重型桶装成品搬运堆垛系统机构设计_免费下载

1、重型桶装成品搬运堆垛系统机构设计摘要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，工业机器 人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的 技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前， 工业机器人主要頂担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大 的工作。本课题主要对搬运机器人的机械部分展开讨论，对原有的机械结构提出了 新的改进方法，并把现在的新技术应用到木课题中，从而使得搬运机器人更加 适用于现在的工业工作环境。通过详细了解搬运机器人在工业上的应用现状， 提出了具体的搬运机器人设计要求，并根据搬运机器人各部分的设计原则，进 行了

2、系统总体方案设计以及包括：机器人的手部、腕部、臂部、腰部在内的机 械结构设计。此搬运机器人的驱动源來口液压系统，执行元件包括：柱塞式液 压缸、摆动液压缸、伸缩式液压缸等。通过液压缸的运动來实现搬运机器人的 各关节运动，进而实现搬运机器人的实际作业。heavy barrelled delivery stacking system designabstractin the modern large-scale manufacturing industry, enterprises to improve productivity, and, guarantee product quality, as

3、 an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. currently, industrial robot mainly tasked wi

4、th welding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of significant work.the subject of the main part of the handling of their machinery discussions, and on the original mechanical structure proposed for the new improved method, which makes the handling robot is more applicable to t

5、he present industrial working environment. through a detailed understanding of the robot in the industrial application, to propose specific handling robot design requirements, and according to the robot design principles of various parts, for the system as well as including: the robots hand, wrist,

6、arm, waist, the design of mechanical structures. the transfer robot driven by the source from the hydraulic system, and the implementation of components including: plunger hydraulic cylinders, hydraulic cylinders, swing, telescopic hydraulic cylinders, etc. through the hydraulic cylinder movements t

7、o implement the joint transport robot motion, and realize the operational handling robot.keywords： transfer robot； hydraulic system； mechanical design1绪论1.1工业机器人简介1绪论11.1工业机器人简介1631搜集资料错误！未定义书签。6.3.2计算 错误！未定义书签。6.3.3装配图及零件图的绘制错误！未定义书签。6.4设计感想错误！未定义书签。参考文献错误！未定义书签。致谢错误！未定义书签。毕业设计（论文）知识产权声明25毕业设计（论文）独

8、创性声明26图纸和说明书联系球球:二二九七八零六九二1绪论1.1工业机器人简介儿千年前人类就渴望制造一种像人一样的机器，以便将人类从繁重的劳动中 解脱出来。如古希腊神话阿鲁哥探险船中的青铜巨人泰洛斯(taloas),犹 太传说中的泥土巨人等等，这些美丽的神话时刻激励着人们一定要把美丽的神话 变为现实，早在两千年前就开始岀现了 口动木人和一些简单的机械偶人。到了近代，机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人问世之后，不同 功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到 农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。机器人的种类之多，应用之广，影响 之深，是我们始料未及的。工业机器

9、人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置 构成，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作业的 机电一体化口动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、 提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重 要的作用。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机 器特长的一种拟人的电了机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判 断能力，又有机器可长时间持续 工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从 某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生 产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少

10、的口动化设备。 传统的 工业机器人常用于搬运、喷漆、焊接和装配工作。工业现场的很多重体力劳 动必将由机器代替,这一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面可以大大 提高劳动生产率。搬运机器人是可以进行口动化搬运作业的工业机器人。最 早的搬运机器人出现在1960年的美国 vcrsaten和unimatc两种机器人 首次用于搬运作业。搬运作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位 置移到另一个加工位置。搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不 同形状和状态的工件搬运工作大大减轻了人类繁重的体力劳动。目而世界 上使用的搬运机器人逾10万台，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化 生产线、口动装配流水

11、线、码垛搬运、集装箱等的动搬运。部分发达国家 已制定出人工搬运的最大限度，超过限度的必须由搬运机器人来完成。搬运 机器人是近代自动控制领域出现的一项高新技术，涉及到了力学、机械学、 电器液压气压技术、动控制技术、传感器技术、单片机技术和计算机技术 等学科领域已成为现代机械制造生产体系中的一项重耍组成部分。它的优点 是可以通过编程完成各种预期的任务，在自身结构和性能上有了人和机器的 各门优势，尤其体现出了人工智能和适应性。应用搬运机器人进行工作 这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用搬 运机械人可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此 在自动化机床的 综合加工门动线上 目前几乎都有搬运机

12、械手以减少人力和更准确的控制生产 的节拍，便于有节奏的进行工作生产。可见有效的应用搬运机械手，是发展 机械工业的必然趋势机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强 度和实现工业生产口动化的一个重要手段，国内外都很重视它的应用和发展。搬 运机器人是典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作 为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未來生产和社会发展起 越來越重耍的作用。搬运机器人在实际的工作中就是一个机械手，机械手的发展 是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其 二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的

13、传送 和装卸；其三、它能操作必要的机貝进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的 劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和口动化的步伐。 i大i而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力來研究和应用。尤其是在高温、 高压、粉尘、噪咅以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几 年也有较快的发展，并且取得一定的效杲，受到机械工业的重视。机械手的结构 形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程 序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机 械手错误！未找到引用源。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较 强，所以它在

14、不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按 照工作耍求以操纵工件进行加工。机器人一般分为三类。第一类是不需要人工操 作的通用机器人，也即木文所研究的对象。它是一种独立的、不附属于某一主机 的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它是除具备普通 机械的物理性能z外，还貝备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人 工操作的，称为操作机(manipulator)。它起源于原了、军事工业，先是通过操 作机來完成特定的作业，后來发展到用无线电讯号操作机器人來进行探测月球 等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。

15、第三类是专业机器人，主要附属 于门动机床或门动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机器人在国 外通常被称之为“mechanical hand",它是为主机服务的，由主机驱动。除少数 外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。机器人按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机器人以其结构 紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障碍物 等这样一些特点，成为机器人中使用最多的一种结构形式，世界一些著名机器人 的本体部分都采用这种机构形式的机器人。要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、 臂、关节等部分组成的抓取和移动机构执行机构

16、；像肌肉那样使手臂运动的 驱动一传动系统；像大脑那样指挥于动作的控制系统。这些系统的性能就决定了 机器人的性能。一般而言，机器人通常就是由执行机构、驱动一传动系统和控制 系统这三部分组成。1.2世界机器人的发展工业机械手是近几十年发展起來的一种高科技动化生产设备。机器人的 分类方法有多种，按其应用可分为：工业机器人、军用机器人、农业机器人、服 务机器人、水卜机器人、空间机器人和娱乐机器人。搬运机械人的是工业机器人 的一个重耍分支。它的特点是可通过编程来完成齐种预期的作业任务，在构造和 性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的 准确性和各种环境中完成作业的能力，在国

17、民经济各领域有着广阔的发展而景。机器人首先是从美国开始研制的，1958年美国联合控制公司研制岀第一台 机器人。它的结构特点是机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机 构，控制系统是示教型的。日本是工业机器人发展最快、应用最多的国家。i 1969年从美国引进两种典型机器人后，大力从事机器人的研究。口前工业机器人大部分述属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式则 为开环式，没有识别能力；改进的方向主耍是降低成本和提高精度。第二代机器人正在加紧研制，它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、 触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装齐种传感器，把感觉到的信息进行反馈, 使机器人具有感觉机能。第三

18、代机器人则能独立地完成工作过程中的任务，它与电了计算机和电视设 备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统fms (flexible manufacturing system) 和柔性制造单元fmc (flexible manufacturing cell)中的重要一环。随着现代化科学技术的飞速发展和社会的进步，针对于上述各个领域的机器 人系统的应用和研究对系统木身也提出越来越多的耍求。制造业要求机器人系统 具有更大的柔性和更强大的编程环境，适应不同的应用场合和多品种、小批量的 生产过程。计算机集成制造(cim)耍求机器人系统能和车间中的其它口动化设 备集成在一起。研究人员为了提高机器人系统的性能

19、和智能水平，要求机器人系 统具有开放结构和集成各种外部传感器的能力。国外机器人领域发展近几年有如卜几个趋势：(1) 工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和 维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10. 3万美元降至97年 的6. 5万美元。(2) 机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速 机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机； 国外已有模块化装配机器人产品问市。(3) 工业机器人控制系统向基于pc机的开放型控制器方向发展，便于标准 化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，ii采用模块化结构；大大提高 了

20、系统的可靠性、易操作性和可维修性。(4) 机器人中的传感器作用日益重耍，除采用传统的位置、速度、加速度等 传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采 用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术來进行环境建模及决策控制； 多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。(5) 虚拟现实技术在机器人中的作用己从仿真、预演发展到用于过程控制， 如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉來操纵机器人。(6) 当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全门治系统，而是致力于操作 者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系 统，使智能机器人走出实

21、验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳” 机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。(7) 机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这 种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。1.3我国工业机器人的发展有人认为，应用机器人只是为了节省劳动力，而我国劳动力资源丰富，发展 机器人不一定符合我国国情。这是一种误解。在我国，社会主义制度的优越性决 定了机器人能够充分发挥其长处。它不仅能为我国的经济建设带來高度的生产力 和巨大的经济效益，而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域 的发展做出卓越的贡献。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻

22、关开始起步，在国家的支持下, 通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基木掌握了机器人操作机的设计制造技 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 套喷漆机器人在二十余家企业的近30条门动喷漆生产线(站)上获得规模应用， 弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技 术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，女口：可靠性低于国外产品；机 器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有弟距；在应用 规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安

23、装台数的万分z 四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的 要求，“一客户，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、成木也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化 前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极 推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持厂 也取得了不少成杲。 其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平, 还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机 种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上

24、开展了不少工作, 有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统 遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与 国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形 成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。国内搬运机械手的发展趋势主耍可以概括为以卜几点：(1) 搬运机械手性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维 修)，而单机价格不断卜降。(2) 机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速 机、检测系统三位一体化：由关节模块、连杆模块用重组方式构造搬运机械手整 机；

25、国外已有模块化装配搬运机械手产品问市。(3) 搬运机械手的控制系统向基于pc机的开放型控制器方向发展，便于标 准化、网络化;器件集成度提高，控制柜见小巧，且采用模块化结构:大大提高 了系统的可靠性、易操作性和可维修性。(4) 搬运机械手中的传感器作用日益重耍，除采用传统的位置、速度、加速 度等传感器外，搬运机械手还应用了视觉、力觉等传感器，(5) 虚拟现实技术在搬运机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控 制如使遥控机械手操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵搬运机械手。1.4本文研究内容1.4.1机械手的技术参数对象：直径300mm,高400mm的柱形桶装；抓重:100kg（夹持式手

26、部）；自由度数：3个（手抓张合、手臂上下、左右移动）；坐标形式：直角坐标；目而使用的机械手的臂力范围较大，国内现有的机械手的臂力最小为0.15n, 最大为8000no安全系数k 一般可在1.53。1.4.2工作范围机械手的工作范围根据工艺耍求和操作运动的轨迹来确定。一个操作运动的 轨迹是几个动作的合成，在确定的工作范围时，可将轨迹分解成单个的动作，由 单个动作的行程确定机械手的最大行程。本机械手的动作范围确定如f：手臂升降行程350mm手臂水平运动行程500mm1.4.3运动速度机械手各动作的最大行程确定之jh,可根据生产需耍的工作拍节分配每个动 作的时间，进而确定各动作的运动速度。搬运机械手

27、要完成整个搬运过程，需完 成夹紧工件、手臂升降、伸缩，平移等一系列的动作，这些动作都应该在工作拍 节规定的时间内完成，具体时间的分配取决于很多因素，根据各种因素反复考虑, 对分配的方案进行比较，才能确定。机械手的总动作时间应小于或等于工作拍节，如果两个动作同时进行，要按 时间长的计算，分配各动作时间应考虑以卜耍求：（1）给定的运动时间应大于液压元件的执行时间；（2）伸缩运动的速度要大于回转运动的速度，因为回转运动的惯性一般大 于伸缩运动的惯性。在满足工作拍节要求的条件下，应尽量选取较低的运动速度。 机械手的运动速度与臂力、行程、驱动方式、缓冲方式、定位方式都有很大关系, 应根据具体情况加以确定

28、。（3）在工作拍节短、动作多的情况下，常使几个动作同时进行。为此驱动 系统要采取相应的措施，以保证动作的同步。搬运机械手的各运动速度如f：手臂伸缩速度：恤伸=50mm/s ；手臂升降速度：曙升=50mm / s ；手臂水平运动速度：v水平=50nun i s手指夹紧油缸的运动速度：v夹=50mm/s1.4.4手臂的配置形式机械手的手臂配置形式基木上反映了它的总体布局。运动耍求、操作环境、 工作对象的不同，手臂的配置形式也不尽相同。本机械手采用悬挂式机械手。机 座上可以装上独立的控制装置，便于搬运与安放，机座底部也可以安装行走机构, 已扩大其活动范围，它分为手臂配置在机朋顶部与手臂配置在机朋立柱

29、上两种形 式，木机械手采用手臂配置在机座立柱上的形式。手臂配置在机座立柱上的机械 手多为圆柱坐标型，它有升降、伸缩运动，工作范围较大。2结构设计方案2.1总体的设计思路工业机器人的结构形式主要冇直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构， 关节型结构四种。具体到木设计，因为要求搬运的加工工件的质量达lookg、直 径为300mm高为400mm的圆桶，同吋考虑到数控机床布局的具体形式及对堆 垛机的具体要求，考虑在满足系统工艺要求的前提下，尽量简化结构，以减小成 木、提高可靠度。该机械手在工作屮需要3种运动，其中手臂的前后和升降运动 为两个直线运动，综合考虑，机械手自由度数目取为3,坐标形式选择-直角

30、坐标 形式，即一个手爪张合自由度和两个移动自由度，其特点是:结构比较简单。（1）根据系统的目标，明确所采用机器人的目的和任务；（2）分析机器人所在系统的工作环境；（3）根据机器人的工作要求，确定机器人的基本功能和方案。如机器人的 自由度、动作精度的耍求、所能抓取的垂量、容许的运动范围。（4）选择各部件（手部、臂部、基座）的具体结构，进行机器人总装图的 设计；2.2拟采用的方案2.2.1自由度和坐标系的选择机器人的运动i由度是指齐运动部件在三维空间相当于固定坐标系所具有 的独立运动数，对于一个构件来说，它冇几个运动坐标就称其冇几个自由度。各 运动部件自由度的总和为机器人的自由度数。机本次设计的搬运机器人为3自由 度即：手爪张合、臂部升降、臂部的伸缩。工业机器人的结构形式主要冇直角坐标结构、圆柱坐标结构、球坐标结构、 关节型结构四种。由于本机械手是对桶装成品进行搬运堆垛，它具有升降、伸