工业机器人设计.docx

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工业机器人设计

“工业机器人”设计大作业

作品题目：

货物装卸机器人

专业：

机械设计制造及其自动化

姓名：

班级：

学号：

姓名：

班级：

学号：

姓名：

班级：

学号：

指导教师：

陈明

1前言

货物装卸作业是指用一种设施握持工件，是指从一个加工地点移到另一个加工地点。

货物装卸机器人可安装不一样的尾端履行器以达成各样不一样形状和状态的工件货物装卸工作，大大减少了人类沉重的体力劳动。

当前生界上使用的货物装卸机器人愈10万台，被宽泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装置流水线、码垛货物装卸、集装箱等的自动货物装卸。

部散发达国家已拟订出人工货物装卸的最大限度，超出限度的一定由货物装卸机器人来达成。

装卸货物装卸是物流的功能因素之一，在物流系统中发生的频次很高

2设计方案论证

本课题经过对货物装卸机器人工作对象及工作场所的剖析研究，深入认识其工作是怎样进行，各部分零零件应当怎样运转以及怎样密切配合，先确立其整体构造再对主要零零件进行设计计算确立其尺寸大小以及确立电机型号。

基本思想

（1）设计要考虑要乞降工作环境的限制。

（2）考虑到货物装卸货物时所需要精准度不是很高，为了简化构造，境地成本，采纳角铁焊接构造。

（3）为了知足设计要求，须设计三个独立的电机驱动系统，各部分之间经过计算机控制、协调工作。

（4）本次设计不过该题目的机械部分，而对应控制零件的考虑较少。

3库房货物装卸机器人的设计计算

货物装载伸缩装置的设计

确立传动方案

我们所学的传动方式有以下几种：

带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动和钢丝绳传动等，一般地说，啮合传动传达功率的能力高于摩擦传动；蜗轮传动工作的发热状况较为严重，因此传动的功率不宜过大；摩擦轮传动因为一定有足够的压紧力，故而在传达同一圆周力时，其压轴力比齿轮传动的大几倍，因此不宜用于大功率传动。

带传

动拥有构造简单，传动安稳，价钱便宜缓和冲吸振特色。

但是简单磨损废弛，易出现打滑现象；链传动只好实现平行轴间同向传动并且运动时不可以保持恒定刹时传动比；齿轮传动效率高，构造紧凑，工作靠谱，寿命长，传动比稳固但是齿轮传动制造及安装精度要求高价钱较贵并且不宜用于传动距离过大场合。

此次设计因为机器人用于货物装卸，其货物装卸高度为500mm-2500mm，并且货物架需

要灵巧且运动安稳速度不宜过大，综合考虑以上因素本次设计采纳蜗轮蜗杆减速器和钢丝绳

传动。

钢丝绳传动是利用摩擦力来传动的，而钢丝绳自己截面为圆型，且钢丝绳自己直径

很小，所以致使其摩擦面积很小，这样很不利于摩擦传动。

上图中标号1的零件为传动

用钢丝绳磙子，为了战胜钢丝绳的摩擦面积小的弊端，将该部分设计成将钢丝绳在磙子上环绕几圈，以次来增添钢丝绳与磙子之间的接触面积，进而增添了摩擦力，增添了摩擦传动效率。

选择电动机的种类与构造

电动机在工业生产中实现生产机械的启动、停止以及速度调理，达成各样生产工艺

过程的要求，保证生产过程的正常运转。

电动机的型号有多种，主要有以下几种：

直流

电动机、沟通电动机（三相异步电动机、单相异步电动机、同步电动机）、伺服电动机

等。

沟通电动机与直流电动机对比拥有构造简单、制造简单、保护方便、运转靠谱，价钱廉价，拥有较好的稳态和动向特征，所以，它是工业中使用得最为宽泛的一种电动机。

因为此次设计的机器人是应用于库房货物装卸业，并且货物装卸货物最大重量为40㎏，故

而需要一个能够供给足够大动力的电机来供给动力，所以应采纳冶金及起重用三相异步电动

机。

选择电动机的功率（容量）

依照所选择的电动机额定功率应大于工作机所需的电动机功率

因为考虑到动力设施不可以与所货物装卸货物干预，所以动力设施应尽可能的占用较少面积。

所以采纳电动机和蜗轮蜗杆整合在一同的动力设施，以此来减少所占

用的空间。

所以查表可选Y系列三相异步电动机：

德国动力设施GKS05-3MV071-32。

该设施将蜗轮蜗杆减速器和制动设施整合在一同。

有效的控制了动力设施所占用的空间。

钢丝绳的采纳

依据伸缩装置与导轨的摩擦力以及钢丝绳作用种类为牵引及传动，所以选择钢

丝绳种类为点接触钢丝绳，查表可选钢丝绳牌号为6*19。

依据伸缩装置构造布局，查表选择钢丝绳直径为3mm。

钢丝绳磙子的设计

依据伸缩装置的构造及功能需求，可知需要2种钢丝绳磙子。

一种为传动作用，

一种为导向作用。

因为传动用钢丝绳磙子上受钢丝绳的径向载荷，所以设计其直径

为16mm，资料采纳45号钢。

其与磙子支架之间以滑动轴承连结。

因为导向用钢丝

绳磙子不与钢丝绳有载荷，所以设计其直径为8mm，资料采纳

45

号钢。

其与磙子

支架之间以滑动轴承连结。

上图为货物装载伸缩装置的侧视图，此中：

（1）电机减速器

（2）钢丝绳（3）货物伸缩托架（4）链板及整体托架（5）

磙子链条

底盘系统的设计

确立传动方案

我们所学的传动方式有以下几种：

带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动和钢丝绳传动等，一般地说，啮合传动传达功率的能力高于摩擦传动；蜗轮传动工作的发热状况较为严重，因此传动的功率不宜过大；摩擦轮传动因为一定有足够的压紧力，故而在传达同一圆周力时，其压轴力比齿轮传动的大几倍，因此不宜用于大功率传动。

带传动简单磨损废弛易出现打滑现象；齿轮传动制造及安装精度要求高价钱较贵并且不宜用于传动距离过大场合；链传动与摩擦型带传动对比，链传动

无弹性滑动和整体打滑现象，因此能保持正确的均匀传动比，传动效率高；又因为链不需要像带那样张得很紧，故而作用于轴上的径向压力较小；链条采纳金属资料制造，在相同的使用条件下，链传动的整体尺寸较小，构造比较紧凑，多用于低速重载。

综合考虑以上因素本次设计采纳蜗杆减速和链传动。

选择电动机的种类与构造

电动机在工业生产中实现生产机械的启动、停止以及速度调理，达成各样生产

工艺过程的要求，保证生产过程的正常运转。

电动机的型号有多种主要有以下几种：

直流电动机、沟通电动机（三相异步电动机、单相异步电动机、同步电动机）、伺服电动机等。

沟通电动机与直流电动机对比拥有构造简单、制造简单、保护方便、运

行靠谱，价钱廉价，拥有较好的稳态和动向特征，所以，它是工业中使用得最为宽泛的一种电动机。

因为此次设计的机器人是应用于库房货物装卸业并且货物装卸货物最大重量为40㎏，故而需要一个能够供给足够大动力的电机来供给动力，所以综上所述采纳冶金及起重用三相异步电动机。

选择电动机的功率（容量）

依照所选择的电动机额定功率应大于工作机所需的电动机功率

即：

6）计算中心距

（4）联轴器的选择

联轴器是机械传动中的一种常用轴系零件，它的基本功用是联接两轴，并传达

动力和转矩。

联轴器联接的两轴，只有在其泊车后并经过拆卸才能被相互分开。

在机械中应用联轴器，能够方便地将构成机器的各个部分连结起来，有益于机器的设计、制造、运输和维修。

联轴器的种类好多，往常依据相对位移有无赔偿能力区分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类

刚性联轴器对相对位移无赔偿能力，且所有由刚性零件构成，也没有缓冲减震能力，故合用于被联接的两轴严格对中，在和安稳的场合。

挠性联轴器因拥有挠性，对相对位移拥有赔偿能力。

他按能否拥有弹性元件又分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的脑性联轴器两种。

有弹性元件的挠性联轴器，能够依赖弹性元件的变形与蓄能性来缓冲、减振、改良传动系统的工作性能。

采纳GB/T5843—1986YL型凸缘联轴器。

（5）转动轴承的选择

选择轴承时，第一一定认识和掌握所需装备轴承的机械设施性能，再依据各种

轴承的技术特征和详细工作条件等要求进行轴承种类的选择，最后应当知足设施的使用要求。

详细选择时能够参照以下几个方面：

1）轴承的载荷

轴承所蒙受载荷的大小、方向、和性质是选择轴承种类的主要依照。

一般棍子轴承的承载能力大于求轴承，并且蒙受冲击载荷的能力强，所以载荷较大的工作场

合，优先采纳棍子轴承。

轴承蒙受纯径向载荷时，能够采纳深沟球轴承，圆柱滚子轴承或许滚针轴承；所蒙受纯轴向载荷，可采纳推力轴承；当径向载荷和轴向载荷结合作用时，一般采纳角接触球轴承和圆锥滚子轴承；若径向载荷很大，而轴向载荷很小时，也能够采纳深沟球轴承，若轴向载荷很大，径向载荷较小时，可用推力调心滚子轴承，也可用圆柱滚子轴承或许深沟球轴承和推力轴承结合使用。

2）支撑限位要求：

能够蒙受双向轴向载荷的轴承，能够作固定支撑用。

只蒙受单向轴向载荷的轴承能够作单向限位支撑。

游动支撑轴向不限位，可使轴在支撑上自由伸缩游动，此时可用内，外圈不行分的向心轴承在坐孔内游动，也能够用内，外圈可用的圆柱滚子轴承，其内，外圈相对游动。

3）轴承的调心性能

当轴的中心线与轴承座中心线因为加工、安装等偏差的影响而不重合时，或因受力后使轴向曲折而挠度较大时，会造成轴承的内外圈轴线发生偏斜，这时应当采纳调心性能好的调心球轴承或许调心滚子轴承，使轴的偏转角控制在需用值之内，不然会降低轴承寿命。

4）轴承的安装和拆卸

方便地装拆轴承，也是采纳轴承种类时应当考虑的因素之一。

当轴承座保护是

剖分式而一定沿轴向安装和拆卸轴承时，应优先采纳内外圈可分别的轴承。

上面所设计的底盘钢架构造由资料力学知识计算能够知足设计要求且拥有成本低的特色。

此底盘的扩展空间较大，可适合于各样方向的货架，并且拥有较高的承载能力。

能够知足提高各样货物的需求。

起落装置的设计

确立传动方案

我们所学的传动方式有以下几种：

带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动和钢丝绳传动等，一般地说，啮合传动传达功率的能力高于摩擦传动；蜗轮传动工作的发热状况较为严重，因此传动的功率不宜过大；摩擦轮传动因为一定有足够的压紧力，故而在传达同一圆周力时，其压轴力比齿轮传动的大几倍，因此不宜用于大功率传动。

带传动简单磨损废弛易出现打滑现象；齿轮传动制造及安装精度要求高价钱较贵并且不宜用于传动距离过大场合；链传动与摩擦型带传动对比，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因此能保持正确的均匀传动比，传动效率高；又因为链不需要像带那样张得很紧，故而作用于轴上的径向压力较小；链条采纳金属资料制造，在相同的使用条件下，链传动的整体尺寸较小，构造比较紧凑，多用于低速重载。

综合考虑以上因素本次设计采纳蜗轮蜗杆减速和链传动。

选择电动机种类与构造

电动机在工业生产中实现生产机械的启动、停止以及速度调理，达成各样生产

工艺过程的要求，保证生产过程的正常运转。

电动机的型号有多种主要有以下几种：

直流电动机、沟通电动机（三相异步电动机、单相异步电动机、同步电动机）、伺服电动机等。

沟通电动机与直流电动机对比拥有构造简单、制造简单、保护方便、运转靠谱，价钱廉价，拥有较好的稳态和动向特征，所以，它是工业中使用得最为宽泛的一种电动机。

因为此次设计的机器人是应用于库房货物装卸业并且货物装卸货物最大重量为㎏，故而需要一个能够供给足够大动力的电机来供给动力，所以综上所述采纳冶金及起重用三相异步电动机。

联轴器联接的两轴，只有在及其泊车后并经过拆卸才能被相互分开。

在机械中应用联轴器，能够方便地将构成机器的各个部分连结起来，有益于机器的设计、制造、运输和维修。

联轴器的种类好多，往常依据相对位移有无赔偿能力区分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。

刚性联轴器对相对位移无赔偿能力，且所有由刚性零件构成，也没有缓冲减震能力，故合用于被联接的两轴严格对中，在和安稳的场合。

挠性联轴器因拥有挠性，对相对位移拥有赔偿能力。

重心与整机性能的关系

货物装卸机器人的重心是机器人所受外力的协力的作用点。

质心的地点，与受力的状况有亲密的关系，直接影响轴荷分派、稳固性和平顺

性以及制动、驱动和坡道行驶时的前后轴质量的转移。

质心过高，则稳固性就不好，

转弯时简单发生侧倾。

在机器人使用时，要注意合理装载，降低质心高度。

较重的

货物应尽可能装在下部，而把较轻的货物装在上部。

重心的高低,直接影响机器稳

定性的利害。

此外,在整机运输中间,也是一个必不行少的技术参数。

所以在

JB2405-79标准中,把重心地点的测定列为整机性能试验的项目之一。

近来，在详细

设计中，在对机器人整体发动机功率和牵引性能计算时，就需要用到相关机器人的总重及重心所在地点。

机器人的自重及其地点关于一些旧有车型的改良设计来说，能够方便地获得，并且比较正确靠谱。

货物装卸机器人的运动过程

（1）计算机控制驱动装置，使库房货物装卸机器人在库房内固定轨迹上行进，车轮上装有传感器，随时将车体地点形成反应传到计算机中。

抵达所要求地点时，计算机发出指令控制底盘驱动装置中的电机停止转动，因所采纳的电机自己拥有制动功能，且减速器采纳了蜗轮蜗杆装置，所以拥有定位正确的特色。

（2）抵达指定货架前时，计算机接遇到传感器反应的信息，经办理，向起落装置中的电机发出指令，电机开始正转，货叉开始上涨，抵达所要求的地点后，计算机发出停止指令，货叉随即停止，因所要求的定位精度不高，同意有必定的偏差。

（3）当货叉达到指定高度时，计算机随即发出指令，控制伸缩机构电机转动，此

电机带有减速器和制动装置，当伸出所需长度后，电机停止转动，货物就被放到货叉上，当货叉完整伸出后，有延时，数秒钟后，电机反向转动，货物被移出货架。

（4）为防备货物位于整个库房货物装卸机器人车体上面而致使车体行走时所带来的不稳固因素，计算机应当再次发出控制指令，起落装置中电机获得指令，使货物降到适合地点。

（5）至此，货物被装好，计算机随即发出与开始相反的指令，控制底盘驱动装置，让库房货物装卸机器人按原路返回到出发点。