【正文】 6)601nTL?式中 T——使用壽命，T = 15000h； n——絲杠轉(zhuǎn)速。如圖 41 中，E 點(diǎn)的受力沒有垂直絲杠方向的，因此 = 0 N。連桿與后大臂的銷軸軸徑為 25mm，前大臂、支撐架和連桿三者用銷軸聯(lián)接在一起，連桿與后大臂的銷軸軸徑為 25mm。 前大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核1. 銷軸抗剪強(qiáng)度：銷軸采用 45 號鋼，其許用切應(yīng)力 ，許用彎曲應(yīng)力??MPa80??， ，將以上值帶入公式（42）得??MPab120??NFt ???mdt ??????2. 銷軸抗彎強(qiáng)度 由圖 93 可知 ， ，帶入公式（43）得ma25?b40，??????mFdbt ???????因此選擇銷軸的軸徑 d= 50mm 滿足強(qiáng)度要求。 前大臂與支架銷軸聯(lián)接校核1. 銷軸抗剪強(qiáng)度：銷軸采用 45 號鋼，其許用切應(yīng)力 ，許用彎曲應(yīng)力??MPa80??， ，將以上值帶入公式（42）得??MPab120??NFt ?。 后大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核1. 銷軸抗剪強(qiáng)度：銷軸采用 45 號鋼，其許用切應(yīng)力 ，許用彎曲應(yīng)力??MPa80??， ，將以上值帶入公式（42）得??MPab120???。查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第五版、單行本、軸承，由表 71 確定所選軸承的型號為GE25ES2RS，其中 d =25mm，軸承尺寸見表 41。其它的銷軸聯(lián)接同 B 點(diǎn)一樣進(jìn)行校核，銷軸的聯(lián)接結(jié)構(gòu)如圖 44。圖 43 對小臂進(jìn)行了剪力與彎矩的分析，可知小臂的彎矩越靠近 B 點(diǎn)越大，因此小臂的結(jié)構(gòu)為末端窄，靠近 B 點(diǎn)時(shí)逐漸加大尺寸，其它手臂結(jié)構(gòu)則采用均勻尺寸。考慮完第一點(diǎn)，對于第二點(diǎn)減小慣性沖擊，本章的手臂架選擇了碳素結(jié)構(gòu)鋼材料。圖 42 小臂受力圖圖 42 中，G1 為負(fù)載和電機(jī)的重力，搬運(yùn)的負(fù)載最大為 100N，腕部減速機(jī)的重力約為 100N，則 G1 = 200N ；M 為負(fù)載和電機(jī)共同的轉(zhuǎn)矩， ；小臂材料為 45 號鋼，重量約為 50N；mNdGM??????3015201對小臂列受力方程如下：｛ 0)(??AMF｛ (41)0)2617(2617012 ?????????GFM解得 F1 = ，F(xiàn)2 = 手臂關(guān)節(jié)軸承的選型與校核碼垛機(jī)器人的手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要注意兩點(diǎn)：一是應(yīng)使手臂剛度大、重量輕；二是應(yīng)使手臂運(yùn)動(dòng)速度快、慣性小。圖 41 碼垛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)位置根據(jù)搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，可設(shè)各臂長分別為：AB=1170 ，BC= 260mm ，CD =1080mm ，DE =240mm，A 點(diǎn)到圖 41 中心線的距離 d = 150mm 。則當(dāng)機(jī)構(gòu)的小臂處于水平方向、前后大臂與之垂直時(shí)，兩個(gè)方向的滾珠絲杠副受力最大。由于腰部回轉(zhuǎn)速度較低，選用 YD 、聯(lián)軸器的計(jì)算選型，最終確定了搬運(yùn)機(jī)器人腰部的設(shè)計(jì)方案。通過本章對腕部的詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了腕部采用減速機(jī)，聯(lián)軸器選用套筒聯(lián)軸器，軸承選擇角接觸球軸承軸承。)GYS71600 6000 55 112 84 160 6(4) M12 本章小結(jié)搬運(yùn)機(jī)器人腕部的運(yùn)動(dòng)相對簡單，只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖 33 GYS7 型 凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)原理圖GYS7 型凸緣聯(lián)軸器基本參數(shù)和主要尺寸如下表：表 38 GYS7 型 凸緣聯(lián)軸器基本參數(shù)和主要尺寸許用轉(zhuǎn)速[n]r/min軸孔直徑d(H7)軸孔長度L螺栓型號公稱扭矩Tn(Nm。tK帶入公式得 ?！饎?dòng)系數(shù)，取 =；z zK——溫度系數(shù)。ninr帶入數(shù)據(jù)得 。表 36 電機(jī)的安裝尺寸YD 系列低速電機(jī)的性能參數(shù)如表 37。由于電機(jī)要豎直安裝，因此電機(jī)的外形圖如圖 32。 碼垛機(jī)器人腰部設(shè)計(jì) 腰部電機(jī)選型因?yàn)檠康幕剞D(zhuǎn)速度較低，所以此處的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用一般的電機(jī)轉(zhuǎn)速太大，而選擇中低速電機(jī)較為合適。 軸承的選型由于腕部的轉(zhuǎn)速并非高轉(zhuǎn)速，并且承受的載荷為軸向載荷，因此選用角接觸球軸承，且成對使用。l由表 15,110 確定 ， ，d=25mm，帶入公式得到mk4?l28，MPaP ????由《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本 P106,許用擠壓應(yīng)力應(yīng)為鍵，軸，輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，由表 62，取許用擠壓應(yīng)力為 120～150Mpa。dmd25?將數(shù)值帶入公式得到 MPaT ?????????????????由套筒的材料為 45 號鋼，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本表 153 查得，許用切應(yīng)力為 25～45Mpa ，則所選套筒滿足強(qiáng)度要求。套筒聯(lián)軸器與軸的裝配如圖 31 所示。t帶入公式得 。ninr帶入數(shù)據(jù)得 。減速機(jī)豎直安放，其具體參數(shù)如表 24 所示：表 34 減速機(jī)的具體參數(shù)輸入功率/kw輸出轉(zhuǎn)速r/min輸出轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)型號 質(zhì)量/kg減速機(jī)輸出軸的軸頸 29 56 RF37 25mm 聯(lián)軸器的計(jì)算與選型聯(lián)軸器計(jì)算選型所使用的公式和某些參數(shù)值的選擇參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第五版》和《機(jī)械設(shè)計(jì)課本》 。表 31 工作機(jī)系數(shù) f1表 32 原動(dòng)機(jī)系數(shù) f2表 33 啟動(dòng)系數(shù) f3由表確定本機(jī)構(gòu)的工作系數(shù) f1 = ，原動(dòng)機(jī)系數(shù) f2 = ，起動(dòng)系數(shù) f3 =，那么 f1 f2 f3 = =。減速機(jī)的實(shí)際服務(wù)系數(shù)必須按照實(shí)際情況的載荷類型、運(yùn)行時(shí)間、使用頻率來確定工作機(jī)系數(shù) f原動(dòng)機(jī)系數(shù) f2 和啟動(dòng)系數(shù) f3，使其三者的乘積小于或等于服務(wù)系數(shù) fB。第三章 碼垛機(jī)器人腕部和腰部設(shè)計(jì) 碼垛機(jī)器人腕部設(shè)計(jì) 減速機(jī)的計(jì)算與選型本節(jié)減速機(jī)的型號是根據(jù)上海泰一傳動(dòng)設(shè)備有限公司的《R 系列斜齒輪減速機(jī)選型手冊》選用的。根據(jù)腰部所受總體載荷的大小選擇推力球軸承型號。腰部旋轉(zhuǎn)速度低，因此選用中低速電機(jī)。此處驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇伺服電機(jī)。為了使手臂傳動(dòng)準(zhǔn)確，手臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)增加了直線滾動(dòng)導(dǎo)軌作為導(dǎo)向裝置，這就要考慮導(dǎo)軌的受力問題，由于負(fù)載和手臂的重量基本都加在了導(dǎo)軌上，因此要進(jìn)行受力分析。為保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的精度，將手臂設(shè)計(jì)成平行四邊行機(jī)構(gòu)。手臂材料要求強(qiáng)度高，彈性模量大，重量輕，阻尼大，價(jià)格低，故選擇碳素結(jié)構(gòu)鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼。電機(jī)軸與傳動(dòng)軸之間用聯(lián)軸器連接，選擇A型平鍵套筒聯(lián)軸器。此時(shí)由于軸立起來以后就有往下竄動(dòng)的趨勢，而且還要轉(zhuǎn)動(dòng)，既要保證軸的正常轉(zhuǎn)動(dòng)，其次還要軸一定的支撐，由此引入了角接觸軸承。本文主要進(jìn)行碼垛機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須由四個(gè)動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)，即腰部的旋轉(zhuǎn)、后大臂的上下運(yùn)動(dòng)、前臂的前后運(yùn)動(dòng)和手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且這四個(gè)動(dòng)作全部由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在對碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式簡單了解以后，設(shè)計(jì)的思路還是很清晰的。圖 22 方案二方案三：如圖23所示，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理與圖21相同，此機(jī)構(gòu)構(gòu)成平行四邊形，運(yùn)動(dòng)具有確定性，銷軸處有關(guān)節(jié)軸承，減少摩擦力，方案三改善了方案一方案二的不足之處。但是由于前大臂與小臂組成移動(dòng)副，使得摩擦阻力增加，運(yùn)動(dòng)效率低，成本高。此結(jié)構(gòu)能基本滿足設(shè)計(jì)要求，但是由于前大臂、后大臂與小臂間通過銷軸連接，運(yùn)動(dòng)范圍小，且前大臂與后大臂不相連接，使得機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度低，運(yùn)動(dòng)不確定。方案一：如圖21所示。第二章 碼垛機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 方案的確定 碼垛機(jī)器人工作過程是往復(fù)循環(huán)的，由于關(guān)節(jié)式手臂運(yùn)動(dòng)形式工作范圍大、通用性強(qiáng)，因此本文采用平行四邊形機(jī)構(gòu)作小臂驅(qū)動(dòng)器的關(guān)節(jié)式機(jī)械手。不斷改變參數(shù)，觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是否發(fā)生變化。3) 用 Pro/E 進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)。方案確定后，對各個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)。2) 對碼垛機(jī)器人的總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。隨著機(jī)器人作業(yè)精度的提高和作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化，急需開發(fā)新型的微動(dòng)機(jī)構(gòu)來保證機(jī)器人的動(dòng)作精度，開發(fā)多關(guān)節(jié)，多自由度的手臂和手指及新型的行走機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)日益復(fù)雜作業(yè)需求。它是采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊件或組合件拼裝而成。工業(yè)機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化是提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度，運(yùn)動(dòng)速度，減低成本和提高可靠性的重要途徑。但是，由于我國工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱，勞動(dòng)力比較豐富、低廉，給工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展帶來一定的困難。盡管如此，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)仍在不斷拓展，不斷向新的領(lǐng)域進(jìn)軍。工業(yè)機(jī)器人具有減少勞動(dòng)力費(fèi)用、提高生產(chǎn)率、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、增加制造過程的柔性、減少材料浪費(fèi)、控制和加快庫存的周轉(zhuǎn)、降低成本、消除了危險(xiǎn)和惡劣的勞動(dòng)崗位。碼垛機(jī)器人可用來上下料、碼垛、卸貨以及抓取零件重新定向等作業(yè)。例如在沖床上下料、采礦、鍛造等。目前碼垛機(jī)器人的應(yīng)用主要在以下兩個(gè)方面。第一代機(jī)器人，具有示教再現(xiàn)功能或具有可編程的 NC 裝置，但對外部信息不具備反饋能力；第二代機(jī)器人，不僅具有內(nèi)部傳感器，能獲取外部環(huán)境信息。 碼垛機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)程及發(fā)展趨勢自從２０世紀(jì)８０年代，我國碼垛機(jī)器人在國家支持下，通過“七五” 、“八五”科技攻關(guān)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國在機(jī)器人領(lǐng)域取得了很大成就。為滿足自動(dòng)化生產(chǎn)線產(chǎn)品搬運(yùn)及碼垛的要求,本課題要求設(shè)計(jì)一種碼垛機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。碼垛機(jī)器人手臂應(yīng)具有一定的剛度和強(qiáng)度，防止彈性變形和斷裂?？赏ㄟ^主計(jì)算機(jī)根據(jù)不同的物料包裝、堆垛順序、層數(shù)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置實(shí)現(xiàn)不同型包裝的碼垛要求。包裝的種類、工廠環(huán)境和客戶需求，物體的安全性等，使得碼垛成為越來越艱巨的任務(wù)，為了克服這些困難，碼垛設(shè)備的各個(gè)方面都在不斷地發(fā)展改進(jìn)，如從機(jī)械手到操縱它的軟件，現(xiàn)在對靈活性的需求也在不斷增加。在物體的運(yùn)輸過程中除了散裝的物體和液體外，一般的物體都是以碼垛的形式進(jìn)行存儲或組裝，這樣即可承載更多的物體，又可節(jié)省空間。它綜合運(yùn)用了機(jī)械與精密機(jī)械、微電子與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制與驅(qū)動(dòng)、傳感器與信息處理以及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果。工業(yè)機(jī)器人則是在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機(jī)器人，是一種典型的機(jī)電一體化裝置。目 錄第一章 緒論 .......................................................1 課題的背景、來源及意義 ........................................1 碼垛機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)程及發(fā)展趨勢 ................................2 課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容 ................................................2第二章 碼垛機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ......................................4 方案的確定 ....................................................4 總體設(shè)計(jì)思路 ..................................................6第三章 碼垛機(jī)器人腕部和腰部設(shè)計(jì) .....................................7 碼垛機(jī)器人腕部設(shè)計(jì) ...........................................7 減速機(jī)的計(jì)算與選型 ........................................7 聯(lián)軸器的計(jì)算與選型 .........................................8 軸承的選型 ..............................................