码垛机器人设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 14951605 或 1304139763 摘  要  码垛机器人是机械与计算机程序有机结合的产物。为现代生产提供了更高的生产效率。随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，使得机器人在码垛、涂胶、点焊、弧焊、喷涂、搬运、测量等行业有着相当广泛的应用。  本文首先对码垛机器人作了简单的概述；接着，分析了码垛机器人的工作原理及设计准则；然后，对码垛机器人的手部、腕部、臂部及控制系统进行了设计与校核；最后，采用  通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握 了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用 件，本次 码垛机器人设计 代表了设计的一般过程 , 对今后的 机器人 设计工作有一定的参考价值。  关键词： 码垛 ； 机器人 ； 设计  需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 14951605 或 1304139763 is a of a of of a of in of it of of AD to of of of of of be to of 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 14951605 或 1304139763 目  录  摘  要 . I .  1章  绪  论 . 1 . 1 题研究背景和意义 . 1 内外研究现况 . 2 第 2章  总体设计 . 4 业机械手的组成 . 4 行机构 . 4 动机构 . 4 制系统 . 5 . 5 第 3章  结构的设计 . 7 . 7 . 7 . 7 腕 . 9 腕的自由度 . 9 腕的驱动力矩的计算 . 9 . 11 . 13 . 13 . 14 . 15 第 4章  控制系统设计 . 16 . 16 断处理电路 . 17 279键盘、显示 . 17 . 18 总  结 . 22 致   谢 . 23 参考文献 . 24 需要购买对应 咨询 14951605 1  第 1 章  绪  论  介  随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，使得机器人在码垛、涂胶、点焊、弧焊、喷涂、搬运、测量等行业有着相当广泛的应用。  有很多个原因，包括包装的种类、工厂环境和客户需求等将码垛变成包装工厂里一块难啃的骨头。为了克服这些困难，码垛设备的各个方面都在发展改进，包括从机械手到操纵它的软件。市场上对灵活性的需求不断增长，这一个趋势已经影响 到了包装的多个方面，生产线的后段也不例外。零售客户，尤其是那些具有影响力的如沃尔玛一样的大型超市，经常需要定制一些随机货盘，但是他们不得不定制每一个货盘，而货盘的形式只是偶尔会有重复。而且这类随机的货盘的高效生产是比较困难的。  题研究背景和意义  随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，现代物流作为现代经济的重要组成部分和工业化进程中最为经济合理的综合服务模式，正在全国范围内得以迅速发展。自动化立体仓库作为现代物流系统的重要组成部分，是一种多层存需要购买对应 咨询 14951605 2  放货物的高架仓库系统，它是在不直接进行人工干预的情 况下自动地存储和取出物流的系统。  码垛机械手是完成自动化立体仓库中最重要的设备之一，是货物堆放到立体仓库的前端设备，它能够把单一的物料码放到一起，便于运输，提高了生产效率。它将已装入容器的纸箱，装入大袋的化工产品、水泥、粮食等按一定排列码放在木质（或塑料）托盘上，进行自动堆码，可堆码多层，然后推出，便于叉车运至仓库储存。可大大地减少劳动人员和降低劳动强度，是现代工业社会发展的高科技产物，对提高生产率、降低成本有着重要意义。  内外研究现况  最早将工业机器人技术用于物体的码放和搬运是日本和瑞典。 20世 纪 70年代末日本第一次将机器人技术用于码垛作业。 1974年，瑞典 要应用于工件的取放和物料的搬运。除此之外，德国、意大利、韩国等国家工业机器人的研发水平也相当高。随着计算机技术、工业机器人技术以及人工智能控制等技术的发展和日趋成熟，日本、德国、美国、瑞典、意大利、韩国等国家在包装码垛机器人的研究上做了大量工作，相应推出了自己的码垛机器人，如日本的  及 列，德国的 典的  德国、瑞典以及日本等国家的码 垛机器人一般为 46轴机器人，主要由固定底座、连杆、连杆臂、臂部、腕部以及末端执行器组成。机器人主体多采用优质轻巧的铸铝材料制造和连杆式关节型的机构形式，均利用  限元技术进行结构优化设计，具有较高的机械性能和抗震能力；驱动系统均采用模块式数字化 V 减速器，取消了腕部关节驱动电机和平衡块，大大需要购买对应 咨询 14951605 3  优化了整机结构 ;针对不同类型的产品和包装件，还设计了真空吸持、夹持、义式等多种形式的智能末端执行器。这些先进码垛机器人最显著的技术特点就是采用了基于 机器人能够高速、精准 、稳定可靠地运行。如瑞典 对机器人的运动和载荷情况进行监控 。 日本 410真和操作 ;持器、箱 /袋以及外围设备的碰撞损坏 ;基于网络的软件工具用于远程联机、诊断和生产监控 ;还专门配备了机器视觉引导系统，用于引导机器人完成拆垛和检查工作。  我国的工业机器人从上世纪 80 年代 “七五 ”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过 “七五 ”、 “八五 ”科技攻关，目前已基本掌握了机器人的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人，其中有 130多台套喷漆机器人在 20余家企业的近 30条自动喷漆生产线站上获得规模应用，弧焊机器人也已应用在汽车制造厂的焊装线上。  但总体来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外相比还有一定的差距，如可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域狭窄，生产线系统技术与 国外相比仍有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约 200多台，仅占全球已安装台数的万分之四。形成以上现象的主要原因是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是迎合客户的要求，即 “一个客户，一次重新设计 ”，品种规格多，批量小，零部件通用化程度低，供货周期长，成本高，而且质量和可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，需要购买对应 咨询 14951605 4  对产品进行全面规划，完善系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。  第 2 章  总体设计  业机械手的组成  工业机械手是由执行机构、驱动系统和控制系统所组成的，各  图 械手的组成  行机构  （ 1） 手部   即直接与工件接触的部分，一般是回转型或平移型 (为回转型，因其结构简单）。也可用负压式或真空式的空气吸盘（它主要用于吸取冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。  传力机构型式较多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。  （ 2） 腕部   是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓物体的方位（即姿态）。它可以有上下摆动，左右摆动和绕自身轴线的回转三个运动。  （ 3） 臂部   手臂是支承 被抓物、手部、腕部的重要部件。  动机构  有气动、液动、电动和机械式四种形式。气动式速度快，结构简单，成需要购买对应 咨询 14951605 5  本低。采用点位控制或机械挡块定位时，有较高的重复定位精度，但臂力一般在300N 以下。液动式的出力大，臂力可达  1000N 以上，且可用电液伺服机构，可实现连续控制，使工业机械手的用途和通用性更广，定位精度一般在  1围内。目前常用的是气动和液动驱动方式。电动式用于小型，机械式只用于动作简单的场合。  制系统  有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位程序控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机数字控制，采用凸轮、磁带磁盘、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特征。  案及 参数的 选择  （ 1） 手部负重： 10 2） 自由度数： 4个，沿    （ 3） 坐标型式：圆柱坐标，其圆柱坐标型式的运动简图如图所示（见图 1）  （ 4） 最大工作半径： 1800小工作半径 1350 5） 手臂最高中心位置： 10121387图 2） ， 最小行程： 1237要购买对应 咨询 14951605 6  （ 6）手臂运动 参数：  伸缩行程（ X）： 450            伸缩速度： 250mm/s 升降行程（ Z）： 150       升降速度： 60mm/s 回转范围（ ）： 0180度        回转速度： 70/s （ 7）手腕运动参数：  回转范围（ ）： 0180            回转速度： 90/s （ 8）手臂握力：由 N=50要购买对应 咨询 14951605 7  第 3 章  结构的设计  部  指的形状和分类  夹持式是最常见的一种，其中常用的有两指式、多指式和双手双指式 。 移动型应用较少，其结构比较复杂庞大，当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置，能适应不同直径的工件。  部夹紧的设计  1、手部驱动力计算  本课题电动机械手的手部结构如图 3 需要购买对应 咨询 14951605 8  图 3其工件重量 G=10公斤，  1202 ， 41 2 0 ,摩擦系 数为 10.0f  (1)根据手部结构的传动示意图，其驱动力为 : N(2)根据手指夹持工件的方位 ，可得握力计算公式 : )( )(25)42560( 所以 ：   N )(245 N(3)实际驱动力 : 21实际因为传力机构为齿轮齿条传动，故取  ，并取 K 。若被抓取工需要购买对应 咨询 14951605 9  件的最大加速度取 时，则 : 412 所以 )(p 实际所以夹持工件时所需夹紧的驱动力为   腕  腕的自由度  由于本机械手抓取的工件是水平放置，同时考虑到通用性，因此给手腕设一绕 可满足工作的要求目前实现手腕回转运动的机构 ，因此我们选用。它的结构紧凑，但回转角度小于 360 ，并且要求严格的密封。  腕的驱动力矩的计算  图 2 图 2手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算 : 封摩偏惯驱   需要购买对应 咨询 14951605 10  式中 : 驱M -  驱动手腕转动的驱动力矩 ( ); 惯M -  惯性力矩 ( ); 偏M -  参与转动的零部件的重量 (包括工件、手部、手腕回转的动片 )对转动轴线所产生的偏重力矩 ( ). 封M -  手腕回转的动片与定片、径、端盖等处密封装置的摩擦阻力  矩 ( ); 下面以图 2析各阻力矩的计算 : 手腕加速运动时所产生的惯性力矩 若手腕起动过程按等加速运动，手腕 转动时的角速度为 ，起动过程所用的时间为 t ，则 : ).(1 ）（惯   式中 :J - 参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量 ).( 2 1J - 工件对手腕转动轴线的转动惯量 ).( 2  若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量 1J 为 : c 11 21  工件对过重心轴线的转动惯量 ).( 2 1G - 工件的重量 (N); 1件的重心到转动轴线的偏心距 ( - 手腕转动时的角速度 (弧度 /s); t - 起动过程所需的时间 (s); 起动过程所转过的角度 (弧度 )。  （ 2） 手腕转动件和工件的偏重对转动轴线 所产生的偏重力矩 需要购买对应 咨询 14951605 11  偏M 11+ 33( ) 式中 : 3G - 手腕转动件的重量 (N); 3e - 手腕转动件的重心到转动轴线的偏心距 (当工件的重心与手腕转动轴线重合时，则 11 . （ 3） 手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩 封M   封M )(2 12 A ( ) 式中 : 1d  ， 2d - 转动轴的轴颈直径 ( f - 摩擦系数，对于滚动轴承 01.0f ，对于滑动轴承 1.0f ;   处的支承反力 (N)，可按手腕转动轴的受力分析求解，  根据 0 ）（  ,得 : 33 22   l 32211  同理，根据 (F) 0 ,得 : l  )()()( 332211 式中 : 2G - 的重量 (N) 321 , 如图 4 腕回转 的尺寸及其校核  （ 1） 尺寸设计  长度设计为 00 , 内径为 1D =96半径 8 , 轴径62 2D =26径 3 ,运行角速度 = s/90 ，加速度时间t =  压强 , 需要购买对应 咨询 14951605 12  则力矩：  2 )(22  ).( 2   226  （ 2） 尺寸校核  （ a） 测定参与手腕转动的部件的质量 01 ,分析部件的质量分布情况，  质量密度等效分布在一个半径 0 的圆盘上，那么转动惯量：  221    （   工件的质量为 5质量分布于长 00 的棒料上，那么转动惯量：  ).(0 0 4 c假如工件中心与转动轴线不重合，对于长 00 的棒料来说，最大偏心距  01 ，其转动惯量为 : ).(01 c惯M   )( 1  需要购买对应 咨询 14951605 13  ).(  （ b）手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩为 虑手腕转动件重心  与转动轴线重合， 01 e ，夹持工件一端时工件重心偏离转动轴线 03 ,则：  偏M 11+ 33  ).(  （ c）手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻 力矩为 摩M ，对于滚动轴承 01.0f ，对于滑动轴承 f =1d  ， 2d 为手腕转动轴的轴颈直径， 01 , 02 ,  轴颈处的支承反力，粗略估计 00 , 50 , 摩M )(2 12 A   ) ).(05.0 臂  部设计的基本要求  臂部应承载能力大 、刚度好、自重轻  理选择截面形状和轮廓尺寸 ;    需要购买对应 咨询 14951605 14   （ 2）臂部运动速度要高，惯性要小  机械手手部的运动速度是机械手的主要参数之一，它反映机械手的生产水平。对于高速度运动的机械手，其最大移动速度设计在 1000s,最大回转角速度设计在 180/s 内，大部分平均移动速度为 1000mm/s，平均回转角速度在90/s。在速度和回转角速度一定的情况下，减小自身重量是减小惯性 的最有效，最直接的办法，因此，机械手臂部要尽可能的轻。减少惯量具体有 4个途径：  用铝合金材料。   ，再安排机械手动作顺序时，先缩后回转（或先回转后伸缩），尽可能在较小的前伸位置下进行回转动作。   （ 3）手臂动作应该灵活  为减少手臂运动之间的摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。对于悬臂式的机械手，其传动件、导向件和定位件布置合理，使手臂运动尽可能平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生机构卡 死（自锁现象）。  寸设计  长度设计为 20 ,内径为 101 ,半径 R=105径 02 半径 0 ,运行角速度 = s/90 ，加速度时间 t 强 , 则力矩：2 )(22  需要购买对应 咨询 14951605 15  ).(2552)26  寸校核  （ 1）测定参与手臂转动的部件的质量 201 ,分析部件的质量分布情况，  质量密度等效分布在一个半径 00 的圆盘上，那么转动惯量：  221  2   （   (  考虑轴承，油封之间的摩擦力，设定一摩擦系数 2.0k , 惯摩   ）（ 总驱动力矩：  摩惯驱   ）（        设计尺寸满足使用要求。  需要购买对应 咨询 14951605 16  第 4 章  控制系统设计  微型计算机种类很多，一般均由以下三部分组成 ：  A. 中央处理器 称微处理器  B. 内存储器，即主记忆装置   C. 输入输出装置 I/O，或称接口 装置，联系这些装置的为三条总线，即数据总线 址总线 B。  不同型号的微型计算机主要是中央处理器 内容的功能不同，因而有不同的指令系统和汇编语言。由于外部设备之不同以及是否用于实时控制，其 I/ 存储量大小直接影响计算机的应用范围。但一般微型计算机都可以在原有存储量的基础上加以扩充。  本机器人的控制系统的组织结构如图 4由主 I/制面板、示教盒、伺服板、和稳压电源板等组成。  伺服板  图 4存储器  控制板  I/O 端口  及  电平转换电路  伺服控制电路  机器人  8031 助运算回路  串行  通讯  电路  串行中断电路  脉冲分配电路  读位置电路  需要购买对应 咨询 14951605 17  031微处理器地址译码器内存  数据存储器采用 6264（ 8K8），一共采用 3块 6264，故 4K，除了作为 系统参数工作区，标志单元外，主要用作用户程序存储区，为了保存 旦断电，保证 的用户程序不会丢失，故采用电池利用 体内容在后详讲，这里不再叙述。  断处理电路  本控制系统中采用 8259 中断控制器来实现系统多重中断的优先排队和中断申请处理。 8259具有多中工作方式，可通过编程设定或变更它的工作方式。 8259A 能自动提供中断入口地址，而使 问相应的中断处理程序。中断入口地址可由用户设定，入口地址可以选定在任何存储单元。  中断应答时序如图所示：  B 279 键盘、显示  8279 芯片是一种通用的可编程序的键盘、显示接口器件，单个芯片就能完成键盘输入和 示控制两种功能，键盘部分提供的扫描方式，可以和具有64个按键成传感器的阵列相连，能自动消除开关抖动以及 示部分按扫描方式工作，可以显示 8或 16位  8279电路工作原理如下：（ 1） 控制及数据缓冲器，数据缓冲器 是双向缓冲器，连接内、外总线，用于传送 279 之间的命令或数据。 I/O 控制线需要购买对应 咨询 14951605 18  是 279进行控制的引线。 279的片选信号，当 时， 8279才被允许读出或写入信息。 来自 读、写控制信号。 于区别信息特性： 时，表示数据缓冲器输入为指令，输出为状态字， 时，输入、输出皆为数据。（ 2）控制与定时寄存器及定时控制，控制与定时器用来寄存键盘及显示的工作方式，以及由 程的其它操作方式。这些寄存器一旦接收并锁存送来的命令就通过译码产生相应的信号，从而完成 相应的控制功能。定时控制包含基本订数键。首级计数器是一个可编程的 31之间由软件编程，以便从外界时钟 00后再经过分频，为键盘扫描提供适当的逐行扫描频率和显示时间。（ 3） 编程码方式工作时，计数器做二进制计数。 4位计数状态从扫描线 出，经外部译码器译码后，为键盘和显示器提供扫描线；按译码器工作方式时，扫描计数器的最后二位被译码后，从 此， 供了 4 中取 1 的扫描译码。（ 4） 缓冲器：键盘去抖及控制来自 根回复线的回复信号，由回复缓冲器缓冲并锁存。在键盘工作方式中，回复线作为行列式键盘的行列输入线。在逐行扫描时，回复线用来搜寻每一行列中闭合的键。当某一键闭合时，去抖电路被置位，延时等待 100检验该键是否闭合，并将该键的地址和附加的位移、控制状态一起形成键盘数据被送入 8279内部 进先出）存储器。  程  设 8259断入口地址间隔为 4个字节， 入口地址为 0260 8259                   8031止中断  需要购买对应 咨询 14951605 19  ， #00H           送 ， ）  A   ， #76H（ 0111011013），设            A             令字送入 8259A  ， #01H ，   送 ， 0=0）  A， #02H ，       中断入口的高 8字节地址为 02H A ，     送 259A   ，         8031  ，         8031选择           8031允许 8259 程序清单如下：      0003H  ，  保护现场       A     #00H A ,  取 弃     A  取中断服务程序入口地  址低 8位          #01H  A ,   ,  A  取中断服务程序入口地  址高 8位    A 需要购买对应 咨询 14951605 20    A+ 转向 8259A 、 服务子程序                      ，模拟中断返回  8259时 10计算 10需的定时器初值，采用定时器方式 1，即 16位计数器方式，计数器的始终频率为 6=M定时值 /T             T=12/晶振频率 =12/6106    =2216  （ 1010    /210   ）  = 65536 15000 =50536 =1110110001111000B 则 8H 子程序清单：    ， #01H    定时器方式 1     ， #  定时器高 8位初值  需要购买对应 咨询 14951605 21      ， #78H     定时器低 8位初值                  开中断                 定时器允许中断                 启动计数器      要购买对应 咨询 14951605 22  总  结  这次毕业设计几乎用到了我们大学所学的所有 专业课程，可以说是我们大学所学专业知识的一次综合考察和评定 我们对