碼垛機(jī)器人三維設(shè)計(含SW三維圖+CAD圖紙+說明書)
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洛陽理工學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
院(部): 機(jī)械工程學(xué)院 (學(xué)生填表)
課題名稱
袋裝物體的碼垛機(jī)器人設(shè)計
學(xué)生姓名
學(xué)號
班級
指導(dǎo)教師
職稱
學(xué)位
課題類型
R設(shè)計£論文
課題來源
□科研□實(shí)驗R工程□社會R其它
1. 綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài),說明選題的依據(jù)和意義
工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手部分動作,按照預(yù)先設(shè)定的程序,軌跡或其他要求,實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操作工具的自動化裝置。它在二十世紀(jì)五十年代就已用于生產(chǎn),是在自動上下料機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種機(jī)械裝置,開始主要用來實(shí)現(xiàn)自動上下料和搬運(yùn)工件,完成單機(jī)自動化和生產(chǎn)線自動化,隨著應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,現(xiàn)在用來夾持工具和完成一定的作業(yè)。實(shí)踐證明它可以代替人手的繁重勞動,減輕工人的勞動強(qiáng)度,改善勞動條件,提高勞動生產(chǎn)率。本次設(shè)計中的多關(guān)節(jié)型機(jī)械手采用兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié);兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制左右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,而移動關(guān)節(jié)則實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動,其工作空間如工作空間圖,它的縱截面為矩形的回轉(zhuǎn)體,上下兩面的高度為移動關(guān)節(jié)的行程長,兩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的大小決定回轉(zhuǎn)體截面的大小、形狀。
工業(yè)機(jī)械手近幾年的普及越來越高,在自動化生產(chǎn)中有著越來越重要的作用。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè),在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn),尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手可以代替人完成一些復(fù)雜的、重復(fù)性的、高強(qiáng)度的工業(yè)操作。工業(yè)生產(chǎn)越來越依賴與它。
關(guān)節(jié)機(jī)器人以工作范圍大,動作靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、能夠抓取靠近基座的物體等特點(diǎn)而受到設(shè)計者和使用者的關(guān)注。機(jī)器人關(guān)節(jié)是機(jī)器人的基礎(chǔ)部件,其性能的好壞直接影響機(jī)器人的性能。本節(jié)根據(jù)機(jī)器人關(guān)節(jié)的功能特點(diǎn)、驅(qū)動方式、應(yīng)用場合和主要結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了分類,介紹了典型的機(jī)器人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)形式。對工業(yè)機(jī)器人和擬人機(jī)器人的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹。隨著數(shù)字伺服技術(shù)等電子技術(shù)的發(fā)展,機(jī)器人關(guān)節(jié)也在不斷發(fā)展。機(jī)器人關(guān)節(jié)呈現(xiàn)出大力矩、高精度、反應(yīng)靈敏、小型化、機(jī)電一體化、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化等趨勢,以適應(yīng)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的需要。
自1980年代以來,工業(yè)機(jī)器人收到國家的重視,得到進(jìn)一步的發(fā)展。作為一個整體,為了滿足現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展的需要,機(jī)器人的開發(fā)更傾向于滿足以下特點(diǎn):活動范圍廣,工作靈活,操作控制方便,可滿足需求不同行業(yè)。比如說,日本的安川機(jī)器人公司設(shè)計的機(jī)器人,具有不要同的關(guān)節(jié),根據(jù)同步的作業(yè)條件選擇對應(yīng)的多關(guān)節(jié)工作機(jī)器人,通過對機(jī)器人結(jié)構(gòu)的改變,實(shí)現(xiàn)各種作業(yè)任務(wù)。如:噴漆、焊接、檢測等等。
對于生產(chǎn)需求狀況,就整體而言,機(jī)器人市場需求只增不降。在多種因素的引誘下,工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度將再次提速,步入歷史上的第二個繁榮發(fā)展期,或?qū)⒈鹊谝淮卫顺边€要巨大。
結(jié)合我國目前的情況來看,我國人工成本仍然處于上升階段,并且從2012年工業(yè)機(jī)器人爆發(fā)以來,才持續(xù)了幾年時間,從日本長達(dá)10年高速增長的經(jīng)驗的走勢,我國正在使機(jī)器人行業(yè)往更深度,更全面的領(lǐng)域發(fā)展,結(jié)合另一個更加通用的需求指標(biāo):機(jī)器人密度。2015年中國機(jī)器人的密度僅為36臺/萬人,遠(yuǎn)低于世界水平66臺/萬人。韓國、日本、德國、美國的機(jī)器人密度分別為437、323、282、152臺/萬人。我國遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于全球平均水平,與先進(jìn)的制造業(yè)國家相比落后較遠(yuǎn)。這種差距也間接的顯示出了未來工業(yè)機(jī)器人的需求空間。
隨著如今科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,以及人工勞動成本的增加。機(jī)器人代替人工的趨勢越來約明顯。機(jī)械手可減少人力,并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。這一課題需要一個能自動搬運(yùn)的機(jī)械手,能實(shí)現(xiàn)快速,準(zhǔn)確的搬運(yùn)碼垛到指定區(qū)域。
此外,專業(yè)學(xué)生的機(jī)電一體化,將在現(xiàn)代機(jī)電設(shè)備設(shè)計制造,機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計技術(shù),電子技術(shù),以及計算機(jī)技術(shù)的融合與融合,豐富的內(nèi)容,覆蓋面,跨學(xué)科性,并導(dǎo)致學(xué)生獲得他們所學(xué)到的關(guān)于現(xiàn)代機(jī)電設(shè)備設(shè)計的課程知識能力的基礎(chǔ)的綜合利用。另一方面,通過CAD軟件的研究和應(yīng)用,可以提高繪圖效率和表面質(zhì)量,進(jìn)一步提高學(xué)生的計算機(jī)應(yīng)用技術(shù),以及后來進(jìn)入現(xiàn)代機(jī)電設(shè)計領(lǐng)域良好的基礎(chǔ)。
2.研究的基本內(nèi)容,擬解決的主要問題
(1) 工作原理:
1.行走機(jī)構(gòu) 2.行走電機(jī) 3.貨叉 4.貨叉伸縮電機(jī) 5.減速機(jī) 6.升降電機(jī) 7.立柱
1-1圖 方案一簡圖
方案一中,碼垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括門架結(jié)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、貨叉伸縮機(jī)構(gòu)。底座由由兩端的行走輪支架及鋼板焊接成的矩形梁構(gòu)成,起支撐整體重量的作用。立柱截面為空心矩形,具有良好的強(qiáng)度,節(jié)省材料,還有減震的作用。貨叉沿立柱上下運(yùn)動,承受載荷后,會對立柱與貨叉結(jié)合處產(chǎn)生極大的力矩,所以在立柱兩側(cè)加工有垂直導(dǎo)向槽,可以通過導(dǎo)向輪對載貨臺起到一定的支撐作用。也能防止貨叉前后移動。行走機(jī)構(gòu)設(shè)計有四個行走輪,支撐整個碼垛機(jī)的全部載荷 ,帶動碼垛機(jī)沿天地軌方向運(yùn)動。
1.基座 2.轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu) 3.大臂轉(zhuǎn)軸 4.大臂 5.連桿 6.腕轉(zhuǎn)軸 7.小臂 8.夾緊機(jī)構(gòu) 9 夾爪
1-2圖 方案二簡圖
方案二中,碼垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括機(jī)械手關(guān)節(jié)主要有基部,腰部,肘部,手腕和手握五部分:旋轉(zhuǎn)接頭底部的腰部安裝在伺服電機(jī)底座上,驅(qū)動整個機(jī)械手旋轉(zhuǎn)運(yùn)動;旋轉(zhuǎn)彎頭:大臂由伺服電機(jī)齒輪減速電機(jī)驅(qū)動,從而推動彎頭上方大臂結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,即俯仰運(yùn)動;手腕,前臂旋轉(zhuǎn):伺服電機(jī)驅(qū)動齒輪減速電機(jī),通過連桿到前臂手腕運(yùn)動傳動,從而給前臂結(jié)構(gòu)帶來動力,使肘關(guān)節(jié)周圍做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,即俯仰運(yùn)動;
4,手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動:伺服電機(jī)驅(qū)動齒輪減速器,通過齒輪傳動,驅(qū)動前臂軸線繞肚臍旋轉(zhuǎn)。
關(guān)節(jié)式機(jī)械手自由度:關(guān)節(jié)式工業(yè)機(jī)械手的自由度為:基座繞S軸旋轉(zhuǎn);圍繞上臂L軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(運(yùn)動);前臂繞U軸旋轉(zhuǎn)(上下);前臂纏繞R軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動;腕的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
方案一結(jié)構(gòu)的碼垛機(jī)價格相對便宜,在高度方向可以向上擴(kuò)展到很高的作業(yè)范圍,整個碼垛機(jī)的作業(yè)空間更大。適用于立體倉儲中的碼垛。方案二結(jié)構(gòu)的碼垛機(jī)通用性更強(qiáng),反應(yīng)速度更快??紤]到本次碼垛對象為袋裝物體,它的比較柔軟,不具有固定的形狀,比較松軟。方案一的貨叉結(jié)構(gòu)在處理這種貨物時,并不占優(yōu)優(yōu)勢。二方案二中的夾爪結(jié)構(gòu)則更能快速靈活的獎袋裝物料迅速抓起、放下,完成指定的碼垛工作。所以本次設(shè)計優(yōu)先選擇方案二的結(jié)構(gòu)。主要在結(jié)構(gòu)輕量化和可靠性方面進(jìn)行深入優(yōu)化。
3. 研究步驟、方法及措施。
1、分析題目和設(shè)計技術(shù)要求,查閱15篇以上的相關(guān)文獻(xiàn)資料。
2、多方參考,完成開題報告。
3、確定總體方案;對袋裝物料碼垛機(jī)器人的機(jī)構(gòu)進(jìn)行對比分析,完成總體方案的設(shè)計,并對其機(jī)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化設(shè)計,主要零部件的工作參數(shù)設(shè)計計算以及關(guān)鍵零部件進(jìn)行校核計算等。
4、繪制袋裝物料碼垛機(jī)器人的設(shè)計圖,包括裝配圖和部分零件圖。
5、編寫畢業(yè)設(shè)計說明書。
4. 研究工作進(jìn)度。
第3~5周:調(diào)研,查閱文獻(xiàn),考察現(xiàn)場;完成開題報告。
第6~11周:對袋裝物料碼垛機(jī)器人的機(jī)構(gòu)進(jìn)行對比分析,完成總體方案的設(shè)計;并對其機(jī)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化設(shè)計,主要零部件的工作參數(shù)設(shè)計計算以及關(guān)鍵零部件進(jìn)行校核計算等。
第11~14周:繪制袋裝物料碼垛機(jī)器人的設(shè)計圖,包括裝配圖和部分零件圖;
第15周:撰寫畢業(yè)說明書;
第16~17周:答辯。
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6.答辯內(nèi)容
7.指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師簽字:
年 月 日
8.答辯委員會意見
答辯委員會主任簽字:
年 月 日
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