物料包裝線模型碼垛推動機構設計【4四自由度碼垛機器人優(yōu)秀課程畢業(yè)設計+含SW三維3D建模及22張CAD圖紙+帶任務書+開題報告+文獻綜述+外文翻譯+25頁加正文1.03萬字】-jxsj12

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物料包裝線模型碼垛推動機構設計

4四自由度碼垛機器人的設計

摘  要

碼垛機是根據其結構特點和具體的工作環(huán)境要求對其進行設計的，它可代替人們繁重勞動，從而提高了生產的效率。本論文主要是根據碼垛機器人的末端執(zhí)行器工作的任務進行分析，設計出一款碼垛機器人，并且給出該機器人的三維模型，并計算出該機器人的自由度和傳動比，根據碼垛機器人的相關數據選用合適的電機、齒輪和軸。并對相應承擔扭矩的齒輪和軸進行了校核?，F(xiàn)在的碼垛機器人可用于代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產的機械化和自動化。大部分的碼垛機器人都運用了堆疊法，堆疊法是一種強大的機器學習技術，通過基于交叉驗證的元模型智能地結合其他方法的預測結果。

關鍵詞：碼垛機  軸的扭矩?校核

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

目    錄

摘要 I

AbstractII

第1章  緒論 1

1.1碼垛機的研究背景 1

1.2 碼垛機器人在國內外研究現(xiàn)狀 1

1.3 碼垛機器人的主要發(fā)展趨勢 3

1.4 本課題研究的主要內容 4

第2章  碼垛機器人的概要設計 5

2.1總體設計參數 5

2.2 設計原理 5

2.3 傳動設計 5

2.3.1 底座傳動 5

2.3.2腰關節(jié)的傳動 6

2.3.3上臂的傳動 6

2.3.4 夾持裝置的傳動 6

2.4總體結構設計 7

第3章 傳動裝置的設計 8

3.1液壓缸的選擇 8

3.2確定所使用的電動機 10

3.3 關鍵軸的計算 11

3.3.1 計算關鍵軸的轉速、轉矩和輸入功率 11

3.3.2 確定關鍵軸的具體尺寸 12

3.4 齒輪參數的確定 15

3.4.1 壓力角的選擇 16

3.4.2 模數和齒數的選擇 16

3.4.3 齒寬系數的計算 16

3.4.4 確定齒輪傳動的精度 16

3.4.5 齒輪的校核 17

第4章 總    結 20

致    謝 21

參考文獻 22

任務書（理工類） 學生姓名： 專 業(yè)： 班 級： 學 號： 指導教師： 職 稱： 完成時間： 畢業(yè)設計（論文）題目： 物料包 裝 線模型碼垛推動機構 的 設計 題目來源 教師科研課 題 縱向課題（） 題目類型 理論研究（ ） 注：請直接在所屬項目括號內打“ √” 橫向課題（ ） 應用研究（ ） 教師自擬課題（√） 應用設計（√） 學生自擬課題（ ） 其 他（ ） 總體設計要求及技術要點： 根據碼垛機器人的末端執(zhí)行器工作的任務，設計一款碼垛機器人，并且給出該機器人的三維模型，計算出該機器人的自由度，熟悉三維設計軟件能能更好的設計出來機器人。 1、分析國內外現(xiàn)狀，設計一種碼垛機器人； 2、選擇碼垛機器人中的各構件的組成材料，選擇電機以及齒輪等參數； 3、繪制 碼 垛機器人的裝配圖； 工作環(huán)境及技術條件： 聯(lián)網計算機一臺， 件 ，有關的技術手冊。 工作內容及最終成果： 1、 分析國內外現(xiàn)狀，設計一種碼垛機器人； 2、選擇碼垛機器人中的各構件的組成材料，選擇電機以及齒輪等參數； 3、繪制碼碼垛機器人的裝配圖； 預期成果： 提供一篇設計論文和給出該機器人的三維模型。 時間進度安排： 第 1查閱資料和閱讀參考文獻，了解國內外碼垛機器人的發(fā)展狀況，了解碼垛機器人的組成原理。同時完成開題報告。 第 3總體方案確定，確定研究碼垛機器人的組成機構，對模型進行總體方案確定。 第 5得到碼垛機器人的三維圖。 第 13寫畢業(yè)論文。 第 15 周準備答辯。 指導教師簽字： 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字： 年 月 日 本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 外 文 翻 譯 原 文 標 題 of on s 譯 文 標 題 施工質量分布對步行機器人步態(tài)穩(wěn)定性的影響 作 者所在系別 機電工程學院 作者所在專業(yè) 機械設計制造及其自動化 作者所在班級 者 姓 名 劉田 作 者 學 號 20134011304 指導教師姓名 韓書葵 指導教師職稱 副教授 完 成 時 間 2017 年 3 月 北華航天工業(yè)學院教務處制 - 1 - 譯文標題 施工質量分布對步行機器人步態(tài)穩(wěn)定性的影響 原文標題 of on s 作 者 名 哈維穆勒 國 籍 美國 原文出處 981,文： 摘要： 本研究的目的是找出步行機的施工參數與其穩(wěn)定性之間的聯(lián)系。此外，本文展示了重要的質量分布對于正確設計的步態(tài)生成算法。這項研究是基于在發(fā)的六邊形雙壓電機器人的仿真模型。分析了機器人的腿和軀干之間的可變百分比質量分布。 基于結果，我們可以得出結論，行走機器人的腿和軀 干的重量之間的比例對大多數步行參數，如步幅長度和速度，穩(wěn)定姿勢的機器，控制方法和移動性有很大影響。 它對質心位置也有巨大的影響，這是行走機器人的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性的關鍵問題。 因此，在整個設計和編程過程中應考慮步行機器人的質量分布。 關鍵詞： 六邊形雙壓機器人 ; 昆蟲 ; 質量分布 ; 質心 ; 步態(tài)穩(wěn)定性 1. 介紹 由身體的重量分布百分比限定的質心位置影響所設計的機器的多個參數。 首先，它負責確保其在工作期間和靜止時的穩(wěn)定性。 它還對運動學參數和動態(tài)參數具有主要影響，尤其包括運動中產生的慣性效應。 這使得重量分布分析成 為設計過程的重要部分，特別是在設計機器人，操縱器和處理設備時。 關于機器人的質心位置的研究起源于人和動物的運動的生物力學分析。 這樣的生物模型可以成功地用于機器工程。 當代機器人的主要部分基于上述生物模型。 其中最重要的群體是步行機器人，其移動類似于大多數動物使用步態(tài)循環(huán)組成的步驟 [1]。 在當前對質心 （ 位置的研究中，重點在于確保機器人的靜態(tài)穩(wěn)定性。 當 投影落在支撐多邊形內。 支撐多邊形由所有接觸點定義，在多支腿機器人的情況下是支撐階段中機器人腿的尖端 [1 在雙腿（雙足）機器人的情況下，動態(tài)穩(wěn)定性是分析的因素，并且當作用在質心上的力矩在運動期間平衡時，機器人被認為是動態(tài)穩(wěn)定的。 在大多數研究中，作者考慮 相對于機器人姿勢的位置 [4]。 在大多數情況下忽略由機器人設計限定的結構特性的影響。 它主要被認為是關于雙足機器人的研究，其重量分布是身體平衡的關鍵問題 [5]。 本研究的重點是重量分布對步行機的靜態(tài)穩(wěn)定性的影響，基于六邊形雙晶機器人。 第 2 節(jié)提供了分析設計的簡要描述，包括原型的重量百分比分布。 第 3 節(jié)描述了本研究中使用的研究方法， - 2 - 第 4 節(jié)給出了他們獲得的結果 2. 六邊形雙壓機器人 六邊形雙晶機器人可以從六到四腿構型（或相反方向）變換，而不需要改變。 由此，機器人可以在崎嶇的地形中以相對高的速度移動，同時在站立和行走期間保持其操縱功能。 機器人主體（圖 1）由三個主干段組成：前段 間段 T。 每個段配備有一對三連桿腿，命名為 運動）和 動和操縱能力）。 作為一個特殊的特點，機器人配備了一個可擴展的重量，可以控制 運動期間的位置 [6]。 圖 機器人示意圖，顯示了原型的重量分布百分比 12 - 右（左）前肢與操縱和運動功能， - 右（左）肢具有運動功能， - 右（左）后肢具有運動功能。 分析的行走機器人的原型組件的重量在表 1 中給出。可以在此基礎上計算總體重的百分比。 腿 - 軀干重量比為 軀干部分以及連接到它們的肢體的重量以總體重的百分比表示為 ％ / 表 3. 研究方法 本文報告的研究是使用在軟件程序 開發(fā)的仿真模型進行的。 仿真模型是在六元四元雙機器人的數學模型的基礎上開發(fā)的，是先前研究的派生分析。 選擇來量化機器人的靜態(tài)穩(wěn)定性的參數是縱向穩(wěn)定裕度（ 它被定義為距離 最小距離。 投影和支撐多邊形邊緣平行于機器的 度矢量測量 [7]。 在該研究下進行了兩個分析。 第一個是調查肢體的重量相對于機器人的總重量和機器人的靜態(tài)穩(wěn) 定性之間的關系。 針對所分析的六邊形雙壓電機器人的三個選定姿勢檢查五個肢體重量比。 比率從 30％到 70％相差 10％。 為了執(zhí)行分析的目的，必須假定身體段之間具有恒定的比率。 選擇最接近實際結構的比率，前部分占總重量的 20％，剩余重量在中間和后部分之間平均分配（每個 40％）。 注意，在這些分析中，段的重量不包括附接到它們的肢體的重量。 第二項研究的目的是檢查機器人部分中幾個重量分布對其靜態(tài)穩(wěn)定性的影 - 3 - 響。 選擇五個重量分布模式，質心位于軀干前段（ 40％ / 30％ / 30％），雙軸關節(jié)（ 40％ / 40％ / 20％ ），軀干中段 （ 20％ / 40％ / 40％）和軀干后段（ 20％ / 30％/ 50％）上的平均值（ 30％ / 40％ / 30％）。 以與研究 同的方式進行分析，即通過讀取用于相同的三個機器人姿勢和每個預定義的重量分布配置的模擬模型中的質心位置，隨后確定 在站立階段的縱向穩(wěn)定裕度。 在這些分析中，假定所有模擬 200 克單腿重量包括肢體重量。 假定的體重為 3000g。 考慮三種特征姿勢，如圖 1 所示。 姿勢 2a）表示機器人在三腳架步態(tài)中行走，其中三個腿（ 于向前擺動（轉移）階 段，而其余的腿（ 相。 在姿勢 2b）中，失去靜態(tài)穩(wěn)定性的最大風險。 在該姿勢中，右腿的后腿和中腿處于站立期，而其他腿處于搖擺階段。 在兩種姿勢中，六邊形雙態(tài)機器人處于六足（即主要）配置。 姿勢 示其中機器人支撐在腿 的替代配置（四路）。 在四通道結構中，軀干的前段向上傾斜 90 度的角度。 圖 a）六足機配置中的三角架步態(tài)， b）六足機構配置中的最低穩(wěn)定性情況， c）四足配置。 4. 研究結果 在站 立階段期間肢體的重量相對于機器人的總重量和機器人的穩(wěn)定性之間的關系在圖 1 的圖表中呈現(xiàn)。從曲線可以看出，對于三腳架步態(tài)，肢體的重量相對于機器人的總重量的變化對 幾乎沒有影響。軀干和四肢之間的平均重量分布提供了最大的穩(wěn)定性。對于姿勢 2 和姿勢 3， 隨著肢體相對于軀干重量的增加的重量而減小。它是一個或多或少的線性關系。姿勢 2 中的肢體的低重量將姿勢穩(wěn)定性的損失改變?yōu)闃O限穩(wěn)定性條件。因此，對于小肢體權重，廣義坐標配置對 變化幾乎沒有影響。位置。在姿勢編號 3 中提升軀干產生較高的 65％的值 被認為是肢體的極限重量，在該極限重量下機器人不能再在替代置中操作。 圖 。 圖 1 中的條形圖。 下面的圖 4 表示六邊形雙晶機器人的段之間的重量分布對其靜態(tài)穩(wěn)定性的影響。 虛線表示穩(wěn)定性極限。 從圖中可以看出，在這種情況下，三腳架步態(tài)特征總是具有大的穩(wěn)定性余量。 對于剩余的姿勢，只有當 位于單軸接頭或行李箱的后部。 對于完好的功能性，步行機器人應當能夠以四腿構型操作，其要求主干段 間的設計比接近 20％ / 40％ / 40％或 20％ / 30％ / 50 ％。 - 4 - 圖 的重量。 所分析的六邊形雙壓電機器人的靜態(tài)穩(wěn)定姿勢在圖 6 的圖中示出。 圖 5 和圖6。 點表示與地面接觸的腿的尖端的位置，并且圓圈表示轉移階段中的腿。 點坐標是根據手足動物的正向運動學計算的。 質心位置用十字標記，并且其坐標從仿真模型中計算出來。 這種表示方法使得能夠及時驗證靜態(tài)穩(wěn)定性。 圖 勢 三腳架步態(tài)中行走的機器人的支撐多邊形示出的質心位置，軀 干部分的重量比為 20％ / 40％ / 40％。 圖。 勢 3），軀干部分的 20％ / 30％ / 50％重量比。 5. 結論 該論文已經證明重量分布配置對靜態(tài)穩(wěn)定性以及因此速度，步幅長度，機器 - 5 - 人的控制方法和移動性的顯著影響?？梢酝ㄟ^使用模擬模型對已經在工程階段的步行機器人執(zhí)行這樣的分析。注意，盡管在常規(guī)六足機的情況下可以忽略重量的分布，但在六邊形雙壓電機器人的情況下它是最重要的。由于組件的重量設計不正確，機器人可能無法使用替代姿勢。在分析的六邊形雙晶機器人的 原型的情況下，表示為相對于機器人的總重量的分量權重的權重分布接近于使用四極配置的關鍵值。通過驗證所選擇的配置，這是本研究的主題，我們只能定義可以找到有效重量分布的范圍。為了找到這個參數，將需要在預定范圍內執(zhí)行更復雜的分析。因此，這種分析可以包括在滿足初步計算的作用的工程過程中，在下一步設計的結構特征被定義之后，需要進行檢查檢查。 - 6 - 原文： he of is to of is on of a of on we of of a on of of of It a on is of of of be of he by of a of of it is at It a on in an of on of of be in A of on to of 1]. In on is on of A is is by in of of in 1–3]. In of is is on of In in to s 4]. of by is in It is in of is 5]. of is of on of on of a a of of in 2. - 7 - to or to a in 1) is of P, M T. is a of P1 As a is an of 6]. 1. of s P – 1P – 2P – – – – of of . of be on of to as a of (M/ . of of . he in in on of of to of It is as to c.o.m of 7]. - 8 - of to of to of s of 0% 0% 0%. of it is to a to 0% of 40% in of do of to of to of a on of on of 40%/30%/30%), on 40%/40%/20%), on of 30%/40%/30%), on 20%/40%/40%) on of 20%/30%/50%). in as in o. 1, by in of by of In 00 g of a 000 g. as 2. o. 1 (2a) in a in in o. 2 (2b) is of In on in in In is in o. 3 in is on In of is up by an 0 2. of a) in b) in c) 4. of he of to of s is in 3. it be a in of to of on SM of o. 2 - 9 - o. 3 SM of in to It is a or of o. 2 of to on of o. 3 SM 5% is of at no in 3. of to of 4 of of on As it be in a be is on or on of be to in P/T to be 0%/40%/40% 0%/30%/50%. 4. of to of of in 5 6. of of in in - 10 - on of is a of of 5. of a in in o. 1),20%/40%/40% of 6. of a in o. 3), 20%/30%/50% of 5. he a of on in of of be at by of be in of it is of in of of it be to In of of as to of is to By of of we in be In to to be in be in of of to be by in of - 11 - 指 導 教 師 評 語 外文翻 譯成績： 指導教師簽字： 年 月 日 注： 1. 指導教師對譯文進行評閱時應注意以下幾個方面： ① 翻譯的外文文獻與畢業(yè)設計（論文）的主題是否高度相關，并作為外文參考文獻列入畢業(yè)設計（論文）的參考文獻； ② 翻譯的外文文獻字數是否達到規(guī)定數量（ 3 000 字以上）； ③ 譯文語言是否準確、通順、具有參考價值。 2. 外文原文應以附件的方式置于譯文之后。 理工科類 本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告 論文 (設計 )題目 物料包裝線模型碼垛推動機 構的設計 作者所在系 別 機電工程學院 作者所在專業(yè) 機械設計及其自動化 作者所在班級 者 姓 名 劉田 作 者 學 號 20134011304 指導教師姓名 韓書葵 指導教師職稱 副教授 完 成 時 間 2017 年 3 月 北華航天工業(yè)學院教務處制 說 明 1． 根據學?！懂厴I(yè)設計 (論文 )工作暫行規(guī)定》，學生必須撰寫《畢業(yè)設計（論文）開題報告》。開題報告作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。 2． 開題報告 應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)教研室論證審查后生效。 開題報告不合格者需重做。 3．畢業(yè)設計開題報告各項內容要實事求是，逐條認真填寫。其中的文字表達要明確、嚴謹，語言通順，外來語要同時用原 文和中文表達。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。 4．開題報告中除最后一頁外均由學生填寫，填寫各欄目時可根據內容另加附頁。 5． 閱讀的主要參考文獻應在 10 篇以上（ 土建類專業(yè)文獻篇數可酌減） ，其中外文資料應占一定比例。本學科的基礎和專業(yè)課教材一般不應列為參考資料。 6．參考文獻的書寫應遵循畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范要求。 7．開題報告應與文獻綜述、一篇外文譯文和外文原文復印件同時提交，文獻綜述的撰寫格式按畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范的要求，字數在 2000 字左右。 畢業(yè)設計 (論文 )開題報告 學生姓名 劉田 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 導教師姓名 韓書葵 職 稱 副教授 工作單位 北華航天工業(yè)學院 課題來源 教師自命題 課題性質 設計類 課題名稱 物料包裝線模型碼垛推動機構的設計 本設計的科學依據 （科學意義和應用前景，國內外研究概況，目前技術現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢等） 一、 科學意義和應用 碼垛機是一款高智能的包裝機械 ， 主要用在生產線上使用，主要功能就是將產品進行打包和碼垛，不僅減少了勞動人員的數量和勞動強度，保證我們的生產過程順利的完成。并且隨著碼垛機的機械化程度的提高，能夠大大的提高 生產效率。 二、 國內外研究概況 碼垛機的應用現(xiàn)狀從 60 年代開始，在工業(yè)發(fā)達的德國、意大利、日本等國家，已相繼研制出半自動、全自動碼垛機，后來在結構和機型方面，還不斷作了改進和完善。國產碼垛機從 80 年代開始研制開發(fā)到現(xiàn)在，通過近 20 年左右的摸索、研制、和生產實踐已積累了較豐富的經驗，現(xiàn)在已具備設計和研制出符合國情和先進水平的碼垛機所必需的條件。 三、 目前技術現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢 目前國內一些科研、設計和生產單位，已擁用一批專門從事科研、設計和制造碼垛機的技術隊伍， 并且 國內已有 4生產碼垛機的主要專業(yè)制造公司，其 中主要生產廠家有河南樂仆工業(yè)自動化有限公司、合肥雄鷹自動化工程科技有限公司等。其技術和裝備己具有制造一流水平碼垛機的能力和條件。加上有關控制元器件配套廠的共同努力，在最近3～ 5 年內，我國將能夠生產出接近或達到國際先進水平的碼垛機。 甚至國內幾個廠生產的碼垛機，無論從機型、規(guī)格及各項主要技術性能來看，已初步形成系列產品，可基本滿足國內大、中型企業(yè)生產的要求，有些機型的結構設計，還比較簡單實用、制造質量也較高，從機械性能等到方面看，也能保證安全、正常穩(wěn)定運轉的要求 ;但在聚丙烯自動碼垛 機方 面，自動碼垛機 大多從國外引進，對國外產品有一定依賴性。這與我國化工行業(yè)自動化水平有關，相信通過我們進一步努力，根據生產的需要，進行控制系統(tǒng)的自動化改造和完善，可逐步接近國外的自動碼垛機生產水平。 設計內容和預期成果 （具體設計內容和重點解決的技術問題、預期成果 和 提 供 的 形式） 1、 根據碼垛機的結構特點和具體的環(huán)境要求 ,對其碼垛機的結構進行分析，得到碼垛機的傳動比。 2、 設計出碼垛機的各執(zhí)行機構，包括：轉向機構、排袋機構、 抓袋碼垛、機構 托盤庫等部件。 3、 對于碼垛機的關鍵部件進行計算； 4、 利用軟件繪制出碼垛機的工程圖，設計出來的碼垛 機的裝配圖和零件圖一共達到 2 張 計 論文 一份。 擬采取設計方法和技術支持 （設計方案、技術要求、實驗方法和步驟、可能遇到的問題和解決辦法等） 1﹑ 需要電腦一臺進行相關軟件學習，并進行圖紙的繪制。 2﹑相關的各種機構類書籍、資料可從學校圖書館借閱。 3﹑可以充分利用學校的數字圖書資源，查閱中、英文文獻。 實現(xiàn)本項目預期目標和已具備的條件 （ 包 括 過 去 學習、研究工作基礎，現(xiàn)有主要儀器設備、設計環(huán)境 及 協(xié) 作 條 件等） 1、分析常用的碼垛機的具體結構。 2、選擇碼垛機的應用場合。 3、計算碼垛機各中關鍵的參數。 4、進行碼垛機的工程圖紙繪制。 各環(huán)節(jié)擬定階段性工作進度 (以周為單位 ) 第 1：搜集資料，學習一些相關知識。寫出開題報告，文獻綜述，英文翻譯。 第 5：選擇組成碼垛機的主要關節(jié)。 第 7：對組成碼垛機各種結構和尺寸參數進行分析計算。 第 9：對碼垛機進行繪制圖紙。 第 14：總結，論文編寫，準備答辯 開 題 報 告 審 定 紀 要 時 間 地點 主持人 參 會 教 師 姓 名 職 務（職 稱） 姓 名 職 務（職 稱） 論 證 情 況 摘 要 記錄人： 指 導 教 師 意 見 指導教師簽名： 年 月 日 教 研 室 意 見 教研室主任簽名： 年 月 日 本科生畢業(yè)設計 (論文 )文獻綜述 設計 (論文 )題目 物料包裝線模型碼垛推動機 構的設計 作者所在系別 機電工程學院 作者所在專業(yè) 機械設計制造及其自動化 作者所在班級 者 姓 名 劉田 作 者 學 號 20134011304 指導教師姓名 韓書葵 指導教師職稱 副教授 完 成 時 間 2017 年 3 月 北華航天工業(yè)學院教務處制 說 明 1． 根據學?！懂厴I(yè)設計 (論文 )工作暫行規(guī)定》，學生必須撰寫畢業(yè)設計(論文 )文獻綜述。文獻綜述作為畢業(yè)設計 (論文 )答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。 2． 文獻綜述 應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計 (論文 )工作前期內完成，由指導教師簽署意見并經所在專業(yè)教研室審查。 3．文獻綜述各項內容要實事求是，文字表達要明確、嚴謹，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。 4．學生撰寫文獻綜述， 閱讀的主要參考文獻應在 10 篇以上（ 土建類專業(yè)文獻篇數可酌減） ，其中外文資料應占一定比例。本學科的基礎和專業(yè)課教材一般不應列為參考資料。 5．文獻綜述的撰寫格式按畢業(yè)設計 (論文 )撰寫規(guī)范的要求，字數在 2000 字左右。文獻綜述應與開題報告同時提交。 - 1 - 畢 業(yè) 設 計（論 文）文 獻 綜 述 物料包裝線模型碼垛推動機構的設計 摘 要： 碼垛機是根據其結構特點和具體的工作環(huán)境要求 對其 進行 設計的 ，它可代替人 們 繁重勞動 ，從而提高了生產的效率。本論文主要 是 根據碼垛機器人的末端執(zhí)行器工作的任務進行分析，設計出一款碼垛機器人，并且給出該機器人的三維模型，并 計算出該機器人的自由度和傳動比，根據碼垛機器人的相關數據選用合適的電機、齒輪和軸。并對相應承擔扭矩的齒輪和軸進行了校核。 現(xiàn)在的 碼垛機器人可 用于 代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產的機械化和自動化 。大部分的碼垛機器人都 運用了堆疊法，堆疊法是一種強大的機器學習技術，通過基于交叉驗證的元模型智能地結合其他方法的預測結果。 關鍵詞： 碼垛機 軸的 扭矩 校核 - 2 - of is to s of In we of of a of to of to se to of s to of of is a on of of 3 - 一、 前言 目前，我國部分企業(yè)在產品生產和加工時仍然用人力進行工件的移動和定位，一定程度上出現(xiàn)了工作強度大、安全性差、操作靈活性差、定位精度低等問題。隨著科學技術的發(fā)展和自動化生產線在企業(yè)產品生產中的廣泛應用，碼垛機作為自動化生產線的重要組成部分也得到了長足的發(fā)展和進步。尤其是隨著機械結構的優(yōu)化，氣動、液壓技術的成熟，控制元件的發(fā)展和控制方式的不斷改進和創(chuàng)新，機械手的動作精確性、控制靈活性和工作可靠性得到了明顯的改善。碼垛機的出現(xiàn)在減輕工人勞動強度和難度、提高工作效率和質量、降低生產成本上做出了突出貢獻，機械手的發(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、 國內外研究現(xiàn)狀 碼垛機的應用現(xiàn)狀從 60 年代開始，在工業(yè)發(fā)達的德國、意大利、日本等國家，已相繼研制出半自動、全自動碼垛機，后來在結構和機型方面，還不斷作了改進和完善。國產碼垛機從 80 年代開始研制開發(fā)到現(xiàn)在，已經歷了 20 年左右的時間。到目前為止，我國生產的碼垛機，機型，品種規(guī)格、設備性能和產品質量等各方面，有很大的發(fā)展和提高，并在很多方面已逐步接近或達到國外同類型碼垛機的技術性能及各項參數，已基本上能滿足大中型企業(yè)產品包裝碼垛的需要。目前國內碼垛機行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀可以總 結為一下 6 點： 目前國內一些科研、設計和生產單位，已擁用一批專門從事科研、設計和制造碼垛機的技術隊伍，他們通過近 20 年左右的摸索、研制、和生產實踐已積累了較豐富的經驗，現(xiàn)在已具備設計和研制出符合國情和先進水平的碼垛機所必需的條件。 目前國內已有 4生產碼垛機的主要專業(yè)制造公司，其中主要生產廠家有河南樂仆工業(yè)自動化有限公司、合肥雄鷹自動化工程科技有限公司等。其技術和裝備己具有制造一流水平碼垛機的能力和條件。加上有關控制元器件配套廠的共同努力，在最近 3～ 5 年內，我國將能夠生產出接近或達到國際先進水平的碼垛機。 目前國內幾個廠生產的碼垛機，無論從機型、規(guī)格及各項主要技術性能來看，已初步形成系列產品，可基本滿足國內大、中型企業(yè)生產的要求，有些機型的結構設計，還比較簡單實用、制造質量也較高，從機械性能等到方面看，也能 保證安全、正常穩(wěn)- 4 - 定運轉的要求 ;但在聚丙烯自動碼垛機方面，自動碼垛機大多從國外引進，對國外產品有一定依賴性。這與我國化工行業(yè)自動化水平有關，相信通過我們進一步努力，根據生產的需要，進行控制系統(tǒng)的自動化改造和完善，可逐步接近國外的自動碼垛機生產水平。 從八十年代開始，國內一些儀表廠已生產出為碼垛機配套所需用的控制元器件，并已用于生產運行。目前國產元器件與國外同類型先進水平相比，還有一定的差距，其中主要是使用壽命較短。但相信通過進一步努力，國產元器件還是有可能逐步接近或達到國 外水平的。目前國內一些碼垛機制造單位，為了提高碼垛機的整體技術水平，對一些控制系統(tǒng)的主要元件、敏感元件及氣動系統(tǒng)工程主要元件等，采取從國外進口的辦法，這也是一種過渡的措施之一。 目前國產碼垛機一般價格都在 54元 /套，其中氣墊式全自動碼垛機約 54 萬元 /套左右 ;輥道式全自動碼垛機約 75萬元 /套左右 ;國產機器人自動碼垛機每套價格介于上述兩類之間。因此，國產全自動碼垛機與國外同類型產品相比，其價格僅為國外同類型新產品價格的 1/2— 1/3 左右。因此，選用國產碼垛機是比較 經濟合理的，且可節(jié)省大量外匯。國產碼垛機的備品備件容易解決國產碼垛機投產后所需的備品備件，供應渠道暢通，容易解決，且經濟實惠。 目前國內生產碼垛機的幾個主要廠家，對產品的售后服務，都較周到和及時，一般制造廠都有能積極協(xié)助用戶做好安裝調試工作，為用戶培訓技術操作人員，有的制造單位還有整套穩(wěn)定的售后技術隊伍，保證生產單位用好管好碼垛機生產線。 三、 發(fā)展趨勢 隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，控制器的需求逐年增大，碼垛機機械手的應用也逐漸普及，主要在飼料、化肥、醫(yī)藥、包裝等生產線成品、半成品的裝卸調運，可以更好地節(jié)約能源和提高運輸設備或產品的效率，以降低其他搬運方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經濟發(fā)展的要求。 工業(yè)的發(fā)展帶動自動化的生產，由于自動化的生產能幫 助企業(yè)提升產品質量和提高生產效率，還能減少人工傷害。很多企業(yè)也慢慢的轉型到自動化生產當中，面對未來的發(fā)展， 自動化是中國制造業(yè)的未來發(fā)展趨勢。由于國家提倡工業(yè)機器人- 5 - 的研發(fā)和制造，可能在未來幾年，制造業(yè)的勞力就 會被工業(yè)機器人 所代替。 四、 特點 1、 結構簡單、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線的布置，并可留出較大的庫房面積。碼垛機器人可以設置在狹窄的空間，即可有效的使用。 3、適用性強。當客戶產品的尺寸、體積、形狀及托盤的外形尺寸發(fā)生變化時只需在觸摸屏上稍做修改即可，不會影響客戶的正常的生產。而機械式的碼垛機更改相當的麻煩甚至上是無法實現(xiàn)的。 4、能耗低。通常機械式的碼垛機的功率在 26右，而碼垛機器人的功率為 5大降低了客戶的運行成本。 5、全部控制可在控制柜屏幕上操作即可，操作非常簡單。 6、只需定位抓起點和擺放點，教示方法簡單易懂。 7、 碼垛機 系統(tǒng)也有一定優(yōu)勢：碼垛作業(yè)效率高，具有最大 3000 次 /小時的搬運能力；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、多功能運用，可以滿足多種碼垛方式。 - 6 - 參考文獻 [1] 董愛梅 聚乙烯包裝碼垛機控制系統(tǒng)設計 [J][2]王平 ,黃玉志 制的包裝碼垛生產線的設計 [J][3]王明武 全自動鋁錠碼垛機設計 [J][4] 張曉莉 ,王幼華 ,林和榮 J]. 機械研究與應用 ,[5] 姜永增，姚忠敏，張裕 J][6]劉世奎 ,徐世許 ,王棟 ,李玉蘭 制系統(tǒng)設計 [J][7]樊斌 J][8] 李曉剛 ,劉晉浩 題及對策 [J][9]朱學建 ,馬永 ,馮渝 ,曾繁莊 ,趙偉 J][10]趙偉 ,梁楠 ,朱學建 ,熊艷華 J][11] T I ],2009(3 ). [12]]2010, :30 (1) : 32 [13] a J]. 004,24(3):254- 263. - 7 - 畢 業(yè) 設 計（論 文）文 獻 綜 述 指導教師意見 指導教師： 年 月 日 專業(yè)教研室審查意見 負責人： 年 月 日 · 畢業(yè)設計報告（論文） 報告（論文）題目： 物料包 裝 線模型 碼 垛推動機構 的 設計 作者所在系部： 機械工程系 作者所在專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 作者所在班級： 作 者 姓 名 ： 劉田 作 者 學 號 ： 20134011304 指導教師姓名： 韓書葵 完 成 時 間 ： 2017 年 5 月 北華航天工業(yè)學院教務處制 北華航天工業(yè)學院 · 畢業(yè)設計（論文）任務書（理工類） 學生姓名： 劉田 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 號： 20134011304 指導教師： 韓書葵 職 稱： 副教授 完成時間： 畢業(yè)設計（論文）題目： 物料包 裝 線模型碼垛推動機構 的 設計 題目來源 教師科研課 題 縱向課題（） 題目類型 理論研究（ ） 注：請直接在所屬項目括號內打“ √” 橫向課題（ ） 應用研究（ ） 教師自擬課題（√） 應用設計（√） 學生自擬課題（ ） 其 他（ ） 總體設計要求及技術要點： 根據碼垛機器人的末端執(zhí)行器工作的任務，設計一款碼垛機器人，并且給出該機器人的三維模型，計算出該機器人的自由度，熟悉三維設計軟件能能更好的 設計出來機器人。 1、分析國內外現(xiàn)狀，設計一種碼垛機器人； 2、選擇碼垛機器人中的各構件的組成材料，選擇電機以及齒輪等參數； 3、繪制 碼 垛機器人的裝配圖； 工作環(huán)境及技術條件： 聯(lián)網計算機一臺， 件 ，有關的技術手冊。 工作內容及最終成果： 1、 分析國內外現(xiàn)狀，設計一種碼垛機器人； 2、選擇碼垛機器人中的各構件的組成材料，選擇電機以及齒輪等參數； 3、繪制碼碼垛機器人的裝配圖； 預期成果： 提供一篇設計論文和給出該機器人的三維模型。 · 時間進度安排： 第 1查閱資料和閱讀參考文獻，了解國內外碼垛機器人的發(fā)展狀況，了解碼垛機器人的組成原理。同時完成開題報告。 第 3總體方案確定，確定研究碼垛機器人的組成機構，對模型進行總體方案確定。 第 5得到碼垛機器人的三維圖。 第 13寫畢業(yè)論文。 第 15 周準備答辯。 指導教師簽字： 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)學院畢業(yè)論文 北華航天工業(yè)學院 本 科 生 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性及知識產權聲明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 物料包 裝 線模型 碼 垛推動機構 的 設計 是本人在指導教師的指導下，獨立進行研究工作取得的成果。除文中已經注明引用的內容外，本設計（論文）不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本設計（論文）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。因本畢業(yè)設計（論文）引起的法律結果完全由本人承擔。 本畢業(yè)設計（論文）成果歸北華航天工業(yè)學院所有。本人遵循北華航天工業(yè)學院有關畢業(yè)設計（論文）的相關規(guī)定，提交畢業(yè)設計（ 論文）的印刷本和電子版本。本人同意北華航天工業(yè)學院有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；可以采用影印、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以營利為目的的前提下，可以公布非涉密畢業(yè)設計（論文）的部分或全部內容。 特此聲明 畢業(yè)設計（論文）作者： 指導教師： 年 月 日 年 月 日 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 I 摘 要 碼垛機是根據其結構特點和具體 的工作環(huán)境要求 對其 進行 設計的 ，它可代替人 們 繁重勞動 ，從而提高了生產的效率。本論文主要 是 根據碼垛機器人的末端執(zhí)行器工作的任務進行分析，設計出一款碼垛機器人，并且給出該機器人的三維模型， 并 計算出該機器人的自由度和傳動比，根據碼垛機器人的相關數據選用合適的電機、齒輪和軸。并對相應承擔扭矩的齒輪和軸進行了校核。 現(xiàn)在的 碼垛機器人可 用于 代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產的機械化和自動化 。大部分的碼垛機器人都 運用了堆疊法，堆疊法是一種強大的機器學習技術，通過基于交叉驗證的元模型智能地結合其他方法的預測結果。 關鍵詞： 碼垛機 軸的 扭矩 校核 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 he is to s of In we of of a of to of to se to of s to of of is a on of of 華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 目 錄 摘要 ........................................................................ I ..................................................................................................................................... 1 章 緒論 ............................................................... 1 垛機 的研究背景 ...................................................... 1 垛機器人 在 國內外 研究 現(xiàn)狀 ............................................ 1 垛機器人的主要發(fā)展趨勢 .............................................. 3 課題研究的主要內容 .................................................. 4 第 2 章 碼垛機器人的概要設計 ............................................... 5 體設計參數 .......................................................... 5 計原理 .............................................................. 5 動設計 .............................................................. 5 座傳動 .......................................................... 5 關節(jié)的傳動 ....................................................... 6 臂的傳動 ......................................................... 6 持裝置的傳動 .................................................... 6 體結構設計 .......................................................... 7 第 3 章 傳動裝置的設計 ...................................................... 8 壓缸的選擇 .......................................................... 8 定所使用的 電動機 ................................................... 10 鍵 軸的計算 ......................................................... 11 算關鍵軸的轉速、轉矩和輸入功率 ................................. 11 定關鍵軸的具體尺寸 ............................................. 12 輪參數的確定 ....................................................... 15 力角 ? 的選擇 ................................................... 15 數和齒數的選擇 ................................................. 16 寬系數b?的計算 ................................................. 16 定齒輪傳動的精度 ............................................... 16 輪的校核 ....................................................... 16 第 4 章 總 結 ........................................................... 19 致 謝 .................................................................. 20 參考文獻 .................................................................. 21 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 1第 1 章 緒論 垛機 的研究背景 碼垛作業(yè)因其工作方式單調、體力消耗較大、作業(yè)批量化等特點，為碼垛機機器人的引用提供了充足的理由和絕佳的應用場合。 [1]碼 垛機是 以 機械、 電子 、 仿生學 和 計算機等多 種 先進學科技術 為 一體的現(xiàn)代 化的高新技術產品，其中機電技術的日益成熟為工業(yè)機器人技術和相關產業(yè)的發(fā)展提供了的動力。碼垛機 采用 制技術、變頻器技術、檢測元件和觸摸式人機界面等優(yōu)良控制技術與控制元件，實現(xiàn)全自動包裝碼垛機對包裝控制單元的控制要求 [2]。 它 現(xiàn)在也作為衡量一個國家 工業(yè)自動化水平的重要標志 之一 。 現(xiàn)在各行各業(yè)都 廣泛采用 了碼垛 機， 它 不僅可 以 提高產品的 生產 質量與 數 量，而且對于解決勞動力不足、提高勞動生產效率、 節(jié)約原材料消耗 、 降低生產成本 和 工人勞動強度、能極大的 改 善 工人的工作 環(huán)境 等等 [3]。 碼垛機 與 計算機、網絡技術一樣， 碼垛機 的應用 不但 改變著人類的生產 ，還改變著人類的 生活方式。 因此推動了許多傳統(tǒng)及新興科技公司對碼垛機 進行研制開發(fā)。至今，碼垛機已經取得了巨大成就，并研發(fā)出許多高性能的 碼垛機 。 由于在各個領域中，人們的工作環(huán)境有時會產生對人體有害的物質， 甚至 有可能會 危害 到人們的生命安全，在這樣的情況下 碼垛機 誕生了。根據堆垛的形式（重疊式堆垛、縱橫交錯式堆垛和壓縫式堆垛等等） 進行開發(fā) ，不僅對提高碼垛機的物料搬運裝卸 的 效率，而且 還能 有效節(jié) 的節(jié) 省存儲 的 空間 [4]。它對于保證產 品完好，有著十分重要的意義。 垛機器人 在 國內外 研究 現(xiàn)狀 工業(yè)機器人技術在國外起步較早，最早在搬運 行業(yè) 中引入工業(yè)機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 工作 中解放出來。它是一個非常有 發(fā)展 前景的行業(yè)， 就 目前 而言 ，世界各發(fā)達國家的機器人公司 主要 針對各種載荷、運行空間和運行環(huán)境進行研制 [5]。在工業(yè)發(fā)達的國家，已相繼研制出半自動、全自動 的 碼垛機，后來也在結構和機型方面進行了不斷作改進和完善。國產碼垛機至今已經研制了幾十年的時間， 到 目前為止，我國生產的碼垛機 在 性能、機 型、品種規(guī)格和產品質量的方面，已經有很大的 進步， 并在許多方面已 逐漸 接近到國外同類型的碼垛機，現(xiàn)在，基本上可以滿足大中型企業(yè) 對 產品包裝碼垛機的需求。 碼垛機器人是一個有前景的行業(yè)，國外有許多有名的生產碼垛機器人的公司如：發(fā)那科（ 波士頓動力公司、 ，碼垛機器人是對其多方面進行研究，如對機器人 機 構 設計 的研究、 運動學分析、 控制系統(tǒng)的研究以及機器人智能化方面的研究等。針對機器人本體結構的研究，是更好的實現(xiàn)各自的功能，如有 平行四邊形連桿機構、 多節(jié)機器人等 。 20 世紀 80 年代，德國庫卡機器人公司在中國發(fā)展出 個型號的碼垛機器人，其高剛度、高定位精度、基于 6]。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 2經過 幾 十多年的發(fā)展， 碼垛機器人 的應用 在制造業(yè)中 的各個領域內 ，尤其是在 搬運的領域中， 碼垛 機器人得到了廣泛的應用。如在毛坯制造 (沖壓、壓鑄、鍛造等 )、機械加工 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) 已經漸漸的被機器人代替 [7]。 近年來，大量“機 器人員工”已經被引入到許多會對人體有害的領域。 20 世紀 60 年代末以來，機器人開始逐步進入工業(yè)領域。從目前看， 碼垛機器人 的應用領域正向電子信息產業(yè)、橡膠和塑料行業(yè)和物流等領域延伸，中國、印度等國家作為機器人 的 新興市場也出現(xiàn)顯著增長，其中出現(xiàn)在一線生產崗位的機器人操作更準確，而且還降低了生成本和工人的勞動強度 。 而且，我國的聚丙烯產量占世界產量的 10%以上，而長期以來國內聚丙烯產品的包裝卻一直處于人工套袋的半自動包裝狀態(tài)，針對 脂的特點，專門設計了全自動包裝碼垛生產線工藝流程 [8]。 我國對工業(yè)碼垛機器人示教 在現(xiàn)技術進行了研究與改進，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，其碼垛軌跡經過的四個空間點只有一點需要經過示教獲得，其余三點均可通過文中提出的算法程序根據貨物參數獲得；所建立的示教再現(xiàn)方法原理簡單了、過程靈活精確、結果簡潔高效，能夠大大提高工業(yè)碼垛機器人示教再現(xiàn)的效率 [9]。 為了使碼垛機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器人多功能末端執(zhí)行器的設計方案 [10]。該方案采用氣動驅動，通過夾持機構、抓取機構和吸附機構，實現(xiàn)各類包裝件和托盤以及墊紙 等的夾持、抓取、吸持等動作 [11]。碼垛機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，進行自動堆碼，可堆碼多層，然后退出，便于叉車運至倉庫儲存。碼垛機采用 摸屏控制，實現(xiàn)智能化操作管理 [12]。 專家預計，未來 碼垛機器人 年均增速有可能會越來越快點，可能達到 百分之三十 左右，用于搬運的移動機器人每年都會有一定的增幅，機器人將成為未來市場至關重要的領域，為此世界各國都在搶占先機，希望可以贏在起跑線上。 在 1990 年 末，我國就已經建立起 7 個科研基地 和 9 個機器人產業(yè)化基地。 它 為我國建設機器人產業(yè)化帶 來了希望， 也 為我國機器人產業(yè)的發(fā)展奠定了基礎。目前， 我國已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、運動學 仿真 和 某些典型工業(yè)機器人機構分析軟件方面取得了進步?，F(xiàn)在我國已經能生產具有國際先進水平的裝配機器人、水下機器人、服務機器人、軍用機器人、搬運碼垛機器人等一系列產品，有些機器人已經可以實現(xiàn)了小批量生產 [13]。 我國的沃迪機器人智能裝備事業(yè)部 源于智能食品裝備發(fā)展趨勢的推動， 專注于國產工業(yè)搬運機器人的研發(fā)及產業(yè)化。 事業(yè)部設有專門的機器人和工程技術 應用研究院，包括機器人技術工程中心、實驗分析檢測中心、工程試制部等 等，承擔著國家 和市級多項機器人北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 3新實驗室， 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和檢測設備，將用于 對新型 機器人的研發(fā)和驗證 [14]。其搬運機器人設計年產 大約為 2000 臺，目前 已 擁有 了 自主知識產權的 ，并且是 國內最具規(guī)模的碼垛機器人工業(yè)化生產企業(yè)，主要競爭對手為日本、德國及瑞典的國際行業(yè)巨頭。 目前國內一些科研、設計和生產單位，已擁有一批專門從事科研、設計和制造碼垛機的技術隊伍，他們通過近 20 年的左右的摸索、研制和生產實踐已積累了較豐富的經驗，現(xiàn)在已具備設計和研制出 符合國情和先進水平的碼垛機所必需的條件。 在現(xiàn)在日常生活中，我們也能看見機器人身影。如：掃機器人，又叫自動打掃機，憑借一定的人工智能，自動在房間內完成 對 地板 的 清理工作 ;早教機器人 ,顧名思義它就 是專門為兒童早教促進孩子學習興趣的電子產品，對孩子的學習能力進行全方位的訓練等等。 對于機器人來說，中國存在巨大潛的市場 [15]。由于國內有許多汽車制造業(yè)，這為碼垛機器人的裝配量將會快速增長提供著條件。 垛機器人的主要發(fā)展趨勢 碼垛 機器人 各個 生產領域的使用實踐證明，它在提高生產自動化水平，提高勞動生產率和 降低 了生產成本 ，改善工人勞動條件等方面 的 作用 很大 ，引起了世界各國 的關注 。在新的世紀，工業(yè)機器人 的使用一定會 更加廣泛。 王衛(wèi)明 曾經就此發(fā)言 ，使用機器人最多 的是汽車行業(yè) ，醫(yī)藥等行業(yè)的 對機器人的 需求甚至 要 達到 100%以上， 在 2013 年 ，機器人在 全國 的 銷量 大約為 臺?！皺C器換人”已經是不可避免的了 ， 在 未來的 5 到 10 年 機器人在 中國市場 將到達 爆發(fā)期。曲道奎認同這一觀點。作為國內領先的機器人制造業(yè)新松機器人自動化股份有限公司的人，他在會上不斷提醒企業(yè)要意識到該行業(yè)的殘酷性 [16]。他呼吁，中國 應 在機器人這個高端產業(yè) 里避免處于產業(yè)鏈低端位置。在中國廉價勞動力優(yōu)勢逐漸 被機器人所替代 ，“機器換人”已是大勢所趨。機器人產業(yè) 就是 誘人的 “ 大蛋糕 ” ，中國各地都 應立即 行動起來，機器人企業(yè)和產業(yè)園如雨后春筍層出不窮，積極投身這場“掘金戰(zhàn)”中。 從 世界各國在堆垛機器人產業(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 此種模式的特點是：各司其職，分層面完成交鑰匙工程。即機器人制造廠商以開發(fā)新型機器人和批量生產優(yōu)質產品為主要目標，并由其子公司或社會上的工程公司來設計制造各行業(yè)所需要的機器人成套系統(tǒng)，并 完成交鑰匙工程 [17]。 2、歐洲模式 此種模式的特點是：一攬子交鑰匙工程。即機器人的生產和用戶所需要的系統(tǒng)設計制造，全部由機器人制造廠商自己完成 。 3、美國模式 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 4此種模式的特點是：采購與成套設計相結合。美國國內基本上不生產普通的堆垛機器人，企業(yè)需要時機器人通常由工程公司 進口 ，再自行設計、制造配套的外圍設備，完成交鑰匙工程。 我國從上世紀 80 年 開 始在高校和科研單位全面開展 堆垛 機器人的研究，近 20 年來取得不少的科研成果。但是由于沒有和企業(yè)有機地進行聯(lián)合，至今仍未形成具有影響力的產品和有規(guī)模的產業(yè) [18]。目前國內除了一家以組裝為主的中日合資的機器人公司外，具有自主知識產權的機器人尚停留在高?；蚩蒲袉挝唤M織的零星生產，未能形成氣候 [19]。近10 年來，進口機器人的價格大幅度降低，對我國堆垛機器人的發(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器人在價格上根本無法與之競爭。特別是我國在研制機器人的初期，沒有同步發(fā)展相應的零部件產業(yè)，使得國內企業(yè)在 生產的機器人過程中，只能依賴配套進口的零部件，更削弱了我國企業(yè)的價格競爭力。 中國的機器人產業(yè)應走什么道路，如何建立自己的發(fā)展模式，確實值得探討。中國工程院在 2003 年 12 月完成并公開的《我國制造業(yè)焊接生產現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略研究總結報告》中認為，我國應從 “ 美國模式 ” 著手，在條件成熟后逐步向 “ 日本模式 ” 靠近。 課題研究的主要內容 設計一種主要用于對物體的抓取的碼垛機器人。對機器人的機構進行設計，畫出該機器人的總裝配圖，給出該碼垛機器人的各種參數，然后對于主要部件進行強度校核，得到最優(yōu)的 碼 垛機器人。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 5第 2 章 碼垛機器人的概要設計 體設計參數 根據此次設計的機器人具體應用場合和實際應用要求，設計的主要參數要求如下： (1) 抓取的重物： 15 (2) 機械手的自由度數： 4 個； (3) 運動參數： 底座旋轉： 角速度： s ； 支撐桿俯仰：線速度： (4)運動行程： 底座旋轉： 360 ； 支撐桿俯仰： 60 90 ； 計原理 本設計參照美國 司某些型號的機器人設計靈感， 結構上運用了圓型好處在于工作范圍較大 ,機器人的腰部和手腕都采用了 液壓缸 ， 液壓傳動調速方便且調速范圍比較大，可達到 100:1~2000:1。 動設計 座傳動 底座是要驅動整個機構，因此承受的質量和慣量很大，所以因采用較大步進電機驅動，驅動整個機構，如圖 2圖 2示。 圖 2底座傳動內部結構圖 圖 2座傳動內部結構圖 電機安裝在基座上方，基座中是二個齒輪，用于提供較大的扭矩?；怯面I與大齒輪固定，電機是通過螺釘與基座固定，大齒輪的轉動是通過電機輸出的扭矩產生的，底座基固定在地面上的，從而推動其他部分轉動。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 關節(jié)的傳動 支撐桿的運動就是腰關節(jié)的傳動。采用回轉軸使其與底部電機鏈接，其結構如下圖2圖 2示。 圖 2關節(jié)傳動內部結構圖 圖 2動軸 臂的傳動 為了減輕整個機構的轉動慣量和重量，上桿不采用電動機，而采用液壓缸可以大大提高機械手的精度，如圖 2示。 圖 2臂的液壓缸 持裝置的傳動 夾持裝置采用液壓缸，通過改變流量和壓力來實現(xiàn)對機械手爪張合的控制，如圖 2 圖 2持裝置 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 體結構設計 用軟件 出 了碼 垛機器人的 三維 圖如 圖 2示 。 圖 2體結構圖 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 8第 3 章 傳動裝置 的設計 整個機器人共有 4 個自有度，其中有三個是用液壓缸 帶動的，整個機構只用了一個電機來推動整個機構的轉動。 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動，液壓缸的結構簡單，工作可靠性好，被廣泛地應用于工業(yè)生產各個部門。液壓缸可廣泛的分為通用型結構和專用型結構。這里選用的是通用型中的拉桿型液壓桿。因為其結構簡單、拆裝簡便、零件通用化程度較高、制造成本較低。 液壓缸的設計計算于選取 總質量 : 10杠最大的升起的質量 ： M= 2=105升速度等于下降速度： v=s 液壓上升的最大負載： g=壓缸的機械效率 ： η=壓缸的工作壓力由表 3知 P= 表 3同負載條件下的工作壓力 負載 F/0 工作壓力 P/d =為 P=D= d =據表 3知活塞桿直徑 d =28 3塞桿直徑系列 B/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 液壓缸的設計計算于選取 總質量 ： 0杠最大的升起的質量 ： M=40升速度等于下降速度 ： v=s 液壓上升的最大負載 ： ?液壓缸的機械效率 ： η=壓缸的工作壓力由表 3知 。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 10由公式 (3( a x ??? ?) 解得 D= 根據表 3知，圓整成標準值后，得液壓缸內徑 D=60 缸筒壁厚和外徑計算 本設計的內徑 D 為 60液壓設計手冊液壓缸的外徑 76壁的厚度為 8規(guī)的 方法選取液壓缸壁厚都能滿足其強度。 活塞桿直徑的計算 活塞桿是液壓缸傳遞動力的主要零部件，他要承受拉力、壓力、彎力和震動沖擊等多種作用，必須有足夠的強度和剛度。 活塞桿直徑的計算 根據活塞桿受力狀況來確定，一般為受拉力作用時， d= 受壓力作用時： d =為 P=D = d =據表 3知活塞桿直徑 d =28定所使用的 電動機 這里是通過求整個機構的慣性量來確定所選用的電機， 轉動慣量 的公式如下： ?????? nn ( S]，則剖面安全。其它軸用相同方法計算，結果都滿足要求。 輪參數的確定 常用的齒輪材料是各種牌號的優(yōu)質碳素鋼、合金結構鋼、鑄鋼和鑄鐵等，一般多采用鍛件或 軋制鋼材。當齒輪較大 (例如直徑大于 400~600輪坯不易鍛造時，可采用鑄鋼。所以 根據所需性能要求，選擇材料為 45 #鋼，經調質熱處理使硬度 達到 229～286。 力角 ? 的選擇 由機械知識可知，增大 ? ，可以增大齒輪的齒厚以及節(jié)點處的齒廓曲率半徑，可以提高齒輪的 s? 和 H? 。此處， α 可取 20°。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 數和齒數的選擇 對 于齒輪 的閉式齒輪傳動 ， 齒面接觸疲勞強度 決定著 齒 的 接觸疲勞強度。而齒面 的 接觸應力的大小與小齒輪 的 z 和 m 的 乘 積有關。因此在滿足 F? 的前提下 ， 宜選擇較小的 m 和較多的 z 。這樣能 使 重合度增大 ，使 傳動的平穩(wěn)性 得到 改善 ，還能 齒高 h 是隨 m 的減小而降低 ， 從而 能使 金屬的切削量減小 ， 滑動速度 和磨損量 減 小 ， 提高抗膠合能力。 關鍵 軸上的小 齒輪 的 齒數 ??z 取 20， 大齒輪 的 齒數 ?z 取 100， 模數 。 寬系數b?的計算 由強度公式可知 ， 當 q 一定時 ， 齒輪直徑 和 齒輪圓周速度 都將 隨著 齒寬 的 增大 而減小 。但 是 增大齒寬 ，將使分 布在 齒面上的 q 的 不均勻性增大。 關鍵 軸上的齒輪 在 嚙合時 所 取 的齒寬系數d?為 根據公式??? db d， 計算結果 應是 5 的整數倍 ， 作為大齒輪的齒寬 ?b ，小齒輪齒寬取 ??b )105( ? 從使 加工 和 裝配 過程中產生的 誤差 將得到 補償。 定齒輪傳動的精度 根據 1988 年的國標 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 001004 ???? ??? 0204 ???? ?????? 齒頂高 41* ???? 齒根高 54)( ** ?????? 54 ????? 齒頂圓直徑 0 82 ??? ??82 ??? ????齒根圓直徑 902 ??? ??02 ??? ????基圓直徑 5c o s ?? ?? ?o s ?? ???? ?齒距 ??? ? 齒厚 ? ?齒槽寬 ? ?中心距 4 02 ??? ???頂隙 ???? 輪的校核 齒輪所選定用的材料為 45#鋼， 在加工過程中 對齒輪進行滲碳淬火后使其硬度達到北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 1762~56 本次設計的齒輪的 精度為 7 級，齒輪表面的粗糙度為 ，并且這一對的齒輪需要進行校核，齒數分別為 21,100 ?? ??? 模數為 4，傳動比 5??i ，扭矩? 按齒面s?設計，再按齒根b?校核。 ? 計算 ? ?? ? ??? ??? ?(3式中： 節(jié)點區(qū)域系數，用來考慮節(jié)點齒廓形狀對接觸應力的影響，取 材料系數，單位為 查表 3 Z? — 重合度系數，取 Z? = d?— 齒寬系數， 查表 31； u— 齒數比，其值為大齒輪齒數與小齒輪齒數之比， u=5。 表 3彈性系數 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 鑄鋼 鍛鋼 加布膠木 鍛鋼 鋼 — 球墨鑄鐵 — — 灰鑄鐵 — — — 表 3 齒寬系 數d?齒輪相對于軸承的位置 吃面硬度 軟齒面 硬吃面 對稱布置 對稱布置 臂布置 擇材料的接觸疲勞極限應力為： 1 li m 580H M P a? ?2 l i m 560H M P a? ?選擇齒根彎曲疲勞極限應力為： 1 li m 230F M P a? ?F 2 l i m 210 M P a? ?應力循環(huán)次數 N 計算可得 116 0 6 0 2 3 7 . 5 1 6 3 0 0 8N n a t? ? ? ? ? ?= 1? (3北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 18則 11121 . 6 4 1 05NN i ??? = 0? (3查得接觸疲勞壽命系數為 120 . 9 , 0 . 8 7查得彎曲疲勞壽命系數為 120 . 8 2 , 0 . 9 1查得接觸疲勞安全系數1，彎曲疲勞安全系數 又國家標準取 選 ， 求許用接觸應力和許用彎曲應力： 1 l i i ] 0 . 9 5 2 21S?? ? ? ? ? (32 l i i ] 0 . 9 5 0 41 M P ? ? ? ? (31 l i m i 0 2[ ] 0 . 8 2 2 5 1 . 4 71 . 5F S M P ?? ? ? ? (32 l i m i 0 2[ ] 0 . 9 1 1 3 3 . 4 71 . 5F S M P ?? ? ? ? (3將有關值帶入公式 (3： ? ?? ? ??? ??? ?則 111 6 7 . 3 6 7 0 2 . 3 5 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0?? ??? ? ??? (3312 50 1 . 1 7 5 /1 0 0 1 0 0z ?? ? ? (3查圖得 ；查得 ， 查得 ?，取 ?，則 1 . 2 5 1 . 3 1 . 1 7 1 . 2 2 . 2 8 1 5H A K K K??? ? ? ? ? ? (3修正331 2 . 2 8 1 56 7 . 3 8 1 . 21 . 3d m ? ? ?，138 1 . 2 1 . 6 250dm m ? ? 取標準模數 m=2前面選定的模數相同，所以 m=2合要求。 3 2 5 0 1 0 0d m z m m? ? ? ?， 4 2 2 0 0 4 0 0d m z m m? ? ? ? (3北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 1934( z z ) 2 ( 5 0 2 5 0 ) 30022ma m m? ??? ? ? (3曲疲勞強度 查得124 . 0 , Y 4 . 0 8 ,F S F ?取 ?校核兩齒輪的彎曲強度 ?? 2121??= 1F? 1] (3][1212 ?? ???(3所以齒輪完全達到要求 第 4 章 總 結 碼 垛機器人在工業(yè) 領域中 扮演 著重要的 角色，本次 畢業(yè) 設計的目的 是 設計一個 四個 自由度的機器人，用于工廠 中對貨物 的 搬運 工作。說實話，剛接觸這個課題，有點抓不著頭腦，不知從何入手。 雖然在我們去洛陽實習時見過實物 ，但真正要求自己設計一個機器人，還是有一定難度的。后來意識到自己的不足，我去學校的圖書館，查閱了一些資料。 我發(fā)北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 20現(xiàn)圖書館關于 這方面的資料確實不多。 所以 我 就 到網絡上找資料，發(fā)現(xiàn)這方面的東西還真不少，看了幾天資料后 ，漸漸有點入門了。但有些地方還是不明白，例如底座如何驅動腰關節(jié)，上桿的內部結構等等，我就跑去請教韓老師，在老師的細心指導下，解決了很多困擾我已久的疑問。在真正動手畫圖之后，我發(fā)覺問題也沒有想象的那么困難，每當不懂的地方，我會去尋求老師 和同學 的幫助 或者 去網絡查找資料，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，記得以前在學習機械設計的時候，進行過一次減速箱的課程設計，里面也有軸和齒輪的校核，這次畢業(yè)設計剛好把學過的知識用上了。 由于時間有限，本次設計還存在的 許多 不足，還 需要 進一步提高，展望如下： （ 1）本設計中的桿的設計還不夠精細，部分零件的結構不夠合理，導致質量偏大，轉動慣量偏大，因此也只能選擇功率比較大的電動機，可能會比較耗電。 （ 2）對于夾持裝置，根據以前學習到的知識，我采用了四桿機構。在以后的設計中，可以設計成可以替換的具有通用性的手爪，這樣可以在搬運不同類型的工件時只需要更換機械手的手指，從而拓展了機器人的應用范圍，這是很重要的待改進的地方。 （ 3）各零件材料的選擇可以更多樣化，根據不同的性能要求，選擇合適的材料，甚至于大膽選用一些新興材料，方向是質量輕和強度高，因為機器人本身是一個高新產業(yè) 。 致 謝 隨著這 2 年大學生活的即將結束的腳步，本次畢業(yè)設計在 導我的導師韓書葵老師的幫助下也接近了尾聲。在我的認識中韓老師是一位治學嚴謹、學識豐富的老師，從開題開始到論文結束給我許多指導，雖然韓老師工作繁忙，但她還是對我的倫文進行了多次修改。這確實是一個艱苦的過程，也是我們對本專業(yè)進行系統(tǒng)學習的一次機會，更是一個感恩和互助的過程，在倫文的完成過程中老師給予了我許多的幫助。在今后的學習工作中，我將北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 21銘記恩師對我的教誨和鼓勵，盡自己最大的努力取得更好的成績。 在此我要向我的指導老師表 示由衷的感謝和深深的敬意！ 在兩年的大學學習期間，機械教研室的每位老師對我的學習和生活都給予了許多的幫助和關心，使我在各個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。 參考文獻 [1]李金泉，段冰蕾，南倩 碼垛機器人動態(tài)靜力學分析 [J]04[2]姜永增，姚忠敏，張裕 J][3] 張曉莉 ,王幼華 ,林和榮 J][4]王明武，基于 全自動鋁錠碼垛機設計 [J]北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 22[5]劉世奎 ,徐世許 ,王棟 ,李玉蘭 制系統(tǒng)設計 [J][6]姚猛，韓寶玲，羅慶生，孫樣溪，王斌。工業(yè)碼垛機器人機構設計于運動學分析[J]5. 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