【正文】 快，則電機(jī)的選型要分開計算。則可求得最大動載荷： 30??（3）型號選擇 根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，以及 x 軸的絲桿比較長，主要受到徑向載荷，為了保證其剛度，選擇直徑比較大的絲桿，可以選擇與 z 軸相同的濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的 GD 系列 20223 型滾珠絲杠副，其額定動載荷為 15307 N，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 FQ，滿足要求。已知移動部件總重量估計不大于 ，同樣可以與 z150N =Fz 20N=G軸一樣按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計算，可選 K=，μ=。圖 37 滾珠絲杠副本科生畢業(yè)設(shè)計－ 12 － x 軸和 y 軸滾珠絲杠螺母副的計算與選型X 軸和 y 軸可以選用同樣規(guī)格的滾珠絲桿螺母副，如圖 38 所示，因為 x 軸所受垂直載荷比 y 大，同樣只需要進(jìn)行對 x 軸的受力分析即可，計算方式與 z 軸差不多。Fk查《系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》表 334，應(yīng)該取其支承系數(shù) ；由絲杠底徑1?kf，則可求得截面慣性矩為 ；當(dāng)絲桿垂直安裝時，壓m =d m 84295≈6/42dI??桿穩(wěn)定安全系數(shù) K 應(yīng)取 ；已知滾動螺母至軸向固定處的距離 ，計算出70a得臨界載荷 ，遠(yuǎn)大于工作載荷 ，則所選絲杠不會失穩(wěn)。由書 《系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》表 327 知,5 =?總?絲杠有效行程在 時，行程偏差可允許達(dá)到 65μm，則可見所選絲桿剛度20~足夠。當(dāng)絲杠預(yù)緊時，可計算出軸向預(yù)緊力為=∑，由書《系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書 》式（327）計算出滾珠與螺紋滾93N=/F mYJ道間的接觸變形量為 。φ)+ /tan(λ=η %η（5）滾動絲桿螺母剛度的驗算 1）Z 軸上端采用一對面對面組配的推力角接觸球軸承來固定絲杠上端，下端則采用一對面對面組配推力角接觸球軸承，外加一個推力球軸承，上、下支承的中心距離計算出約為 ；鋼的彈性模量可查得為 ；查書《系統(tǒng)設(shè)計課70m=a Mpa ?程設(shè)計指導(dǎo)書》表 331，可知該絲桿絲杠底徑 ，直徑 ，據(jù)此36m==d可以計算出絲杠截面積為 。（4）所選絲桿螺母副傳動效率 η 的計算 從上可知公稱導(dǎo)程 ，直徑 ，代入公式 ，計5m=Ph40m=d )]/(πarctn[P =λ0h算得絲杠螺旋升角為 。我們可以取滾珠絲杠螺母副的30r/inr 5/Phn使用壽命 ，代入計算公式 ，計算出其絲杠壽命系數(shù)150h=T6T1L（單位為：10 6 r）。本科生畢業(yè)設(shè)計－ 10 －圖 36 滾珠絲桿螺母 計算形式可按矩形導(dǎo)軌方式進(jìn)行，查《系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》表 329，可以取該絲桿螺母副顛覆力矩影響系數(shù)為 ，同樣可以取滾動導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)為1.=K。圖 35 氣缸 絲桿螺母副的計算與選型 需要使用絲桿螺母副的有 z 軸、x 軸和 y 軸，x 軸和 y 軸的絲桿螺母副使用環(huán)境差不多，可以選用同樣的絲桿螺母副，但 z 軸使用情況不一樣，需要單獨(dú)計算。由圖可得 ，解得 =370NmF237963?3F由于使用雙氣缸，則一個氣缸提供 185N 的力即可，工廠里一般都有自己的壓縮空氣的裝置，一般壓縮空氣的氣壓為 ，則由壓力公式 F=PS 得 dPaN26)(??解得氣缸的最少直徑為 d==本科生畢業(yè)設(shè)計－ 9 － 氣缸選擇根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊單行本氣壓傳動》P22204 表 22416 選 10A5 系列氣缸，氣缸實體如圖 35 所示，該氣缸主要零件用鋁合金制造，重量輕。機(jī)械手的動作過程如圖 31 所示：原點 下降 抓緊 X,Y,Z 和 Z 旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動放松圖 31 機(jī)械手的動作過程 機(jī)械抓手的三視圖如圖 32 和三維圖 33 表示：圖 32 三視圖X,Y,Z 軸和 Z 旋轉(zhuǎn) 方向的運(yùn)動本科生畢業(yè)設(shè)計－ 7 －圖 33 三維圖 力學(xué)分析當(dāng)物體受到最少夾緊力還處于加緊狀態(tài)時的受力分析如圖 34 所示：本科生畢業(yè)設(shè)計－ 8 － 圖 34 受力分析由受力平衡得 ooNaGaF45sin45sin21???解得 , 即機(jī)械抓手要求最少的夾緊力是加緊物體重力的二分之一。圖 24 機(jī)構(gòu)簡圖本科生畢業(yè)設(shè)計－ 5 －圖 25 三維視圖圖 26 三維視圖本科生畢業(yè)設(shè)計－ 6 － 機(jī)械抓手設(shè)計 方案選擇 (1)、因為碼垛機(jī)器人要求要準(zhǔn)確的把物品放到指定的位置，要求物品能夠緊密放置，所以機(jī)械抓手設(shè)計成一遍是固定的夾板，一邊是活動的夾板。采用這種方案因為只受到豎直的載荷，所以不需要滾動導(dǎo)軌，只需要滾珠絲桿螺母副的計算與選型。但第二種方案做上下運(yùn)動的重量比較大，會導(dǎo)致做很多無用功從而使碼垛機(jī)器人的效率降低。 采用絲杠螺母形式也有兩方案可以選擇，第一種方案是絲杠不動，抓手和物體通過螺母座與絲杠螺母連接做上下運(yùn)動。但方案二抓手和物體的重量直接要求齒輪和齒條來承受，對齒條和齒輪要有很大的要求，而且因為齒輪的傳動特性，會使下降和上升的速度產(chǎn)生齒輪的多邊形效應(yīng)。主要方案選定是 z 軸。 圖 23（a）懸臂式碼垛機(jī)器人 圖 23（b）龍門式碼垛機(jī)器人 因為在工作空間比較大的情況下，龍門式的碼垛機(jī)器人機(jī)構(gòu)比較穩(wěn)定，機(jī)器人在工作的時候不容易產(chǎn)生晃動，所以選擇第二種龍門式碼垛機(jī)器人。這樣才可以保證碼滿紙箱的托盤（最高 米）在運(yùn)輸過程中平穩(wěn)。5) 碼放方式的要求是在托盤尺寸內(nèi)每層盡可能多地擺放紙箱，托盤四周的紙箱盡可能平穩(wěn)，要保證運(yùn)輸過程中平穩(wěn)不倒。本科生畢業(yè)設(shè)計－ 3 －2） 托盤尺寸 16001600，碼垛完了托盤上紙箱最高處到地面≤1700mm。 在設(shè)計過程中要考慮到很多問題，所涉及的關(guān)鍵問題有：1）機(jī)器人運(yùn)動采用何種驅(qū)動電機(jī)；2）傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計的合理和平穩(wěn)；3） 導(dǎo)軌布局的合理性等等。各軸行程和手爪尺寸及抓取能力按需來設(shè)計。 本畢業(yè)設(shè)計目標(biāo)是要求掌握工業(yè)碼垛機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及工作原理，實現(xiàn)機(jī)械手的三個方向的移動和一個方向的回轉(zhuǎn)，完成一個四自由度的直角坐標(biāo)型碼垛機(jī)器人設(shè)計，要求所設(shè)計機(jī)器人能抓取一定質(zhì)量的工件（在具體設(shè)計時可以在題目中確定是何類形狀的物體，并且手爪是氣壓驅(qū)動），完成抓取、搬運(yùn)、碼放功能，并且具有較高的運(yùn)動平穩(wěn)性和重復(fù)精度。圖 21（a）直角坐標(biāo)型碼垛機(jī)器人 圖 21（b）關(guān)節(jié)型碼垛機(jī)器人 直角坐標(biāo)型碼垛機(jī)器人是基于空間 XYZ 三軸直角坐標(biāo)系編程、有三軸及以上自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制、可重復(fù)編程反復(fù)應(yīng)用，可以適合不同任務(wù)的自動化設(shè)備。張機(jī)器人和包裝線現(xiàn)結(jié)合，既提高了生產(chǎn)線的工作效率，有提高了生產(chǎn)線的工作效率，又增強(qiáng)了運(yùn)行的可靠性，減少了人力資源開支，更讓當(dāng)代企業(yè)迅速適應(yīng)不斷變化的市場要求，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益[16]。 當(dāng)碼垛機(jī)器人的自由度越高，它能發(fā)揮的作用越大，但碼垛機(jī)使用最優(yōu)化的設(shè)計可以使得垛形緊密、整齊。碼垛機(jī)有很多種類，可以在不同的產(chǎn)量生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。但是自從發(fā)明機(jī)械人以后，相應(yīng)各種難題迎刃而解。同時立足實際，完善碼垛機(jī)器人相關(guān)的產(chǎn)品、系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)，努力提高我國的機(jī)器人發(fā)展水平。并且當(dāng)前我國的碼垛機(jī)器人生產(chǎn)品種規(guī)格多，批量小，零部件通用化程度低[16]。生產(chǎn)線技術(shù)水平與國外相比仍有差距。? 我國的工業(yè)機(jī)器人在國家支持下，通過“七五”“八五”和“九五”科技攻關(guān)，并取得了長足的進(jìn)步，國外碼垛機(jī)器人在我國市場一統(tǒng)天下的局面正在被打破[16]。關(guān)鍵詞：碼垛機(jī)器人；絲桿螺母；步進(jìn)電機(jī)IIINTRODUCTION Right angle type palletizing robot is a kind of industrial robot. Through the NC programming, it can move in the XYZ coordinate system of arbitrary point mobile and follow the trajectories of can palletize in so many ways in the production line to replace the workerl, improving production efficiency and having significant application value. This time, the design content of this graduation design is to plete the multi degree of freedom rectangular coordinate palletizing robot body structure design, the palletizing robot has four degrees of freedo