自行走式物料搬运机器人结构设计（全套完整有CAD）

夹紧时由力学关系可以得到公式，从而得到夹紧力.所需的驱动力，.代入数据，得夹紧机构采用丝杠传动原理传送夹紧力，拟定丝杠的大径，螺距设为，牙型角为的梯形普通螺纹。

弹簧的计算现在通过计算来确定弹簧的旋绕比最大工作负荷工作极限负荷最小工作负荷弹簧要求刚度总圈数有效圈数单圈刚度等系列有弹簧有关的数据来确定弹簧是否合格。

弹簧外形如图.所示。

图.手部弹簧为了使弹簧能够更可靠的工，弹簧材料必须具有高的弹性极限和疲劳极限，同时应该具有足够的的韧性和塑形，以及良好的可热处理性。

查表选用材料碳素弹簧钢丝。

弹簧材料的许用应力及必须按照负荷性质来确定。

弹簧按负荷性质分为三类Ⅰ类受变负荷作用，次数在此以上的弹簧Ⅱ类受变负荷作用，次数在次或冲击负荷的弹簧Ⅲ类受变负荷作用，次数在次以下的弹簧。

旋绕比或指弹簧指数.式中中径弹簧丝的直径查表，得，最大工作负荷，单位，.式中曲度系数，由表查得.，代入数据得，工作极限负荷，.式中初应力代入数据的，最小工作负荷.即弹簧要求刚度，单位为.式中弹簧的长度，代入数据得，单圈刚度.切变模量，由表取.代入数据得，有效圈数，.即.手部主轴的校核计算手部主轴示意图图.手部主轴简图此轴的材料选用钢轴的强度校核扭转切应力.手部主轴最大径此轴所受的最大扭矩代入数据，得.水平面内垂直面内支反力水平面内弯矩垂直面内弯矩计算弯矩.查机械设计教材对于脉动变化的转矩.由机械设计教材表，查得号钢调质处理后，抗拉强度极限，弯曲疲劳强度极限，剪切疲劳极限，许用弯曲应力按弯扭合成强度计算走跨越障碍上下台阶，具有独特的优越性能。

但是，要控制它的步行和不倾倒有很大的难度，目前实现上述功能的机器人很少。

四足机器人普遍存在控制复杂和步行速度低步幅小等缺点，实用化的成果则更少。

显然，本课题所研究的机器人主要在平面的环境中运行，选用轮式移动载体最为合理，即采用两轮独立驱动的方式，通过控制两个驱动轮的速度，使车体跟踪不同的轨迹曲线。

这种结构方式的优点是转向灵活，当两轮速度值相同，方向不同时，车体可以原地回转。

.自由度与机器人的运作物料搬运机器人的整体机构如图.所示，现在让我们分析下它的运动过程它有四个自由度，底座的旋转以及底座上部上下伸缩，手臂的前后伸缩和手部的夹紧与放松。

最底部的轮子是用来使机器人能够在有效的工作范围内进行移动，以便能够得到更大的工作空间，更有利于物料的搬运。

它的移动主要是前后移动，使机器人能将物料搬运到更远的位置。

表示的是底座，主要是控制机器人上半部的旋转，包括机械手，手臂，它是通过底座里的电机旋转，带到齿轮轴套，它与主轴齿轮啮合，进而使主轴旋转，在底座上方里，通过齿轮传动带动腰部旋转，与手臂已经连接固定，使其带动，手臂，手部同步旋转。

中通过电机二联接个小齿轮，与其内部的长轴啮合，当电机二运行时，通过使长轴进行上下运动。

手臂中有电机三，当电机三运转时，使其内部的轴旋转，然后通过丝杠传动原理，让轴进行左右伸缩，轴与手部连接，所以就使手部到达的左右伸缩的目的。

手部里有电机四，它也是通过丝杠原理让手部进行夹紧与放松的动作。

图.物料搬运机器人结构图.控制方式的选择本次设计物料搬运机器人主要是进行工业生产中物料的搬运，是将工业生产的物料搬运实现自动化。

考虑到本次设计的物料搬运机器人搬运的物料是在以下，而且物料不是很复杂，精度不是很高，所以设计的物料搬运机器人采用四个自由度，分别是手臂随着腰部的旋转和上下伸缩进行运动，手臂的左右伸缩和手部的夹紧与放松。

此四个自由度可以保证在工业生产中能够将物料搬运到空间的各个位置上。

物料搬运机器人的四个自由度可以将夹取的物料搬运到四周的位置上，但为了让它的工作范围扩大，能够减少机器人的投入量，所以我们将它固定在带有轮子的机身上，从而实现其目的。

物料搬运机器人的工作过程如下当物料要求从物架上搬运时，机器人通过手臂的伸缩和腰部的旋转调整好位置，手部夹住物料。

像大脑指挥手那样进行动作的控制系统。

这些系统的性能就决定了机器人的性能。

般而言，机器人通常就是由执行机构驱动传动系统和控制统这三部分组成，如图.所示。

图.机器人的般组成现代智能机器人与过去相比，还具有定的智能系统，主要是增加了感觉装置视觉装置和语言识别装置等。

目前机器人技术的研究主要集中在赋予机器人“眼睛”，使它能识别物体和躲避障碍物，还有机器人的触觉装置。

机器人的这些组成部分并不是相互独立的，或者说并不只是简简单单的叠加在起，就能构成个机器人的。

要实现我们所期望机器人能实现的功能，机器人的各部分之间必需存在着相互关联相互影响和相互制约。

它们之间的相互关系如图.所示。

••图.机器人各组成部分之间的关系机器人的机械系统主要由执行机构跟驱动传动系统组成。

执行机构是机器人赖以完成各种工作任务的实体，它通常由连杆和关节组成，由驱动传动系统提供动力，能按照控制系统的要求完成各种工作任务。

驱动传动系统包括了驱动机构和传动系统。

驱动机构负责提供机器人各关节所需要的动力，传动系统可将驱动力转换为满足机器人各关节的力矩跟运动所要求的驱动力或力矩。

有些文献把机器人分为机械系统驱动系统和控制系统三大部分。

其中的机械系统又叫操作机，相当于本文中的执行机构部分。

第二章机器人总体方案设计.自行走式物料搬运机器人的功能物料搬运机器人应具备以下功能移动通过机器人的移动实现物料的远距离搬运导航跟定位能够自主的按照预先设置的路线运行，并获得位置资料运输能搬运物料从位置到位置规划路径在离线的状态下，操作者要为机器人在结构化的环境中寻找无碰撞路径避障扩展功能机器人应该具有定的感受适应外界环境变化的能力，尤其是要能检测出明显的障碍物，自动调用避障策略无线通讯有数据传输功能，有效距离米。

.传感器系统传感器系统属于机器人控制系统，是整个机器人的感觉器官，负责探测工作环境以及检测机器人自身的运动。

传感器系统有能检测机器人运动的传感器和实现机器人可扩展功能所需的传感器。

下面主要介绍能实现各种基本作业的传感器行进距离检测编码器，采用积分增量思想，具有较好的短期精度偏转角度检测的多粉尘高温噪声工作空间狭小等不适于人工作业的工作环境。

在国外机械制造业中，工业机器人应用较多，发展较快。

目前主要应用于机床模锻压力机的上下料，以及点焊喷漆等作业，它可按照事先制订的作业程序完成规定的操作，但还不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。

如发生些偏离时，就将引起零部件甚至机器人本身的损坏。

随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，针对于上述各个领域的机器人系统的应用和研究对系统本身也提出越来越多的要求。

制造业要求机器人系统具有更大的柔性和更强大的编程环境，适应不同的应用场合和多品种小批量的生产过程。

计算机集成制造要求机器人系统能和车间中的其它自动化设备集成在起。

研究人员为了提高机器人系统的性能和智能水平，要求机器人系统具有开放结构和集成各种外部传感器的能力。

然而，目前商品化的机器人系统多采用封闭结构的专用控制器，般采用专用计算机作为上层主控计算机，使用专用机器人语言作为离线编程工具，采用专用微处理器，并将控制算法固化在中，这种专用系统很难或不可能集成外部硬件和软件。

修改封闭系统的代价是非常昂贵的，如果不进行重新设计，多数情况下技术上是不可能的。

解决这些问题的根本办法是研究和使用具有开放结构的机器人系统。

美国工业机器人技术的发展，大致经历了以下几个阶段年为试验定型阶段。

年，万能自动化公司制造的工业机器人供用户做工艺试验。

年，该公司生产的工业机器人定型为型。

年为实际应用阶段。

这时期，工业机器人在美国进入应用阶段，例如，美国通用汽车公司年订购了台工业机器人年该公司又自行研制出新工业机器人，并用组成电焊小汽车车身的焊接自动线又如，美国克莱斯勒汽车公司条冲压自动线上的台冲床都用工业机器人传递工件。

年至今直处于推广应用和技术发展阶段。

年，工业机器人处于技术发展阶段。

年月美国在伊利斯工学院研究所召开了第届全国工业机器人会议。

得到应用，为这些加工作业的机械化与自动化奠定了良好的基础。

工业机器人是近代在自动控制领域中出现的项新技术，并且已经成为了现代机械制造生产系统中的个非常重要的组成部分。

机器人的迅速发展是基于它的积极作用正慢慢的被人们所认识第它能部分代人工操作第二它能按照生产工艺的技术要求，遵循定的程序时间和位置来完成工件的输送和装卸第三它能操作必要的机具进行焊接和装配作业。

从而能大大的改善工人的劳动条件，显著提高劳动生产率，加快实现工业生产的机械化和自动化。

因而机器人受到各个先进的工业国家的重视，他们投入大量的人力和物力加以研究与应用。

尤其在高温高压粉尘噪音以及带有放射性及污染的场合，应用的更广泛。

在我国，近几年也有较快的发展，并取得了定的效果，受到机械工业部门的重视。

机器人般分为三类。

第类是通用机器人，它不需要人工操作，也就是本文所研究的对象。

它是种完全独立的不附属于个主机的装置，可以根据任务需要来编制程序，以完成各项规定的操作。

它除了具备普通机械所具有的物理性能之外，还具备通用机械记忆智能，是种三元机械。

第二类称为操作机，它需要人工的操作，操作机起源于原子军事工业，开始都是是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号来操作机器人，可以进行探测月球等工作。

工业中采用的锻造类操作机也属于这范畴。

第三类是专业机器人，它主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床的上下料和工件的传送。

这种机器人在国外通常被称为“”，它是为主机进行服务的，由主机驱动。

除少数外，它的工作程序般是固定的，因此是专用的。

机器人按照其结构的不同又可以分为多种类型，其中关节型机器人以其结构非常紧凑，所占用的空间体积小，但其相对的工作空间却是最大的，甚至能绕过基座四周的些障碍物等特点，成为机器人中使用最多的种结构形式，世界些著名机器人的本体部分都采用这种机构形式的机器人。

简单的说，机器人就是用机器手代替人手，把物料从个地方移动到指定的位置，或按照工作要求可以操纵工件进行加工。

.机器人的研究现状机器人最早是从美国开始研制的。

行走，物料，搬运，机器人，结构设计，毕业设计，全套，图纸研究的背景与意义.机器人的研究现状.机器人的发展趋势.本文的主要研究内容第二章机器人总体方案设计.自行走式物料搬运机器人的功能.传感器系统.移动载体.自由度与机器人的运作.控制方式的选择.小结第三章机器人的手部设计.手部的结构设计概述设计时应考虑的几个问题手部夹紧力的计算弹簧的计算.手部主轴的校核计算.驱动方式手部电机选择原则般执行电机的选择原则手部电机的选择电机转速与夹紧力速度几何关系的确定第四章手臂的设计.手臂结构设计.手部质量计算.手臂计算及电机选择.小结.腰身的设计腰身以上部分的重量计算腰身计算及电机选择.底座的设计底座机构设计