码垛机器人设计说明书
搬运码垛机器人毕业设计说明
搬运码垛机器人毕业设计说明设计背景在生产车间中，常常需要将大量的物料或产品堆叠成堆或码垛。
传统的码垛方式普遍采用人工操作，但人工操作可能存在误差，操作效率低下，同时还存在着工作安全风险等问题。
因此，本课题在现有技术基础上，设计一种搬运码垛机器人，在提高工作效率和工作安全性的同时，还可以降低生产成本。
设计内容本设计采用机器人技术，设计一款搬运码垛机器人，实现对物料和产品的堆叠和码垛操作。
主要功能包括以下几点：1. 传感器模块：采用多种传感器，如光电传感器、超声波传感器等，对机器人周围环境进行监测，确保机器人能够避开障碍物并准确找到目标位置。
2. 控制系统：该机器人控制系统采用嵌入式控制器和PLC等设备，对机器人的各项动作进行精确控制，实现自动化操作。
3. 动力系统：该机器人的动力系统是用电动机作为驱动力的，机器人的移动和操作由电动机提供动力。
4. 机械臂系统：该机器人的机械臂采用3自由度机械臂，可以实现物料和产品的抓取、搬运、堆叠和码垛等操作。
5. 视觉系统：机器人配备观察摄像机，并采用图像处理技术实现视觉识别、目标定位、目标追踪等功能。
6. 人机界面：机器人采用触摸屏控制界面，可以直观、方便地设置机器人的各个参数和操作任务。
设计要求2. 具有较高的智能化和自主导航能力，可以根据生产要求自主规划运动轨迹，完成自动化操作。
3. 系统可靠性高，操作稳定可靠，能适应多变的生产条件和环境。
4. 操作简单，功能实用，具有足够的灵活性和扩展性。
设计流程1. 系统设计：首先进行整体系统设计，包括机器人的结构设计、控制系统设计、动力系统设计、机械臂系统设计、视觉系统设计和传感器模块设计等方面，确保各个方面的设计能够协调、相互配合，实现整个机器人系统的目标任务。
2. 电路设计：设计电路图和PCB，按照系统设计的要求搭建出实际的电路板，保证系统的稳定性和可靠性。
3. 机械设计：根据整体系统设计的要求，采用CAD等软件设计机器人的机械部件，如机械臂、关节和传动部件等。
码垛机设计毕业设计说明书
码垛机设计毕业设计说明书机电工毕业设计说明书设计题目: 载物码垛机设计学生姓名：学号：专业班级：指导教师：2012 年 5 月19 日目次1 前言 (1)1．1课题的背景 (1)1.2课题的意义 (1)1.3课题的设计目的 (2)1. 4课题的主要设计内容 (2)2 设计进度安排和任务书 (3)2.1设计进度安排 (3)2.2设计任务分析 (3)2.2.1本次毕业设计的任务 (3)2.2.2码垛机的技术要求 (4)2.2.3尺寸及动力分析 (4)3 设计方案的确定 (5)3.1总体方案的论证和选定 (5)3.2主要部件方案的确定 (7)3.2.1水平方向的移动方案 (7)3.2.2竖直方向的移动方案 (8)3.2.3绕竖直方向的转动方案 (8)3.2.4实现载物交错放置的方案确定 (8)4 设计计算书 (9)4.1齿轮传动的设计计算 (9)4.1.1.驱动齿轮传动的电动机的选择 (9)4.1.2.选定齿轮材料，类型，齿数及精度等级........ 错误！未定义书签。
4.1.3.按齿根弯曲强度设计........................................ 错误！未定义书签。
4.1.4.计算大小齿轮的几何尺寸参数........................ 错误！未定义书签。
4.2 丝杠的设计与校核 (6)4.2.1，螺杆和螺母材料的选择.................................. 错误！未定义书签。
4.2.2.螺杆螺纹数据的初步设计与校核.................... 错误！未定义书签。
4.2.3.螺母的参数选择及设计校核............................ 错误！未定义书签。
4.3 驱动丝杠螺母传动的齿轮的设计与校核 (19)4.3.1驱动齿轮的电动机的选择 (19)4.3.2.选定齿轮材料，类型，齿数及精度等级 (19)4.3.3按齿根弯曲强度设计 (19)4.3.4计算大小齿轮的几何尺寸参数......................... 错误！未定义书签。
码垛机设计毕业设计说明书
码垛机设计毕业设计说明书介绍本文档是《码垛机设计》的毕业设计说明书，旨在介绍码垛机的设计和实现过程。
码垛机是一种自动化设备，用于将物品从传送线上堆叠成堆。
本设计旨在开发一个基于自主学习算法的码垛机，以提高效率和减少人工干预。
设计目标1.实现自动化的物品堆叠功能2.提高速度和准确性3.减少人工干预并提高生产效率设计原理码垛机的设计原理是基于计算机视觉和机器学习算法。
它使用相机或传感器来捕捉物品在传送线上的位置和状态，并利用算法进行实时分析和判断。
根据分析结果，码垛机控制机械臂在合适的时间和位置进行物品的堆叠。
系统架构码垛机系统由硬件和软件两部分组成。
硬件组成•机械臂：用于抓取和堆叠物品；•传感器：用于获取物品的位置和状态信息；•电控系统：用于控制机械臂和传感器的运行。
软件设计软件设计是码垛机的核心部分，主要包含以下模块：•物品检测和识别模块：根据相机或传感器获取的信息，通过图像处理和机器学习算法来检测和识别物品；•机械臂控制模块：根据物品的位置和状态信息，计算并控制机械臂的运动路径，以实现物品的堆叠；•用户界面模块：提供一个简洁直观的用户界面，用于操作和监控码垛机的运行状态；•数据分析和优化模块：收集和分析码垛机的运行数据，并根据数据进行优化，以提高码垛机的效率和准确性。
实施计划1.确定码垛机的设计要求和功能需求；2.完成码垛机的硬件选型和系统架构设计；3.开发物品检测和识别模块；4.开发机械臂控制模块；5.开发用户界面模块；6.完成数据分析和优化模块；7.进行集成测试和性能优化；8.编写技术文档和用户手册；9.撰写毕业设计报告。
预期成果通过本毕业设计，预期达到以下成果：1.完成一个功能完备的自主学习码垛机；2.测试并证明码垛机的准确性和高效性；3.编写技术文档和用户手册，以便其他人理解和使用该系统；4.撰写毕业设计报告，详细描述设计和实现过程，以及测试和优化结果。
结论本文档介绍了《码垛机设计》的毕业设计说明书，包括设计目标、设计原理、系统架构、实施计划、预期成果等内容。
码垛机器人设计_毕业设计说明书
码垛机器人设计_毕业设计说明书目录第一章绪论 (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 (2)1.3课题的设计内容 (2)第二章码垛机器人总体结构设计 (4)2.1方案的确定 (4)2.2总体设计思路 (6)第三章码垛机器人腕部和腰部设计 (7)3.1码垛机器人腕部设计 (7)3.1.1 减速机的计算与选型 (7)3.1.2联轴器的计算与选型 (8)3.1.3轴承的选型 (10)3.2码垛机器人腰部设计 (11)3.2.1腰部电机选型 (11)3.2.2腰部联轴器计算选型 (12)3.3本章小结 (13)第四章码垛机器人手臂结构及其驱动系统设计 (14)4.1平面机构受力分析 (14)4.2手臂关节轴承的选型与校核 (15)4.3销轴校核 (16)4.3.1 后大臂与支架销轴联接校核 (16)4.3.2 后大臂与小臂销轴联接校核 (17)4.3.3 前大臂与支架销轴联接校核 (17)4.3.4 前大臂与小臂销轴联接校核 (18)4.3.5 其它销轴联接校核 (18)4.4竖直滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (19)4.4.1 最大工作载荷的计算 (19)4.4.2 最大动载荷的计算 (19)4.4.3 初选滚珠丝杠副型号 (20)4.4.4 传动效率计算 (20)4.4.5刚度的验算 (21)内蒙古工业大学本科毕业设计说明书4.4.6压杆稳定性校核 (22)4.5水平滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (23)4.5.1最大工作载荷的计算 (23)4.5.2最大动载荷的计算 (23)4.5.3初选滚珠丝杠副型号 (24)4.5.4 传动效率计算 (24)4.5.5刚度的验算 (24)4.5.6压杆稳定性校核 (26)4.6水平滚动导轨副的计算选型 (26)4.6.1滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选择 (26)4.6.2额定行程寿命的计算 (28)4.7竖直滚动导轨副的计算选型 (30)4.7.1滑块承受工作载荷的计算及导轨型号的选择 (30)4.7.2.额定行程寿命L的计算 (30)第五章 PRO/E建模和仿真 (32)5.1主要部件建模及其简介 (32)5.1.1轴承建模的主要过程 (32)5.1.2 机器人的主要部件及装配模型 (35)5.2三维机构运动仿真的基本介绍 (37)5.2.1 机构运动仿真的特点 (37)5.2.2 机构运动仿真的工作流程 (37)5.2.3 机构仿真运动装配连接的概念及定义 (37)5.2.4 机构的仿真运动 (38)第六章 ANSYS有限元分析 (40)结论 (46)参考文献 (47)谢辞 (48)第一章绪论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。
码垛机器人设计说明书
分类号密级毕业设计(论文)码垛机器人设计所在学院机械与电气工程学院专业机械设计制造及其自动化班级11机自x班姓名学号指导老师2015年3月31日1摘要机器人码垛机非常适合用于柔性包装流水线，大大缩短了包装周期时间。
具有极高的精度，再加上卓越的传送带跟踪性能，不论是固定位置操作，还是运动中操作，其拾放精度均为一流。
体积小、速度快，配有全套辅助设备（从集成式空气与信号系统至抓料器）。
可配套使用包装软件，机械方面集成简单，编程更是十分方便。
从效率上说，码垛机器人不仅能承担高负重，而且速度和质量远远高于人工。
关键词：机器人，码垛IIAbstractThe robot palletizer is very suitable for the flexible packaging production line, greatly shorten the cycle time of packaging. With high precision, and excellent tracking performance of conveyor belt, whether fixed position operation, or movement in the operation, the pick and place precision are first-class. Small size, fast speed, equipped with a full set of auxiliary equipment (from the integrated air and signal system to catch feeder). Supporting the use of packaging machinery integration software, simple programming, it is very convenient. From the efficiency, palletizing robot can not only bear the high load, and the speed and quality is much higher than that of artificial.Key Words:palletizer3目录第一章前言1.1机械手概述 (1)1.2机械手的组成和分类 (2)1.2.1机械手的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.2.2机械手的分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 第二章机械手的设计方案2.1机械手的坐标型式与自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.2机械手的手部结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.3机械手的手腕结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.4机械手的手臂结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82.5机械手的驱动方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.6机械手的控制方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102.7机械手的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．112.8机械手的技术参数列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 第三章手部结构设计3.1夹持式手部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．123.1.1手指的形状和分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．133.1.2设计时考虑的几个问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．143.1.3动力设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15第四章手腕结构设计4.1手腕的自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．164.2手腕的驱动力矩的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．164.2.1手腕转动时所需的驱动力矩．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．174.2.2回转气缸的驱动力矩计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 第五章手臂伸缩，升降，回转气缸的设计与校核5.1手臂伸缩部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．195.1.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．205.1.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．215 .1 .3导向装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．225 .1 .4平衡装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．235.2手臂升降部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．235.2.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．235.2.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．235.3手臂回转部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．235.3.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．245.3.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 第六章机械手的PLC控制设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2546.1可编程序控制器的选择及工作过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．256.1.1可编程序控制器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．256.1.2可编程序控制器的工作过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．256.2可编程序控制器的使用步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 第七章结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 专业相关的资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．275摘要在设计手臂时考虑到工作要求并不高，承重也不大，所以在设计中优先考虑用同步电机驱动，其中底盘第一轴电机选择动力较大的马达，第二轴选择力度适中的马达第三轴选择了力度比前2个较小的马达，底盘考虑用压铸模做，因为底盘一定要重才行，否则很可能会整个机器侧翻，手臂选用钣金做，一个是考虑钣金加工简单，成本低，可塑性强，在轴的位置选择用轴承来固定旋转，固定轴承的部件用车床加工。
码垛机器人说明书
防尘通气接口位于机器人底座上如下图：
图9
1.2.0
当搬运机器人控制柜到其安装位置时，必须严格按照说明书所述措施操作，请详细阅读并理解以下说明事项：
请把控制柜布置在满足以下条件的地方：
1、环境温度0℃～45℃之间。
2、相对湿度在35%～85%之间，无凝露。
2、确保安装位置无易燃、腐蚀性液体和气体。
c)启动、急停、启停按钮，行程开关（即限位开关）、零位传感器、以及其他开关输入量的连接示意图：
图14
特别注意：急停按钮的常开触点、启停按钮的常开触点都作为开关输入量分别输入X2.0和X2.1。
d)控制板卡各IO接线示意图：
图14（见图纸D5-Model）
图15
按照图纸D5-Model接线即可。
1.2.3
9、确保安装位置有足够的机器人运动空间，并安装安全围栏（机器人运动范围及安全围栏安装见1.1.3）。
此机器人运动范围以固定端持器的法兰盘的中心所能到达的范围来确定。
图2
以最大运动范围设计安全围栏，应保证安全围栏能将机器人与操作人员还有其他设备完全隔离开，保证设备之间各自运行互不干扰，以免发生事故，造成人员伤害和设备损坏。设计方案如下图所示：
图27
“参数设定”对话框里面需要根据机器人结构确定机构尺寸、丝杠导程和各轴减速比，根据生产要求选择码垛模型，其他参数请不要随意更改。
注意：修改参数后需要重启软件！
“IO测试”对话框显示各轴零点、限位以及控制器输入输出信号的状态，如下图：
图28
“电机调整”对话框可以对各轴电机的运动精度进行检测，如下图：
15121机器人控制箱安装环境16122机器人控制箱的内部电气接线17123机器人控制箱的搬运22124机器人控制箱的外部连接2413机器人系统与生产线的连接2714机器人操作方法28140机器人的开关机28141操作界面的认识30142操作界面的使用方法3115常见故障分析及处理40150机器人无法运行40151机器人未按既定规划运行40152机器人系统提示系统正在运行4116机器人保养与维护42160机械部件的养护42161控制系统的维护17码垛机器人性能参数4318码垛机器人配置清单10概述此码垛机器人属四自由度柱面坐标机器人柱面坐标机器人的空间位置机构主要由旋转基座垂直移动和水平移动轴构成其动作空间呈圆柱形
5--MDZ码垛机器人系统-设计计算说明书-11.28
鉴定文件之五MDZ码垛机器人系统设计计算说明书中机康元粮油装备（北京）有限公司中国包装和食品机械总公司二O一三年八月一、设计依据针对我国食品包装箱码垛大多采用人工操作、生产效率低等缺点，瞄准国外同类机器人产品的关键技术，借鉴国内化工、汽车焊接等行业重载机器人研究的成功经验，研发具有自主知识产权的面向食品物流包装的智能规划型堆码机器人系统，中国包装和食品机械有限公司，中机康元粮油装备（北京）有限公司，联合展开了“MDZ码垛机器人系统”项目研究，起止年限为2011年1月至2012年12月。
码垛是指依照集成单元化的思想将一件件的物品按规定的模式堆码成垛，以使单元化的物垛实现物品的搬运、装卸、运输、存储等活动。
码垛分为人工码垛和机器人码垛两种方式：在物品质量小、外形无规则、吞吐量较小的情况下，可以采用人工码垛；但当吞吐量超过“10件/分钟”时，采用人工码垛方案不仅需要较多的工人，而且容易造成因疲劳等因素引起的安全事故，这时采用机器人码垛的优势便凸显出：物流速度快、保障工人的健康和安全、减少物料损伤、获得整齐一致的物垛等优点。
机器人码垛机是一类综合了机械制造、电子信息、计算机技术、人工智能科学等多门学科于一身的高新产品，主要应用于工业生产过程中执行大批量的物料、工件等的搬运以及码垛、拆垛等任务。
作为物流自动化领域的一门新兴技术，近年来获得了前所未有的发展，随着机械手码垛机的柔性、处理速度以及抓取载荷在不断地升级，应用场合也在不断地扩大。
近几年，在食品加工领域，由于能源成本激增，劳动力市场的人员紧缺，人力成本逐年攀升，不可预见风险因素，为企业的包装和储存带来了变革，促进了机械手码垛在食品加工企业中得到初步的应用。
食品加工业行业向集团化、产业化、规模化发展，竞争日趋激烈，高利润时代已悄然过去。
国外大型食品加工企业的规模都在日加工1000t以上，最大的达到单产6000 t／(24 h)。
近年来我国食品加工业也逐渐走向规模化生产。
码垛机器人设备使用说明书
文件制修订记录本系统是将上流传送带传送过来的产品按一定的堆放形状放置到托盘上的码垛机器人设备。
1.功能概述为适应我国在石油、化工领域的快速发展，我们在吸收国外先进技术的基础上，自主开发了RB200型垂直多关节型机器人。
RB200型码垛机器人是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种规定作业的机电一体化生产设备。
其主要由机械本体、伺服驱动系统、手臂机构、末端执行器（抓手）、末端执行器姿态调节机构以及检测机构等构成，它根据不同的物料包装、堆垛顺序、层数要求等进行参数设置，实现不同类型物料包装的码垛作业。
2.码垛机器人与传统机械式码垛机比较,特点如下:2.1.结构简单、零部件少。
因此零部件的故障率低、性能可靠、保养维修简单、所需库存零部件少。
2.2.占地面积小。
有利于客户厂房的总体布置，并可留出较大的库房面积。
2.3.适用性强。
当客户产品的尺寸、体积、形状及托盘的外形尺寸发生变化时只需在触摸屏上稍做修改即可，不会影响客户的正常的生产，甚至一台码垛机器人可同时对两条包装不同物料的生产线进行码垛操作。
2.4.能耗低。
传统机械式码垛机的功率在26kW左右，而码垛机器人的功率为10kW，能大大降低客户的长期运行成本。
3.主要技术特点：3.1.码垛机器人具有4个自由度，分别为手臂的两个关节沿垂直轴、水平轴作直线运动，机械本体和抓手绕各自的回转轴作回转运动。
3.2.手臂采用平行四边形连杆机构，由伺服电机通过带轮、同步带、滚珠丝杠、直线导轨驱动，并采用末端执行器姿态调节机构，使末端执行器（抓手）实现垂直轴、水平轴无藕合线性运动。
3.3.机械本体用于承载手臂机构及其驱动机构，机械本体安装在交叉滚子轴承上，由伺服电机通过精密摆线减速机驱动，实现码垛机器人在水平面内的回转作业。
3.4.抓手腕部回转由伺服电机通过精密摆线减速机驱动。
3.5.机械手主要材料采用铝合金型材，具有质量轻，动作灵活等特点。
4.主要技术指标：码垛最大能力：1200bags/h 橡胶：600bags/h最大载荷：200kg结构形式：4自由度关节型运动模式：柱面坐标动作范围Z轴（垂直）：2300mmX轴（水平）：1500mmθ轴（本体回转）：330°a轴（手腕回转）：330°5.动作范围:图1码垛机器人动作范围6.工作原理：码垛机器人（如下图2）包括手腕1、手臂机构2、手腕姿态调整机构3、机架4、底座12、机械手20以及手臂机构2的伺服驱动系统等。
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机电一体化课程设计码垛机器人课程名称：机电一体化课题名称：五自由度小型码垛机器人专业：机械设计制造及其自动化班级：小组成员：指导教师：课设时间：2016年1月摘要 (1)第一章背景介绍 (2)第二章机械结构总体设计 (4)2.1总体设计要求 (4)2.2机械部分总体结构 (4)2.3电机的选择 (6)2.4底座的设计 (7)2.5腰部的设计 (10)2.6臂部的设计 (12)2.6.1大臂的设计与校核 (12)2.6.2小臂的设计与校核 (14)2.7腕部的设计 (16)2.8其他零件的设计与选择 (18)第三章控制系统设计 (23)第四章运动分析 (28)4.1 运动轨迹分析 (28)4.2 运动函数分析 (29)参考文献 (31)近年来,机器人技术发展非常迅速,各种用途的机器人在各个领域得到广泛的应用。
于此同时,码垛技术也获得了飞速发展,尤其是机器人码垛发展更为迅猛,这种发展趋势是与当今制造领域出现的多品种小批量的发展趋势相适应的。
本文围绕一个小型码垛机器人进行设计和分析。
首先根据设定的工作要求确定机器人的各项基本技术指标,为机器人的结构设计提供依据。
在参考多种相关机器人的基础上,设计了机器人的整体方案和机械结构,码垛机器人是四自由度机器人,所有关节均采用转动关节,确定了采用舵机传动的方案。
通过计算对机器人进行受力分析,目的是为了检验设计的机器人结构在强度和刚度上是否能够满足工作的要求。
本课程设计将设计四自由度的抓取听装可乐小型简单码垛机器人。
关键词：码垛机器人机器人技术动态性能第一章背景介绍自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，经过几十年的发展，我国在机器人领域取得了很大成就。
按机器人的发展过程，分为三代机器人。
第一代机器人，具有视角再现功能或具有可编程的NC装置，但对外部信息不具备反馈能力;第二代机器人，不仅具有内部传感器，能获取外部环境信息。
虽然没有应用人工智能技术，但是能进行机器人环境交互，具有在线适应能力；第三代机器人，具有多种智能传感器，能感知和领会外部环境信息。
目前码垛机器人的应用主要在以下两个方面。
恶劣工作环境，危险工作场合，这个领域的作业是一种有害于健康，并危及生命或不安全因素很大而不宜与人去干的作业。
例如在冲床上下料、采矿、锻造等。
在自动化生产领域，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要较少的自由度，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、提高生产效率、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、消除危险和劣势的劳动岗位。
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，全世界每年的工业机器人销售额可达42亿美元。
尽管如此，工业机器人产业仍在不断拓展，不断向新的领域进军。
我国工业机器人的应用前景十分宽广。
但是，由于我国工业基础比较薄弱，劳动力比较丰富、低廉，给工业机器人的发展和应用。
工业机器人功能部件的标准化与模块化是提高机器人的运动精度，运动速度，降低成本和提高可靠性的重要途径。
近几年各国注重发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、手腕和机身也已标准化。
随着机器人作业精度的提高和作业环境的复杂变化，急需开发新型的微动机构来保证机器人的动作精准度，开发多关节，多自由度的手臂和手指及星星的行走机构，以适应日益复杂的作业需求。
第二章机械结构总体设计2.1总体设计要求本文研究的机器人为小型码垛机器人，旨在让其在桌面进行工作。
其工作过程简单描述为：无论工作前处于什么状态，工作开始后回到原位，对桌面上的听装可乐等物体进行抓取，通过腰部旋转放到指定位置。
工作范围半径350mm圆内，垂直方向的极限位置300mm。
2.2机械部分总体结构本文设计的机器人的机械结构主要部分由底座、大臂、小臂、腕部和手爪装置组成（如图2-2-1所示）。
底座是机器人的基础部分，执行机构和驱动装置都安装在底座上。
大臂和小臂是执行机构中的主要运动部件，用来支撑腕关节和手部，并使它们在工作空间内运动。
腕部是联结手臂与手爪的部件，用于调整手爪的方向和姿态。
手爪装置一般指夹持装置，主要用来传递工作。
图2-2-1 码垛机器人整体结构图图2-2-2 码垛机器人线形图图2-2-3 码垛机器人结构简图2.3电机的选择机器人的驱动可分为气压驱动、液压驱动及电机驱动等多种方式,它们各自的优缺点不同,适用范围也不同。
气压驱动能源成本较低,机械结构简单,但是定位精度比较差。
液压驱动输出力可在很大的范围内调节,定位精度比较高,但是对温度变化敏感,油液易泄露,噪声比较大。
电机驱动机器人的效率比较高,运动速度以及位姿准确度超过启动及液压驱动,噪声和污染都比较小。
综上所述,根据实际的需要,本机器人选用电机驱动。
目前机器人电机主要有以下几种1）步进电机：可直接实现数字控制,控制结构简单,控制性能好,成本低廉通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制位置误差不会积累。
步进电机具有自锁能力和保持转矩的能力,适用于传动效率不大的关节或小型机器人。
2）直流伺服电机具有良好的调速特性,较大的启动力矩,相对功率大及快速响应等特点,并且控制技术成熟。
但其结构比较复杂,成本较高。
3）交流伺服电机结构简单,运行可靠,使用维修方便,价格较为昂贵。
4）舵机：角度可以保持在驱动当中，稳定性好，结构紧凑，易于安装，控制简单，大扭力，成本低。
结合机器人的要求,本文选用舵机，舵机结构如图2-3-1所示。
图2-3-1 舵机结构图考虑到所需舵机的各方面要求，我们选取型号为SM-S4303R的6V舵机，具体参数如下表：表2-3-12.4底座的设计底座材料选择聚甲醛。
聚甲醛是一种表面光滑、有光泽的硬而致密的材料，淡黄或白色，薄壁部分呈半透明，强度、刚度高，弹性好，减磨耐磨性好。
其力学性能优异，比强度可达50.5MPa，比刚度可达2650MPa，与金属十分接近。
码垛机器人的底座承载了整个机身的重量，以及底座本身内部装有舵机等，考虑到自身的刚度和强度，又结合经济性和重量限制外形等因素，综合考虑，设计底座结构如图2-4-1所示：图2-4-1 码垛机器人底座结构图底座零件图如下：图2-4-2 底座主视图图2-4-3 底座左视图图2-4-4 底座俯视图2.5腰部的设计图2-5-1 腰部结构图码垛机器人的腰部结构如图2-6所示，腰部承载着大臂、小臂以及其他部件的重量，安装在腰部一侧的舵机用来实现大臂的前后运动。
腰部的旋转靠安装在底座中的舵机完成，舵机与腰部间的联轴器通过键连接与腰部联结。
腰部中间部分设计成部分中空，目的是减轻机身重量。
腰部的三视图如下：图2-5-2 腰部主视图图2-5-3 腰部左视图图2-5-4 腰部俯视图2.6臂部的设计码垛机器人的臂部主要由大臂、小臂及其他附件组成，考虑其运动特点及整体结构质量，材料选择铝合金6061。
铝合金6061的力学性能：极限抗拉强度为124 MPa，受拉屈服强度 55.2 MPa，延伸率25.0 %，弹性系数68.9 GPa，弯曲极限强度228 MPa，泊松比0.330，疲劳强度62.1 MPa，密度为2.8g/cm3。
2.6.1大臂的设计与校核1)大臂的结构设计图2-6-1 大臂结构图大臂主要做前后的摆动动作，通过与腰部连接的电机实现，主要结构如图2-6-1所示，横截面为矩形，一面与腰部相连，一面与小臂相连，此处舵机装在大臂上，方便控制小臂的运动。
具体尺寸如图2-6-2和图2-6-3所示。
图2-6-2 大臂主视图图2-6-3 大臂俯视图2)大臂的弯曲强度校核大臂受力方向与大臂夹角为53.74°（45°+8.74°），此处受力分析取为60°。
大臂的受力分析图及弯矩图如下：图2-6-4 大臂的受力分析及弯矩图大臂的体积估算为v=4×2×20+π×22×2.8=195cm³大臂的质量估算为m=ρv=2.8×195=546gσmax=M X/W X=2G3·sin60°·L/(b·h2/6)+ G4·sin60°·L/(b·h2/6)=2×（0.3+0.546）×(1.732/2)×9.8×10/(4×22/6)+ 0.546×(1.732/2)×9.8×10/(4×22/6)= 71.23MPa﹤[σ]∴大臂的设计符合弯曲强度要求。
2.6.2小臂的设计与校核1)小臂的设计图2-6-5 小臂结构图小臂的结构相较于大臂稍简单，两端呈对称结构，如图2-14所示，两端分别与相应的舵机相连，除了与大臂相连的一端，另一端与腕部相连。
图2-6-6 小臂主视图图2-6-7 小臂俯视图2)小臂的弯曲强度校核小臂的受力分析图及弯矩图如下：图2-6-8 小臂受力分析及弯矩图小臂的体积估算为v=4×2×20+π×22×2.8=195cm³小臂的质量估算为m=ρv=2.8×195=546gσmax=M X/W X=2G1·L/(b·h2/6)+ G2·L/(b·h2/6)=2×0.3×9.8×10/(4×22/6)+ 0.546×9.8×10/(4×22/6)=42.12MPa﹤[σ]∴小臂的设计符合弯曲强度要求。
2.7腕部的设计图2-7-1 腕部结构图腕部的主要作用是利用舵机控制手爪的工作，并有自己的工作范围。
主要结构图如图2-7-1。
图2-7-2 腕部主视图图2-7-3 腕部左视图图2-7-4 腕部俯视图2.8其他零件设计与选择（1）底座用吸盘的选择：D≥（9800MS/πnp）吸盘内的真空度约为-67.15kpaD：需要的吸盘直径（mm) 图2.8.1 吸盘结构图M：工件重量（KG）S：安全系数（水平起吊S=4，垂直起吊S=8）n：吸盘的个数P：真空压力（-Kpa)考虑到吸附工件的可吸附尺寸（面），所选的吸盘直径应设定为大于根据目录所得出的所需吸盘直径（D）。
因为吸盘在吸附工件时会产生变形，所以吸盘的外径大小要增大10%左右。
求出的吸盘直径如果超出目录上的数值时，按2个以上计算。