自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)含SW三維及10張CAD圖
自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)含SW三維及10張CAD圖,自動(dòng),堆垛,載運(yùn),機(jī)器人,設(shè)計(jì),SW,三維,10,CAD
XX設(shè)計(jì)（XXX）
XX
題 目：自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)
英文題目：The design of potato peeler
學(xué) 院：________________________
專(zhuān) 業(yè)：________________________
姓 名：________________________
學(xué) 號(hào)：________________________
指導(dǎo)教師：________________________
20XX年2月27日
摘要
本文運(yùn)用大學(xué)所學(xué)的知識(shí)，提出了自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計(jì)中所必須的理論計(jì)算和相關(guān)強(qiáng)度校驗(yàn)，構(gòu)建了自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人總的指導(dǎo)思想，從而得出了該自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是高效，經(jīng)濟(jì)，并且安全系數(shù)高，對(duì)提高貨物搬運(yùn)以及裝配效率，減少人工投入等等起到了很大的作用的結(jié)論。
該自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人是對(duì)傳統(tǒng)的多自由度機(jī)器人的工作原理進(jìn)行理解，本機(jī)器人由底盤(pán)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、平移機(jī)構(gòu)、手爪和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。該機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度，從而可以從多方位多角度來(lái)對(duì)貨物進(jìn)行搬運(yùn)和卸載。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人；計(jì)算；自由度；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；搬運(yùn)
I
Abstract
This paper is using the university knowledge, automatic stacker carrying robot structure composition, working principle and main parts design must have the theoretic calculation and strength check is proposed, constructed the general guiding principle of robot automatic stacker carrying, resulting in the the automatic stacker carrying advantage for the robot is efficient, economic, and high safety factor, to improve cargo handling and assembly efficiency, reduce artificial input and so on plays a great role in the conclusion.
The automatic stacking carrying robot is the working principle of traditional multi degree of freedom robot to understand, the robot is composed of a chassis, slewing mechanism, lifting mechanism, a translational mechanism, gripper and a driving mechanism. The robot can achieve multiple degrees of freedom, which can be from various angles to handling and unloading of goods.
Keywords: automatic stacker robot；carrying calculate；the degrees of freedom； drive mechanism for handling
II
XXX設(shè)計(jì)（XXX）
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1本課題研究的內(nèi)容 1
1.2 機(jī)器人概述 2
1.3 機(jī)器人的組成和分類(lèi) 3
1.3.1機(jī)器人的組成 3
1.3.2機(jī)器人的分類(lèi) 4
2 自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5
2.1自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人總體方案圖 7
2.2 自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人的工作原理 9
2.3 機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 10
2.3.1旋轉(zhuǎn)電機(jī)的選型計(jì)算 10
2.3.2夾爪升降氣缸的選型計(jì)算 10
2.3.3軸承的選型計(jì)算 11
2.3.4 滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 12
3 各主要零件部強(qiáng)度的校核計(jì)算 12
3.1 鍵的設(shè)計(jì)及危險(xiǎn)截面校核 13
3.2 軸承的選取及校核 14
3.3 螺栓的校核 14
4 機(jī)器人的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15
4.1可編控制器的選擇 16
4.2可編程控制器的使用步驟 17
結(jié) 論 18
致 謝 19
參考文獻(xiàn) 20
1
1 緒論
機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開(kāi)各種各樣的機(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。機(jī)械工程的服務(wù)領(lǐng)域廣闊而多面，凡是使用機(jī)械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門(mén)，都需要機(jī)械工程的服務(wù)。概括說(shuō)來(lái)，現(xiàn)代機(jī)械工程有五大服務(wù)領(lǐng)域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機(jī)械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機(jī)械、研制和提供從事各種服務(wù)的機(jī)械、研制和提供家庭和個(gè)人生活中應(yīng)用的機(jī)械、研制和提供各種機(jī)械武器。
? 不論服務(wù)于哪一領(lǐng)域，機(jī)械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有：
建立和發(fā)展機(jī)械工程的工程理論基礎(chǔ)。例如，研究力和運(yùn)動(dòng)的工程力學(xué)和流體力學(xué)；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應(yīng)用的工程材料學(xué)；研究熱能的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)換的熱力學(xué)；研究各類(lèi)有獨(dú)立功能的機(jī)械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和計(jì)算的機(jī)械原理和機(jī)械零件學(xué)；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學(xué)和非金屬工藝學(xué)等等。
研究、設(shè)計(jì)和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品，不斷改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機(jī)械產(chǎn)品，以適應(yīng)當(dāng)前和將來(lái)的需要。機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)；生產(chǎn)計(jì)劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設(shè)計(jì)和制造工具、模具；確定勞動(dòng)定額和材料定額；組織加工、裝配、試車(chē)和包裝發(fā)運(yùn)；對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效的控制。機(jī)械制造企業(yè)的經(jīng)營(yíng)和管理。機(jī)械一般是由許多各有獨(dú)特的成形、加工過(guò)程的精密零件組裝而成的復(fù)雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷(xiāo)售對(duì)象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個(gè)人、家庭。而且銷(xiāo)售量在社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動(dòng)。因此，機(jī)械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營(yíng)特別復(fù)雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營(yíng)等的研究也多是肇始于機(jī)械工業(yè)。
1.1 本課題研究的內(nèi)容
本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)，從自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人的整體方案出發(fā)，然后具體細(xì)化出具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)方面：
（1）到圖書(shū)館里查閱大量相關(guān)知識(shí)的資料，搜集出各類(lèi)自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人的原理及結(jié)構(gòu)，挑選相關(guān)內(nèi)容記錄并學(xué)習(xí)。
（2）分析自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與參數(shù)
（3）確定設(shè)計(jì)總體方案
（4）確定具體設(shè)計(jì)方案（包括底盤(pán)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、平移機(jī)構(gòu)、手爪和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，電機(jī)，軸承等的選型設(shè)計(jì)等等）
（5）自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人的三維圖的繪制、CAD裝配圖、零件圖的繪制。
（6）說(shuō)明書(shū)的編制與整理
1.2 機(jī)器人概述
工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備.機(jī)器人是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)器人被稱(chēng)為“工業(yè)機(jī)器人”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)器人可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率:可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的引用.機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專(zhuān)用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專(zhuān)用機(jī)器人。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)器人”，簡(jiǎn)稱(chēng)通用機(jī)器人。由于通用機(jī)器人能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。
1.3 機(jī)器人的組成和分類(lèi)
1.3.1機(jī)器人的組成
機(jī)器人主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖2-1所示。
(一)執(zhí)行機(jī)構(gòu)
包括手部、主臂、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夾式和內(nèi)撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。
(二)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、 氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)器人按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)器人按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，
并記憶人們給予機(jī)器人的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
(二)控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)器人按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)器人按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)器人的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
(三)位置檢測(cè)裝置
控制機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置.
1.3.2 機(jī)器人的分類(lèi)
工業(yè)機(jī)器人的種類(lèi)很多，關(guān)于分類(lèi)的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類(lèi)。
(一)按用途分
機(jī)器人可分為專(zhuān)用機(jī)器人和通用機(jī)器人兩種:
1、專(zhuān)用機(jī)器人
它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專(zhuān)用機(jī)器人具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)器人，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)器人和‘叻口工中心”
2、通用機(jī)器人
它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)器人。格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)器人的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。通用機(jī)器人按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種:簡(jiǎn)易型以“開(kāi)一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制:可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)器人屬于數(shù)控類(lèi)型。
(二)按驅(qū)動(dòng)方式分
1、液壓傳動(dòng)機(jī)器人
是以液壓的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)器人的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)器人采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)器人的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高。
2、氣壓傳動(dòng)機(jī)器人
是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)器人的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。
3、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)器人
即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人。它是一種附屬于工作主機(jī)的專(zhuān)用機(jī)器人，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。
4、電力傳動(dòng)機(jī)器人
即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類(lèi)機(jī)器人目前還不多，但有發(fā)展前途。
(三)按控制方式分
1、點(diǎn)位控制
它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專(zhuān)用和通用工業(yè)機(jī)器人均屬于此類(lèi)。
2、連續(xù)軌跡控制
它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類(lèi)工業(yè)機(jī)器人一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。
2 自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.1自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人總體方案圖
本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)抓取貨物旋轉(zhuǎn)，升降等功能。通過(guò)夾爪到指定的貨物堆積的地方夾住貨物，然后機(jī)器人的機(jī)械夾爪夾住貨物上升，接著整個(gè)夾爪部位平移、后退到預(yù)定的放置貨物的位置，夾爪松開(kāi)，貨物自動(dòng)被放置在指定的位置。整個(gè)機(jī)器人的動(dòng)作前程都是靠光電傳感器檢測(cè)信號(hào)，從而反饋信號(hào)給控制系統(tǒng)，通過(guò)中控系統(tǒng)來(lái)對(duì)機(jī)器人的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行有序地操作。其具體的方案結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示：
圖1 方案結(jié)構(gòu)圖
2.2 自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人的工作原理
該自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人的工作原理為：改機(jī)器人通過(guò)夾爪到指定的貨物堆積的地方夾住貨物，然后機(jī)器人的機(jī)械夾爪夾住貨物上升，接著整個(gè)夾爪部位平移、后退到預(yù)定的放置貨物的位置，夾爪松開(kāi)，貨物自動(dòng)被放置在指定的位置。整個(gè)機(jī)器人的動(dòng)作前程都是靠光電傳感器檢測(cè)信號(hào)，從而反饋信號(hào)給控制系統(tǒng)，通過(guò)中控系統(tǒng)來(lái)對(duì)機(jī)器人的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行有序地操作。
2.3 機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.3.1旋轉(zhuǎn)電機(jī)的選型計(jì)算
N=＝400w
G—旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的負(fù)載，取100kg
v—旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速。
取v＝600r/m
－傳動(dòng)效率，取0.75
根據(jù)N＝400w，n＝1440r/min選取型號(hào)為Y112M-4的電機(jī)。
由傳動(dòng)比標(biāo)準(zhǔn)系列查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》B2表2－1
初步取1.76 2.5。
2.3.2夾爪升降氣缸的選型計(jì)算
根據(jù)系統(tǒng)工況可知，自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人夾持貨物是通過(guò)氣缸推動(dòng)夾爪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)已知條件可知：夾爪機(jī)構(gòu)的所有零件的重量為10kg。
已知夾爪部位各個(gè)零件的重量以及其他零部件的總重量為10KG，根據(jù)公式F=P*S=0.5(取氣壓0.6Mpa）*S,可得S=25mm。式中：
F是所需要的輸出力；
P是系統(tǒng)壓力；
S就是活塞面積；
n是安全系數(shù)，一般氣缸水平使用取0.7，垂直使用取0.5；
于是算出氣缸缸徑為50mm，行程根據(jù)實(shí)際情況我們選擇200，所以我們選擇AIRTAC50X200標(biāo)準(zhǔn)型氣缸。
2.3.3 軸承的選型計(jì)算
根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命16×365×8=48720小時(shí)；
(1）已知nⅡ=458.2r/min?兩軸承徑向反力：FR1=FR2=500.2N；
初先兩軸承為深溝球軸承6204型。
根據(jù)課本P265（11-12）得軸承內(nèi)部軸向力FS=0.63FR則FS1=FS2=0.63FR1=315.1N；
(2)∵FS1+Fa=FS2Fa=0? 故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端
FA1=FS1=315.1N???FA2=FS2=315.1N；
(3)計(jì)算當(dāng)量載荷
P1、P2根據(jù)課本P263表（11-9）取f?P=1.5;根據(jù)課本P262（11-6）式得
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N；?
P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N；?
(4)軸承壽命計(jì)算
∵P1=P2故取P=750.3N；?
∵深溝球軸承 ε=3；
2.3.4 滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
設(shè)導(dǎo)軌的滑座數(shù)M＝4個(gè)，每分鐘往復(fù)4次，載荷F∑＝2800N ，工作臺(tái)絲杠載荷每天開(kāi)機(jī)6h，每年300個(gè)工作日，壽命8年，由所設(shè)條件得該導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間。
壽命Th＝6×300×8＝14400h
由Th＝Ts×103/2Lsn
=> Z向?qū)к? Ts＝2Th·Lsn/103＝2×14400×0.34×4×60/103＝2350km
Y向?qū)к塗s＝2Th·Lsn/103＝2×14400×0.25×4×60/103＝1728km
因滑座數(shù)M=4所以每導(dǎo)軌上使用2個(gè)滑座。
fC＝0.81；fH＝1;fT＝1;fW＝2
=> Ts＝K(fHXfTXfCX/fWXCa/F)3
=>Ca＝F(Ts/K)1/3fw/(fH fT fC)
其中F＝ F∑/M＝2800/4＝700N
=>Z向 Ca＝700(2350/50)1/3×2/(0.81×1×1) ＝5333N
若選漢江機(jī)床廠的HJG-D系列滾動(dòng)導(dǎo)軌，
選用HJG-D25型號(hào)能滿(mǎn)足要求,同理Y向取HJG-D25型號(hào)。
3 各主要零件部強(qiáng)度的校核計(jì)算
3.1 鍵的設(shè)計(jì)及危險(xiǎn)截面校核
鍵聯(lián)結(jié)是通過(guò)鍵實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。其中有類(lèi)型也可以實(shí)現(xiàn)軸向固定和傳遞軸向力，有些類(lèi)型并能實(shí)現(xiàn)軸向動(dòng)聯(lián)結(jié)，于在圓錐篩的軸上主要通過(guò)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向固定所以，只需選用常見(jiàn)的普通平鍵，鍵的類(lèi)型可根據(jù)使用要求、工作條件和聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)表5-3-15選定，鍵的長(zhǎng)度根據(jù)軸轂的長(zhǎng)度從標(biāo)準(zhǔn)中選取，鍵的b×h根據(jù)徑來(lái)確定。
軸和同步帶輪的聯(lián)結(jié)，d=20mm, 參考資料2P5-194表5-3-18 (GB/T1095-1979)
選用B8×30，B6×25的普通A型平鍵，鍵長(zhǎng)分別為30㎜、25mm。
3.2 軸承的選取及校核
軸承的選用在以上的說(shuō)明中已經(jīng)給出，選用的是帶緊定套的滾子軸承，型號(hào)為22218CK/W33+H318，其基本參數(shù)為主要是額定載荷：
C=240000N， =322000N，e=0.23,Y=2.5,，假定軸承的壽命為3年，每天工作10小時(shí)，一年工作300天，所以軸承的基本額定動(dòng)載荷可按一下公式進(jìn)行計(jì)算：
C=
其中：C—基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值，N；
P—當(dāng)量動(dòng)載荷，按式計(jì)算，為軸承所受徑向載荷，
軸向動(dòng)載荷，X為徑向動(dòng)載荷系數(shù)，Y為軸向動(dòng)載荷系數(shù)；
—壽命因數(shù)，按表7-2-8選??；
—速度因數(shù)，按表7-2-9選?。?
—力矩載荷因數(shù)，力矩較小時(shí)=1.5,力矩較大時(shí)=2;
—沖擊載荷因數(shù),按表7-2-10選取;
—溫度系數(shù),按表7-2-11選取;
—軸承尺寸及性能表中所列基本額定動(dòng)載荷;
由表查得=1.19,=0.366,=1.5,=1.2（中等沖擊）,=;1.0；
因?yàn)檩S向載荷=0，即，所以當(dāng)量動(dòng)載荷
即，， ,所以此軸承選的合適,能滿(mǎn)足要求。
4 機(jī)器人的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 可編程控制器的選擇
目前，國(guó)際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德國(guó)西門(mén)子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等?？紤]到本機(jī)器人的輸入輸出點(diǎn)不多，工作流程較簡(jiǎn)單，同時(shí)考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計(jì)中選擇了OMRON公司的C28P型可編程序控制器。
4.2 可編程序控制器的工作過(guò)程
可編程序控制器是通過(guò)執(zhí)行用戶(hù)程序來(lái)完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過(guò)程可分為4個(gè)階段。
第一階段是初始化處理。
可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機(jī)相連，CPU對(duì)輸入輸出狀態(tài)的詢(xún)問(wèn)是針對(duì)輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱(chēng)為I/0狀態(tài)表.該表是一個(gè)專(zhuān)門(mén)存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸入狀態(tài)暫存器;存放輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸出狀態(tài)暫存器。開(kāi)機(jī)時(shí)，CPU首先使I/0狀態(tài)表清零，然后進(jìn)行自診斷。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進(jìn)入下一階段。
第二階段是處理輸入信號(hào)階段。
在處理輸入信號(hào)階段，CPU對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描，將獲得的各個(gè)輸入端子的狀態(tài)信息送到I/0狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)在I/0狀態(tài)表中一直保持不變，不會(huì)受到各個(gè)輸入端子信號(hào)變化的影響，因此不能造成運(yùn)算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶(hù)程序的正確執(zhí)行。
第三階段是程序處理階段。
當(dāng)輸入狀態(tài)信息全部進(jìn)入I/0狀態(tài)表后，CPU工作進(jìn)入到第三個(gè)階段。在這個(gè)階段中，可編程序控制器對(duì)用戶(hù)程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各I/0狀態(tài)和有關(guān)指令進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后將結(jié)果寫(xiě)入I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。
第四階段是輸出處理階段。
CPU對(duì)用戶(hù)程序已掃描處理完畢，并將運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入到I/0狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時(shí)將輸入信號(hào)從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)的動(dòng)作。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)的掃描周期。
結(jié) 論
本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人，該設(shè)計(jì)功能比較突出，通過(guò)構(gòu)思，實(shí)施，計(jì)算，畫(huà)圖，論文總算完成了。在論文完成之際，我首先向我的導(dǎo)師致以衷心的感謝和崇高的敬意！在這期間，導(dǎo)師在學(xué)業(yè)上嚴(yán)格要求，精心指導(dǎo)，在生活上給了我無(wú)微不至的關(guān)懷，給了我人生的啟迪，使我在順利的完成學(xué)業(yè)階段的學(xué)業(yè)的同時(shí)，也學(xué)到了很多做人的道理，明確了人生目標(biāo)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的學(xué)識(shí)，實(shí)事求是的作風(fēng)，平易近人、寬以待人和豁達(dá)的胸懷，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。經(jīng)過(guò)近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，論文終于可以完成了，我的心里無(wú)比的激動(dòng)。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因?yàn)樗俏矣眯?、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來(lái)對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的能力，更重要的是從周?chē)睦蠋熀屯瑢W(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多。在此，向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。
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致 謝
經(jīng)過(guò)三個(gè)月的時(shí)間，畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作已經(jīng)完成。在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把我一件事情，如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，和同學(xué)相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容。學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)四年中最重要的一次設(shè)計(jì)，也是對(duì)我們大學(xué)四年所學(xué)的做出評(píng)斷，也是衡量自己是否適應(yīng)這個(gè)社會(huì)的過(guò)程。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我著實(shí)學(xué)到不少東西。比如如何運(yùn)用SOLIDWORKS,WORD，CAD等軟件。也掌握了我們所學(xué)專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化的發(fā)展與方向。讓自己摸清了自己將來(lái)走的道路。綜合運(yùn)用所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次自動(dòng)堆垛式載運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)工作的訓(xùn)練，從而培養(yǎng)了自己獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了這方面的內(nèi)容。懂得了怎樣分析方案，怎樣確定方案，了解到了機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)，提高了計(jì)算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。
在此感謝我的指導(dǎo)老師，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中的每個(gè)細(xì)節(jié)都離不開(kāi)老師的細(xì)心指導(dǎo)。而您開(kāi)朗的個(gè)性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。
由于本人的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師們多多指教，我十分樂(lè)意接受你們的批評(píng)與指正，本人萬(wàn)分感謝。
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