多自由度直角坐標型碼垛機器人本體結構設計答辯稿

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多自由度直角坐標型碼垛機器人本體結構設計 工作內容和要求 本畢業(yè)設計要求掌握機器人或工業(yè)機械手的結構及工作原理 實現(xiàn)機械手的三個方向的移動和一個方向的回轉 完成一個四自由度的直角坐標型碼垛機器人設計 要求所設計機器人能抓取一定質量的工件 完成抓取 搬運 碼放功能 并且具有較高的運動平穩(wěn)性和重復精度 主要內容是設計一具有四個自由度的直角坐標碼垛機器人 4根運動軸對應直角坐標系中的X軸 Y軸和Z軸 以及Z軸上帶有的一個旋轉軸 能夠實現(xiàn)自動裝載和卸載功能 我所做的工作 1 了解掌握機器人或工業(yè)機械手的結構及工作原理 通過方案對比確定最終適合的方案 2 對各部件的計算和選型 和對某些重要構件部件的強度校核 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 1 單箱重量 15KG 一次搬運兩箱 一次總搬運重量 30KG 2 托盤尺寸1600 1600 碼垛完了托盤上紙箱最高處到地面 1700mm 3 行程 X方向2200mm Y方向1700mm Z方向1700mm 水平旋轉 90o 4 最快碼垛速度可達到1000mm s 平均速度為500mm s 碼垛精度為1mm 5 碼放方式的要求是在托盤尺寸內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 設計方案初步有兩種方案 一種是懸臂式的碼垛機器人 第二種是龍門式的碼垛機器人 懸臂式碼垛機器人龍門式碼垛機器人 方案選擇 因為在所需工作空間比較大的情況下 龍門式的碼垛機器人機構比較穩(wěn)定 機器人在工作的時候不容易產生晃動 所以選擇第二種龍門式碼垛機器人 機構設計 1 機械抓手設計2 z旋轉軸設計3 z軸設計4 x和y軸的設計 1 機械抓手設計 1 因為碼垛機器人要求要準確的把物品放到指定的位置 要求物品能夠緊密放置 所以機械抓手設計成一邊是固定的夾板 一邊是活動的夾板 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 機械抓手示意圖 2 x旋轉軸 3 z軸設計 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生齒輪的多邊形效應 所以比較后采取方案一絲桿螺母形式傳動 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 會導致做很多無用功從而使碼垛機器人的效率降低 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軸設計 x和y軸也是通過絲桿螺母傳動 驅動元件也是步進電機 和x y工作臺有點相似 但x軸采用龍門機構 需要錐齒輪連接傳動 x軸的簡圖如下 1 電動機 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果 機械抓手的氣缸型號為 10A 5LA50B50型氣缸x y z軸和z旋轉軸的步進電動機型號都為 130BYG2502型步進電機x y軸直線滾動導軌副都為 KL系列的JSA LG35型線滾動導軌副x 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 調質 謝謝大家