【正文】 ..10 碼垛機(jī)器人腰部設(shè)計 ...........................................11 腰部電機(jī)選型 ..............................................11 腰部聯(lián)軸器計算選型 ........................................12 本章小結(jié) .....................................................13第四章 碼垛機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 ..........................14 平面機(jī)構(gòu)受力分析 .............................................14 手臂關(guān)節(jié)軸承的選型與校核 .....................................15 銷軸校核 .....................................................16 后大臂與支架銷軸聯(lián)接校核 .................................16 后大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核 .................................17 前大臂與支架銷軸聯(lián)接校核 .................................17 前大臂與小臂銷軸聯(lián)接校核 .................................18 其它銷軸聯(lián)接校核 .........................................18 豎直滾珠絲杠螺母副的計算與選型 ...............................19 最大工作載荷的計算 .......................................19 最大動載荷的計算 .........................................19 初選滾珠絲杠副型號 .......................................20 傳動效率計算 .............................................20 剛度的驗算 ................................................21 壓桿穩(wěn)定性校核 ............................................22 水平滾珠絲杠螺母副的計算與選型 ...............................23 最大工作載荷的計算 ........................................23 最大動載荷的計算 ..........................................23 初選滾珠絲杠副型號 ........................................24 傳動效率計算 .............................................24 剛度的驗算 ................................................24 壓桿穩(wěn)定性校核 ............................................26 水平滾動導(dǎo)軌副的計算選型 .....................................26 滑塊承受工作載荷的計算及導(dǎo)軌型號的選擇 ....................26 額定行程壽命的計算 ........................................28 豎直滾動導(dǎo)軌副的計算選型 .....................................30 滑塊承受工作載荷的計算及導(dǎo)軌型號的選擇 ....................30 L 的計算 .....................................30第五章 PRO/E 建模和仿真 ............................................32 主要部件建模及其簡介 .........................................32 軸承建模的主要過程 ........................................32 機(jī)器人的主要部件及裝配模型 ...............................35 三維機(jī)構(gòu)運動仿真的基本介紹 ...................................37 機(jī)構(gòu)運動仿真的特點 .......................................37 機(jī)構(gòu)運動仿真的工作流程 ...................................37 機(jī)構(gòu)仿真運動裝配連接的概念及定義 .........................37 機(jī)構(gòu)的仿真運動 ...........................................38第六章 ANSYS 有限元分析 ...........................................40結(jié)論 ...............................................................46參考文獻(xiàn) ...........................................................47謝辭 ...............................................................48第一章 緒論 課題的背景、來源及意義 近幾十年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，機(jī)器人在碼垛機(jī)、弧焊、噴涂、點焊、搬運、涂膠、測量等行業(yè)有著越來越廣泛的應(yīng)用。機(jī)器人是一個在三維空間中具有較多自由度，并能實現(xiàn)諸多擬人動作和功能的機(jī)器。工業(yè)機(jī)器人是用來搬運材料零件工具等可再編程的多功能機(jī)械手。碼垛技術(shù)是物流自動化技術(shù)領(lǐng)域的一門新興技術(shù)，所謂的碼垛就是按照集成單元化思想，將一件件物料按照一定的模式堆碼成垛，以便使單元化的物垛實現(xiàn)物料的搬運、裝卸、運輸、存儲、等物流活動。隨著物流的飛速發(fā)展以及科技的突飛猛進(jìn)，碼垛技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在環(huán)境較惡劣或人工很難做到的情況下。碼垛機(jī)器人是一種具有特殊功能的垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人，廣泛應(yīng)用于石油、化工、食品加工、飲料等領(lǐng)域。而機(jī)器人碼垛技術(shù)是自動化物料后處理成套設(shè)備中的關(guān)鍵技術(shù)之一，隨著自動稱重、包裝技術(shù)的發(fā)展和性能指標(biāo)的提高，對碼垛技術(shù)也提出了更高的要求。手腕搬運的東西較重，這對其精度提出了更高要求。結(jié)合機(jī)、電、軟、硬件各自特點和優(yōu)勢互補(bǔ)的基礎(chǔ)上，對碼垛機(jī)器人整體機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計，提出了一套經(jīng)濟(jì)型設(shè)計方案。按機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)程，分為三代機(jī)器人。雖然沒有應(yīng)用人工智能技術(shù)，但是能進(jìn)行機(jī)器人環(huán)境交互，具有在線自適應(yīng)能力；第三代機(jī)器人，具有多種智能傳感器，能感知和領(lǐng)會外部環(huán)境信息。惡劣工作環(huán)境，并危及生命或不安全因素很大而不宜于人去干的作業(yè)。第二個是自動化生產(chǎn)領(lǐng)域。一個簡單抓放作業(yè)機(jī)器人只需較少的自由度，一個給零件定向作業(yè)的機(jī)器人要求具有更多的自由度，增加其靈巧性。目前工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)正處在一個蓬勃發(fā)展的階段，在先進(jìn)的工業(yè)發(fā)達(dá)國家里，工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)與制造正在形成一個龐大的產(chǎn)業(yè)，全世界每年的工業(yè)機(jī)器人銷售額可達(dá) 42 億美元。我國工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用前景十分寬廣的。只有符合我國的國情，才能推動和加快我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用。近幾年各國注重發(fā)展組合式工業(yè)機(jī)器人。除了工業(yè)機(jī)器人用的各種伺服電機(jī)，傳感器外，手臂，手腕和機(jī)身也以標(biāo)準(zhǔn)化。 課題的設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計主要是研究碼垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要工作內(nèi)容有以下幾點：1) 了解搬運機(jī)器人發(fā)展歷程、現(xiàn)狀以及未來發(fā)展趨勢，掌握碼垛機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點以及基本構(gòu)成部分。設(shè)計幾種方案，對比選出最優(yōu)方案。包括腕關(guān)節(jié)電機(jī)、軸承、聯(lián)軸器的選擇；臂部材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計、受力分析、關(guān)節(jié)處銷軸的校核、關(guān)節(jié)軸承的選型；傳動系統(tǒng)的設(shè)計：電機(jī)、聯(lián)軸器、軸承的選型，滾動絲杠、滑動導(dǎo)軌的選型與校核；腰部電機(jī)、聯(lián)軸器、軸承型號的選擇。設(shè)計各零部件的三維模型，并將設(shè)計好的零部件進(jìn)行裝配，裝配完成后進(jìn)行運動仿真。4) 利用 ANSYS 軟件對主要受力構(gòu)件進(jìn)行有限元分析，生產(chǎn)應(yīng)變、應(yīng)力圖。在此課題的研究中共設(shè)計出三種方案，即方案一、方案二、方案三 。后大臂沿著絲杠向上運動，前大臂沿著絲杠想向右運動；后大臂向下運動，前大臂向運動，實現(xiàn)碼垛機(jī)器人碼垛過程。圖 21 方案一方案二：如圖22所示，此機(jī)構(gòu)的前大臂與小臂通過移動副連接，前大臂通過滑塊可以沿著小臂滑動，解決了方案一工作范圍小的缺點。此機(jī)構(gòu)中前大臂主要起支撐作用，機(jī)構(gòu)的運動主要取決與后大臂，這使得此種方案的運動精度更低。圖 23 方案三 總體設(shè)計思路碼垛機(jī)器人主要實現(xiàn)不同型包裝的碼垛物體的搬運功能。 。 由于腕部轉(zhuǎn)速較低，特選用減速機(jī)來驅(qū)動，而且要選擇重量輕的減速機(jī)。軸承型號7305C。 機(jī)械手臂的材料和結(jié)構(gòu)的選擇。手臂做成工字型或打孔以減小重量，減少加工面積。為減小摩擦，在手臂與手臂、手臂與支撐架之間的銷軸處采用關(guān)節(jié)軸承。手臂驅(qū)動系統(tǒng)采用低速交流伺服電機(jī)帶動滾動絲杠副旋轉(zhuǎn)從而實現(xiàn)前大臂的左右運動，后大臂的上下運動。軸承選用角接觸球軸承。由于腰部以上所有構(gòu)件的載荷都由腰部軸承來承擔(dān)，故選用主要承受軸向載荷的推力球軸承。聯(lián)軸器選擇凸緣聯(lián)軸器。1. 實際服務(wù)系數(shù)確定減速機(jī)是按載荷平穩(wěn)，每天工作時間一定和少量啟停次數(shù)的情況設(shè)計的，而在實際情況使用中往往不是處于此種理想狀態(tài)。具體參數(shù)值參見表 31， 32, 33。??2. 確定減速機(jī)型號根據(jù)《R 系列硬齒面斜齒輪減速機(jī)》選型手冊，由 f1 f2 f3 fB ，由表 1??4 選擇 fB = 的減速機(jī)，型號為 。1. 聯(lián)軸器的理論轉(zhuǎn)矩 (31)nPT950?式中 ——理論轉(zhuǎn)矩（ ） ；TmN?——傳遞的功率（ ） ；PkW——工作轉(zhuǎn)速（ ） 。??2. 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 (32)tzwCKT式中： ——動力機(jī)系數(shù)，電動機(jī)透平機(jī)的 =；wK——工況系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計書冊第五版第 2 卷》表 622，查得K=；——起動系數(shù)，由制造商確定，與啟動頻率 f 有關(guān)，選取 =；z zK——溫度系數(shù),由《機(jī)械設(shè)計書冊第五版第 2 卷》表 623 查得，tK=。mNTc ?????聯(lián)軸器選用 A 型平鍵套筒聯(lián)軸器，查《機(jī)械設(shè)計手冊第五版第 3 卷》 ，因聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩要大于計算轉(zhuǎn)矩，而且減速機(jī)輸出軸的軸徑為 25mm，所以由表 15,110 確定聯(lián)軸器的有關(guān)參數(shù)如下：表 34 聯(lián)軸器的具體參數(shù)Dh7 軸直徑/mm許用轉(zhuǎn)矩/D0 L l C平鍵 GB/T109962022C1緊定螺釘GB/T117202225 125 40 75 20 1 8x2