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（毕业设计全套）码跺机器人机构设计（打包下载）

力和导轨组件支承下作上下即向运动。水平臂作水平方向运动。过渡法兰盘与腰部法兰接盘用螺栓固联。码垛机器人腕部设计图码跺机器人腕部结构机器人的腕部是旋转轴，主要功能是为抓手改变姿态提供动力，功能是克服负载的转动惯性，有位置精度要求。要求腕部体积较小，并在保证受力良好状态下质量最小，可采用电机经行星轮减速器带动负载的传动方案，并提供连接抓手的物理接口，其结构如图所示。抓手接口与旋转轴通过螺纹和螺栓固联，旋转轴由行星轮减速机减速带动及轴承的支承下转动，带动抓手接口及其连接件旋转。抓手接口方便更换各种机械抓手。码垛机器人机械抓手设计机械抓手般原理很多需码跺产品是软包装产品，在作业过程中容易撕裂破损和变形，搬运时易产生抓取部位的变化，这种工件不宜采用真空吸盘，需专门设计末端执行器。在码垛机器人系统中，末端执行器相对于人的手指功能，本文设计的末端执行器为指式末端执行器，其原理如同所示。其工作原理为当定位传送带上传感器检测到需码跺产品时，反馈信号到运动控制器，运动控制器发出指令使控制气缸阀门的电磁阀关闭，气缸迅速动作，末端执行器手指张开手指张开后，末端执行器位置下降，使手指伸进传送带两辊子空隙，完全定位后，气缸复位，手指合闭，抓取产品为保证定的抓取力，手指之间可以加弹簧相连另方面，末端执行器放置产品的过程与抓取产品过程类似。本码跺机器人机械抓手结构见图。图机械抓手结构图其他常用机械抓手介绍工业生产中需码跺的产品各不样，形状规格差距很大，为了针对不同产品，可以设计对应不同产品的机械抓手，实际生产时只需更换抓手即可很快投入生产。下图是工业中常用机械抓手的运用。图各种机械抓手的运用.码跺机器人主要部件选型设计现代机械设计中，各种运动部件已经模块化，设计时，根据设计参数选择较优的模块装置，并对整体设计进行性能优化经济性优化。.直流伺服电机的选型．直流伺服电机的参数计算电机的设计内容有两大部分，是电机的静态设计，包括电机的转速调速范围和静态转矩的设计计算二是电机的动态性能设计，这与电机的驱动器以及所驱动负载有关。电机的转速取决于被驱动对象的最大运动速度，以及电机和被驱动对象之间的传动比。电机调速范围取决于被驱动对象的最小位移量和最大运动速度，而且还与位置调节和速度调节的性能有关。式中电机调速范围电机最大转速电机最小转速电机的静态转矩用来克服机器人导轨摩擦传动摩擦以及重力矩的作用。电机的静态转矩用公式表示为式中电机静态转矩•各种摩擦力矩的总和•重力矩•其中，摩擦力矩包括导轨摩擦力丝杠螺母传动摩擦力和齿轮等摩擦力折算到伺服电机轴上的摩擦力矩。导轨摩擦等于导轨摩擦系数与其所受正压力的乘积，而丝杠螺母传动摩擦和齿轮传动摩擦则用该传动装置的传动效率表示。如果被控对象在垂直导轨上运动，则被控对象的重力矩是电机主要克服的负载。由以上电机静态的设计，初步选择适合的电机型号，然后对整个位置伺服系统进行动态设计，目的是使被控对象无超程定位，尽可能小的轨迹误差，良好的加速能力。这就要求位置伺服系统具有良好的的动态响应特性稳定性，抗干扰能力强。当然垂直水平臂由于引用标准模块，也可以在两轴机器人模块选型时直接将电机型号确定。．腕部直流伺服电机选型腕部电机主要克服抓手和需码跺产品旋转时的摩擦力矩，而根据腕部的结构知摩擦力矩为轴承的滚动摩擦，数值较小，初步选择瑞士玛威诺公司系列直流伺服电机，其主要技术参数如表所示。系列伺服电机具有转矩惯量比大运作平滑零齿槽效应转矩等特点，适合高精度机器人控制应用场合。表系列直流伺服电机主要技术参数表．水平臂部直流伺服电机选型水平臂部电机主要克服工作台运动时的导轨摩擦力矩滚珠丝杠摩擦力矩和同步带轮摩擦力矩，根据计算可初步选择为瑞士玛威诺公司系列直流伺服电机，其主要技术参数如表所示。．垂直臂部直流伺服电机选型垂直臂部电机主要克服工作台运动时的重力矩滚珠丝杠摩擦力矩和，根据计算可初步选择为瑞士玛威诺公司系列直流伺服电机，其主要技术参数如表所示。．腰部直流伺服电机选型腰要臂部电机主要克服机器人臂部腕部和手部及其持重旋转时的滚动摩擦力矩和齿轮摩擦力矩，根据计算可初步选择为瑞士玛威诺公司系列直流伺服电机，其主要技术参数如表所示。.齿轮减速器的设计计算．腕部减速装置的设计抓手和米袋旋转时的转动惯量很大，是电机设计需要考虑的主要对象。抓手最大质量为，容许抓取质量为，其转动惯量的计算可近似认为，在些设定需码跺产品外形尺寸为长方体，则长方体绕轴的转动惯量为式中，则.•。可按以下公式把负载惯量折算到电机轴上等效惯量式中负载惯量折算到电机轴上的等效惯量•负载惯量•电机到负载的传动比根据惯性负载和转矩的最佳匹配原则确定减速器的总传动比。减速器的总传动比的最佳值是当负载转动惯量换算到电机轴上的转动惯量等于电动机转子的转动惯量时的数值，此时，电动机的输出转矩半用来加速负载，半用于加速电机转子。负载转动惯量折算到电机轴上转动惯量计算公式上式计算忽略了减速器的转动惯量得出的结论，实际的传动比要依据减速器的惯量计算选择大些。通常减速器设计完毕后，通常将减速器作为负载之，其转动惯量需折算到电机轴上。根据以上分析计算，可选择型行星齿轮减速器，减速比.。．腰部减速装置的设计腰部电机的主要任务是克服机器人臂部腕部和手部及其持重旋转时的摩擦力和转动惯量，由三维模型可获得其负载转动惯量•由于负载转动惯量较大，而直流伺服电机的转动惯量较小，负载和电机之间需要较大的传动比。选择总传动比为，则负载等效转动惯量与电机转动惯量之比为。在设计时选用摆线针轮减速，摆线针轮选用.。其参数为输入转速，输出轴转速，。减速比为，许用转矩为•，电机功率为.。.滚珠丝杠的选型滚珠丝杆和滑动丝杆相比具有摩擦小传动效率高传动灵敏，不易产生爬行定位精度高磨损小寿命长精度保持好等优点。缺点是不能自锁，用于升降传动时需另加自锁机构结构复杂，成本高。为增强丝杠传动刚度，常采用双推双推的支承方式。根据其受力状况对滚珠丝杠进行设计，其设计流程如表所示。根据水平臂部和垂直臂部滚珠丝杠受力特点，选用汉江机床厂系列。其公称直径为，导程为，精度等级为。由于丝杠主要承受轴向力，大多采用推力轴承做支承，在相同尺寸条件下，推力球轴承轴向刚度比向心推力球轴承及圆锥轴承的轴向刚度要大倍以上推力滚柱轴承刚度又比推力球轴承大倍左右。当轴向载荷较小时，可不用推力球轴承而用向心推力球轴承，这样可以减少轴承数量。轴承选用日本公司生产的丝杠支承专用轴承，接触角为度，轴向刚度大，启动力矩小，采用列面对面组合形式形式。表滚珠丝杠设计流程.导轨的选型滚动直线导轨副的特点滚动体与圆弧沟槽相接触，与点接触相比承载能力大，刚性好摩擦因素好，般小于.，仅为滑动导轨副的，节省动力，可以承受上下左右四个方向的载荷磨损小，寿命长，安装维修润滑简便。运动灵活无冲击，在低速微量进给时，能很好地控制控制位置尺寸。轴方向上采用艾必希带法兰形型高精度圆柱直线导轨。直线滚动导轨通常两条成对使用，可以水平安装，也可以垂直或倾斜安装。.内六角圆柱头螺钉.基准导轨.向拖板.非基准导轨图直线导轨的安装结构为保证两条导轨平行，通常把条导轨作为基准导轨。其安装形式有单导轨定位和双导轨定位，三轴方向上采用双导轨定位，轴数控磨削机床直线导轨的安装结构如图所示。小结本论文以码垛系统中的四自由度码垛机器人为研究对象，以其功能原理和结构设计为基础，对四坐标机器人的位置控制性能进行了研究和建立系统模型论文的研究内容和成果如下．以袋式码垛系统为例，确定码垛机器人的工作参数，并以此确定码垛机器人的类型为四自由度圆柱坐标型，确定四自由度圆柱坐标型机器入传动方案。．基于码垛机器人点位式运动控制的特点，设计了码垛机器人运动控制系统方案．以功率密度为机器人的设计指标，提出合理的机器人结构方案，进行抓手设计腕部臂部腰部设计，对关键零部件进行合理的选型设计。本文在设计机器人过程中，忽略了些与实际工作环境有关的结构，如防尘防水结构，润滑结构等。另外，需要进步优化机器人的结构。在对机器人控制系统的优化仿真过程中，把实际工作中的负载力矩变化处理为恒定负载力矩，从而在分析的机器人位置控制系统结果较理想。总之，码垛机器人的设计校核和控制系统性能的优化方面仿真研究存在的许多问题需要我在以后的工作实践当中更加深入地学习，不断地完善现有的不足。参考文献王爱玲，白恩远，赵学良等．现代数控机床．国防工业出版社，裴润，宋申昆自动控制原理．哈尔滨工业大学出版社．余达太，马香峰．工业机器人应用工程．冶金工业出版社．谢存禧，张铁．机器人技术及其应用．机械工业出版社．龚振邦，陈振华等．机器人机械设计．电子工业出版社．金钰，李向春等．伺服系统设计指导．北京理工大学出版社．沈辉．精通系统仿真与控制．北京大学出版社，吴克坚，于晓红，钱瑞明．机械设计．高等教育出版社．胡长喜．钢材全自动打捆包装机器人控制系统研究．北京航空航天大学硕士论文，徐元昌．工业机器人．中国轻工业出版社，丁黎光，陈小泉，李伯胜．我国包装码垛机械的现状及发展趋势．广西工学院学报，黄成义．自动包装码垛生产线监测系统的研究．哈尔滨工业大学硕士论文，路同浚等．机器人码垛工作站总体设计．全国机器人学术会议论文集，冯江．装盒机械手及其微机控制系统的研.