码垛机器人毕业设计说明书.doc

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目录

第一章 绪论..........................................................................1

1.1 课题的背景、来源及意义..............................................................................................................1

1.2 码垛机器人的发展进程及发展趋势..............................................................................................1

1.3 课题的设计内容..............................................................................................................................2

第二章 码垛机器人总体结构设计...................................................3

2.1 方案的确定......................................................................................................................................3

3.2 码垛机器人腰部设计......................................................................................................................9

3.2.1 腰部电机选型...........................................................................................................................9

3.2.2 腰部联轴器计算选型.............................................................................................................10

3.3 本章小结........................................................................................................................................12

第四章 码垛机器人手臂结构及其驱动系统设计.................................12

4.1 平面机构受力分析........................................................................................................................12

4.2 手臂关节轴承的选型与校核........................................................................................................13

4.3 销轴校核........................................................................................................................................15

4.3.1 后大臂与支架销轴联接校核................................................................................................15

4.3.2 后大臂与小臂销轴联接校核................................................................................................15

4.4.3 初选滚珠丝杠副型号............................................................................................................18

4.4.4 传动效率计算........................................................................................................................19

4.4.5 刚度的验算.............................................................................................................................19

4.4.6 压杆稳定性校核.....................................................................................................................21

4.5 水平滚珠丝杠螺母副的计算与选型............................................................................................21

4.5.1 最大工作载荷的计算.............................................................................................................21

4.5.2 最大动载荷的计算.................................................................................................................22

- - 总结

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4.5.3 初选滚珠丝杠副型号.............................................................................................................22

4.5.4 传动效率计算........................................................................................................................23

4.7.1 滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选择.....................................................................29

4.7.2.额定行程寿命 L 的计算........................................................................................................29

第五章 PRO/E 建模和仿真.......................................................30

5.1 主要部件建模及其简介................................................................................................................31

5.1.1 轴承建模的主要过程.............................................................................................................31

5.1.2 机器人的主要部件及装配模型............................................................................................33

5.2 三维机构运动仿真的基本介绍....................................................................................................35

5.2.1 机构运动仿真的特点............................................................................................................35

5.2.2 机构运动仿真的工作流程....................................................................................................36

5.2.3 机构仿真运动装配连接的概念及定义................................................................................36

- - 总结

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1.1 课题的背景、来源及意义

近几十年来，随着我国经济持续发展及科学技术的突飞猛进，机器人在码垛机、弧焊、

喷涂、点焊、搬运、涂胶、测量等行业有着越来越广泛的应用。机器人是一个在三维空间

中具有较多自由度，并能实现诸多拟人动作和功能的机器。工业机器人则是在工业生产上

应用的机器人，是一种典型的机电一体化装置。工业机器人是用来搬运材料零件工具等可

再编程的多功能机械手。它综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱

动、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果。

码垛技术是物流自动化技术领域的一门新兴技术，所谓的码垛就是按照集成单元化思

想，将一件件物料按照一定的模式堆码成垛，以便使单元化的物垛实现物料的搬运、装卸

运输、存储、等物流活动。在物体的运输过程中除了散装的物体和液体外，一般的物体都

品加工、饮料等领域。可通过主计算机根据不同的物料包装、堆垛顺序、层数等参数进行

设置实现不同型包装的码垛要求。而机器人码垛技术是自动化物料后处理成套设备中的关

键技术之一，随着自动称重、包装技术的发展和性能指标的提高，对码垛技术也提出了更

高的要求。码垛机器人手臂应具有一定的刚度和强度，防止弹性变形和断裂。手腕搬运的

东西较重，这对其精度提出了更高要求。

为满足自动化生产线产品搬运及码垛的要求,本课题要求设计一种码垛机器人的机械结

构部分。结合机、电、软、硬件各自特点和优势互补的基础上，对码垛机器人整体机械结

构、传动系统进行分析和设计，提出了一套经济型设计方案。

1.2 码垛机器人的发展进程及发展趋势

自从２０世纪８０年代，我国码垛机器人在国家支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，

全因素很大而不宜于人去干的作业。例如在冲床上下料、采矿、锻造等。

第二个是自动化生产领域。码垛机器人可用来上下料、码垛、卸货以及抓取零件重新

定向等作业。一个简单抓放作业机器人只需较少的自由度，一个给零件定向作业的机器人

要求具有更多的自由度，增加其灵巧性。工业机器人具有减少劳动力费用、提高生产率、

改进产品质量、增加制造过程的柔性、减少材料浪费、控制和加快库存的周转、降低成本

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消除了危险和恶劣的劳动岗位。目前工业机器人的开发正处在一个蓬勃发展的阶段，在先

进的工业发达国家里，工业机器人的开发与制造正在形成一个庞大的产业，全世界每年的

劳动力比较丰富、低廉，给工业机器人的发展带来一定的困难。只有符合我国的国情，才

展组合式工业机器人。它是采用标准化的模块件或组合件拼装而成。除了工业机器人用的

各种伺服电机，传感器外，手臂，手腕和机身也以标准化。随着机器人作业精度的提高和

作业环境的复杂化，急需开发新型的微动机构来保证机器人的动作精度，开发多关节，多

自由度的手臂和手指及新型的行走机构，以适应日益复杂作业需求。

1.3 课题的设计内容

本设计主要是研究码垛机器人的结构设计，主要工作内容有以下几点：

1) 了解搬运机器人发展历程、现状以及未来发展趋势，掌握码垛机器人的机械结构特

3) 用 Pro/E 进行三维模型设计。设计各零部件的三维模型，并将设计好的零部件进行

装配，装配完成后进行运动仿真。不断改变参数，观察机构的运动是否发生变化。

4) 利用 ANSYS 软件对主要受力构件进行有限元分析，生产应变、应力图。

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第二章 码垛机器人总体结构设计

2.1 方案的确定

码垛机器人工作过程是往复循环的，由于关节式手臂运动形式工作范围大、通用性强，

因此本文采用平行四边形机构作小臂驱动器的关节式机械手。在此课题的研究中共设计出

三种方案，即方案一、方案二、方案三 。

方案一：如图2-1所示。后大臂沿着丝杠向上运动，前大臂沿着丝杠想向右运动；后

大臂向下运动，前大臂向运动，实现码垛机器人码垛过程。此结构能基本满足设计要求，

但是由于前大臂、后大臂与小臂间通过销轴连接，运动范围小，且前大臂与后大臂不相连

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