【正文】 移動提供動力。 7機械臂動臂和 10伸縮臂在9伸縮臂液壓缸的作用下可以改變機械臂伸出部分的長度。 圖 31 搬運機器手機械結構的三維立體圖 Figure 31 Handling robot mechanical structure of the threedimensional map 1液壓馬達 1； 2減速器； 3驅動輪架； 4機械臂配重； 5動臂液壓缸； 6中央回 轉接頭； 7機械臂動臂； 8回轉驅動裝置 2； 9伸縮臂液壓缸； 10伸縮臂； 11機械爪； 12軌道； 13驅動輪； 14車架； 15電機； 16聯(lián)軸器； 17液壓泵； 18液壓控制閥； 19液壓油箱； 20回轉支承裝置； 本設計整體思路： 工作臺以上部分：輪胎搬運機械手工作裝置、動力裝置、液壓裝置等都在工作臺上。 結構總體設計 搬運機器人由行走裝置、回轉裝置、抓取工作裝置、液壓裝置四部分組成。故機械爪的動力來源為氣壓傳動。的回轉，故此方向選擇液壓馬達與行星減速器配合。 Z 軸方向：此方向為機械爪豎直移動的方向，此方向上需要承擔的載荷為輪胎的重量、部分機械臂自身的重量和機械爪的重量，所以此方向上選擇液壓傳動，兩個液壓缸為機械臂豎直方向上的動力。 X 軸方向：此方向為導軌方向，在此方向上行走裝置要實現(xiàn)相鄰硫化搬運機器人工作位置之間的移動，故此方向行走裝置承受的載荷很大，所以選擇液壓傳動，驅動輪搭配減速器與液壓馬達實現(xiàn) X 軸方向上的移動。的擺動氣缸。 （ 5） 鏈傳動 特點： 鏈傳動由于多邊形效應，瞬時傳動比不斷變化，產(chǎn)生沖擊、振動，而使轉速不均勻，故不宜用于高速級，應布置在低速級。若蝸桿傳動布置在低 速級，則齒輪傳遞轉矩較小，而是整個傳動裝置的尺寸減小。 （ 2） 齒輪傳動 特點：功率和速度范圍大，通用性強，工作可靠，效率高，對中心距誤差的敏感性小，易于制造和精確加工，可進行變?yōu)榍邢骱托扌?。液壓馬達按輸出轉矩的大小和轉速高低可以分為兩類：一類是高速、小轉矩液壓馬達，轉速范圍一般在 3000r／ min 或更高，轉矩在幾百牛頓米以下；另一類是低速、大轉矩液壓馬達，轉速一 般低于 300r／ min ，轉矩為幾百至幾萬牛頓米。 通過以上，綜合考慮，為了使機械手在負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， x 方向選用液壓馬達， y、 z 方向選用液壓缸。但是，這樣的運動也可以反向驅動，也就是齒條作直線運動來帶動齒輪旋轉，適合大距離的傳遞，如機床導軌底下帶動托板箱移動的就是齒輪齒條傳動，齒輪齒條機構需要外加鎖緊裝置，因為之論之痛機構不能自鎖，并且齒輪齒條不適用于兩軸中心距過大的傳動及振動沖擊較大的場合。 其主要原因是氣壓系統(tǒng)工作壓力低（ ~），不易獲得較大的輸出力或轉矩。 氣壓傳動 特點：以空氣為工作介質，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；與液壓傳動相比，氣壓傳動反應快、動作迅速、維護簡單、工作介質清潔、管路不易堵塞，不存在工作介質變質、補充和更換等問題；而且成本低，能實現(xiàn)過載保護。 圖 21四種機器人坐標 形式 Figure 21 four kinds of robot coordinate form 機器人各方向傳動方式的設計 水平和豎直方向直線運動傳動方式設計 能夠實現(xiàn)直線傳動的傳動形式有； 液壓傳動 特點：液壓傳動傳遞運動的動力大，運動平穩(wěn)， 換向沖擊小，便于實現(xiàn)頻繁換向 ； 在同等功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結構緊湊。 關節(jié)型機器人結構，有水平關節(jié)型和垂直關節(jié)型兩種。相對機器人本體尺寸，其工作空間比較大。 4) 關節(jié)型機器人結構 關節(jié)型機器人的空間運動是由三個回轉運動實現(xiàn)的，如圖 21（ d） 。主要應用于搬運作 業(yè)。 3)球坐標機器人結構 球坐標機器人的空間運動是由兩個回轉運動和 一個直線運動來實現(xiàn)的，如圖21（ c） 。這種機器人構造比較簡單，精度還可以，常用于搬運作業(yè)。直角坐標機器人主要用于裝配作業(yè)及搬運作業(yè)，直角坐標機器人有懸臂式、龍門式、天車式三種結構。因此，為了實現(xiàn)一定的運動空間，直角坐標機器人的結構尺寸要比其他類型的機器人的結構尺寸大得多。由于直線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標機器人有可能達到很高的位置精度 （ μm級 ） 。 工業(yè)機器人的結構形式主要有直角坐標結構、圓柱坐標結構、球坐標結構、關節(jié)型結構四種。各運動部件自由 度的總和為機器人的自由度數(shù)。 輪 胎搬運機器人各方向傳動方式設計 該設計的目的是為了設計一臺輪胎搬運機器人，本章主要對搬運機器人的的運動形式部分進行分析。等硫化機進入硫化工作時間后，機器人沿 X 軌道軌道方向，進入下一臺硫化機的工作位置，完場輪胎的抓取與放置，依次循環(huán)。 本課題將要完成的主要工作如下 : 1） 選取機械手的座標型式和自由度； 2） 確定四自由度搬運機器人驅動系統(tǒng)的類型； 3） 確定四自由度搬運機器人的整體結構設計方案； 4） 設計出機械人的各執(zhí)行機構； 5） 零部件結構強度計算與校核； 6)繪制機器人的各零部件圖，并完成搬運機器人裝配圖，最后運用三維軟件畫出實體圖； 2 輪胎搬運機器人的總體設計方案 搬運機器人要解決的問題 簡而言之輪胎搬運機器人要解決的問題就是用機械手從 搬運機器人一側 的傳送帶上抓取輪胎，然后工作臺完成繞 Z 軸 180176。在硫化機的總工作時間中絕大部分時間是在進行硫化這個流程，而機械手的工作時間極短，這就導致了硫化機大部分的工作時間中機械手都是閑置狀態(tài)，本文的主要工作就是設計一款輪胎搬運機械手，將 之從單個的硫化機中分離出來，在一臺硫化機進入硫化流程是機械手可以通過驅動系統(tǒng)移動到下臺硫化機的工作位置，為其放置輪胎，安置完成后可以依次為其他的硫化機安置輪胎，這樣就可以達到充分提高搬運機械手的工作效率，實現(xiàn)一臺機器人為多臺硫化機服務，還可以簡化硫化機的結構，進而達到降低成本的目的。這一優(yōu)點，使得設計更優(yōu)化，成品質量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。例如，一旦工程詳圖有改變， NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應在整個三維模型上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。這一功能特性給工程設計者提供了在設計上從未有過的簡易和靈活。 在本次 輪胎搬運機器人結構 設計中，用到了 AUTOCAD、 SOLIDWORKS 等繪圖軟件，因為是作為一般的工程設計，這些軟件已經(jīng)足夠滿足要求了，并且SW2020 功能也很強大，它主要有如下一些功能 [3]： 1．參數(shù)化設計 相對于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構成特征，而每一種構成特征，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。 繪圖軟件 工程中所用的繪圖軟件有許多，如 AUTOCAD、 SOLIDWORKS、 PRO/E、UG、 CATIA、 CAXA、 MASTERCAM 等，每個軟件都有自己的側重點，在二維繪圖應用中， AUTOCAD 應用最為廣泛，最適合出二維工程圖，而像三維繪圖軟件 SOLIDWOKS、 PRO/E 等雖說可以從三維生成二維工程圖，但因為它把二維只是作為一個輔助項目，因而它缺少很多應有的標準等其它項目，有些還沒有國標庫；但隨著工業(yè)化速度的加快，三維實體必然是一個趨勢，人們最先想看到的是根據(jù)自己的想法做出來的會是一種什么結果，即所想即所看，而不是必須要實際做出來才能看到；三 維設計軟件中 SOLIDWORKS 做的很簡單化。到 1995 年，全世界約有 50%的汽車由機械手裝配。 手的抓力大小可通過裝在手指內側的壓力敏感元件來控制，達到自動調整握力的大小。 觸覺功能即在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。 視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計算機。為此，國外機械手的發(fā) 展趨勢是大力研制具有某些智能的機械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做 出 相應的變更。目前主要用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、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，不能應付外界的變化。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機械手，并考慮于計算機聯(lián)用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元 ??9 。既便于設計制造，又便于改換工作，擴大了應用的 范圍。在應用專用機械手的同時，相應地發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合式機械手等。 機械手的發(fā)展趨勢 目前國內工業(yè)機械于主要用于機床加工、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。計算機集成制造要求機器人系統(tǒng)能和車間中的其它自動化設備集成在一起。 隨著現(xiàn)代化科學技術的飛速發(fā)展和社會的進步，針對于上述各個領域的機器人系統(tǒng)的應用和研究對系統(tǒng)本身也提出越來越多的要求。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機械手具有感覺機能；第三代機械手能獨立完成工作過程中的任務。 90 年代以后，隨著計算機技術、微電子技術、網(wǎng)絡技術等的快速發(fā)展，機 械手技術也得到飛速的多元化發(fā)展。 8090 年代，裝配機械手處于鼎盛時期，尤其是日本。如尤尼曼特 (Unimate)機械手即屬于這種類型。 50～ 60 年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型 機械手。目前國內外對發(fā)展這一新技術都很重視，幾十年來，這項技術的研究和發(fā)展一直比較活躍，設計在不斷地修改，品種在不斷地增加，應用領域也在不斷地擴大。由于通用機械手的應用和發(fā)展，進而促 進了智能機器人的研制。 綜上所述，有效地應用機 器人 是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢 ??7 。 3） 可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn) 應用機械 人 代替人手進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側面。而應用機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條件。 搬運機器人 的應用意義 在機械工業(yè)中， 搬運機器人 的應用意義可以概括如下： 1） 可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度 應用機械 手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的 裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。近年還研制了一種客車車內噴漆通用機械手，可用以對客車內部進行連續(xù)噴漆，以改善勞動條件，提高噴漆的質量和效率。 3） 拆修裝方面 拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的部門之一，促進了機械手的發(fā)展。進而在程序控制、數(shù)字控制等機床上應用，成為設備的一個組成部分。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機械手操作。機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應用于柔性自動線 ??5 。 據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75％是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在 50 件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的 5％。專用機床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法，程控機床、數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。 位 形 檢 測控 制 系 統(tǒng) （ 二 ）驅 動傳 動裝 置執(zhí) 行機 構工 作 對 象智 能 系 統(tǒng)控 制 系 統(tǒng) （ 一 ） 圖 12機器人各組成部分之間的關系 Figure 12 the robot between the various ponents 機器人的機械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機構和驅動－傳動系統(tǒng)組成。要實現(xiàn)機器人所期望實現(xiàn)的功能，機器人的各部分之間必然還存在著相互關聯(lián)、相互影響和相互制約??4 。目前研究主要集中在賦予機器人“眼睛”，使它能識別物體和躲避障 礙物，以及機器人的觸覺裝置。一般而言，機器人通常就是由執(zhí)行機構、驅動－傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成 ??3 ，如圖 11 所示。 要機器人像人一樣拿取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關節(jié)等部分組成的抓取和移動機構 —— 執(zhí)行機構；像肌肉那樣使手臂運動的 驅動－傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的， 因此是專用的 ??2 。第三類是專業(yè)機器人，主要附屬于自動機床或自動生產(chǎn)線上，用以解決機床上下料和工件傳送。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機器人來進行探測月球等。它是除具備普通機械的物理性能之外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。第一類是不需要人工操作的通用機器人，也即本文所研究的對象。 機器人就是用機器代替人手，把工件由某個地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進行加工。隨著工業(yè)技術的發(fā)