毕业设计（论文）-基于视觉分拣搬运机器人设计

MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r3\hSEQMTChap\r3\h题目：分拣搬运机器人设计子题：专业：指导教师：学生姓名：班级-学号：年月全套图纸加V信153893706或扣3346389411分拣搬运机器人设计Designofsortingandhandlingrobot完成日期20年月日学院：专业：学生姓名：班级学号：指导教师：评阅教师：年月-)所以：综上，可以计算出Z轴运动的滚珠丝杠所需要的驱动力矩为：取整为。4.2.2电机选择与校核为了方便整个分拣搬运机器人的控制布线方便，机器人所有的电机额定电压应该相同，参照加持手抓的电机选型，经过多款电机对比后选择无锡自控有限公司生产的67HS168-30A4-XG14-ZYC直流有刷组合电机，该电机集成了减速比为60的行星减速器，电压24VDC、电流6.7A、输出扭矩为30N.m，峰值扭矩为46N.m，额定转速120rpm。经过过载校核，该电机满足使用要求（与加持手抓的校核过程相同再次不在重复计算）。4.2.3滚珠丝杠及螺帽选型(一)、滚珠丝杠选型及设计滚珠丝杠的选型设计主要考虑传动的扭矩、导程、总的传动距离、传动精度、预压力以及润滑等条件，本文设计的小型物流分拣搬运机器人的移动结构对于精度要求不高，结合之前计算的滚珠丝杠传动的扭矩，综合队对比后选择上银科技股份有限公司的r20-10b1-fsw-1200型号的滚珠丝杠，其公称直径为40mm、导程为10mm（滚珠丝杠旋转一圈直线距离进给10mm），有效进给长度为1200mm。图4.3两侧固定滚珠丝杠选型后需要设计轴段的形式，首先应该确定其固定形式，然后在Solidworks中根据相关的元器件的使用要求进行连接件的设计即可。其固定形式即为其两侧轴承的安装，可以分为：两侧固定、一端固定另一端支撑、两侧支撑、一端固定另一端自由，分别如图4.3至图4.6所示。由于滚珠丝杠在运动的过程中发热，丝杠会膨胀变形，所以选择一端固定另一端自由的固定方式。由于承受很小的轴向力，所以可以选择深沟球轴承进行滚珠丝杠的支撑，经过结构设计和对比选型最终选择日本NSK的6905ZZ轴承作为固定端的两个轴承，其内径为d=25mm、外径为D=42mm、厚度为9mm；安装尺寸为：内轴肩da=27mm、外轴肩Da=40mm；基本额定静载荷Cr=7050N；基本额定动载荷Cr0=4550N。浮动端的轴承选择了带法兰的深沟球轴承FL6905ZZ，其基本参数与6905ZZ相同。图4.4一端固定另一端支撑图4.5两侧支撑图4.6一端固定另一端自由(二)、螺帽选型滚珠丝杠传动为螺旋传动，可以分为滑动螺旋传动和滚动螺旋传动，类似与滑动轴承与滚动轴承，为了提高整体的传动效率，本文选择滚动螺旋传动，既在螺母的螺纹滚道内部安装了滚动体，在螺杆与螺母性对运动时形成了滚动摩擦，从而提高传动效率。确定了传动形式以后，根据与滚珠丝杠尺寸匹配、螺帽带法兰以便与传动结构连接、经济性能等综合对比后，选择台湾上银科技股份有限公司的40-10T3。4.2.4滚动直线副为了保证滚珠丝杠传动的精度以及保证传动的强度和刚度，常用的两种方式为滚珠丝杠搭配直线副，常见的有：滚动直线导轨副：滚动体与圆弧沟槽相接触，与点接触相比承载能力大，刚性好，摩擦因数小，可以承受上下左右四个方向的载荷。磨损小，寿命长，安装、维修、润滑简单。运动灵活、无冲击，价格较高。如图4.7所示。图4.7滚动直线导轨副滚动直线导套副：运动轻便、灵活、精度高、价格较低、维护方便、更换容易等优点，适用于载荷较轻的直线往复运动。如图4.8所示。滚动花键副：摩擦阻力极小，可进行高速往复直线运动，承载能力高，运动精度高，寿命长，价格贵。如图4.9所示。图4.8滚动直线导套副图4.9滚动花键副滚动导轨块：滚动体为圆柱体，承载能力大，灵敏度高，润滑简单，拆卸、调试方便，价格昂贵。如图4.10所示。图4.10滚动导轨块由于本文设计的小型物流分拣搬运机器人，无需高精度，所以选择价格较低的滚动直线导套副即可，既选择一款直线运动轴承，再加工一根导向轴即可。综合对比后选择的直线轴承为米思米的法兰型直线轴承SLHFRS30G，参数为：外径D=45mm、内径d=30mm、长度L=64mm；基本额定静载荷Cr=2740N；基本额定动载荷Cr0=1570N。采用45号钢加工一根导向轴，其长度配合滚珠丝杠传动。4.2.5Z轴整体结构电机、滚珠丝杠、轴承等元器件选型结束之后，进行结构设计，既按照所有元器件的使用要求，在Solidworks中进行三维建模，如图4.11所示。图4.11Z轴整体结构三维模型4.3Y方向传动结构设计Y方向的整体结构与Z轴类似，只是传动的距离和力矩稍有差别，所以电机、滚珠丝杠以及丝杠螺帽的尺寸不同。其电机为无锡自控的87HS198-165A4-XG12-ZYC直流有刷组合电机，该电机集成了减速比为200的行星减速器，电压24VDC、电流10.7A、输出扭矩为168N.m，峰值扭矩为285.8N.m，额定转速80rpm。滚珠丝杠的型号为r25-20b1-fsw-1500，其公称直径为50mm、导程为20mm（滚珠丝杠旋转一圈直线距离进给20mm），有效进给长度为1500mm。丝杠螺帽为选择台湾上银科技股份有限公司的50-20T3。Y轴最终的结构三维模型如图4.12所示。图4.12Y轴整体结构三维模型4.4X方向传动结构设计X关节依然采用滚轴丝杠传动，但是由于负载最大，所以选择采用滚动直线导轨副与滚珠丝杠进行配合，增加设备的稳定性能，经过综合对比选择了台湾上银科技股份有限公司生产的HGW-65-HC-ZA-P-E2-2000。其电机为无锡自控的107HS228-270A4-XG30-ZYC直流有刷组合电机，该电机集成了减速比为360的行星减速器，电压24VDC、电流15.7A、输出扭矩为360N.m，峰值扭矩为403N.m，额定转速65rpm。滚珠丝杠的型号为r30-20b1-fsw-2100，其公称直径为60mm、导程为20mm（滚珠丝杠旋转一圈直线距离进给20mm），有效进给长度为2100mm。丝杠螺帽为选择台湾上银科技股份有限公司的30-20T3。考虑到整个机器人需要支撑起来，所以采用铝型材将X轴支撑起来，X轴最终的结构三维模型如图4.13所示。图4.13X轴整体结构三维模型4.5整机连接X、Y、Z三个关节以及手抓设计完成，并且选定了视觉相机之后，设计连接件将各关节连接起来即可，最终的物流分拣搬运机器人的结构如图4.14所示。图4.14机器人整体结构三维模型经分析整个机器人连接最薄弱的环节在X轴与Y轴连接的铝型材，其校核方式与之间的轴校核类似，在此不再赘述。经校核满足使用要求。4.6本章小结本章进行了物流分拣搬运机器人的移动结构设计，分析了齿轮齿条传动与滚珠丝杠搭配直线副传动；分别设计了X、Y、Z三个关节的结构，并将抓取、移动和视觉系统整体连接起来，组成了完整的物流分拣搬运机器人结构。结论本文的主要任务是结合国内外的发展现状，分析并进行基于视觉系统的小型物流分拣搬运机器人的结构设计。主要完成的工作如下：首先，进行了大量的国内外的文献阅读工作，并且对于国内外的发展现状进行了总结归纳，确定本文设计小型物流分拣搬运机器人的研究方向。其次，对抓取物件的手抓、搬运系统以及视觉系统分别对不同的方案进行了对比分析，并且选择了手抓和搬运系统的设计方案，同时完成了视觉相机的选型工作。最后，分别完成了手抓的结构设计，包含夹紧力的计算、电机选择与校核、轴承的选择与校核、结构设计、轴的校核等工作；完成X、Y、Z三个平动关节的机构设计，其中包含齿轮齿条与滚珠丝杠传动的对比选择、元器件选型、结构设计等工作；将手抓、视觉相机以及X、Y、Z三个关节进行连接，组成完整的物流分拣搬运机器人结构。参考文献王喜文.机器人技术在物流中的应用:分拣、搬运到送货[J].物联网技术,2017,7(03):6-7.李湘伟,吴翩卉,王锐鹏.基于机器视觉识别的小型机器人分拣搬运系统的研制[J].机床与液压,2015,43(10):161-164.黄宗杰,王富东,杨春晖,马红卫.一款分拣搬运机器人的设计[J].苏州大学学报(工科版),2010,30(02):62-66.张宏彬,张亮,严法高.一种竞赛用机器人的设计与实现[J].计算机仿真,2010,27(03):186-189.赵晋芳,张海华,郭太君.一种图书搬运机器人的设计[J].福建质量管理,2016(04):138.何泽强.基于机器视觉的工业机器人分拣系统设计[D].哈尔滨工业大学,2016.陈恳.基于机器视觉的物料分拣工业机器人关键技术研究[D].深圳大学,2017.徐振伟.直角坐标搬运机器人设计与性能分析[D].沈阳工业大学,2017.贺龙豹.竞赛用搬运机器人的设计与实现[D].南京财经大学,2013.骆盛来.大载荷搬运机器人结构设计与研究[D].东北大学,2010.苏品刚,尚丽,胡志峰.基于单片机的智能分拣搬运机器人的设计与实现[J].苏州市职业大学学报,2016,27(03):16-20.JunyanYi,GangYang,ZhiqiangZhang.Animprovedclasticnotmothodfortravclingsalcsmanproblem[J].Ncurocomputing.2009（4）：1329-1335.万龙,吴仁杰.分拣机器人在邮政企业应用前景浅析[J].中国邮政,2017(07):44-45.闻邦椿.机械设计手册第5版.北京：机械工业出版社，2010许凤慧,冯凯,卢涌.基于机器人大赛的分拣机器人优化设计[J].微计算机信息,2012,28(08):35-36+16.贺雅琴.自动物料分拣机器人系统的关键技术研究[D].华南理工大学,2011.EJ,VANHENTEN,JHEMMING.AnAutonomousRobotforHarvcstingCucumbcrsinGreenhouse[J].AutomobileRobots,2002(13);241-258.成大山，机械设计手册[M].北京：化学工业出版社,2008.刘鸿文.材料力学.北京：高等教育出版社，2004孙志礼、马星国、黄秋波、闫玉涛.机械设计.北京：科学出版社，2008致谢时光荏苒，岁月如梭，不知不觉四年过去了。回首四年的求学生涯，感受颇多。首先，感谢我的指导教师，XX老师。在我毕业设计期间对我的悉心指导。X老师严谨的治学态度、渊博的理论知识和执着的探索精神，深深地影响了我，在