多自由度直角坐標(biāo)型碼垛機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工作內(nèi)容和要求 本畢業(yè)設(shè)計(jì)要求掌握機(jī)器人或工業(yè)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)和一個(gè)方向的回轉(zhuǎn) 完成一個(gè)四自由度的直角坐標(biāo)型碼垛機(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 完成抓取 搬運(yùn) 碼放功能 并且具有較高的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和重復(fù)精度 主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一具有四個(gè)自由度的直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人 4根運(yùn)動(dòng)軸對(duì)應(yīng)直角坐標(biāo)系中的X軸 Y軸和Z軸 以及Z軸上帶有的一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸 能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)裝載和卸載功能 我所做的工作 1 了解掌握機(jī)器人或工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及工作原理 通過方案對(duì)比確定最終適合的方案 2 對(duì)各部件的計(jì)算和選型 和對(duì)某些重要構(gòu)件部件的強(qiáng)度校核 3 通過cad畫出總裝配圖和零件圖 和pro E畫出三維模型與運(yùn)動(dòng)仿真 參數(shù)要求 1 單箱重量 15KG 一次搬運(yùn)兩箱 一次總搬運(yùn)重量 30KG 2 托盤尺寸1600 1600 碼垛完了托盤上紙箱最高處到地面 1700mm 3 行程 X方向2200mm Y方向1700mm Z方向1700mm 水平旋轉(zhuǎn) 90o 4 最快碼垛速度可達(dá)到1000mm s 平均速度為500mm s 碼垛精度為1mm 5 碼放方式的要求是在托盤尺寸內(nèi)每層盡可能多地?cái)[放紙箱 托盤四周的紙箱盡可能平穩(wěn) 要保證運(yùn)輸過程中平穩(wěn)不倒 而碼好的托盤每?jī)蓪蛹埾溟g要像砌磚墻那樣 盡可能地相互壓住和咬合 如圖下圖單數(shù)層和雙數(shù)層的擺放方式不一樣 這樣才可以保證碼滿紙箱的托盤 最高1 7米 在運(yùn)輸過程中平穩(wěn) 方案選擇 設(shè)計(jì)方案初步有兩種方案 一種是懸臂式的碼垛機(jī)器人 第二種是龍門式的碼垛機(jī)器人 懸臂式碼垛機(jī)器人龍門式碼垛機(jī)器人 方案選擇 因?yàn)樵谒韫ぷ骺臻g比較大的情況下 龍門式的碼垛機(jī)器人機(jī)構(gòu)比較穩(wěn)定 機(jī)器人在工作的時(shí)候不容易產(chǎn)生晃動(dòng) 所以選擇第二種龍門式碼垛機(jī)器人 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 機(jī)械抓手設(shè)計(jì)2 z旋轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)3 z軸設(shè)計(jì)4 x和y軸的設(shè)計(jì) 1 機(jī)械抓手設(shè)計(jì) 1 因?yàn)榇a垛機(jī)器人要求要準(zhǔn)確的把物品放到指定的位置 要求物品能夠緊密放置 所以機(jī)械抓手設(shè)計(jì)成一邊是固定的夾板 一邊是活動(dòng)的夾板 2 為了能夠有更大的夾緊力和更好的平衡性能 采用兩個(gè)氣缸提供夾緊力 抓手的動(dòng)作過程如下圖所示 運(yùn)動(dòng)仿真 機(jī)械抓手示意圖 2 x旋轉(zhuǎn)軸 3 z軸設(shè)計(jì) Z軸是上下運(yùn)動(dòng) 有兩個(gè)方案 方案一是采用絲桿螺母形式傳動(dòng) 方案二是采用齒輪齒條形式傳動(dòng) 但方案二抓手和物體的重量直接要求齒輪和齒條來承受 對(duì)齒條和齒輪要有很大的強(qiáng)度要求 而且因?yàn)辇X輪的傳動(dòng)特性 會(huì)使下降和上升的速度產(chǎn)生齒輪的多邊形效應(yīng) 所以比較后采取方案一絲桿螺母形式傳動(dòng) 采用絲杠螺母形式也有兩方案可以選擇 第一種方案是絲杠不動(dòng) 抓手和物體通過螺母座與絲杠螺母連接做上下運(yùn)動(dòng) 第二種是絲杠螺母通過螺母座固定在y軸的工作臺(tái)上 而絲杠的底部與抓手連接做上下運(yùn)動(dòng) 但第二種方案做上下運(yùn)動(dòng)的重量比較大 會(huì)導(dǎo)致做很多無用功從而使碼垛機(jī)器人的效率降低 所以通過比較后采取第一種方案 采用這種方案因?yàn)橹皇艿截Q直的載荷 所以不需要滾動(dòng)導(dǎo)軌 只需要滾珠絲桿螺母副的計(jì)算與選型 z軸裝配 z軸裝配 4 x y軸設(shè)計(jì) x和y軸也是通過絲桿螺母?jìng)鲃?dòng) 驅(qū)動(dòng)元件也是步進(jìn)電機(jī) 和x y工作臺(tái)有點(diǎn)相似 但x軸采用龍門機(jī)構(gòu) 需要錐齒輪連接傳動(dòng) x軸的簡(jiǎn)圖如下 1 電動(dòng)機(jī) 2 錐齒輪z1 3 錐齒輪z2 4 絲桿 x y軸裝配圖 齒輪放大部分 各組件計(jì)算選型的結(jié)果 機(jī)械抓手的氣缸型號(hào)為 10A 5LA50B50型氣缸x y z軸和z旋轉(zhuǎn)軸的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)都為 130BYG2502型步進(jìn)電機(jī)x y軸直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副都為 KL系列的JSA LG35型線滾動(dòng)導(dǎo)軌副x y z軸滾動(dòng)絲桿螺母副的型號(hào)都為 GD系列2005 3型滾珠絲杠副錐齒輪副為相同的參數(shù)的兩個(gè)錐齒輪組成 具體參數(shù)為 齒數(shù)Z 40 模數(shù)m 2mm 分錐角 45o 齒寬b 17 分度圓直徑為80mm 齒輪采用40Cr 調(diào)質(zhì) 謝謝大家