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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述 設(shè)計(jì) (論文)題目 物料包裝線模型碼垛推動(dòng)機(jī) 構(gòu)的設(shè)計(jì) 作者所在系別 機(jī)電工程學(xué)院 作者所在專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 作者所在班級 B13113 作 者 姓 名 劉田 作 者 學(xué) 號(hào) 20134011304 指導(dǎo)教師姓名 韓書葵 指導(dǎo)教師職稱 副教授 完 成 時(shí) 間 2017 年 3 月 北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制 - 11 - 說 明 1．根據(jù)學(xué)?！懂厴I(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作暫行規(guī)定》，學(xué)生必須撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述。文獻(xiàn)綜述作為畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯委員會(huì)對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。 2．文獻(xiàn)綜述應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作前期內(nèi)完成，由指導(dǎo)教師簽署意見并經(jīng)所在專業(yè)教研室審查。 3．文獻(xiàn)綜述各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語言通順，外來語要同時(shí)用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。 4．學(xué)生撰寫文獻(xiàn)綜述，閱讀的主要參考文獻(xiàn)應(yīng)在10篇以上（土建類專業(yè)文獻(xiàn)篇數(shù)可酌減），其中外文資料應(yīng)占一定比例。本學(xué)科的基礎(chǔ)和專業(yè)課教材一般不應(yīng)列為參考資料。 5．文獻(xiàn)綜述的撰寫格式按畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)撰寫規(guī)范的要求，字?jǐn)?shù)在2000字左右。文獻(xiàn)綜述應(yīng)與開題報(bào)告同時(shí)提交。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）文 獻(xiàn) 綜 述 物料包裝線模型碼垛推動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 摘 要：碼垛機(jī)是根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和具體的工作環(huán)境要求對其進(jìn)行設(shè)計(jì)的，它可代替人們繁重勞動(dòng)，從而提高了生產(chǎn)的效率。本論文主要是根據(jù)碼垛機(jī)器人的末端執(zhí)行器工作的任務(wù)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出一款碼垛機(jī)器人，并且給出該機(jī)器人的三維模型，并計(jì)算出該機(jī)器人的自由度和傳動(dòng)比，根據(jù)碼垛機(jī)器人的相關(guān)數(shù)據(jù)選用合適的電機(jī)、齒輪和軸。并對相應(yīng)承擔(dān)扭矩的齒輪和軸進(jìn)行了校核?，F(xiàn)在的碼垛機(jī)器人可用于代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化。大部分的碼垛機(jī)器人都運(yùn)用了堆疊法，堆疊法是一種強(qiáng)大的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，通過基于交叉驗(yàn)證的元模型智能地結(jié)合其他方法的預(yù)測結(jié)果。 關(guān)鍵詞：碼垛機(jī) 軸的扭矩?校核 Design of palletizing mechanism for material packaging line model Abstract：The palletizing machine is designed according to its structural characteristics and specific working environment requirements, which can replace people's heavy labor, thus improving the efficiency of production. In this paper, we mainly analyze the task of the end effector of the palletizing robot, design a palletizing robot, and give the three-dimensional model of the robot to calculate the freedom and transmission ratio of the robot. According to the stacking robot Use the appropriate motor, gear and shaft for the relevant data. And the corresponding commitment to the torque of the gear and shaft were checked. Stacking robots can replace people's heavy labor to achieve the mechanization and automation of production, but also the use of the stack method, stacking method is a powerful machine learning technology, based on cross-validation of the meta-model intelligently combined with other methods of prediction results. Keywords: palletizing machine shaft torque checking 一、前言 目前，我國部分企業(yè)在產(chǎn)品生產(chǎn)和加工時(shí)仍然用人力進(jìn)行工件的移動(dòng)和定位，一定程度上出現(xiàn)了工作強(qiáng)度大、安全性差、操作靈活性差、定位精度低等問題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)化生產(chǎn)線在企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，碼垛機(jī)作為自動(dòng)化生產(chǎn)線的重要組成部分也得到了長足的發(fā)展和進(jìn)步。尤其是隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，氣動(dòng)、液壓技術(shù)的成熟，控制元件的發(fā)展和控制方式的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，機(jī)械手的動(dòng)作精確性、控制靈活性和工作可靠性得到了明顯的改善。碼垛機(jī)的出現(xiàn)在減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和難度、提高工作效率和質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本上做出了突出貢獻(xiàn)，機(jī)械手的發(fā)展在企業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)收上起到了舉足輕重的作用。 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 碼垛機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀從60年代開始，在工業(yè)發(fā)達(dá)的德國、意大利、日本等國家，已相繼研制出半自動(dòng)、全自動(dòng)碼垛機(jī)，后來在結(jié)構(gòu)和機(jī)型方面，還不斷作了改進(jìn)和完善。國產(chǎn)碼垛機(jī)從80年代開始研制開發(fā)到現(xiàn)在，已經(jīng)歷了20年左右的時(shí)間。到目前為止，我國生產(chǎn)的碼垛機(jī)，機(jī)型，品種規(guī)格、設(shè)備性能和產(chǎn)品質(zhì)量等各方面，有很大的發(fā)展和提高，并在很多方面已逐步接近或達(dá)到國外同類型碼垛機(jī)的技術(shù)性能及各項(xiàng)參數(shù)，已基本上能滿足大中型企業(yè)產(chǎn)品包裝碼垛的需要。目前國內(nèi)碼垛機(jī)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀可以總結(jié)為一下6點(diǎn)： 1.國內(nèi)已擁有一批專業(yè)科技隊(duì)伍 目前國內(nèi)一些科研、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)單位，已擁用一批專門從事科研、設(shè)計(jì)和制造碼垛機(jī)的技術(shù)隊(duì)伍，他們通過近20年左右的摸索、研制、和生產(chǎn)實(shí)踐已積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在已具備設(shè)計(jì)和研制出符合國情和先進(jìn)水平的碼垛機(jī)所必需的條件。 2.已有一批專業(yè)制造單位 目前國內(nèi)已有4-5家生產(chǎn)碼垛機(jī)的主要專業(yè)制造公司，其中主要生產(chǎn)廠家有河南樂仆工業(yè)自動(dòng)化有限公司、合肥雄鷹自動(dòng)化工程科技有限公司等。其技術(shù)和裝備己具有制造一流水平碼垛機(jī)的能力和條件。加上有關(guān)控制元器件配套廠的共同努力，在最近3～5年內(nèi)，我國將能夠生產(chǎn)出接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平的碼垛機(jī)。 3.國產(chǎn)機(jī)型已基本能滿足生產(chǎn)需要 目前國內(nèi)幾個(gè)廠生產(chǎn)的碼垛機(jī)，無論從機(jī)型、規(guī)格及各項(xiàng)主要技術(shù)性能來看，已初步形成系列產(chǎn)品，可基本滿足國內(nèi)大、中型企業(yè)生產(chǎn)的要求，有些機(jī)型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還比較簡單實(shí)用、制造質(zhì)量也較高，從機(jī)械性能等到方面看，也能保證安全、正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的要求;但在聚丙烯自動(dòng)碼垛機(jī)方面，自動(dòng)碼垛機(jī)大多從國外引進(jìn)，對國外產(chǎn)品有一定依賴性。這與我國化工行業(yè)自動(dòng)化水平有關(guān)，相信通過我們進(jìn)一步努力，根據(jù)生產(chǎn)的需要，進(jìn)行控制系統(tǒng)的自動(dòng)化改造和完善，可逐步接近國外的自動(dòng)碼垛機(jī)生產(chǎn)水平。 4.已能生產(chǎn)配套的控制元器件 從八十年代開始，國內(nèi)一些儀表廠已生產(chǎn)出為碼垛機(jī)配套所需用的控制元器件，并已用于生產(chǎn)運(yùn)行。目前國產(chǎn)元器件與國外同類型先進(jìn)水平相比，還有一定的差距，其中主要是使用壽命較短。但相信通過進(jìn)一步努力，國產(chǎn)元器件還是有可能逐步接近或達(dá)到國外水平的。目前國內(nèi)一些碼垛機(jī)制造單位，為了提高碼垛機(jī)的整體技術(shù)水平，對一些控制系統(tǒng)的主要元件、敏感元件及氣動(dòng)系統(tǒng)工程主要元件等，采取從國外進(jìn)口的辦法，這也是一種過渡的措施之一。 5.國產(chǎn)碼垛機(jī)有明顯的價(jià)格優(yōu)勢 目前國產(chǎn)碼垛機(jī)一般價(jià)格都在54-75萬元/套，其中氣墊式全自動(dòng)碼垛機(jī)約54萬元/套左右;輥道式全自動(dòng)碼垛機(jī)約75萬元/套左右;國產(chǎn)機(jī)器人自動(dòng)碼垛機(jī)每套價(jià)格介于上述兩類之間。因此，國產(chǎn)全自動(dòng)碼垛機(jī)與國外同類型產(chǎn)品相比，其價(jià)格僅為國外同類型新產(chǎn)品價(jià)格的1/2—1/3左右。因此，選用國產(chǎn)碼垛機(jī)是比較經(jīng)濟(jì)合理的，且可節(jié)省大量外匯。國產(chǎn)碼垛機(jī)的備品備件容易解決國產(chǎn)碼垛機(jī)投產(chǎn)后所需的備品備件，供應(yīng)渠道暢通，容易解決，且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。 6.售后服務(wù)周到及時(shí) 目前國內(nèi)生產(chǎn)碼垛機(jī)的幾個(gè)主要廠家，對產(chǎn)品的售后服務(wù)，都較周到和及時(shí)，一般制造廠都有能積極協(xié)助用戶做好安裝調(diào)試工作，為用戶培訓(xùn)技術(shù)操作人員，有的制造單位還有整套穩(wěn)定的售后技術(shù)隊(duì)伍，保證生產(chǎn)單位用好管好碼垛機(jī)生產(chǎn)線。 三、發(fā)展趨勢 隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展，控制器的需求逐年增大，碼垛機(jī)機(jī)械手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在飼料、化肥、醫(yī)藥、包裝等生產(chǎn)線成品、半成品的裝卸調(diào)運(yùn)，可以更好地節(jié)約能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運(yùn)方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。 工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)自動(dòng)化的生產(chǎn)，由于自動(dòng)化的生產(chǎn)能幫助企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，還能減少人工傷害。很多企業(yè)也慢慢的轉(zhuǎn)型到自動(dòng)化生產(chǎn)當(dāng)中，面對未來的發(fā)展，自動(dòng)化是中國制造業(yè)的未來發(fā)展趨勢。由于國家提倡工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和制造，可能在未來幾年，制造業(yè)的勞力就會(huì)被工業(yè)機(jī)器人所代替。 四、特點(diǎn) 1、 結(jié)構(gòu)簡單、零部件少。因此零部件的故障率低、性能可靠、保養(yǎng)維修簡單、所需庫存零部件少。 2、 占地面積少。有利于客戶廠房中生產(chǎn)線的布置，并可留出較大的庫房面積。碼垛機(jī)器人可以設(shè)置在狹窄的空間，即可有效的使用。 3、適用性強(qiáng)。當(dāng)客戶產(chǎn)品的尺寸、體積、形狀及托盤的外形尺寸發(fā)生變化時(shí)只需在觸摸屏上稍做修改即可，不會(huì)影響客戶的正常的生產(chǎn)。而機(jī)械式的碼垛機(jī)更改相當(dāng)?shù)穆闊┥踔辽鲜菬o法實(shí)現(xiàn)的。 4、能耗低。通常機(jī)械式的碼垛機(jī)的功率在26KW左右，而碼垛機(jī)器人的功率為5KW左右。大大降低了客戶的運(yùn)行成本。 5、全部控制可在控制柜屏幕上操作即可，操作非常簡單。 6、只需定位抓起點(diǎn)和擺放點(diǎn)，教示方法簡單易懂。 7、碼垛機(jī)系統(tǒng)也有一定優(yōu)勢：碼垛作業(yè)效率高，具有最大3000次/小時(shí)的搬運(yùn)能力；由具有多種智能化功能的最新式高性能控制器控制；高可靠性、創(chuàng)新、多功能運(yùn)用，可以滿足多種碼垛方式。 參考文獻(xiàn) [1] 董愛梅.基于PLC的聚乙烯包裝碼垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].包裝程,2005.39-40. 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選擇碼垛機(jī)器人中的各構(gòu)件的組成材料 選擇電機(jī)以及齒輪等參數(shù) 3 繪制碼垛機(jī)器人的裝配圖 工作環(huán)境及技術(shù)條件 聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)一臺(tái) solidworks 軟件 有關(guān)的技術(shù)手冊 工作內(nèi)容及最終成果 1 分析國內(nèi)外現(xiàn)狀 設(shè)計(jì)一種碼垛機(jī)器人 2 選擇碼垛機(jī)器人中的各構(gòu)件的組成材料 選擇電機(jī)以及齒輪等參數(shù) 3 繪制碼碼垛機(jī)器人的裝配圖 預(yù)期成果 提供一篇設(shè)計(jì)論文和給出該機(jī)器人的三維模型 時(shí)間進(jìn)度安排 第 1 2 周查閱資料和閱讀參考文獻(xiàn) 了解國內(nèi)外碼垛機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r 了解碼 垛機(jī)器人的組成原理 同時(shí)完成開題報(bào)告 第 3 4 周總體方案確定 確定研究碼垛機(jī)器人的組成機(jī)構(gòu) 對模型進(jìn)行總體方案 確定 第 5 12 周得到碼垛機(jī)器人的三維圖 第 13 14 撰寫畢業(yè)論文 第 15 周準(zhǔn)備答辯 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 教研室主任意見 教研室主任簽字 年 月 日 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 北華航天工業(yè)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 原創(chuàng)性及知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 本人鄭重聲明 所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 物料包裝線模型碼垛推動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下 獨(dú)立進(jìn)行研究工作取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi) 容外 本設(shè)計(jì) 論文 不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果 對本 設(shè)計(jì) 論文 的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 因本畢 業(yè)設(shè)計(jì) 論文 引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān) 本畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 成果歸北華航天工業(yè)學(xué)院所有 本人遵循北華航天工業(yè)學(xué)院有 關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 的相關(guān)規(guī)定 提交畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 的印刷本和電子版本 本人同 意北華航天工業(yè)學(xué)院有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 的印刷本和電子版 并提供目錄檢索與 閱覽服務(wù) 可以采用影印 縮印 數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文 在不以營利為目的 的前提下 可以公布非涉密畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 的部分或全部內(nèi)容 特此聲明 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 作者 指導(dǎo)教師 年 月 日 年 月 日 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 摘 要 碼垛機(jī)是根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和具體的工作環(huán)境要求對其進(jìn)行設(shè)計(jì)的 它可代替人們繁 重勞動(dòng) 從而提高了生產(chǎn)的效率 本論文主要是根據(jù)碼垛機(jī)器人的末端執(zhí)行器工作的任 務(wù)進(jìn)行分析 設(shè)計(jì)出一款碼垛機(jī)器人 并且給出該機(jī)器人的三維模型 并計(jì)算出該機(jī)器 人的自由度和傳動(dòng)比 根據(jù)碼垛機(jī)器人的相關(guān)數(shù)據(jù)選用合適的電機(jī) 齒輪和軸 并對相 應(yīng)承擔(dān)扭矩的齒輪和軸進(jìn)行了校核 現(xiàn)在的碼垛機(jī)器人可用于代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn) 生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化 大部分的碼垛機(jī)器人都運(yùn)用了堆疊法 堆疊法是一種強(qiáng)大的機(jī) 器學(xué)習(xí)技術(shù) 通過基于交叉驗(yàn)證的元模型智能地結(jié)合其他方法的預(yù)測結(jié)果 關(guān)鍵詞 碼垛機(jī) 軸的扭矩 校核 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 I Abstract The palletizing machine is designed according to its structural characteristics and specific working environment requirements which can replace people s heavy labor thus improving the efficiency of production In this paper we mainly analyze the task of the end effector of the palletizing robot design a palletizing robot and give the three dimensional model of the robot to calculate the freedom and transmission ratio of the robot According to the stacking robot Use the appropriate motor gear and shaft for the relevant data And the corresponding commitment to the torque of the gear and shaft were checked Stacking robots can replace people s heavy labor to achieve the mechanization and automation of production but also the use of the stack method stacking method is a powerful machine learning technology based on cross validation of the meta model intelligently combined with other methods of prediction results Keywords palletizing machine shaft torque checking 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 目 錄 摘要 I Abstract II 第 1 章 緒論 1 1 1 碼垛機(jī)的研究背景 1 1 2 碼垛機(jī)器人在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1 3 碼垛機(jī)器人的主要發(fā)展趨勢 3 1 4 本課題研究的主要內(nèi)容 4 第 2 章 碼垛機(jī)器人的概要設(shè)計(jì) 5 2 1 總體設(shè)計(jì)參數(shù) 5 2 2 設(shè)計(jì)原理 5 2 3 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 5 2 3 1 底座傳動(dòng) 5 2 3 2 腰關(guān)節(jié)的傳動(dòng) 6 2 3 3 上臂的傳動(dòng) 6 2 3 4 夾持裝置的傳動(dòng) 6 2 4 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 第 3 章 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 8 3 1 液壓缸的選擇 8 3 2 確定所使用的電動(dòng)機(jī) 10 3 3 關(guān)鍵軸的計(jì)算 11 3 3 1 計(jì)算關(guān)鍵軸的轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩和輸入功率 11 3 3 2 確定關(guān)鍵軸的具體尺寸 12 3 4 齒輪參數(shù)的確定 15 3 4 1 壓力角 的選擇 16 3 4 2 模數(shù)和齒數(shù)的選擇 16 3 4 3 齒寬系數(shù) 的計(jì)算 16b 3 4 4 確定齒輪傳動(dòng)的精度 16 3 4 5 齒輪的校核 17 第 4 章 總 結(jié) 20 致 謝 21 參考文獻(xiàn) 22 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 0 第 1 章 緒論 1 1 碼垛機(jī)的研究背景 碼垛作業(yè)因其工作方式單調(diào) 體力消耗較大 作業(yè)批量化等特點(diǎn) 為碼垛機(jī)機(jī)器人 的引用提供了充足的理由和絕佳的應(yīng)用場合 1 碼垛機(jī)是以機(jī)械 電子 仿生學(xué)和計(jì)算 機(jī)等多種先進(jìn)學(xué)科技術(shù)為一體的現(xiàn)代化的高新技術(shù)產(chǎn)品 其中機(jī)電技術(shù)的日益成熟為工 業(yè)機(jī)器人技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了的動(dòng)力 碼垛機(jī)采用 PLC 控制技術(shù) 變頻器技術(shù) 檢測元件和觸摸式人機(jī)界面等優(yōu)良控制技術(shù)與控制元件 實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)包裝碼垛機(jī)對包裝 控制單元的控制要求 2 它現(xiàn)在也作為衡量一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志之一 現(xiàn)在各行各業(yè)都廣泛采用了碼垛機(jī) 它不僅可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量與數(shù)量 而且 對于解決勞動(dòng)力不足 提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率 節(jié)約原材料消耗 降低生產(chǎn)成本和工人勞動(dòng) 強(qiáng)度 能極大的改善工人的工作環(huán)境等等 3 碼垛機(jī)與計(jì)算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣 碼垛機(jī) 的應(yīng)用不但改變著人類的生產(chǎn) 還改變著人類的生活方式 因此推動(dòng)了許多傳統(tǒng)及新興 科技公司對碼垛機(jī)進(jìn)行研制開發(fā) 至今 碼垛機(jī)已經(jīng)取得了巨大成就 并研發(fā)出許多高 性能的碼垛機(jī) 由于在各個(gè)領(lǐng)域中 人們的工作環(huán)境有時(shí)會(huì)產(chǎn)生對人體有害的物質(zhì) 甚至有可能會(huì) 危害到人們的生命安全 在這樣的情況下碼垛機(jī)誕生了 根據(jù)堆垛的形式 重疊式堆垛 縱橫交錯(cuò)式堆垛和壓縫式堆垛等等 進(jìn)行開發(fā) 不僅對提高碼垛機(jī)的物料搬運(yùn)裝卸的效 率 而且還能有效節(jié)的節(jié)省存儲(chǔ)的空間 4 它對于保證產(chǎn)品完好 有著十分重要的意義 1 2 碼垛機(jī)器人在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在國外起步較早 最早在搬運(yùn)行業(yè)中引入工業(yè)機(jī)器人的是日本和瑞 典 他們是在 1970 年左右引入的 首次將人類從繁重而枯燥的搬運(yùn)工作中解放出來 它 是一個(gè)非常有發(fā)展前景的行業(yè) 就目前而言 世界各發(fā)達(dá)國家的機(jī)器人公司主要針對各 種載荷 運(yùn)行空間和運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行研制 5 在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家 已相繼研制出半自動(dòng) 全自動(dòng)的碼垛機(jī) 后來也在結(jié)構(gòu)和機(jī)型方面進(jìn)行了不斷作改進(jìn)和完善 國產(chǎn)碼垛機(jī)至今 已經(jīng)研制了幾十年的時(shí)間 到目前為止 我國生產(chǎn)的碼垛機(jī)在性能 機(jī)型 品種規(guī)格和 產(chǎn)品質(zhì)量的方面 已經(jīng)有很大的進(jìn)步 并在許多方面已逐漸接近到國外同類型的碼垛機(jī) 現(xiàn)在 基本上可以滿足大中型企業(yè)對產(chǎn)品包裝碼垛機(jī)的需求 碼垛機(jī)器人是一個(gè)有前景的行業(yè) 國外有許多有名的生產(chǎn)碼垛機(jī)器人的公司如 發(fā) 那科 FANUC 波士頓動(dòng)力公司 Fuji KUKA 等 碼垛機(jī)器人是對其多方面進(jìn)行研 究 如對機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 控制系統(tǒng)的研究以及機(jī)器人智能化方面 的研究等 針對機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的研究 是更好的實(shí)現(xiàn)各自的功能 如有 Fuji 的平行 四邊形連桿機(jī)構(gòu) Motoman 的多節(jié)機(jī)器人等 20 世紀(jì) 80 年代 德國庫卡機(jī)器人公司在 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 1 中國發(fā)展出 KR180PA 和 KR50PA 兩個(gè)型號(hào)的碼垛機(jī)器人 其高剛度 高定位精度 基 于 Windows 界面設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)和低廉的使用和維護(hù)陳本代表了當(dāng)時(shí)機(jī)器人技術(shù)的先進(jìn) 水平 6 經(jīng)過幾十多年的發(fā)展 碼垛機(jī)器人的應(yīng)用在制造業(yè)中的各個(gè)領(lǐng)域內(nèi) 尤其是在搬運(yùn)的領(lǐng) 域中 碼垛機(jī)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(jī)械加工 中的焊接 熱處理 裝配 化工及倉庫堆垛等作業(yè)中 還有再物流行業(yè)和電子電氣行業(yè) 等等 人工作業(yè)已經(jīng)漸漸的被機(jī)器人代替 7 近年來 大量 機(jī)器人員工 已經(jīng)被引入到許多會(huì)對人體有害的領(lǐng)域 20 世紀(jì) 60 年代末以來 機(jī)器人開始逐步進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域 從目前看 碼垛機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域正向電 子信息產(chǎn)業(yè) 橡膠和塑料行業(yè)和物流等領(lǐng)域延伸 中國 印度等國家作為機(jī)器人的新興 市場也出現(xiàn)顯著增長 其中出現(xiàn)在一線生產(chǎn)崗位的機(jī)器人操作更準(zhǔn)確 而且還降低了生 成本和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 而且 我國的聚丙烯產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的 10 以上 而長期以來 國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)品的包裝卻一直處于人工套袋的半自動(dòng)包裝狀態(tài) 針對 PP 樹脂的特點(diǎn) 專門設(shè)計(jì)了全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線工藝流程 8 我國對工業(yè)碼垛機(jī)器人示教在現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了研究與改進(jìn) 提出了一種新的示教再現(xiàn) 方法 按照文中所述方法 任一貨物在碼放放過程中 其碼垛軌跡經(jīng)過的四個(gè)空間點(diǎn)只 有一點(diǎn)需要經(jīng)過示教獲得 其余三點(diǎn)均可通過文中提出的算法程序根據(jù)貨物參數(shù)獲得 所建立的示教再現(xiàn)方法原理簡單了 過程靈活精確 結(jié)果簡潔高效 能夠大大提高工業(yè) 碼垛機(jī)器人示教再現(xiàn)的效率 9 為了使碼垛機(jī)器人完成對不同類型和規(guī)格包裝件的碼垛作業(yè)要求 提出了一種新型 的碼垛機(jī)器人多功能末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)方案 10 該方案采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 通過夾持機(jī)構(gòu) 抓取機(jī)構(gòu)和吸附機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)各類包裝件和托盤以及墊紙等的夾持 抓取 吸持等動(dòng)作 11 碼垛機(jī)器人還可以將已裝入容器的紙箱 按一定排列碼放在托盤上 進(jìn)行自動(dòng)堆碼 可 堆碼多層 然后退出 便于叉車運(yùn)至倉庫儲(chǔ)存 碼垛機(jī)采用 PLC 觸摸屏控制 實(shí)現(xiàn)智 能化操作管理 12 專家預(yù)計(jì) 未來碼垛機(jī)器人年均增速有可能會(huì)越來越快點(diǎn) 可能達(dá)到百分之三十左 右 用于搬運(yùn)的移動(dòng)機(jī)器人每年都會(huì)有一定的增幅 機(jī)器人將成為未來市場至關(guān)重要的 領(lǐng)域 為此世界各國都在搶占先機(jī) 希望可以贏在起跑線上 在 1990 年末 我國就已經(jīng)建立起 7 個(gè)科研基地和 9 個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地 它為我國 建設(shè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化帶來了希望 也為我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ) 目前 我國已 基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù) 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和某些典型工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)分析 軟件方面取得了進(jìn)步 現(xiàn)在我國已經(jīng)能生產(chǎn)具有國際先進(jìn)水平的裝配機(jī)器人 水下機(jī)器 人 服務(wù)機(jī)器人 軍用機(jī)器人 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人等一系列產(chǎn)品 有些機(jī)器人已經(jīng)可以實(shí) 現(xiàn)了小批量生產(chǎn) 13 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 2 我國的沃迪機(jī)器人智能裝備事業(yè)部源于智能食品裝備發(fā)展趨勢的推動(dòng) 專注于國產(chǎn) 工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化 事業(yè)部設(shè)有專門的機(jī)器人和工程技術(shù)應(yīng)用研究院 包 括機(jī)器人技術(shù)工程中心 實(shí)驗(yàn)分析檢測中心 工程試制部等等 承擔(dān)著國家和市級多項(xiàng) 機(jī)器人新實(shí)驗(yàn)室 規(guī)劃占地面積為 2000 平方米 具備恒溫和模擬各種各種使用環(huán)境的條 件 擁有完善的測試平臺(tái)和檢測設(shè)備 將用于對新型機(jī)器人的研發(fā)和驗(yàn)證 14 其搬運(yùn)機(jī) 器人設(shè)計(jì)年產(chǎn)大約為 2000 臺(tái) 目前已擁有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 并且是國內(nèi)最具規(guī)模的碼 垛機(jī)器人工業(yè)化生產(chǎn)企業(yè) 主要競爭對手為日本 德國及瑞典的國際行業(yè)巨頭 目前國內(nèi)一些科研 設(shè)計(jì)和生產(chǎn)單位 已擁有一批專門從事科研 設(shè)計(jì)和制造碼垛 機(jī)的技術(shù)隊(duì)伍 他們通過近 20 年的左右的摸索 研制和生產(chǎn)實(shí)踐已積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn) 現(xiàn)在已具備設(shè)計(jì)和研制出符合國情和先進(jìn)水平的碼垛機(jī)所必需的條件 在現(xiàn)在日常生活中 我們也能看見機(jī)器人身影 如 掃機(jī)器人 又叫自動(dòng)打掃機(jī) 憑借一定的人工智能 自動(dòng)在房間內(nèi)完成對地板的清理工作 早教機(jī)器人 顧名思義它就 是專門為兒童早教促進(jìn)孩子學(xué)習(xí)興趣的電子產(chǎn)品 對孩子的學(xué)習(xí)能力進(jìn)行全方位的訓(xùn)練 等等 對于機(jī)器人來說 中國存在巨大潛的市場 15 由于國內(nèi)有許多汽車制造業(yè) 這為碼 垛機(jī)器人的裝配量將會(huì)快速增長提供著條件 1 3 碼垛機(jī)器人的主要發(fā)展趨勢 碼垛機(jī)器人各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域的使用實(shí)踐證明 它在提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平 提高勞動(dòng)生 產(chǎn)率和降低了生產(chǎn)成本 改善工人勞動(dòng)條件等方面的作用很大 引起了世界各國的關(guān)注 在新的世紀(jì) 工業(yè)機(jī)器人的使用一定會(huì)更加廣泛 王衛(wèi)明曾經(jīng)就此發(fā)言 使用機(jī)器人最多的是汽車行業(yè) 醫(yī)藥等行業(yè)的對機(jī)器人的需 求甚至要達(dá)到 100 以上 在 2013 年 機(jī)器人在全國的銷量大約為 16 8 萬臺(tái) 機(jī)器換 人 已經(jīng)是不可避免的了 在未來的 5 到 10 年機(jī)器人在中國市場將到達(dá)爆發(fā)期 曲道奎 認(rèn)同這一觀點(diǎn) 作為國內(nèi)領(lǐng)先的機(jī)器人制造業(yè)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司的人 他 在會(huì)上不斷提醒企業(yè)要意識(shí)到該行業(yè)的殘酷性 16 他呼吁 中國應(yīng)在機(jī)器人這個(gè)高端產(chǎn) 業(yè)里避免處于產(chǎn)業(yè)鏈低端位置 在中國廉價(jià)勞動(dòng)力優(yōu)勢逐漸被機(jī)器人所替代 機(jī)器換 人 已是大勢所趨 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)就是誘人的 大蛋糕 中國各地都應(yīng)立即行動(dòng)起來 機(jī)器人企業(yè)和產(chǎn)業(yè)園如雨后春筍層出不窮 積極投身這場 掘金戰(zhàn) 中 從世界各國在堆垛機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程可知 有三種不同的發(fā)展模式 日本模式 歐洲模式和美國模式 1 日本模式 此種模式的特點(diǎn)是 各司其職 分層面完成交鑰匙工程 即機(jī)器人制造廠商以開發(fā) 新型機(jī)器人和批量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品為主要目標(biāo) 并由其子公司或社會(huì)上的工程公司來設(shè)計(jì) 制造各行業(yè)所需要的機(jī)器人成套系統(tǒng) 并完成交鑰匙工程 17 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 3 2 歐洲模式 此種模式的特點(diǎn)是 一攬子交鑰匙工程 即機(jī)器人的生產(chǎn)和用戶所需要的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 制造 全部由機(jī)器人制造廠商自己完成 3 美國模式 此種模式的特點(diǎn)是 采購與成套設(shè)計(jì)相結(jié)合 美國國內(nèi)基本上不生產(chǎn)普通的堆垛機(jī) 器人 企業(yè)需要時(shí)機(jī)器人通常由工程公司進(jìn)口 再自行設(shè)計(jì) 制造配套的外圍設(shè)備 完 成交鑰匙工程 我國從上世紀(jì) 80 年開始在高校和科研單位全面開展堆垛機(jī)器人的研究 近 20 年來 取得不少的科研成果 但是由于沒有和企業(yè)有機(jī)地進(jìn)行聯(lián)合 至今仍未形成具有影響力 的產(chǎn)品和有規(guī)模的產(chǎn)業(yè) 18 目前國內(nèi)除了一家以組裝為主的中日合資的機(jī)器人公司外 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)器人尚停留在高?；蚩蒲袉挝唤M織的零星生產(chǎn) 未能形成氣候 19 近 10 年來 進(jìn)口機(jī)器人的價(jià)格大幅度降低 對我國堆垛機(jī)器人的發(fā)展造成了一定的影響 特別是我國自行制造的普通堆垛機(jī)器人在價(jià)格上根本無法與之競爭 特別是我國在研制 機(jī)器人的初期 沒有同步發(fā)展相應(yīng)的零部件產(chǎn)業(yè) 使得國內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)的機(jī)器人過程中 只能依賴配套進(jìn)口的零部件 更削弱了我國企業(yè)的價(jià)格競爭力 中國的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)走什么道路 如何建立自己的發(fā)展模式 確實(shí)值得探討 中國 工程院在 2003 年 12 月完成并公開的 我國制造業(yè)焊接生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略研究總結(jié)報(bào) 告 中認(rèn)為 我國應(yīng)從 美國模式 著手 在條件成熟后逐步向 日本模式 靠近 1 4 本課題研究的主要內(nèi)容 設(shè)計(jì)一種主要用于對物體的抓取的碼垛機(jī)器人 對機(jī)器人的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì) 畫出該 機(jī)器人的總裝配圖 給出該碼垛機(jī)器人的各種參數(shù) 然后對于主要部件進(jìn)行強(qiáng)度校核 得到最優(yōu)的碼垛機(jī)器人 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 4 第 2 章 碼垛機(jī)器人的概要設(shè)計(jì) 2 1 總體設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)此次設(shè)計(jì)的機(jī)器人具體應(yīng)用場合和實(shí)際應(yīng)用要求 設(shè)計(jì)的主要參數(shù)要求如下 1 抓取的重物 15kg 2 機(jī)械手的自由度數(shù) 4 個(gè) 3 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 底座旋轉(zhuǎn) 角速度 3 14 rads 支撐桿俯仰 線速度 0m 4 運(yùn)動(dòng)行程 底座旋轉(zhuǎn) 6 支撐桿俯仰 9 2 2 設(shè)計(jì)原理 本設(shè)計(jì)參照美國 ABC 公司某些型號(hào)的機(jī)器人設(shè)計(jì)靈感 結(jié)構(gòu)上運(yùn)用了圓型好處在 于工作范圍較大 機(jī)器人的腰部和手腕都采用了液壓缸 液壓傳動(dòng)調(diào)速方便且調(diào)速范圍比 較大 可達(dá)到 100 1 2000 1 2 3 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 2 3 1 底座傳動(dòng) 底座是要驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu) 因此承受的質(zhì)量和慣量很大 所以因采用較大步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng) 驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu) 如圖 2 1 和圖 2 2 所示 圖 2 1 基底座傳動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 2 2 底座傳動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 5 電機(jī)安裝在基座上方 基座中是二個(gè)齒輪 用于提供較大的扭矩 基座是用鍵與大 齒輪固定 電機(jī)是通過螺釘與基座固定 大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)是通過電機(jī)輸出的扭矩產(chǎn)生的 底座基固定在地面上的 從而推動(dòng)其他部分轉(zhuǎn)動(dòng) 2 3 2 腰關(guān)節(jié)的傳動(dòng) 支撐桿的運(yùn)動(dòng)就是腰關(guān)節(jié)的傳動(dòng) 采用回轉(zhuǎn)軸使其與底部電機(jī)鏈接 其結(jié)構(gòu)如下圖 2 3 和圖 2 4 所示 圖 2 3 腰關(guān)節(jié)傳動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 2 4 傳動(dòng)軸 2 3 3 上臂的傳動(dòng) 為了減輕整個(gè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和重量 上桿不采用電動(dòng)機(jī) 而采用液壓缸可以大大 提高機(jī)械手的精度 如圖 2 5 所示 圖 2 5 上臂的液壓缸 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 6 2 3 4 夾持裝置的傳動(dòng) 夾持裝置采用液壓缸 通過改變流量和壓力來實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手爪張合的控制 如圖 2 6 圖 2 6 夾持裝置 2 4 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 用軟件 solidworks 畫出了碼垛機(jī)器人的三維圖如圖 2 7 所示 圖 2 7 總體結(jié)構(gòu)圖 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 7 第 3 章 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 整個(gè)機(jī)器人共有 4 個(gè)自有度 其中有三個(gè)是用液壓缸帶動(dòng)的 整個(gè)機(jī)構(gòu)只用了一個(gè) 電機(jī)來推動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng) 3 1 液壓缸的選擇 1 連桿上的液壓缸 液壓缸輸入是液體的流量和壓力 輸出的是力和直線運(yùn)動(dòng) 液壓缸的結(jié)構(gòu)簡單 工 作可靠性好 被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)部門 液壓缸可廣泛的分為通用型結(jié)構(gòu)和專 用型結(jié)構(gòu) 這里選用的是通用型中的拉桿型液壓桿 因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡單 拆裝簡便 零件 通用化程度較高 制造成本較低 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算于選取 總質(zhì)量 mI 210kg 單杠最大的升起的質(zhì)量 M mI 2 105kg 上升速度等于下降速度 v 0 1m s 液壓上升的最大負(fù)載 Fmax Mg 1 05kN 液壓缸的機(jī)械效率 0 95 液壓缸的工作壓力由表 3 1 可知 P 0 7MPa 表 3 1 不同負(fù)載條件下的工作壓力 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 8 負(fù)載 F KN 50 工作壓力 P MPa 0 8 1 1 5 2 2 5 3 3 4 4 5 5 由公式 D 3 1 pFmax Fmax 1 05kN p 0 7Mpa 0 95 解得 D 0 044837m 根據(jù)表 3 2 可知 圓整成標(biāo)準(zhǔn)值后 得液壓缸內(nèi)徑 D 50mm 表 3 2 液壓缸內(nèi)徑尺寸 D 系列 mm GB T2348 1993 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 450 500 缸筒壁厚和外徑計(jì)算 本設(shè)計(jì)的內(nèi)徑 D 為 50mm 查液壓設(shè)計(jì)手冊液壓缸的外徑 D1 為 60mm 缸壁的厚度 為 6mm 正規(guī)的方法選取液壓缸壁厚都能滿足其強(qiáng)度 活塞桿直徑的計(jì)算 活塞桿是液壓缸傳遞動(dòng)力的主要零部件 他要承受拉力 壓力 彎力和震動(dòng)沖擊等 多種作用 必須有足夠的強(qiáng)度和剛度 活塞桿直徑的計(jì)算 根據(jù)活塞桿受力狀況來確定 一般為受拉力作用時(shí) d 0 3 0 5D 受壓力作用時(shí) P 5MPa 時(shí) 0 5 0 55D d 5MPa P7MPa 0 7D 因?yàn)?P 0 8MPa D 0 04695m 故 0 02582m 根據(jù)表 3 3 可知活塞桿直徑 28mmd 表 3 3 活塞桿直徑系列 mm GB T2348 1993 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 2 夾持裝置上的液壓缸 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算于選取 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 9 總質(zhì)量 mI 40kg 單杠最大的升起的質(zhì)量 M mI 40kg 上升速度等于下降速度 v 0 1m s 液壓上升的最大負(fù)載 Fmax MgKN4 0 液壓缸的機(jī)械效率 0 95 液壓缸的工作壓力由表 3 1 可知 aP1 0 由公式 3 6 95 0 5 111max apKNF 解得 D 0 051774m 根據(jù)表 3 2 可知 圓整成標(biāo)準(zhǔn)值后 得液壓缸內(nèi)徑 D 60mm 缸筒壁厚和外徑計(jì)算 本設(shè)計(jì)的內(nèi)徑 D 為 60mm 查液壓設(shè)計(jì)手冊液壓缸的外徑 D1 為 76mm 缸壁的厚度 為 8mm 正規(guī)的方法選取液壓缸壁厚都能滿足其強(qiáng)度 活塞桿直徑的計(jì)算 活塞桿是液壓缸傳遞動(dòng)力的主要零部件 他要承受拉力 壓力 彎力和震動(dòng)沖擊等 多種作用 必須有足夠的強(qiáng)度和剛度 活塞桿直徑的計(jì)算 根據(jù)活塞桿受力狀況來確定 一般為受拉力作用時(shí) d 0 3 0 5D 受壓力作用時(shí) P 5MPa 時(shí) 0 5 0 55dD 5MPa P7MPa 0 7D 因?yàn)?P 0 1MPa 0 051774m 故 0 25887md 根據(jù)表 3 3 可知活塞桿直徑 28mmd 3 2 確定所使用的電動(dòng)機(jī) 這里是通過求整個(gè)機(jī)構(gòu)的慣性量來確定所選用的電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的公式如下 S 則剖面安全 其它軸用相同方法計(jì)算 結(jié)果都滿足要求 3 4 齒輪參數(shù)的確定 常用的齒輪材料是各種牌號(hào)的優(yōu)質(zhì)碳素鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼 鑄鋼和鑄鐵等 一般多采 用鍛件或軋制鋼材 當(dāng)齒輪較大 例如直徑大于 400 600mm 而輪坯不易鍛造時(shí) 可采用 鑄鋼 所以根據(jù)所需性能要求 選擇材料為 45 鋼 經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理使硬度 HBS 可達(dá)到 229 286 3 4 1 壓力角 的選擇 由機(jī)械知識(shí)可知 增大 可以增大齒輪的齒厚以及節(jié)點(diǎn)處的齒廓曲率半徑 可以 提高齒輪的 和 此處 可取 20 s H 3 4 2 模數(shù)和齒數(shù)的選擇 對于齒輪的閉式齒輪傳動(dòng) 齒面接觸疲勞強(qiáng)度決定著齒的接觸疲勞強(qiáng)度 而齒面的 接觸應(yīng)力的大小與小齒輪的 和 的乘積有關(guān) 因此在滿足 的前提下 宜選擇較小的zmF 和較多的 這樣能使重合度增大 使傳動(dòng)的平穩(wěn)性得到改善 還能齒高 是隨 的mz hm 減小而降低 從而能使金屬的切削量減小 滑動(dòng)速度和磨損量減小 提高抗膠合能力 關(guān)鍵軸上的小齒輪的齒數(shù) 取20 大齒輪的齒數(shù) 取100 模數(shù)m取4 z z 3 4 3 齒寬系數(shù) 的計(jì)算b 由強(qiáng)度公式可知 當(dāng) 一定時(shí) 齒輪直徑和齒輪圓周速度都將隨著齒寬的增大而減q 小 但是增大齒寬 將使分布在齒面上的 的不均勻性增大 關(guān)鍵軸上的齒輪在嚙合時(shí)q 所取的齒寬系數(shù) 為1 0 根據(jù)公式 計(jì)算結(jié)果應(yīng)是 5 的整數(shù)倍 作為大齒輪d db 的齒寬 小齒輪齒寬取b II mm 從使加工和裝配過程中產(chǎn)生的誤差將得到 105 補(bǔ)償 3 4 4 確定齒輪傳動(dòng)的精度 根據(jù) 1988 年的國標(biāo) 10095 中的規(guī)定 齒輪精度共有 12 級 并從 1 級到 12 級逐漸降 低 經(jīng)常從 6 9 級中選取 這里的齒輪選用的精度為 7 級 齒輪嚙合的幾何尺寸 名稱 公式 分度圓直徑 mzd401 mzd8024 齒頂高 ha 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 16 齒根高 54 2 01 mchaf 齒全高 f 954 齒頂圓直徑 daa82 mhdaa82 齒根圓直徑 ff 3 ff 70 基圓直徑 b 7cos b1 5cos 齒距 mmp5614 齒厚 26 齒槽寬 e8 中心距 da402 頂隙 mc15 3 4 5 齒輪的校核 齒輪所選定用的材料為45 鋼 在加工過程中對齒輪進(jìn)行滲碳淬火后使其硬度達(dá)到 本次設(shè)計(jì)的齒輪的精度為7 級 齒輪表面的粗糙度為 并且這一62 5HRC 1 6aR 對的齒輪需要進(jìn)行校核 齒數(shù)分別為 模數(shù)為 4 傳動(dòng)比 扭矩21 0 z 5 i mNT 34 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 按齒面 設(shè)計(jì) 再按齒根 校核 s b b 按齒面 計(jì)算H 3 31 mdHSEdt ZuKT 51 93 212 式中 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 用來考慮節(jié)點(diǎn)齒廓形狀對接觸應(yīng)力的影響 取 HZ HZ 2 5 材料系數(shù) 單位為MPa 查表3 5 Z E 189 8 MPa E 重合度系數(shù) 取 0 90 齒寬系數(shù) 查表3 6取 1 d d u 齒數(shù)比 其值為大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比 u 5 表3 5 彈性系數(shù) 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 鑄鋼 鍛鋼 加布膠木 鍛鋼 162 0 181 4 188 9 189 8 56 4 鑄鋼 161 4 180 5 188 0 球墨鑄鐵 156 6 173 9 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 17 灰鑄鐵 143 7 表3 6 齒寬系數(shù) d 吃面硬度 齒輪相對于軸承的位置 軟齒面 硬吃面 對稱布置 0 8 1 4 0 4 0 9 非對稱布置 0 2 1 2 0 3 0 6 懸臂布置 0 3 0 4 0 2 0 25 選擇材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為 1lim580HMPa 2lim560HMPa 選擇齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力為 1li23FF2li1 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N 計(jì)算可得 mm 3 32 1607 51608nat 64 則 3 33 112 4Ni 103 2 查得接觸疲勞壽命系數(shù)為 12 9 87NZ 查得彎曲疲勞壽命系數(shù)為 NY 查得接觸疲勞安全系數(shù) 1 彎曲疲勞安全系數(shù) 1 5 又 為試驗(yàn)齒輪minHSminFS STY 的應(yīng)力修正系數(shù) 按國家標(biāo)準(zhǔn)取2 0 試選 3tK 求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力 MPa 3 34 1limn580 92HNZS 3 35 2li1mn6 4H MPa 3 36 1li1Fn302 851 7 5STNY 3 37 2lim2Fn 93 4 ST Pa 將有關(guān)值帶入公式 3 35 得 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 18 mdHSEdt ZuKT 3 673 212 則 3 38 1167 302 5 601tns 3 39 325 z 查圖得 查得 3vK A 查得 取 則17 1 3 40 2513 72 815HVK 修正 331 86 ttdm 1360dmz 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m 2mm 與前面選定的模數(shù)相同 所以m 2mm 符合要求 c 計(jì)算幾何尺寸 3 41 32501dmz 42dz 3 42 34 z 2 50 3am d 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 查得 取124 0 Y 8 FSFS 0 7Y 校核兩齒輪的彎曲強(qiáng)度 22 35MPA 1 3 43 mzKTFSd321 1F 3 44 6 212FSFMPaY 所以齒輪完全達(dá)到要求 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 19 第 4 章 總 結(jié) 碼垛機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域中扮演著重要的角色 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)四個(gè) 自由度的機(jī)器人 用于工廠中對貨物的搬運(yùn)工作 說實(shí)話 剛接觸這個(gè)課題 有點(diǎn)抓不 著頭腦 不知從何入手 雖然在我們?nèi)ヂ尻枌?shí)習(xí)時(shí)見過實(shí)物 但真正要求自己設(shè)計(jì)一個(gè) 機(jī)器人 還是有一定難度的 后來意識(shí)到自己的不足 我去學(xué)校的圖書館 查閱了一些 資料 我發(fā)現(xiàn)圖書館關(guān)于這方面的資料確實(shí)不多 所以我就到網(wǎng)絡(luò)上找資料 發(fā)現(xiàn)這方 面的東西還真不少 看了幾天資料后 漸漸有點(diǎn)入門了 但有些地方還是不明白 例如 底座如何驅(qū)動(dòng)腰關(guān)節(jié) 上桿的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等等 我就跑去請教韓老師 在老師的細(xì)心指導(dǎo) 下 解決了很多困擾我已久的疑問 在真正動(dòng)手畫圖之后 我發(fā)覺問題也沒有想象的那 么困難 每當(dāng)不懂的地方 我會(huì)去尋求老師和同學(xué)的幫助或者去網(wǎng)絡(luò)查找資料 克服困 難之后也是挺有成就感的 到了校核軸和齒輪的階段 記得以前在學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候 進(jìn)行過一次減速箱的課程設(shè)計(jì) 里面也有軸和齒輪的校核 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)剛好把學(xué)過的 知識(shí)用上了 由于時(shí)間有限 本次設(shè)計(jì)還存在的許多不足 還需要進(jìn)一步提高 展望如下 1 本設(shè)計(jì)中的桿的設(shè)計(jì)還不夠精細(xì) 部分零件的結(jié)構(gòu)不夠合理 導(dǎo)致質(zhì)量偏大 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量偏大 因此也只能選擇功率比較大的電動(dòng)機(jī) 可能會(huì)比較耗電 2 對于夾持裝置 根據(jù)以前學(xué)習(xí)到的知識(shí) 我采用了四桿機(jī)構(gòu) 在以后的設(shè)計(jì)中 可以設(shè)計(jì)成可以替換的具有通用性的手爪 這樣可以在搬運(yùn)不同類型的工件時(shí)只需要更 換機(jī)械手的手指 從而拓展了機(jī)器人的應(yīng)用范圍 這是很重要的待改進(jìn)的地方 3 各零件材料的選擇可以更多樣化 根據(jù)不同的性能要求 選擇合適的材料 甚 至于大膽選用一些新興材料 方向是質(zhì)量輕和強(qiáng)度高 因?yàn)闄C(jī)器人本身是一個(gè)高新產(chǎn)業(yè) 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 20 致 謝 隨著這 2 年大學(xué)生活的即將結(jié)束的腳步 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在導(dǎo)我的導(dǎo)師韓書葵老師的 幫助下也接近了尾聲 在我的認(rèn)識(shí)中韓老師是一位治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn) 學(xué)識(shí)豐富的老師 從開題 開始到論文結(jié)束給我許多指導(dǎo) 雖然韓老師工作繁忙 但她還是對我的倫文進(jìn)行了多次 修改 這確實(shí)是一個(gè)艱苦的過程 也是我們對本專業(yè)進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)的一次機(jī)會(huì) 更是一 個(gè)感恩和互助的過程 在倫文的完成過程中老師給予了我許多的幫助 在今后的學(xué)習(xí)工 作中 我將銘記恩師對我的教誨和鼓勵(lì) 盡自己最大的努力取得更好的成績 在此我要向我的指導(dǎo)老師表示由衷的感謝和深深的敬意 在兩年的大學(xué)學(xué)習(xí)期間 機(jī)械教研室的每位老師對我的學(xué)習(xí)和生活都給予了許多的 幫助和關(guān)心 使我在各個(gè)方面都得到了很大的提高 衷心感謝參加答辯和論文評閱的各位老師 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 21 參考文獻(xiàn) 1 李金泉 段冰蕾 南倩 TH50 型碼垛機(jī)器人動(dòng)態(tài)靜力學(xué)分析 J 2011 504 508 2 姜永增 姚忠敏 張?jiān)?全自動(dòng)化肥包裝碼垛機(jī)包裝控制單元的設(shè)計(jì) J 農(nóng)機(jī)化研究 2013 202 205 3 張曉莉 王幼華 林和榮 鋁錠碼垛機(jī)械手示教盒的設(shè)計(jì) J 機(jī)械研究與應(yīng)用 2006 20 21 4 王明武 基于 PLC 的全自動(dòng)鋁錠碼垛機(jī)設(shè)計(jì) J 機(jī)床與液壓 2012 101 103 5 劉世奎 徐世許 王棟 李玉蘭 線纜卷繞機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 機(jī)械制造與自動(dòng)化 2011 121 123 6 姚猛 韓寶玲 羅慶生 孫樣溪 王斌 工業(yè)碼垛機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)于運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 J 2011 05 7 李成偉 朱秀麗 碼垛機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)研究 J 2008 12 8 王平 黃玉志 基于 PLC 控制的包裝碼垛生產(chǎn)線的設(shè)計(jì) J 電子設(shè)計(jì)工程 2011 35 38 9 呂亭強(qiáng) 姚猛 羅慶生 工業(yè)碼垛機(jī)器人示教技術(shù)的研究于改進(jìn) J 2011 04 10 樊斌 紅外傳感器應(yīng)用時(shí)的自動(dòng)零位跟蹤 J 傳感器技術(shù) 2001 22 23 11 李曉剛 劉晉浩 碼垛機(jī)器人的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 問題及對策 J 包裝工程 2011 96 102 12 朱學(xué)建 馬永 馮渝 曾繁莊 趙偉 直角坐標(biāo)機(jī)器人瓶坯裝箱生產(chǎn)線控制系統(tǒng) J 食品 與機(jī)械 2012 187 189 13 趙偉 梁楠 朱學(xué)建 熊艷華 基于鹽業(yè)成品箱的碼垛機(jī)設(shè)計(jì) J 鹽業(yè)與化工 2013 31 33 14 王坤茜 基于人機(jī)工程學(xué)的數(shù)控機(jī)床控制面板設(shè)計(jì) J 中國制造業(yè)信息化 學(xué)術(shù)版 2003 32 3 94 96 15 李剛 工業(yè)用碼垛機(jī)器人 J 現(xiàn)代制造 2005 24 40 41 16 QianLiao EdwinA Cowen The Information Contentofa Scalar Plume APlume Tracing Perspective J Environmental Fluid Mechanics 2002 1 2 17 LI Jin quan DING Hong sheng DUAN Bing lei NAN Qian FU Tie Dyamic Analysis and Structural Optimization of a Novel Palletizing Robot J 2010 3 113 115 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 22 18 Lau H C Chan T M Tsui W T An AI 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