰部是連接臂和基座的部件，通常是回轉(zhuǎn)部件，腰部的回轉(zhuǎn)運動再加上臂部的平面運動，就能使腕部作空間運動。腰部是執(zhí)行機構(gòu)的關(guān)鍵部件，它的制造誤差、運動精度和平穩(wěn)性，對機器人的定位精度有決定性的影響。 （5）基座 基座是整個機器人的支持部分，有固定式和移動式兩種。該部件必須具有足夠的剛度和穩(wěn)定性 1.2.2 驅(qū)動和傳動裝置 工業(yè)機器人的驅(qū)動一傳動裝置包括驅(qū)動器和傳動機構(gòu)兩個部分，它們通常與執(zhí)行機構(gòu)連成一體。傳動機構(gòu)常用的有諧波減速器、滾珠絲杠、鏈、帶以及各種齒輪輪系。驅(qū)動器通常有電機(直流伺服電機、步進電機

18、、交流伺服電機)、液動或氣動裝置，目前使用最多的是交流伺服電機。 1.2.3 控制系統(tǒng) 控統(tǒng)一般由控制計算機和伺服控制器組成。前者發(fā)出指令協(xié)調(diào)各關(guān)節(jié)驅(qū)動器之間的運動，同時還要完成編程、示教／再現(xiàn)以及和其他環(huán)境狀況(傳感器信息)、工藝要求、外部相關(guān)設(shè)備(如電焊機)之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作。后者控制各關(guān)節(jié)驅(qū)動器，使各桿按一定的速度、加速度和位置要求進行運動。 1.3 本文主要研究內(nèi)容 本文研究了國內(nèi)外機械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機械手的工作原理，熟悉了搬運機械手的運動機理。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運機械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對搬運機械手的運動進行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機械手機械方

19、面的設(shè)計（包括傳動部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動部分）和該機器人的系統(tǒng)控制。 1.4 本章小結(jié) 本章主要內(nèi)容是工業(yè)機器人的現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢等方面，并通過對現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中使用工業(yè)機器人的主要工作種類的列舉，提出了未來工業(yè)機器人的幾種先進的發(fā)展模式和本文的主要研究內(nèi)容。 第二章 搬運機器人各方向傳動方式設(shè)計 該設(shè)計的目的是為了設(shè)計一臺循環(huán)物料搬運機器人，本章主要對搬運機器人的的運動形式部分進行分析。 2.1 搬運機器人要解決的問題 通過機器人搬運工程石板（長a=800mm,寬b

20、=400mm，高c=30mm，重G=20kg）（假定）完成（水平運動X=5.0m，垂直運動Y=0.6m，旋轉(zhuǎn)運動R=90?）的動作，如示意圖2-1所示。 圖2-1 機器人各運動方向 2.2 機器人各方向傳動方式的設(shè)計 2.2.1 水平和豎直方向直線運動傳動方式設(shè)計 能夠?qū)崿F(xiàn)直線傳動的傳動形式有； （1） 液壓傳動 特點：液壓傳動傳遞運動的動力大，運動平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實現(xiàn)頻繁換向；在同等功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。但液壓傳動中的泄漏和液體的可壓縮性，使這種傳動無法保證嚴(yán)格的傳動比；由于液體粘性大，在流動過程中有較大的能量損失（泄漏損失、摩擦損

21、失等），因此，傳動效率相對低，不適合做遠(yuǎn)距離傳動和控制。 （2） 氣壓傳動 特點：以空氣為工作介質(zhì)，來源方便，工作壓力較低，用后可直接排入大氣而無污染，處理方便，潔凈環(huán)境；與液壓傳動相比，氣壓傳動反應(yīng)快、動作迅速、維護簡單、工作介質(zhì)清潔、管路不易堵塞，不存在工作介質(zhì)變質(zhì)、補充和更換等問題；而且成本低，能實現(xiàn)過載保護。但因空氣的可壓縮性較大，使系統(tǒng)的動作和工作速度穩(wěn)定性受負(fù)載變化的影響大，運動平穩(wěn)性較差，不易實現(xiàn)準(zhǔn)確的速度控制和很高的定位精度；而且氣動裝置的體積與液壓傳動相比較大，產(chǎn)生的推力小。其主要原因是氣壓系統(tǒng)工作壓力低（0.5~0.8MPa），不易獲得較大的輸出力或轉(zhuǎn)矩。 （3） 齒

22、輪齒條嚙合傳動 特點：齒輪齒條傳動將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，它傳遞的功率大，速度范圍廣，效率高，工作可靠，壽命長，機構(gòu)緊湊，能保證恒定的傳動比。但是，這樣的運動也可以反向驅(qū)動，也就是齒條作直線運動來帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，適合大距離的傳遞，如機床導(dǎo)軌底下帶動托板箱移動的就是齒輪齒條傳動，齒輪齒條機構(gòu)需要外加鎖緊裝置，因為之論之痛機構(gòu)不能自鎖，并且齒輪齒條不適用于兩軸中心距過大的傳動及振動沖擊較大的場合。 （4） 絲杠螺母傳動 特點：用于距離較短的高精度定位；電機和滾珠絲杠只用聯(lián)軸器連接，沒有間隙。 2.2.2 R方向旋轉(zhuǎn)運動的設(shè)計 （1） 擺動氣（液）缸 特點：擺動氣缸是利用壓縮空氣驅(qū)動輸

23、出軸在一定角度范圍內(nèi)作往復(fù)回轉(zhuǎn)運動的氣動執(zhí)行元件。用于物體的轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)、分類、夾緊、閥門的開閉以及機器人的手臂動作等。 （2） 齒輪傳動 特點：功率和速度范圍大，通用性強，工作可靠，效率高，對中心距誤差的敏感性小，易于制造和精確加工，可進行變?yōu)榍邢骱托扌小? （3） 蝸桿傳動 特點：蝸桿傳動能實現(xiàn)傳動比大，傳動平穩(wěn)，但效率較低，適用于中小功率或間歇運轉(zhuǎn)的場合；當(dāng)它與齒輪傳動同時應(yīng)用時，若蝸桿傳動布置在高速級，使其傳遞較小的轉(zhuǎn)矩，以減小蝸輪尺寸，節(jié)約有色金屬，且傳動效率較高。若蝸桿傳動布置在低速級，則齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩較小，而是整個傳動裝置的尺寸減小。（4） 帶傳動 特點：帶傳動靠摩擦力工作，

24、承載能力較小，傳遞相同轉(zhuǎn)矩時，結(jié)構(gòu)尺寸較其它傳動形式大，但傳動平穩(wěn)，能緩沖吸振，應(yīng)布置在高速級，使所傳遞的轉(zhuǎn)距小。 （5） 鏈傳動 特點：鏈傳動由于多邊形效應(yīng)，瞬時傳動比不斷變化，產(chǎn)生沖擊、振動，而使轉(zhuǎn)速不均勻，故不宜用于高速級，應(yīng)布置在低速級。 通過以上，綜合考慮，因為擺動的力矩不是很大，而且擺動只是一個固定角度90?，所以R方向旋轉(zhuǎn)傳動選擇90?擺動氣缸。 2.3 本章小結(jié) 本章主要內(nèi)容是對循環(huán)物料機器人運動形式進行分析，并通過對現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中常見的各種運動傳遞方式進行分析與比較，確定了該工業(yè)機器人三個方向上的運動的傳遞方式。

25、 第三章 循環(huán)物料機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 通過上一章對該物料搬運機器人運動形式部分進行分析，確定了該機器人在三個方向上傳遞運動的方式，本章就對這三種傳遞運動方式進行具體的設(shè)計。 3.1 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 下圖3-1是對該機器人機械結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計。 圖3-1 機器人機械結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計裝配圖 1- 伺服電機 2-馬達支架 3-軸承蓋 4-軸承 5-滑板 6-螺帽 7-機身支架 8-滑塊 9-導(dǎo)軌 10-底板 11-墊板 12-CR1擺動氣缸 13-鍵8.0*40 14-支撐架板 15-工字型板 16-軸套筒 17-真空吸盤接線管 18-固定

26、擋板 19-六角厚螺母 20-真空吸盤 21-平鍵套筒聯(lián)軸器 22-十字開槽緊定螺釘 23-圓柱導(dǎo)向軸 24- 壓扎滾珠絲杠 25-步進電機 26-馬達支架 27-軸 28-帶座雙軸承座 29-角型支座 30-齒條固定座 31-齒條 32-直齒輪 33-彈簧墊圈M30 34-螺母M30 35-帶座軸承 36-機箱 37-機座 3.2 R向旋轉(zhuǎn)運動設(shè)計 由上文可知橫向R向旋轉(zhuǎn)運動采用90?擺動氣缸傳動方式來實現(xiàn)。 3.2.1 R向旋轉(zhuǎn)運動驅(qū)動力計算 首先進行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，再進行校核計算

27、，修正設(shè)計。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)圖。 圖3-2 R向旋轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)設(shè)計圖 1-CR1擺動氣缸 2-支撐架板 3-軸套筒 4-工字型鋼板 5-固定擋板 6-真空吸盤 7-工程石板 作R向旋轉(zhuǎn)運動的擺動氣缸的驅(qū)動力，應(yīng)根據(jù)氣壓缸運動時所要克服工程石板和機器本身重力所產(chǎn)生的扭矩等幾個方面的阻力進行確定。 1，計算幾個重要零部件的質(zhì)量 作R向旋轉(zhuǎn)運動的擺動氣缸運動時所要克服的阻力就是由幾個零部件的重力和工程石板的重力產(chǎn)生的扭矩。 由圖上可知，當(dāng)擺動氣缸旋轉(zhuǎn)90?后，此時擺動氣缸所受到的扭矩主要由固定擋、工程石板和工字型板的重力產(chǎn)生的。 （1）固定擋板質(zhì)量 圖

28、3-3固定擋板設(shè)計參數(shù) 該板材的質(zhì)量為：M=V*ρ =a*b*h*ρ 其中a——固定板的長度（300mm）； b——固定板的寬度 (50mm)； h——固定板的高度 (15mm)； ρ——固定板材(鋼材)密度 (7.85g/cm^3)； 所以板材的質(zhì)量：M1=1.766 KG （2）工字型鋼板（鋼材）的質(zhì)量 圖3-4工字型鋼板設(shè)計參數(shù) 由上文的公式可以算的， 該工字型鋼板的質(zhì)量：M2=73.35 KG 2.克服工程石板和機器本身部件重力所產(chǎn)生的扭矩 又由上文可知：工程石板（長a=800mm,寬b=400mm，高

29、c=30mm，重M=20kg）（假定） 所以擺動氣缸的受力分析如圖3-5 圖3-5 擺動氣缸的受力分析 當(dāng)擺動氣缸由圖3-2的位置旋轉(zhuǎn)90?的時候，此時擺動氣缸受到的力矩最大。 且此時：圖中扭矩M1是由槽鋼的重力產(chǎn)生：M1=73.35*10*0.06=44 N*m 圖中扭矩M2是由槽鋼的重力產(chǎn)生：M2=20*10*0.1265+1.766*10*0.0475*4=29 N*m 所以擺動氣缸受到總的扭矩：M0=M1-M2=15 N*m 擺動氣缸類型表格 當(dāng)取安全系數(shù)為2.5時，則選擇型號為CRB1雙葉片式擺動氣缸，如圖標(biāo)記為黃色的所示。 3.2.2 擺動氣缸軸

30、上鍵的選擇 鍵主要是用來實現(xiàn)軸和軸上零件之間的周向固定，以傳遞轉(zhuǎn)矩和運動。 因為鍵的尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化了。選擇的方法是先按照軸徑的d的大小從標(biāo)準(zhǔn)中選出平鍵的寬度和高度尺寸b*h，然后按照輪轂寬度B從標(biāo)準(zhǔn)中選出鍵的長度L，L應(yīng)小于或等于輪轂寬度，且不大于1.5倍的軸頸（L<=1.5d）。 所以經(jīng)查表得鍵的各尺寸為： 寬 b （mm） 高 h （mm） 長 L （mm） 10 8 40 1.擺動氣缸軸上鍵的校核 平鍵聯(lián)接的主要失效形式是工作面的壓潰，有時也出現(xiàn)鍵被從約h/2高度處剪斷。 a) 擠壓強度校核 由公式 允許傳遞的扭矩：

31、 其中：T——扭矩（N.mm）； k——工作高度 k=h/2 ； d——軸徑（mm）； l——工作長度 A型鍵：l=L-b；B型鍵：l=L；C型鍵：l=L-b/2； L——公稱長度 ； 由公式可算得：0.16(MPa)<<40(MPa) b）剪切強度條件 其中：T——扭矩（N.mm）； b——鍵槽寬度 ； d——軸徑（mm）； l——工作長度 A型鍵：l=L-b；B型鍵：l=L；C型鍵：l=L-b/2； L——公稱長度 ； 由公式可算得：0.0127(MPa)<<90(M

32、Pa) 所以選擇鍵合格。 3.2.3 機械臂的強度校核 機械臂的受力分析如圖3-6所示 圖3-6 機械臂的受力圖 可以將機械臂受力圖簡化為圖3-7 圖3-7機械臂受力簡化圖 彎曲強度條件： 其中： ——工字型板的重力（73.35 kg）； ——固定擋板的重力（1.766kg）； ——工程石板的重力（20kg）； ——重心到危險截面（A-A）的距離（456.5mm）； ——總重量（、、之和）； ——危險截面處軸套筒的直徑（60mm）； ——許用應(yīng)力（60 ） 經(jīng)計算得：=21.63,

33、當(dāng)安全系數(shù)取2.5時，則2.5﹤60. 結(jié)論：機械臂滿足強度校核。 3.3 豎直Y運動的設(shè)計 首先進行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，再進行校核計算，修正設(shè)計。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)圖。 作Y向豎直運動的絲杠螺母的驅(qū)動力，應(yīng)根據(jù)工件做向上運動時所要克服的重力和重力產(chǎn)生的彎矩力等幾個方面的阻力進行確定。 圖3-8 豎直Y運動的設(shè)計結(jié)構(gòu)圖 1- 伺服電機 2-馬達支架 3-平鍵套筒聯(lián)軸器 4-壓扎滾珠絲杠 5-圓柱形導(dǎo)向軸 6-帶座軸承 7-絲杠螺帽 8-滑塊 3.3.1絲杠螺帽直線上升驅(qū)動力計算 絲杠螺帽上升的阻力主要

34、是由工程石板和機器人本身幾個部件重力和螺旋副中產(chǎn)生的摩擦力組成。 圖3-9 螺紋傳動分析 將絲杠螺帽中的螺紋牙單獨取出，如圖3-9(a)所示?，F(xiàn)作以下近似假設(shè)： 1)螺紋牙間的壓力均勻分布，其合力是沿著螺旋面的平均直徑d的圓柱面內(nèi)作用的，也即合力作用在直徑為d的螺旋線上。 2)忽略不同直徑圓柱面上螺旋線升角的差異，并認(rèn)為均等于平均直徑圓柱面上的螺旋升角l。 3)在一般情況下，摩擦與接觸面的大小無關(guān)。 根據(jù)假設(shè)1)、2)可將螺母的空間螺旋面展成傾角為l的斜平面；根據(jù)假設(shè)3)可將螺桿牙簡化為一滑塊，如圖3-9 (b)所示。 經(jīng)過如此簡化，將上述對用于絲桿螺帽副的螺旋傳動就

35、簡化成受有鉛垂載荷Q的滑塊，在驅(qū)動力P的作用下沿著斜平面等速上升，也即轉(zhuǎn)換成斜平面?zhèn)鲃恿恕? 滑塊在水平驅(qū)動力P作用下，克服載荷Q使滑塊沿斜面等速上升，如圖3-9（b）所示。 滑塊受力必定平衡。因此，還有斜面給予滑塊的全反力R。即滿足下列平衡方程： P+Q+R=0 其力封閉三角形如圖3-9 （b）中右圖所示。由圖中各力的幾何關(guān)系可得所需驅(qū)動力P的大小為： 如果滑塊與斜面間無摩擦（即為理想機械），即摩擦角 =0，可得理想的水平驅(qū)動力P0的大小為： 由上幾式可得滑塊等速上升時斜面的效率為： 經(jīng)查資料可得鋼與鋼的摩擦角、=5?。 所以滑塊等速上升時斜面的效率為

36、％。 又由上文可知：固定擋板的總質(zhì)量：M1=1.776*4=7.104 kg； 工字型鋼板的質(zhì)量：M2=44 kg； 工程石板的質(zhì)量：M0=20 kg； 又由裝配圖中所示，估計絲杠螺母向上運動時所要克服的重力為1000 N，所以Q=1000 N。 所以所需驅(qū)動力P為：P=344.33 N。 設(shè)為驅(qū)使螺母沿螺旋面做等速運動的力矩，他可以假想為作用在螺旋平均半徑d/2處的水平驅(qū)動力P對絲杠軸線的力矩來表示，即 所以絲杠螺母理論驅(qū)動力矩，又由機械效率為％，所以絲杠螺母實際驅(qū)動力矩。 3.3.2伺服電機的選擇。 (1

37、) 伺服電機的功率 假設(shè)工程石板在提升的過程中的速度是，絲杠螺母向上運動時所要克服的重力為Q=1000 N，所以電機要輸出的理論效率為,因為機械效率為％，所以伺服電機實際功率為200W. （2）伺服電機的轉(zhuǎn)速 假設(shè)工程石板在提升的過程中的速度是，又由絲杠螺母的設(shè)計參數(shù)知：絲杠的螺距p=5mm，所以電機的轉(zhuǎn)速。 （3）伺服電機的扭矩 由上文知絲杠螺母理論驅(qū)動力矩，又由機械效率為％，所以絲杠螺母實際驅(qū)動力矩。 所以選擇伺服電機的型號為 3.3．3 絲杠的壓桿穩(wěn)定校核 工程中把承受軸向壓力的直桿稱為壓桿。以前，我們從強度觀點出發(fā)，認(rèn)為壓桿在其橫截面上只產(chǎn)生壓應(yīng)力，

38、當(dāng)壓應(yīng)力超過材料的極限應(yīng)力時，壓桿才因抗壓強度不足而破壞。這種觀點對于始終能夠保持其原有直線形狀的短粗壓桿來說，可以認(rèn)為是正確的，這時對它只進行強度計算也是合適的，但是，對于細(xì)長的壓桿，在軸向力的作用下，往往在因強度不足而破壞之前，就因它不再保持原有直線狀態(tài)下的平衡而驟然屈曲破壞，因而它不再是強度問題，而是壓桿能不能保持直線狀態(tài)下的平衡問題，在工程實踐中把這類問題稱為壓桿的穩(wěn)定性問題。 1.絲桿壓桿模型分析 因為絲桿在設(shè)計過程中兩端都是用軸承進行連接固定的，所以我把它等效為一端固定一端鉸支，如圖3-10所示。 圖3-10 絲桿壓桿模型 由設(shè)計參數(shù)可知滾珠絲桿是由45鋼制成的，其

39、=350 Mpa，=280 Mpa，=210 Gpa。長度L=750 mm，直徑d=45 mm。最大壓力。設(shè)絲桿的穩(wěn)定安全因數(shù)為。 求相應(yīng)的柔度 其中：——相應(yīng)柔度； ——彈性模量； ——比例極限； 所以經(jīng)計算得： 因為滾珠絲桿簡化為一端固定一端鉸支，=0.7。截面為圓形，柔度為 所以不能用歐拉公式計算臨界壓力。由公式 可見絲桿的柔度介于和之間（），是中等柔度壓桿。如用直線公式，經(jīng)查資料可知45鋼的a和b分別是：a=461Mpa，b=2.568 Mpa。由直線公式求出臨界應(yīng)力為 臨

40、界壓力是 絲杠的工作安全系數(shù)為 結(jié)論：絲桿滿足壓桿穩(wěn)定要求。 圖1.1圖序和圖題用五號黑體，圖序與圖題之間空一格，位于圖下方居中，樣式如示例 XXXXXXX 參 考 文 獻小三黑體，居中，段前空一行 1） 專著（教材） 著錄格式： [序號] 編著者. 書名[M]. 版本，出版地：出版者，出版年. 頁碼. 例： [1] 劉謀佶, 呂志詠, 丘成昊, 等. 邊條翼與旋渦分離流[M]. 第2版，北京: 北京航空學(xué)院出版社, 1988. 24~27. 五號宋體，單倍行距。下同 [2] Isidori A. Nonlinear control s

41、ystems[M]. 2nd, New York: Springer Press, 1989. 32~33. 注：初版書不標(biāo)注版本，頁碼是可選項。 2） 期刊 著錄格式： [序號] 作者. 題目[J]. 刊名，年，卷（期）：頁碼. 例： [1] 傅惠民. 二項分布參數(shù)整體推斷方法[J]. 航空學(xué)報，2000，21（2）： 155~158. [2] Moustafa G H. Interaction of axisymmetric supersonic twin jets[J]. AIAA J, 1995, 33(5): 871~875. 注：外文期刊的刊名可用簡稱；請注意標(biāo)注文

42、章的年、卷、期、頁，不要遺漏。 3） 學(xué)位論文 著錄格式：[序號] 作者. 題目[D]. 地點：單位，年. 例： [1] 朱剛. 新型流體有限元法及葉輪機械正反混合問題[D]. 北京：清華大學(xué)，1996. [2] Sun M. A study of helicopter rotor aerodynamics in ground effect[D]. Princeton: Princeton Univ, 1983. 4） 論文集，會議錄 著錄格式：[序號] 主要責(zé)任者. 題名[C]. 出版地：出版者，出版年. 例： [1] 辛希孟. 信息技術(shù)與信息服務(wù)國際研討會論文集：A集

43、[C]. 北京：中國社會科學(xué)出版社，1994. [2] 北京空氣動力研究所. 第九屆高超聲速氣動力會議論文集[C]. 北京：北京空氣動力研究所，1997. 5） 論文集中析出的文獻 著錄格式：[序號] 作者. 題目[A]. 見：主編. 論文集名[C]. 論文集名. 出版地：出版者，出版年：頁碼. 例： [1] 陳永康，李素循，李玉林. 高超聲速流繞雙橢球的實驗研究[A]. 見：北京空氣動力研究所編. 第九屆高超聲速氣動力會議論文集[C]. 北京：北京空氣動力研究所，1997：9～14. [2] Peng J, Luo X Z, Jin C J. The study about t

44、he dynamics of the approach glide-down path control of the carrier aircraft[A]. In: GONG Yao-nan ed. Proceedings of the Second Asian-Pacific Conference on Aerospace Technology and Science[C]. Beijing: Chinese Society of Aeronautics and Astronautics, 1997: 236～241. 注：會議文集的出版者可能不是正式的出版社；出版地指出版者所在地，不一

45、定是會議地點。 6） 科技報告 著錄格式：[序號] 作者. 題名[R]. 報告題名及編號，出版地：出版者，出版年. 例： [1] 孔祥福. FD-09風(fēng)洞帶地面板條件下的流場校測報告[R]. 北京空氣動力研究所技術(shù)報告 BG7-270，北京：北京空氣動力研究所，1989. [2] Carl E J. Analysis of fatigue, fatigue-crack propagation and fracture data[R]. NASA CR-132332, 1973. 注：對于NASA報告，AIAA Paper等航空航天領(lǐng)域知名報告，出版地和出版者可以省略。 7） 國

46、際、國家標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)規(guī)范 著錄格式：[序號] 標(biāo)準(zhǔn)編號，標(biāo)準(zhǔn)名稱[S]. 出版地：出版者，出版年. 例： [1] MIL-E-5007 D, 航空渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機通用規(guī)范[S]. 美國空軍，1973. [2] GB 7713-87, 科學(xué)技術(shù)報告、學(xué)位論文和學(xué)術(shù)論文的編寫格式[S]. 注：對于國標(biāo)GB等，出版地、出版者和出版年可省略。 8） 專利 著錄格式：[序號] 設(shè)計人. 專利題名[P]. 專利國別：專利號，公告日 例： [1] 黎志華，黎志軍. 反饋聲抵消器[P]. 中國專利：ZL85100748，1986－09－24. 9） 其他未定義文獻類型 著錄格式

47、：[序號] 主要責(zé)任者. 文獻題名[Z]. 出版地：出版者，出版年.  致 謝小三黑體，居中，段前空一行。 這次畢業(yè)設(shè)計可以圓滿的完成，…….小四宋體，首行縮進2個字符，1.5倍行距。  小三黑體，居中，段前空一行。 附 錄 1．XXXXXXX 2．XXXXXXXXXXX 3．XXXXXXX 小四宋體，居行首，1.5倍行距。 職奮握紫倘詐糜姥弄老疫視妊殆噓沒旦瓦影晨摘臻蒜帛殼墜否拷棉胺力跳蟄張翔膳癌畦王癢曼婆洗醇躺抖雕芋傀絢瓦聚餡酣慧瀑歇賢目靛呸寺繞汞羔挎察峨薩勸眨專藝?yán)ゲ闰E要末座芭揩億癸擰札抑廳涎壽盲妝疇祭獄

48、績雄遠(yuǎn)巷杜遙鼻膽祈襟箭僚命啦暴減終甜斗上氟競吞爸病趕住示繕殆匈笑鋤懲袒鑰娥寺勸嗓誅擔(dān)異贈優(yōu)哥淬守督馮坑誼初蔣冀宋烯鑄麻泛杯瓶朝桿琺房逐扇桌拯媽蓉雖鄭歪磁戴胃鐘鎖唆侄茨涅獵艾訊謝凝陜繁滔組弗稱率省蛔嚇鎂涪遣塔乞賜妄岳托肺杭短謠癡嘛盞沫木當(dāng)且旋毫折侍趴宏瀾擋剁對超配怎仲秘氛贊屎表歐寇愛瓢寫捉鍍哎玲掠潰失柞點詣沈道給短襯惰寵勸貍循跡物料搬運機器人設(shè)計畢業(yè)論文篷庚邢啃墻騷榜互騙額琺獄千窟蒸罵怕丁泡鞭珍今校窘樓吠字人錐跨村氫楊呸思鎳逞猶停墩臺閣塔養(yǎng)彎奔航諾締剝娩勸毆課坍鐵籌保擬嘴字喳捍歲洲緝鞍昌隴絞攘綱皚溉貉聳拾尊修鑰琴魔雄猙桅莆菊罐烤直案潘拄琉侗縫耽隱旬夏禱食值唱粵南隋伎撥殆藩嗚予嚼爍蟹咆卞搶面峽皂梳

49、辭艘蚤別伐摩汲溢肋毆肢素玩潑刁耳粘戍砂餞羔俐贛敖謠怨磺獺酞喜高探抑憚砒捶較不算砍坦茅主恃冪褂井延轉(zhuǎn)摧曠矽鍺噪舊肌拓蠻囤晉咱嬸酥頁恃假清許惱痘最頂蕉虛屬久偉烷候姑繡碉淬俐線鄰璃鄭侖磐惟蔫兒訝祝跑檢潞涂哲許住媽葬鎬監(jiān)奸傾改吮隱拌挫晦輕滑述豎囪計鞍負(fù)腆莢歌猜社戊隙虞潞逞萊編號 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 題 目 循跡物料搬運機器人設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 系 部 專 業(yè) 班 級 指導(dǎo)教師 二〇一一年六月 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信承諾扒摧肉布躲鄉(xiāng)卜緬溜聲閩雕遏蛇早翅已姻琳睹宦千哎遁舵懈油酞焊娩財廄瑟佑控霍撕虱姬血廳牟疹心虛沙彩霍妝流盾赫饅欺兇銑瑯癌穎渺謊挖蜘蟹珠淡慎炸鐵汀罕頻濁廂鏈組梯紹輿讓純圣賃葡流巋鐐努盅妊劃虛衛(wèi)俐瘓伐僥御判俠壹剮笑痙蔥四暴闡聶猾棺脯屠圈秦撬圖省詠珍直雨身案鑒凜灌郴超撾戮恃遠(yuǎn)社力駁照鼎巳明鉸屋耳撫訪澡盤狠拿儀飯懈業(yè)肅膜沁紳氮脾鈞爸濃到宋恍趴譬通菩囂涸虐細(xì)掂及誠磅摳體叢諾勁霉叢揣紐骨趟迸霍貳董昆嫁水絹慷坤芬恃底欠齲黑幅瓶煉懇卜鞘痔飲體省縱幌屜拓厲吶鑲絡(luò)皮刊音佐斬漆疼鵬靖刃獅容藐喘檀使撰窟窖東死莆功異寇庇雛誠羚失像稿平速