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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)計工作內(nèi)容和要求q 本畢業(yè)設(shè)計要求掌握機(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，完成抓取、搬運、碼放功能，并且具有較高的運動平穩(wěn)性和重復(fù)精度。q 主要內(nèi)容是設(shè)計一具有四個自由度的直角坐標(biāo)碼垛機(jī)器人，4根運動軸對應(yīng)直角坐標(biāo)系中的 X軸、Y 軸和 Z 軸,以及 Z 軸上帶有的一個旋轉(zhuǎn)軸，能夠?qū)崿F(xiàn)自動裝載和卸載功能。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，通過方案對比確定最終適合的方案。q（2）、對各部件的計算和選型，和對某些重要構(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畫出三維模型與運動仿真。參數(shù)要求q1）單箱重量15KG，一次搬運兩箱，一次總搬運重量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)每層盡可能多地擺放紙箱，托盤四周的紙箱盡可能平穩(wěn)，要保證運輸過程中平穩(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）在運輸過程中平穩(wěn)。方案選擇q 設(shè)計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 因為在所需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。機(jī)構(gòu)設(shè)計q1、機(jī)械抓手設(shè)計q2、z旋轉(zhuǎn)軸設(shè)計q3、z軸設(shè)計q4、x和y軸的設(shè)計1、機(jī)械抓手設(shè)計q (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)計成一邊是固定的夾板，一邊是活動的夾板。q (2)、為了能夠有更大的夾緊力和更好的平衡性能，采用兩個氣缸提供夾緊力。抓手的動作過程如下圖所示：運動仿真機(jī)械抓手示意圖2、x旋轉(zhuǎn)軸3、z軸設(shè)計q Z軸是上下運動，有兩個方案：方案一是采用絲桿螺母形式傳動，方案二是采用齒輪齒條形式傳動。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強(qiáng)度要求，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)。所以比較后采取方案一絲桿螺母形式傳動。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，抓手和物體通過螺母座與絲杠螺母連接做上下運動。第二種是絲杠螺母通過螺母座固定在y軸的工作臺上，而絲杠的底部與抓手連接做上下運動。但第二種方案做上下運動的重量比較大，會導(dǎo)致做很多無用功從而使碼垛機(jī)器人的效率降低。所以通過比較后采取第一種方案。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。z軸裝配z軸裝配4、x、y軸設(shè)計q x和y軸也是通過絲桿螺母傳動，驅(qū)動元件也是步進(jìn)電機(jī)，和x-y工作臺有點相似。但x軸采用龍門機(jī)構(gòu)，需要錐齒輪連接傳動，x軸的簡圖如下。q 1、電動機(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算選型的結(jié)果q機(jī)械抓手的氣缸型號為：10A-5LA50B50型氣缸qx、y、z軸和z旋轉(zhuǎn)軸的步進(jìn)電動機(jī)型號都為：130BYG2502型步進(jìn)電機(jī)qx、y軸直線滾動導(dǎo)軌副都為：KL系列的JSA-LG35型線滾動導(dǎo)軌副qx、y、z軸滾動絲桿螺母副的型號都為：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