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多自由度直角坐標(biāo)型碼垛機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作內(nèi)容和要求q 本畢業(yè)設(shè)計(jì)要求掌握機(jī)器人或工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及工作原理，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的三個(gè)方向的移動(dòng)和一個(gè)方向的回轉(zhuǎn)，完成一個(gè)四自由度的直角坐標(biāo)型碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì)，要求所設(shè)計(jì)機(jī)器人能抓取一定質(zhì)量的工件，完成抓取、搬運(yùn)、碼放功能，并且具有較高的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和重復(fù)精度。q 主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一具有四個(gè)自由度的直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人，4根運(yùn)動(dòng)軸對(duì)應(yīng)直角坐標(biāo)系中的 X軸、Y 軸和 Z 軸,以及 Z 軸上帶有的一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)裝載和卸載功能。我所做的工作q（1）、了解掌握機(jī)器人或工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及工作原理，通過方案對(duì)比確定最終適合的方案。q（2）、對(duì)各部件的計(jì)算和選型，和對(duì)某些重要構(gòu)件部件的強(qiáng)度校核。q（3）、通過cad畫出總裝配圖和零件圖，和pro/E畫出三維模型與運(yùn)動(dòng)仿真。參數(shù)要求q1）單箱重量15KG，一次搬運(yùn)兩箱，一次總搬運(yùn)重量30KG。q2）托盤尺寸16001600，碼垛完了托盤上紙箱最高處到地面1700mm。q3）行程：X方向2200mm,Y方向1700mm,Z方向1700mm,水平旋轉(zhuǎn)：+90o.q4）最快碼垛速度可達(dá)到1000mm/s，平均速度為500mm/s，碼垛精度為1mm。q5)碼放方式的要求是在托盤尺寸內(nèi)每層盡可能多地?cái)[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。而碼好的托盤每兩層紙箱間要像砌磚墻那樣，盡可能地相互壓住和咬合，如圖下圖單數(shù)層和雙數(shù)層的擺放方式不一樣。這樣才可以保證碼滿紙箱的托盤（最高1.7米）在運(yùn)輸過程中平穩(wěn)。方案選擇q 設(shè)計(jì)方案初步有兩種方案：一種是懸臂式的碼垛機(jī)器人，第二種是龍門式的碼垛機(jī)器人。q q 懸臂式碼垛機(jī)器人 龍門式碼垛機(jī)器人方案選擇q 因?yàn)樵谒韫ぷ骺臻g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(shí)候不容易產(chǎn)生晃動(dòng)，所以選擇第二種龍門式碼垛機(jī)器人。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)q1、機(jī)械抓手設(shè)計(jì)q2、z旋轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)q3、z軸設(shè)計(jì)q4、x和y軸的設(shè)計(jì)1、機(jī)械抓手設(shè)計(jì)q (1)、因?yàn)榇a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(jì)成一邊是固定的夾板，一邊是活動(dòng)的夾板。q (2)、為了能夠有更大的夾緊力和更好的平衡性能，采用兩個(gè)氣缸提供夾緊力。抓手的動(dòng)作過程如下圖所示：運(yùn)動(dòng)仿真機(jī)械抓手示意圖2、x旋轉(zhuǎn)軸3、z軸設(shè)計(jì)q Z軸是上下運(yùn)動(dòng)，有兩個(gè)方案：方案一是采用絲桿螺母形式傳動(dòng)，方案二是采用齒輪齒條形式傳動(dòng)。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(duì)齒條和齒輪要有很大的強(qiáng)度要求，而且因?yàn)辇X輪的傳動(dòng)特性，會(huì)使下降和上升的速度產(chǎn)生齒輪的多邊形效應(yīng)。所以比較后采取方案一絲桿螺母形式傳動(dòng)。q 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(dòng)，抓手和物體通過螺母座與絲杠螺母連接做上下運(yùn)動(dòng)。第二種是絲杠螺母通過螺母座固定在y軸的工作臺(tái)上，而絲杠的底部與抓手連接做上下運(yùn)動(dòng)。但第二種方案做上下運(yùn)動(dòng)的重量比較大，會(huì)導(dǎo)致做很多無用功從而使碼垛機(jī)器人的效率降低。所以通過比較后采取第一種方案。采用這種方案因?yàn)橹皇艿截Q直的載荷，所以不需要滾動(dòng)導(dǎo)軌，只需要滾珠絲桿螺母副的計(jì)算與選型。z軸裝配z軸裝配4、x、y軸設(shè)計(jì)q x和y軸也是通過絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)，驅(qū)動(dòng)元件也是步進(jìn)電機(jī)，和x-y工作臺(tái)有點(diǎn)相似。但x軸采用龍門機(jī)構(gòu)，需要錐齒輪連接傳動(dòng)，x軸的簡(jiǎn)圖如下。q 1、電動(dòng)機(jī)；2、錐齒輪z1；3、錐齒輪z2；4、絲桿x、y軸裝配圖齒輪放大部分各組件計(jì)算選型的結(jié)果q機(jī)械抓手的氣缸型號(hào)為：10A-5LA50B50型氣缸qx、y、z軸和z旋轉(zhuǎn)軸的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)都為：130BYG2502型步進(jìn)電機(jī)qx、y軸直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副都為：KL系列的JSA-LG35型線滾動(dòng)導(dǎo)軌副qx、y、z軸滾動(dòng)絲桿螺母副的型號(hào)都為：GD系列2005-3型滾珠絲杠副q錐齒輪副為相同的參數(shù)的兩個(gè)錐齒輪組成，具體參數(shù)為：齒數(shù)Z=40，模數(shù)m=2mm，分錐角=45o，齒寬b=17，分度圓直徑為80mm，齒輪采用40Cr（調(diào)質(zhì)）。謝謝謝謝大大家家