【正文】 并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。 設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)， 減輕 產(chǎn)業(yè)工人大量的重復(fù)性勞動(dòng)，同時(shí)又節(jié)約了成本，提高了工作效率。在輪胎硫化機(jī)硫化一次輪胎的總 工作時(shí)間中絕大部分時(shí)間是在進(jìn)行硫化這個(gè)流程，而 輪胎搬運(yùn) 機(jī)械手的工作時(shí)間極短，這就導(dǎo)致了 輪胎 硫化機(jī)大部分的工作時(shí)間中機(jī)械手都是閑置狀態(tài)，本文的主要工作就是設(shè)計(jì)一款輪胎搬運(yùn)機(jī)械手，將之從單個(gè)的硫化機(jī)中分離出來，在一臺(tái)硫化機(jī)進(jìn)入硫化流程是機(jī)械手可以通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)移動(dòng)到下臺(tái)硫化機(jī)的工作位置，為其放置輪胎，安置完成后可以依次為其他的硫化機(jī)安置輪胎，這樣就可以達(dá)到充分提高搬運(yùn)機(jī)械手的工作效率，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)機(jī)器人為多臺(tái)硫化機(jī)服務(wù)，還可以簡(jiǎn)化硫化機(jī)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到降低成本的目的。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)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手 ??1 。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號(hào)操作機(jī)器人來進(jìn)行探測(cè)月球等。一般而言，機(jī)器人通常就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成 ??3 ，如圖 11 所示。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對(duì)于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機(jī)械手操作。 搬運(yùn)機(jī)器人 的應(yīng)用意義 在機(jī)械工業(yè)中， 搬運(yùn)機(jī)器人 的應(yīng)用意義可以概括如下： 1） 可以提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)械 手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的 裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促 進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。 8090 年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時(shí)期，尤其是日本。計(jì)算機(jī)集成制造要求機(jī)器人系統(tǒng)能和車間中的其它自動(dòng)化設(shè)備集成在一起。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機(jī)械手，并考慮于計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元 ??9 。 觸覺功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。 在本次 輪胎搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)中，用到了 AUTOCAD、 SOLIDWORKS 等繪圖軟件，因?yàn)槭亲鳛橐话愕墓こ淘O(shè)計(jì)，這些軟件已經(jīng)足夠滿足要求了，并且SW2020 功能也很強(qiáng)大，它主要有如下一些功能 [3]： 1．參數(shù)化設(shè)計(jì) 相對(duì)于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)，價(jià)格也更便宜。 輪 胎搬運(yùn)機(jī)器人各方向傳動(dòng)方式設(shè)計(jì) 該設(shè)計(jì)的目的是為了設(shè)計(jì)一臺(tái)輪胎搬運(yùn)機(jī)器人，本章主要對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人的的運(yùn)動(dòng)形式部分進(jìn)行分析。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)空間，直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。主要應(yīng)用于搬運(yùn)作 業(yè)。 圖 21四種機(jī)器人坐標(biāo) 形式 Figure 21 four kinds of robot coordinate form 機(jī)器人各方向傳動(dòng)方式的設(shè)計(jì) 水平和豎直方向直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式設(shè)計(jì) 能夠?qū)崿F(xiàn)直線傳動(dòng)的傳動(dòng)形式有； 液壓傳動(dòng) 特點(diǎn)：液壓傳動(dòng)傳遞運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力大，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)， 換向沖擊小，便于實(shí)現(xiàn)頻繁換向 ； 在同等功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。 通過以上，綜合考慮，為了使機(jī)械手在負(fù)載方面有更大的承載能力， x 軸 y軸 z 軸方向均采用液壓傳動(dòng)， x 方向選用液壓馬達(dá)， y、 z 方向選用液壓缸。 （ 5） 鏈傳動(dòng) 特點(diǎn)： 鏈傳動(dòng)由于多邊形效應(yīng)，瞬時(shí)傳動(dòng)比不斷變化，產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)，而使轉(zhuǎn)速不均勻，故不宜用于高速級(jí)，應(yīng)布置在低速級(jí)。的回轉(zhuǎn)，故此方向選擇液壓馬達(dá)與行星減速器配合。 7機(jī)械臂動(dòng)臂和 10伸縮臂在9伸縮臂液壓缸的作用下可以改變機(jī)械臂伸出部分的長(zhǎng)度。 回轉(zhuǎn)裝置：回轉(zhuǎn)裝置由 20回轉(zhuǎn)支承裝置和 8回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置組成。 1液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過 2減速器降低轉(zhuǎn)速將動(dòng)力傳輸?shù)津?qū)動(dòng)輪上，最終將液壓能轉(zhuǎn)換為輪胎搬運(yùn)機(jī)器人沿軌道 X 軸方向的移動(dòng)。 葉片式液壓馬達(dá)體積小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、動(dòng)作靈敏、可適用于換向頻率較高的場(chǎng)合；但泄漏量較大、低速工作時(shí)不穩(wěn)定。軸向柱塞馬達(dá)的工作原理 為，配油盤和斜盤固定不動(dòng)，馬達(dá)軸與缸體相連接一起旋轉(zhuǎn)。 類液壓馬達(dá)的適用工況與應(yīng)用范圍 圖 34類液壓馬達(dá)的適用工況與應(yīng)用范圍 Figure 34 class hydraulic motor and application of the applicable range of operating conditions 液壓馬達(dá)的選取： 粗略估計(jì)本設(shè)計(jì)中的機(jī)器人總重在一噸左右，行走系統(tǒng)單次運(yùn)動(dòng)的距離不超過 2M，在行走距離精度上有較高要求，行走速度 較低，結(jié)合工作環(huán)境、成本、總效率等綜合考慮選擇雙作用葉片式液壓馬達(dá)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的殼體固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，用小齒輪與回轉(zhuǎn)支撐內(nèi)座圈上的齒圈相嚙合 .小齒輪可繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，又可繞轉(zhuǎn)臺(tái)中心線公轉(zhuǎn)，當(dāng)回傳機(jī)構(gòu)工作時(shí)就像對(duì)底架進(jìn)行回轉(zhuǎn)。軸承座用螺栓固定在機(jī)架 5 上。所以，這種軸承的剛度較差，工作中要靠支承連接結(jié) 構(gòu)來保證。所以在兩座圈之間設(shè)有調(diào)整墊片 2，裝配和修理時(shí)可以調(diào)整間隙。不帶齒的座圈為回轉(zhuǎn)圈，用螺栓與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)連接。 1）直接傳動(dòng)。在液壓馬達(dá)與行星齒輪減速器的帶動(dòng)下小齒輪既可繞自身的軸線自轉(zhuǎn)，又可繞轉(zhuǎn)臺(tái)中心線公轉(zhuǎn)，當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)就相對(duì)底架進(jìn)行回轉(zhuǎn)。當(dāng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí) 2外殼體與 7中心軸會(huì)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)， 3入油口位于工作臺(tái)上，液壓油經(jīng)過控制閥在此進(jìn)入中央回轉(zhuǎn)接頭。 4動(dòng)臂通過 6軸與 7軸承固定在工作臺(tái)上。在外圍式夾持方式中機(jī)械爪在輪胎四周，通過機(jī)械爪從外圍向中間的收縮夾緊輪胎外圈而固定好輪胎。 5馬達(dá)架主要左右是用來固定擺動(dòng)馬達(dá)，為擺動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)提供一個(gè)反作用力。 4擺動(dòng)馬達(dá)最終將液壓能轉(zhuǎn)化為扭矩通過 7圓盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)而轉(zhuǎn)化為了 10滑塊的水平直線運(yùn)動(dòng)。 （ 2） 執(zhí)行元件：液壓缸 —— 直線運(yùn)動(dòng)，輸出力、位移；液壓馬達(dá) —— 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速。 圖 42液壓系統(tǒng)組成圖 Figure 42 Figure hydraulic system ponents 工作裝置主要由動(dòng)臂、固定臂、機(jī)械爪及相應(yīng)的液壓缸組成。 抓取 結(jié)束后，動(dòng)臂缸將動(dòng)臂頂起，同時(shí)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向 輪胎硫化機(jī) ，此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動(dòng)作。 限壓回路 限壓回路用來限制壓力，使其不 超過某一調(diào)定值。 圖 45 (A)中回轉(zhuǎn)馬達(dá)兩個(gè)油路上各裝有動(dòng)作靈敏的小型直動(dòng)式緩沖（限壓）閥 3，正常情況下兩閥關(guān)閉。 1 換向閥 緩沖 閥 單向閥 圖 45 緩沖回路 Figure 45 buffer 。緩沖（限壓）閥的調(diào)定壓力取決于所需要的制動(dòng)力矩，通常低于系統(tǒng)最高工作壓力。 液壓執(zhí)行元件的進(jìn)油和回油路上常成對(duì)地并聯(lián)有限壓閥，限制液壓缸、液壓馬達(dá)在閉鎖狀態(tài)下的最大閉鎖壓力，超過此壓力時(shí)限壓閥打開、卸載保護(hù)了液壓元件和管路免受損壞，這種限壓閥（圖 44）實(shí)際上起了卸荷閥的作用?；?轉(zhuǎn)至 輪胎硫化機(jī) 位置時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)， 在動(dòng)臂液壓缸與伸縮液壓缸配合下將輪胎放置與工作位置?；剞D(zhuǎn)系統(tǒng)工作時(shí)必須滿足如下條件：回轉(zhuǎn)迅速、起動(dòng)和制動(dòng)無沖擊、振動(dòng)和搖擺，與其它機(jī)構(gòu)同時(shí)動(dòng)作時(shí)，能合理地分配去各機(jī)構(gòu)的流量。 （ 3）控制元件：壓力、方向、流量控制的元件。所以說當(dāng)機(jī)械爪處于抓取狀態(tài)時(shí)，即使停電或者擺動(dòng)馬達(dá)出現(xiàn)故障停止工作，輪胎 也不會(huì)落下，安全性能得以提高。如果說 7圓盤為 10滑塊提供的動(dòng)力，那么 8連接塊、 9卡盤為 10滑塊提供的就是方向。本設(shè) 計(jì)中由于是為硫化機(jī)加裝輪胎，所以只能采用中心夾持式。 2伸縮臂液壓缸一端固定在 4動(dòng)臂上，一端固定在 1伸縮臂上，在 2伸縮臂液壓缸的控制下機(jī)械臂可以帶動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)完成 Y 軸方向的移動(dòng)。從而完成從上部工作臺(tái)到底盤的動(dòng)力傳動(dòng)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的殼體固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上， 3行星齒輪減速器上的小齒輪與回轉(zhuǎn)支承圈上的 4回轉(zhuǎn)齒圈相嚙合。 2）間接傳動(dòng)。 3滾動(dòng)體 2 中滾動(dòng)體軸線方向與回轉(zhuǎn)支承裝置軸向方向平行，其承受的是回轉(zhuǎn)支承裝置工作時(shí) 1上座圈、 6下座圈與 4內(nèi)齒圈之間的軸向力。滾動(dòng)體可以是滾珠或滾柱。內(nèi)座圈或外座圈可加工成內(nèi)齒圈或外齒圈。外殼固定在機(jī)架 5 上的擺動(dòng)液壓缸輸出軸插入下支承軸 6 內(nèi)，驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)體相 對(duì)于機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)。不能傾翻倒，并應(yīng)使回轉(zhuǎn)輕便靈活。 行星齒輪減速器 行星齒輪減速機(jī)主要傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為：行星輪，太陽(yáng)輪，外齒圈。 Q 與柱塞上液壓力相平衡，而 Q 則使柱塞對(duì)缸體中心產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)馬達(dá)軸逆 時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。 (2)徑向柱塞式液壓馬達(dá)工作原理，當(dāng)壓力油經(jīng)固定的配油軸 4 的窗口進(jìn)入缸體內(nèi)柱塞的底部時(shí)，柱塞向外伸出，緊緊頂住定子的內(nèi)壁，由于定子與缸體存在一偏心距。 分類： （ 1）達(dá)按其結(jié)構(gòu)分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其他型式。 圖 32底盤機(jī)械結(jié)構(gòu)三維立體圖 Figure 32 Chassis mechanical structure of threedimensional map 1液壓馬達(dá)； 2減速器； 6中央回轉(zhuǎn)接頭； 13驅(qū)動(dòng)輪； 14車架； 20回轉(zhuǎn)支承裝置 底盤 包括 車架 和行走機(jī)構(gòu) , 主要由 14車架 、 1液壓 馬達(dá)及其管路 2減速器 、13驅(qū)動(dòng)輪組成。 5動(dòng)臂液壓缸的作用是 在工作狀態(tài)中舉升機(jī)械臂，為機(jī)械臂 Z 軸方向的移動(dòng)提供動(dòng)力。故機(jī)械爪的動(dòng)力來源為氣壓傳動(dòng)。的擺動(dòng)氣缸。液壓馬達(dá)按輸出轉(zhuǎn)矩的大小和轉(zhuǎn)速高低可以分為兩類：一類是高速、小轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)速范圍一般在 3000r／ min 或更高，轉(zhuǎn)矩在幾百牛頓米以下；另一類是低速、大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)速一 般低于 300r／ min ，轉(zhuǎn)矩為幾百至幾萬牛頓米。 氣壓傳動(dòng) 特點(diǎn)：以空氣為工作介質(zhì)，來源方便，工作壓力較低，用后可直接排入大氣而無污染，處理方便，潔凈環(huán)境；與液壓傳動(dòng)相比，氣壓傳動(dòng)反應(yīng)快、動(dòng)作迅速、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作介質(zhì)清潔、管路不易堵塞，不存在工作介質(zhì)變質(zhì)、補(bǔ)充和更換等問題；而且成本低，能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。 4) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，如圖 21（ d） 。直角坐標(biāo)機(jī)器人主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)器人有懸臂式、龍門式、天車式三種結(jié)構(gòu)。各運(yùn)動(dòng)部件自由 度的總和為機(jī)器人的自由度數(shù)。在硫化機(jī)的總工作時(shí)間中絕大部分時(shí)間是在進(jìn)行硫化這個(gè)流程，而機(jī)械手的工作時(shí)間極短，這就導(dǎo)致了硫化機(jī)大部分的工作時(shí)間中機(jī)械手都是閑置狀態(tài)，本文的主要工作就是設(shè)計(jì)一款輪胎搬運(yùn)機(jī)械手，將 之從單個(gè)的硫化機(jī)中分離出來，在一臺(tái)硫化機(jī)進(jìn)入硫化流程是機(jī)械手可以通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)移動(dòng)到下臺(tái)硫化機(jī)的工作位置，為其放置輪胎，安置完成后可以依次為其他的硫化機(jī)安置輪胎，這樣就可以達(dá)到充分提高搬運(yùn)機(jī)械手的工作效率，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)機(jī)器人為多臺(tái)硫化機(jī)服務(wù)，還可以簡(jiǎn)化硫化機(jī)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到降低成本的目的。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過的簡(jiǎn)易和靈活。 手的抓力大小可通過裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄 鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。 90 年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī) 械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來，這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個(gè)組成部分。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法，程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。目前研究主要集中在賦予機(jī)器人“眼睛”，使它能識(shí)別物體和躲避障 礙物，以及機(jī)器人的觸覺裝置。第三類是專業(yè)機(jī)器人，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。 機(jī)器人就是用機(jī)器代替人手，把工件由某個(gè)地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工。 因?yàn)楸疚钠剌喬グ徇\(yùn)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)，所以在 PLC 控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等方面沒有進(jìn)行很深入的研究。 關(guān)鍵詞： 搬運(yùn)機(jī)器人；三維模型；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； TIRE TRANSPORT ROBOET DESIGN ABSTRACT In the recent large manufacturing industry, the industrial robot