搬运机器人系统设计

搬运机器人系统设计摘要：在现代社会经济与科学技术进步的推动下，机器人技术已经成为目前人类最伟大的发明之一，其中较具代表性的搬运机器人可以进行搬运，码垛及机床上下料等简单但是会大量消耗人力的工作，不仅可以缩短时间、提高工作效率，而且在一定程度上保护工作人员的人身安全，给工厂企业减少人力成本，提高经济效益。本论文将在综述搬运机器人的研究现状及发展基础上，通过全面分析设计一种应用于塑料垃圾桶制造厂用于搬运产品的搬运机器人。所设计的行走机构为AGV小车，基于小车结构，并结合厂内情况设计两自由度的机械执行机构：竖直升降及水平伸缩。最终设计出由液压驱动，通过PLC控制的智能AGV搬运机器人。关键词：搬运机器人；AGV小车；两自由度；液压驱动；PLC目录TOC\o"1-3"\h\u66711引言 引言研究背景随着现代社会经济与科学技术进步的推动下，机器人技术已经成为目前为止最伟大的发明创造之一，其中最突出的便是工业机器人，现如今机电一体化大力推动，工业机器人已然成为制造业不可缺少的设备之一。随着科技的发展，工业机器人在汽车制造业、化工、食品生产等生产领域的应用越来越广泛，在搬运、喷涂、点焊等制造工艺的应用越来越成熟。早期在工厂利用人力搬运货物产品，这种方法效率低下而且危险较高，例如在化工行业有时需要搬运重物或有毒物质，对人身安全也有着一定的威胁。研究意义近几年科学技术在飞速发展，智能化的产物也在我们的日常生活中慢慢普及，但是在以前科技没这么发达的时候，在各个行业中都不可避免的会有一些搬运工作，这种简单重复且又费力的工作浪费人力且效率较低。现如今随着工业自动化的发展，工业机器人的出现减轻了极大的人力负担，像搬运，码垛及机床上下料等简单但是会大量消耗人力的工作都可以通过一小段程序控制机器人反复工作，不仅可以缩短时间、提高工作效率，而且在一定程度上保护工作人员的人身安全，给工厂企业减少人力成本，提高经济效益。并且随着智能化的普及，相信会有越来越多的高智能机器人产品投入到各行各业进行工作。在前期准备时间中，通过查阅资料、文献了解了基础的搬运机器人普遍性的问题，例如驱动系统、机械系统及控制系统进行研究，设计出一种应用于垃圾桶制造厂产品搬运机器人。搬运机器人作为用来降低人力成本，提高工作效率的自动化设备，它不仅应能够快速适应环境，还应具备高稳定性、高安全性等性能。本课题通过对驱动系统的分析设计去提高搬运机器人系统的稳定性，结合产品参数设计出合理的机械结构，并在PLC控制的基础上使搬运机器人自动化、智能化，其中机械结构设计是本课题中的主要工作内容。国内外研究现状美国波斯顿动力公司(BostonDynamics)是新一代机器人的先驱代表。该公司开发的搬运机器人产品有STRETCH、HANDLE机器人。STRETCH机器人属于移动搬运机器人，搭配视觉系统和机器学习系统，实现自主导航和货物拾取。德国在20世纪70年代中后期推行了“改善劳动条件计划”政策，针对部分易接触到有毒有害的工作岗位，强制使用机器人替换人工作业，该政策大力推进了德国工业机器人的发展。德国KUKA机器人公司，是全球知名的工业机器人制造商之一。其生产的重载搬运机器人KR1000Titan是目前市面上比较强悍的机器人，其工作范围达到3米，可以承受1000kg的负载，并且位置重复精度只有±0.1mm。瑞士ABB公司是全球四大机器人制造商之一，迄今为止已经在53个国家安装超过40万台的机器人。ABB的GoFaCRB15000协作机器人，其负载能力为5kg，工作范围达到950mm。六个关节都搭配了力矩传感器，可以识别机器人与人类或者物件的意外碰触，可以摆脱物理围栏的束缚，实现人机协同工作。我国搬运机器人的发展比欧美各国、日本都要晚。在1988年，我国第一套邮政枢纽搬运机器人系统在北京邮政科学技术研究所被研发出来。几年后的1992年，天津理工学院成功研制出利用光学导引的搬运机器人，并且将光学导引搬运机器人投入到核电站工作，1998年，红河卷烟厂及昆明船舶设备公司联合研制出了多模式激光导引搬运机器人，近几年来，经过不断研究和发展，国内搬运机器人制造技术逐渐成熟，逐渐向专业化、智能化、集成化的方向发展，取得一定的成就。我国虽然拥有世界最大的工业机器人市场，但是由于国内机器人起步较晚，国产的搬运机器人并没有占据市场优势，占比仅有20%，主要的份额被国外机器人占领。国产机器人比较有名的厂商有埃斯顿、新松、埃夫特、华中数控等[1]。虽然国内针对机器人的研究起步较晚，但经过几年的发展，现阶段针对搬运机器人的基本研究也渐显效果，随着人工智能的发展，未来对机器人的智能化要求会越来越高，不仅要机器人能完成简单的搬运工作，而且还能够根据适应环境并且高质量高效率的完成工作。因此，将来对高智能机器人的研究也是必不可少的。发展趋势随着时代科技的进步，作为近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，工业机器人、机械手在现代制造技术领域中扮演了极其重要的角色。通过目前的研究内容，可以预测在将来搬运机器人将在以下四个方面的性能进行完善加强。高负载：未来对于搬运机器人的负载能力将会有很大的提高，其所能承受的重量会越来越大。不管在任何行业，尤其是化工行业对于重物的搬运输送将会越来越轻松。高可靠性：随着机器人研究的深入，机器人的零件会越来越多，各零部件间的配合越紧密，整个系统也就会越来越完善，此时机器人的故障率就会大大降低。在搬运机器人工作期间，其运行的稳定性十分重要，如若在工作期间机器人发生了较多的故障，可能会造成运输的物料、产品损坏，就会给企业、工厂造成很大的损失。因此，为了提高运输机器人的工作效率，减少企业、工厂的损失，在未来对机器人的稳定性研究十分重要。和谐的人机交互：机器人在我们的生活当中越来越常见，所以人能否与机器人和谐有效的交流沟通也越来越重要，这不仅可以使工作生活丰富起来，而且对效率的提高有很大的帮助。高智能：搬运机器人的诞生解放了大量劳动力，使得简单而量大的搬运工作不再需要投入大量的人力，随着人工智能的发展，未来对机器人的智能化要求会越来越高，不仅要机器人能完成简单的搬运工作，而且还能够根据适应环境并且高质量高效率的完成工作。因此，将来对高智能机器人的研究也是必不可少的。课题主要研究内容搬运机器人涉及领域众多，包括力学，机械学，电器液压气压技术，自动控制技术，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要组成部分。它的优点是可以通过系统编程完成各种预定的工作任务，在自身结构和性能上有拥人和设备各自的优势，尤其体现出了人工智能和适应性。其主要由三部分执行机构、驱动机构及控制机构组成[2]。执行系统：搬运机器人的执行机构是其本身非常重要的一部分，通常由手部、腕部、臂部以及机座组成。根据产品的特性设计出稳定的夹取机构对搬运机器人系统设计至关重要。控制机构：控制整个系统按照提前设定好的方式工作，常见的控制系统有PLC控制、单片机、专用运动控制器及PC+运动控制卡控制。在本课题中选用PLC控制系统，PLC的I/O驱动能力强，易于扩展，图形化开发界面，抗干扰能力强，可进行智能化设计。驱动系统：驱动方案及其装置决定了搬运机器人的性能价格比。驱动系统有液压系统、气压系统、电气系统和机械系统四种[3]。在本课题中，我将驱动系统及机械执行系统作为主要设计内容，根据产品特性及工作场景设计出合理的结构，最后完成整个设计内容。由上述及《工业机械手设计》可知，搬运机器人基本由四部分构成：机械执行机构、驱动机构、控制系统以及智能化系统。机械执行机构是整个系统中的基本结构，根据投入场地及产品特性设计出合理稳定的机械执行机构是非常重要的；驱动机构可以将液压、气压或电力转化为机械能作为执行机构的动力源，使机器人能够完成水平伸缩、竖直升降及腰部回转等动作；控制系统也是搬运机器人中十分重要的一环，人们可以按照预先预定好的工作内容对机器人的控制系统进行编程设计，使得在日后投入工作当中的搬运机器人可以按照预定好的方式进行工作，达到预想的效果；最后就是智能化系统，现如今科技高速发展，智能化也在慢慢普及，搬运机器人作为自动化工作的产物，最终向着高智能化的方向发展是必不可少的。机械执行系统搬运机器人的机械执行系统主要由五大部分构成，其中包括手部、腕部、臂部、机身及行走机构等部件，如图1.1所示。图1.1搬运机器人手部结构手部是与工件直接接触的部件。根据手部抓取工件方式的不同，可分为夹持式手部和吸附式手部，如图1.2所示。由于被抓握工件的形状、尺寸大小、重量和材料性能、表面情况等不同，手部结构是多种多样的，大部分的手部结构都是结合特定工件形状或要求而设计出来的。常用的手部结构有夹钳式、气吸式、电磁式及其他形式等。在进行手部设计时，要紧密结合工件的参数特性去进行设计，在确定手指的握力时，除了需要考虑工件的重量外，还应考虑机器人自身运动或工作过程中所产生的惯性力和振动，手指应具有足够的开闭角度，便于夹取及退出工件，对于手部的驱动装置，还应有足够的驱动力，通过上述因素的合理设计，使得手部结构能够在工作中稳定运行。图1.2(a)回转型内撑式；(b)回转型外夹式；(c)平移型外夹式；(d)勾托式；(e)弹簧式；（f）气吸式；(g)磁吸式腕部结构腕部是连接手部和臂部的部件，其主要作用是在臂部运动的基础上进一步改变或调整手部在空间里的位置，使机械执行机构能够完成复杂的动作要求，如图1.3所示。腕部处于臂部的最前端连接手部，使得工作时产生的动、静载荷均有臂部承受，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能，因此，腕部设计要做到结构紧凑、重量轻，布局要合理，考虑工作情况。腕部的基本运动形式有回转运动和直线运动两种。图1.3腕部结构示意图臂部结构臂部是机械执行机构的主要执行部件，如图1.4。它的作用是连接并支撑腕部和手部（包括工件或产品），并带动它们进行空间运动。臂部运动的目的是把手部送到工作范围内的任意一点，如果要改变手部的位置则需要由腕部的自由度实现。臂部的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况看，它在工作中直接承受腕部、手部和工件的动、静载荷，而且自身运动较多，因此它的结构、工作范围、灵活度以及夹取重量大小和定位精度等都要都会直接影响整体执行机构的工作性能。图1.4双活塞伸缩油缸结构1-油缸体；2-活塞套；3-活塞杆行走机构在本课题中搬运机器人的行走机构选为AGV小车的形式，采用步进电机驱动，两轮差速转向，常见的几种驱动方式如图1.5所示。图1.5差速小车驱动方式示意图影响搬运机器人的因素安全因素搬运机器人作为时代无人自动化工作的产物，在投入到工作当中时一定要考虑其安全性能，因此在设计过程中，主要从以下几部分增加系统安全性能[4][5]：增加安全回路：在整个系统设计中，会进行竖直升降液压系统设计，在运行过程中，竖直液压缸如果出现断油情况会突然下降，从而引发安全事故，所以在进行液压系统设计时，要进行安全回路的设计，断油时断开系统回路，以保证缸内油压使系统能稳定运行。增加调速缓冲回路：在液压缸进油或出油的过程中，如流速太快容易导致缸内活塞与缸体碰撞，易导致液压缸部件发生损坏，从而导致搬运机器人无法正常运行，所以在系统中设计了调速缓冲回路，通过节流阀及单向阀组成的回路对系统进行保护。自锁装置：在进行整体系统设计过程中，防止臂部所承受应力过大而发生破坏导致安全事故，故在小车壳体与手部连接部件之间的竖直连杆中设计自锁装置，以帮助臂部分担压力起到系统保护作用。环境因素在平时工厂中进行作业时，难免会造成一些环境污染和噪音污染，所以在进行搬运机器人系统设计中选择了噪音产生较小的液压驱动系统，并且要注意液压系统中的密封问题，从根本上减少工作中对环境的污染。法律因素在搬运机器人进行工作时，难免会进行一些重物的搬运，如若在运行过程中发生故障而导致工件掉落或没有按照预期的工作进行时，周围有人员存在的情况下就会对人身造成非常严重的威胁，故根据《中华人民共和国安全生产法》、《中华人民共和国特种设备安全法》、《起重机械安全监察规定》等规定，在机器进行工作的过程中，要设定一个绝对区域，任何人都不可以进入区域当中，若要进入区域内，则需要将机器断电后方可进入。其他因素在科技飞速发展的现在，需要越来越多的自动化高智能产物去帮助人们解决恶劣环境或对人身有巨大威胁的工作任务，随着现在无人化工厂越来越多的建设，像搬运机器人这种高智能自动化的设备会成为投入当中的主要生产力，所以在本次课题当中，我选择搬运机器人系统设计作为设计内容。搬运机器人机械系统设计机械执行系统通过《工业机械手设计》可知，根据机械执行机构不同的运动形式及其组合情况，其坐标形式可分为以下几种[6]：直角坐标型如图2.1所示，其臂部的运动由三个直线运动所组成，分别是沿着直角坐标系的X轴、Y轴及Z轴完成动作。这种坐标形式的机械执行机构为直角坐标型，它的特点是结构简单、定位精度高，适用的场合为在主机位置成行排列。图2.1直角坐标型圆柱坐标型如图2.2所示，其臂部的运动通常由两个直线运动和一个回转所组成，即沿X轴的伸缩，沿Z轴的升降和绕Z轴的回转。这种坐标形式的机械执行结构被称为称为圆柱坐标型。它与直角坐标型相比较而言，占地面积小且活动范围大，结构简单，并且能达到较高的定位精度，因此应用范围较广。但由于结构的关系，沿Z轴方向移动的最低位置受到结构限制，所以不能抓取地面上的物体。图2.2圆柱坐标型球坐标型球坐标型机器人一般由三个自由度组成，即沿X轴的伸缩、绕Y轴的俯仰和绕Z轴的回转，如图2.3所示。这种机械结构能通过俯仰运动来抓取地面上的物体，为了使手部能适应被抓取对象各个方位的要求，通常需要加上一个用于旋转的关节来确定手部的姿态，其工作范围大，占比空间小，但含有密封困难及作业死角的问题，并且操控不便，此外，臂部摆角的误差通过手臂会引起手部中心处的误差放大而产生偏差。图2.3球坐标型关节型多关节机器人和人的手臂构成类似，其特点就是可以人手一样灵活运动，如图2.4所示。它由大小两臂和立柱等组成，大小两臂之间连接作为肘关节，大臂与立柱之间连接作为肩关节，各关节间均由铰链构成以实现转动，臂部的运动由三个回转运动所组成，为大臂的俯仰运动、小臂俯仰运动和大臂的回转运动。例如，遇到障碍物时，多关节机器人能绕过障碍物达到目标处，对此，一般的极座标或圆柱坐标型的工业机器人是难以做到的。又如要求完成某些特殊运动（摇曲柄运动)时，多关节机器人也更容易完成。多关节机器人还可象人手那样，用最少的时间从一点移动到另一点。如果在多关节机器人手部和腕部装上触觉和力的传感器，它就能做更多、更复杂的工作。图2.4关节型上述四种坐标形式主要结合在实际中的应用情况来确定，根据机器人工作范围，抓取工件形状参数等条件，去选择并设计出合理、合适的机械执行机构，可以选择一种坐标形式去进行机械执行机构设计，也可以选择其中两种坐标形式组合应用以达到预期的效果。在本课题中，因为有行走机构的存在，并且结合产品的情况及工作场景，最终确定机械执行机构形式为直角坐标型，其具有两自由度，即X方向上水平伸缩及Y方向上竖直升降。在搬运过程中，机器人整体流程如下：机器人随磁条移动至产品旁；水平液压缸使手指沿X方向伸出以确保能稳定夹取产品；手部液压缸控制手指夹紧产品；竖直液压缸工作使手指沿Z方向上升到设定高度并进行搬运工作；搬运到指定位置后竖直液压缸Z方向下降将产品放好；手部液压缸控制手指松开产品；水平液压缸沿X方向缩回到初始位置，重复（1）。手部抓取机构设计通过查阅《工业机械手设计》及相关文献，并结合产品参数、工作情况最终选择夹钳式手部结构，连接形式为连杆杠杆式，机构简图如图2.5所示。图2.5手部机构简图手部力学分析如图2.6所示为连杆杠杆式受力图，作用在拉杆4上的驱动力为P驱动，连杆3对拉杆的反作用力P1和P2，力的方向沿连杆两销轴中心连线，指向O点并与水平方向成α夹角(见图2.6b)。图2.6连杆杠杆式手部结构及受力情况1-调整垫片；2-手指；3-连杆；4-拉杆由拉杆的力平衡条件得受力分析如下：FFM因h=c可得P=由式(2.1)可知，若设计尺寸c、b及驱动力P为一定值时，握力N和α角的正切值成反比。可见当α角减小时，可获得较大的握力。通过文献查阅可知，当夹角α=30°~40°为手指最佳夹紧角度，故本课题手部结构在此基础上进行。手部握力及夹紧驱动力计算由《工业机械手设计》查得，手指水平位置夹取垂直位置工件的握力计算如下：N=式中：f—摩擦系数，在本课题中手指与产品接触位置采取橡胶套以确保能稳定夹取产品，取摩擦系数f=0.8；G—夹取重力；实际驱动力P实际计算如下：P式中：P—计算驱动力，式2.1；η—手部机械效率，一般取0.85~0.95；K1—安全系数，一般取1.2~2；K2—工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可近似按下式估算K式中：a—被抓取工件运动时的最大加速度；g—重力加速度，取g=9.8m/s2。握力计算：N=计算驱动力计算：P=实际驱动力计算：KP故取实际驱动力P实际=1110N。爪部夹紧液压缸设计图2.7活塞液压缸结构图根据上图所示液压缸结构及手部结构分析可得，在手部抓取工件时，无杆侧进油，使活塞杆对手部结构施加驱动力以实现工件夹紧动作。根据《机械设计手册第5卷》可知，液压缸尺寸相关计算如下[7]：根据负载大小计算选定系统压力表计算缸内径D如下式：D=3.57式中：D—液压缸内径，m；F—液压缸推力，kN；p—选定的工作压力，在本课题中选定工作压力为1MPa。由《机械设计手册第5卷》可知，当液压杆受压力，且工作压力小于5MPa时，液压杆直径取d=(0.5~0.55)D。缸筒壁厚计算如下式：δ式中：δ—缸体壁厚，m；c1—缸筒外径公差余量，m；c2—腐蚀裕量，m；δ0—缸筒材料要求的最小值，m，其数值应如下式计算δ式中：Pmax—缸内最高工作压力，MPa；D—缸筒内径；σp—缸筒材料的许用应力，MPa，其数值应如下式计算σ式中：σb—缸筒材料的抗拉强度，MPa；n—安全系数，通常取n=5。缸筒底部厚度计算公式如下：δ式中：D2—计算厚度外直径，m。由《机械设计手册第5卷》可知，液压缸通常使用材料为30、45、20Mn等碳素钢，或其他高强度合金钢，在本课题中，工作中的缸内压力为1MPa，属于低压，故选择液压缸材料为45号钢，抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，密度为7.85g/cm3。手部液压缸内径计算：D=3.57根据GB/T2348-2018流体传动系统及元件规定，计算出的内径数值应根据规定向上圆整，故手部液压缸内径D手部=40mm。手部液压杆直径计算：d=0.55根据GB/T2348-2018流体传动系统及元件可得，手部液压杆也应按照规定圆整，在此手部液压杆直径计算值刚好为圆整值，故手部液压杆直径d手部=22mm。手部液压缸缸体厚度计算：δ取腐蚀裕量与公差余量之和为2.5mm。δ根据《机械设计手册第5卷》中推荐液压缸壁厚数据圆整得，手部液压缸缸体厚度δ0=4mm。手部液压缸壁厚验算：0.35故厚度合理。手部液压缸底部计算：δ故圆整后取液压缸底部厚度为δ1=4mm。水平伸缩液压缸及竖直升降液压缸计算过程相同，最终计算整理出各液压缸数据如表2.1所示：表2.1各液压缸设计参数液压缸名称缸筒内径/mm液压杆直径/mm缸筒壁厚/mm缸底壁厚/mm手部液压缸402244水平伸缩液压缸502844竖直升降液压缸603644液压缸整体结构设计根据《机械设计手册第5卷》，常用的液压缸缸体结构共有八类，根据重量及应用去选择合理缸体结构十分重要，在本课题中，为了便于后期检查维修等问题，选择了容易拆卸的法兰连接液压缸，其主要结构如图2.8所示：图2.8水平伸缩液压缸三维模型图如图，液压缸前端盖与缸体为法兰连接，加工方便且拆装简易，后端盖与筒体之间焊接。液压缸内部构件设计液压缸内部构件主要有液压杆、活塞、密封圈、导向套及防尘圈等等，这些结构部件相互配合，形成了液压缸内部良好的密封环境及工作环境。活塞结构形式：缸内液压力的大小与活塞的有效工作面积有关，活塞直径应与缸筒内径一致。所以在设计活塞时，主要任务是确定活塞的结构型式。通过查阅相关资料可知，活塞种类分为整体式和组合式活塞，在本课题中选择活塞形式为整体式活塞，如图2.9所示。图2.9整体式活塞唇型密封圈密封1-活塞；2-唇型密封圈；3-导向套活塞与活塞杆连接形式：活塞与活塞杆连接有多种型式，所有型式均需有锁紧措施，为了防止活塞在工作时进行往复运动而导致活塞掉落。同时在活塞与活塞杆之间需设置静密封。在本课题中选择活塞与活塞杆间连接为螺母型连接，活塞与螺母之间采用O型圈进行密封。活塞密封结构：在液压缸进行工作的过程中，活塞与液压杆由于液压的作用而发生我们想进行的动作，所以为了液压系统能稳定的工作，防止油沿着缸壁泄漏，在本课题中活塞与缸筒内侧采用Yx型密封圈进行密封，如图2.10所示。Yx型密封圈是主要用于像液压缸活塞在缸内进行往复运动密封的密封圈，主要材料有橡胶、TPU等，在本课题中选择材料为TPU，密封圈结构尺寸由JB/ZQ4264孔用Yx型密封圈确定。图2.10Yx型密封圈活塞规格设计计算：活塞宽度一般为活塞外径的0.6~1.0倍，但也要根据密封件的型式、数量和安装导向环的沟槽尺寸而定。在本课题中，活塞长度按照1倍活塞外径计算，活塞样式如图2.11所示。图2.11活塞示意图各液压缸活塞规格尺寸如表2.2所示：表2.2各液压缸活塞规格尺寸表液压缸名称活塞内径/mm活塞外径/mm活塞宽度/mm动密封槽深/mm动密封槽宽/mm静密封槽深/mm静密封槽宽/mm手部液压2水平液压缸205050竖直液压缸25606061642.5活塞与活塞杆连接处螺母选用：在本课题中，活塞与活塞杆连接处螺母选择为I型六角螺母，其规格数据参考GB/T6171-2016。根据《机械设计手册第5卷》，活塞杆处螺纹尺寸如表2.3所示：表2.3活塞杆处螺纹尺寸规格表液压缸名称螺纹直径与螺距螺纹长度/mm手部液压缸M10×1.2516水平伸缩液压缸M16×1.522竖直升降液压缸M20×1.528导向套、防尘圈尺寸规格计算：活塞杆导向套装在液压缸的有杆侧端盖内,用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封。外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水分带到密封装置处，损坏密封装置。导向套样式如图2.12所示：图2.12导向套结构示意图金属导向套一般采用摩擦因数小、耐磨性好的青铜材料制作，非金属导向套可以用尼龙、聚四氟乙烯+玻璃纤维和聚三氟氯乙烯材料制作。端盖式直接导向型的导向套材料用青铜、灰铸铁、球墨铸铁、氧化铸铁等制作。在本课题中选择导向套材料为青铜材料。导向套的主要尺寸是支承长度，通常按活塞杆直径、导向套的型式、导向套材料的承压能力、可能遇到的最大承压能力、可能遇到的最大承压能力、可能遇到的最大宽度一般约为d/3，两段的线间距离取2d/3，尺寸如图2.13所示：图2.13导向套尺寸配置示意图设计计算后各液压缸导向套尺寸如表2.4所示：表2.4各液压缸导向套规格尺寸表液压缸名称总长度/mm每段长度/mm杆侧槽宽/mm杆侧槽深/mm缸侧槽宽/mm缸侧槽深/mm爪部液压缸27.473.224.83水平液压缸39104.534.83竖直液压缸45124.537.55导向套与液压缸、液压杆之间采用O型圈密封，如图2.14所示，规格尺寸由JB/ZQ4224-2006O型橡胶密封圈确定：图2.14O型圈液压缸前端盖处防尘圈如图2.15所示，其规格尺寸由GB/T10708.3-2002橡胶防尘密封圈确定，如表2.5所示。图2.15防尘圈表2.5各液压缸前端盖防尘圈尺寸规格表液压缸名称D1/mmd1/mmS1/mmh1/mmL1/mmD/mm手部液压缸3020.53.55530水平液压缸3626.53.55536竖直液压缸4434.53.55544水平伸缩液压缸设计在本课题中，需要机器人可以做到水平伸缩以防止产品与车身发生磕碰导致产品发生破坏，所以在水平方向上设置了液压缸来帮助手部进行X方向上的伸缩，在设计过程中应注意以下问题：刚度问题：由于水平伸缩液压缸作为连接手部和臂部的部分，所以在工作过程中不仅会受到夹取产品的压力及手部构件的压力，还有在水平和竖直方向上运动的惯性力，所以对于水平液压缸来讲，它本身的刚度要足够支撑机器人的各种动作才能确保机器人能正常运行。受力问题：如上述，水平伸缩液压缸在运动过程中会产生惯性力，为了保证整体系统能够长时间平稳运行，所以需要尽可能的减少水平液压缸受到的惯性力冲击。而且由于爪部抓取工件时会对水平液压缸的液压杆产生重力方向上的作用力，其偏心力矩可能会导致液压杆产生变形，液压杆与缸体发生磕碰摩擦，严重使液压缸自锁，所以要进行合理的结构设计保证整体系统能长时间稳定运行。水平液压缸尺寸设计通过结合机器人工作情况，水平液压缸在工作中不仅会受到产品的压力，还有手部结构部件的压力，故结合这些数据计算出水平伸缩液压缸尺寸如表2.1所示，水平伸缩行程为200mm。液压缸所需驱动力：P手臂伸缩时产生的惯性力：在工作过程中，水平液压缸可分为三个阶段，分别是：加速阶段、匀速阶段、减速阶段，设计第一阶段时间t1=1s，第二阶段时间t2=2s，第三阶段时间t3=1s，可得启动的速度差如下式计算：∆加速减速阶段加速度为：a=手臂伸缩惯性力公式为：F式中：m—臂部运动件质量，kg；a—加速、减速阶段加速度，m/s2。臂部受力情况如图2.16所示：图2.16臂部受力情况由图可知，在机器人进行搬运工作中，臂部主要受到工件重力G1，手指部件重力G2及手部夹紧液压缸部件G3、G4。产品重力G1=600N，手指部件总重G2≈200N，手部夹紧液压缸总重G3+G4≈300N，故臂部质量可通过下式进行计算：m=手臂伸缩时产生惯性力大小为：F水平液压缸工作时摩擦力：水平伸缩液压杆在工作时主要与液压缸前端盖及导向套接触进行往复运动，故会与两者产生摩擦力，在这里按最大静摩擦力计算。端盖的制造材料为45号钢，导向套的制造材料为青铜，通过查阅资料可知，钢对钢的摩擦系数μ1=0.1，钢对青铜的摩擦系数μ2=0.15。活塞杆与前端盖摩擦产生摩擦力：f活塞杆与导向套摩擦产生摩擦力：f总摩擦力：ff故设计水平伸缩液压缸驱动力满足要求。竖直升降液压缸竖直升降液压缸在工作当中主要受到手部构件及水平液压缸部件所施加的压力，故结合这些数据计算出水平伸缩液压缸尺寸如表2.1所示，水平伸缩行程为135mm。液压缸所需驱动力：P手臂升降时产生的惯性力：在工作过程中，升降液压缸可分为三个阶段，分别是：加速阶段、匀速阶段、减速阶段，设计第一阶段时间t1=1s，第二阶段时间t2=2s，第三阶段时间t3=1s，可得启动的速度差如下式计算：∆加速减速阶段加速度为：a=手臂升降惯性力公式为：F式中：m—臂部运动件质量，kg；a—加速、减速阶段加速度，m/s2。在机器人进行搬运工作中，臂部主要受到工件重力G1，手指部件重力G2及手部夹紧液压缸部件G3、G4。经计算得：产品重力G1=600N，手指部件总重G2≈200N，手部夹紧液压缸总重G3+G4≈300N，水平伸缩液压缸总重G5+G6≈400N，故臂部质量可通过下式进行计算：m=手臂升降时产生惯性力大小为：F竖直升降液压缸驱动力校核：FF故设计竖直升降液压缸驱动力满足要求。机身行走机构设计计算由《工业机械手设计》可知，机身是机械执行系统中直接支承和传动手臂的部件。一般实现臂部的升降、回转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上，或者直接构成机身的躯干与底座相连。机身可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空轨道运动。机身可以是固定一体的，也可以是机身与底座分开形式的，机身与底座为分开形式的结构，即机座式结构，这样的结构不仅可以方便搬运机械手臂的搬运与移动，而且可以在其底座上进行相应的结构设计，让其行走与工作环境[8]。在本课题中选择的是机身与底座分开的形式进行设计，即手臂部件与机身通过螺栓连接，且车壳与车架也通过螺钉连接，可以方便后期检查维修。将手臂部件连接到车壳上，车架连接行走机构，车壳上半部分液压系统由液压驱动完成夹取动作，车架连接电机、减速器及减速链条与车轮连接实现灵活行走。在本课题中，行走机构设计为：四轮结构，其中后两轮为驱动轮，两轮分别与两个电机连接，以实现差速转向，前两轮设计为万向轮，可以随驱动轮灵活转向，通过这样的设计做到让搬运机器人可以做到灵活行走，带动整个机身完成搬运工作。电机选择在本课题中，设计行走速度为0.8m/s，通过JB/T10391-2008选择Y系列交流异步电动机，型号为Y90S-4，其主要参数如表2.6所示：表2.6电动机主要参数型号额定功率/kW转速/(r/min)效率/%堵转转矩/倍最大转矩/倍重量/kgY90S-41.1140078.02.32.325根据《机械设计手册第4卷》，通过设计行走速度确定减速器选择为单级减速器，齿轮比i=5.6。根据GB/T1243-2006设计链条传动，设计传动比i=3，与减速器相连一端小齿齿数为40，与驱动轮轮轴连接一端大齿齿数为120，链号选择05B。轴承选择在本课题中，整个系统通过电机驱动车轮去实现行走，所以轴承的选择十分重要，轮轴通过轴承与轮子配合，机身大部分的力都会传递到轴承上去，所以在本课题中轮子与轮轴之间选择轴承为圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承内圈与外圈可进行分离，并且游隙可调，其即可以承受轴向载荷，也可以承受纵向载荷，还可以承受轴向与纵向的联合载荷。轴承结构如图2.17所示：图2.17双列圆锥滚子轴承示意图在本课题中，驱动轮轴承选择双列圆锥滚子轴承，接触角系列2，万向轮轴承选择单列圆锥滚子轴承，接触角系列2。由GB/T273.1-2011选择驱动轮轴承尺寸系列为2DC，万向轮轴承尺寸系列为2BD。万向轮为实现360°旋转轴承也是重要部件，在本课题中，万向轮旋转轴轴承选择为平面推力球轴承，型号为51106，结构如图2.18，主要尺寸如表2.7所示：图2.18平面推力球轴承示意图表2.7平面推力球轴承主要尺寸表型号内径/mm外径/mm厚度/mm51106304711搬运机器人Ansys应力仿真竖直升降液压缸Ansys仿真在本课题中，竖直液压缸设计安装定位于车壳部分较靠后，所以在工作过程中会承受较大的手部、臂部部件及产品产生的偏心力矩，故在此对竖直升降液压缸整体进行Ansys应力仿真分析，分析过程如下：首先将Solidworks三维模型导入到Ansys当中，导入成功后添加部件所用材料属性，如图2.19、2.20所示：图2.19模型导入图2.20材料属性定义进行网格划分，如图2.21所示；网格质量如图2.22所示：图2.21网格划分图2.22网格质量接下来进行力的添加，如图2.23、2.24、2.25所示：图2.23竖直液压缸添加固定支撑图2.24竖直液压缸力矩添加图2.25竖直液压缸地球重力添加在本课题中，液压缸所用材料为45号钢，故在材料属性添加中填入45号钢的属性，通过查阅资料可知，其拉伸屈服强度为350MPa，压缩屈服强度为250MPa，极限拉伸强度为600MPa，极限压缩强度为355MPa。在网格划分模块中，划分网格质量多数在0.88区域内，故网格划分合理，网格节点数量为127379个，网格单元数量为77801个。在前处理模块中，对竖直液压缸后端盖添加固定支撑、自身地球重力，在距竖直液压缸325mm手部构件重心位置添加800N的力使竖直液压缸液压杆产生扭矩，以最大程度模拟机器人在工作过程中的受力情况，最后通过软件分析出竖直液压缸应力、应变分布情况，如图2.26、2.27所示：图2.26竖直液压缸应力分布情况图2.27竖直液压缸应变分布情况由仿真模拟出应力应变分布情况可知，液压缸受到最大应力为100MPa，最大应变为0.00050383mm，均小于材料极限应力应变数值，所以竖直液压缸的整体结构强度是足够的，由应力仿真模拟图可知，其最大应力应变部位在液压杆与前端盖接触处，初步分析是由于力矩的存在导致的，故在设计过程中于车壳部分添加了水平伸缩导轨设计，去帮助竖直液压缸分担部分压力。水平伸缩液压缸Ansys仿真模拟在工作过程当中，水平液压缸作为连接手部结构去进行水平运动的部件，它主要承受手指、手部夹紧液压缸及工件的重力，故在仿真模拟中对其添加了600N的力，水平液压缸整体通过固定架连接在竖直液压缸上，故添加固定支撑在液压缸外壁，具体分析情况如下图所示：图2.28水平液压缸局部网格划分情况图2.29水平液压缸网格质量图2.30水平液压缸受力添加在网格划分后，网格质量大都分布在0.88区域内，由此可见网格划分合理，其中网格节点数量为96054个，网格单元数量为56187个。之后对水平液压缸进行受力添加，将以上操作完成后便可以进行等效应力、应变模拟分析，分析后应力、应变分布情况如下图所示：图2.31水平液压缸应力分布情况图2.32水平液压缸局部应力分布情况图2.33水平液压缸应变分布情况通过应力分布情况图可知，水平液压缸主要受力点在液压杆与液压缸前端盖接触处，其最大值为2.0484Mpa；而通过应变分布情况图可知其最大应变也是发生在液压缸主轴与液压缸前端盖接触处，最大值为1.0339×10-5mm，远小于材料极限值，所以结构设计满足要求。通过等效应力和应变分布情况可知，本课题中选择的水平伸缩液压缸是可以满足其整个设计要求的，但在今后的设计过程中需要额外考虑液压缸主轴与液压缸前端盖接触处的强度与刚度，因为该接触处是应力分布最大的地方，如果轴过于细，则可能会导致其整个强度与刚度的不足，从而使整体结构发生损坏，造成严重后果。Ansys模拟仿真的局限性Ansys通过受力情况进行的模拟分析可以让试验人员更直观的看到在工作过程中整个结构的应力分布情况，可以让试验人员参考着分析结果去进行结构的改进加强。但经过分析得到应力应变分布图可以看出，Ansys主要是对整体结构进行简单的模拟仿真，因此最终得到的结果只能作为参考，而不能作为结果投入到工作中去使用，如上述进行的Ansys模拟仿真分析，仅仅只是对于两液压缸整体结构进行受力分析并模拟计算，而液压缸内部的受力情况及状态我们无法得知，因此在本课题中进行的模拟仿真结果可能会与实际略有偏差。综上所述，使用Ansys去进行模拟仿真可以作为直观的参考，但不可以作为最终的判据。搬运机器人驱动系统设计驱动机构是工业机器人的重要组成部分，搬运机器人的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。驱动机构主要有4种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。在本课题中，选择了液压驱动系统作为整个搬运机器人的驱动系统。在整个搬运机器人系统当中，共包括三个液压缸，分别是：进行手部Z方向升降动作的竖直升降活塞液压缸、进行手部X方向伸缩动作的水平伸缩活塞液压缸及控制手指夹取工件动作的手部活塞式液压缸。在本课题中，竖直升降液压缸选择为活塞式液压缸，即在有杆侧与无杆侧均可通过液压进行控制。在工作过程中，当无杆侧进油，液压杆在油压作用下完成上升动作；当有杆侧进油时，液压杆会完成下降动作。水平伸缩液压缸与竖直升降液压缸相同也为活塞式液压缸。当无杆侧进油时，液压杆在油压作用下完成伸出动作；当有杆侧进油时，液压杆完成缩回动作。手部夹紧缸同样适用活塞式液压缸，在无杆侧、有杆侧均设置油孔。在工作过程当中需要夹紧工件时，无杆侧进油，驱动手指完成夹紧动作；当需要松开工件时，有杆侧进油，使液压杆复位完成手指松开动作。在本课题中选择液压驱动为整个搬运机器人的驱动系统，故需要确定整个系统的液压回路，由《工业机械手设计》及《机械设计手册第5卷》可知，对液压传动进行设计时，首先要做的是拟定液压系统原理图，液压系统原理图主要是根据主机动作和性能要求分别选择和拟定基本回路，然后将各个基本回路组成一个完整的系统。液压系统原理图主要有三部分组成，分别是：液压系统图、工艺循环动作图及元件明细表。液压系统图是用来表示整个液压系统中各个控制阀元件以及在该部分运动时电磁铁通电情况并对其进行控制。第二部分是工艺循环顺序动作图表，工艺循环顺序动作图表的作用时是为了直观的看出整个搬运机器人在运动过程中，其各个回路是如何对整个液压系统进行控制的。第三部分是元件明细表，元件明细表的作用是看在整个液压控制系统具体需要的元器件种类，对各种元器件结合总做情况及成本问题进行比较，最终选择合适的元器件。液压系统图设计通过液压系统图可以让工作人员直观的看出整个液压系统是怎样运作的，各部分的工作状态等等，在设计时将个基本回路组成液压系统时应注意以下几点问题：不许有多余元件，所使用的元件和电磁铁的数量越少越好；注意各元件之间的连锁关系，防止相互影响产生误动作；系统各个主要部位的压力能够随时检测，但是压力表的数目要少；按国家标准规定，元件符号按常态工况画出，非标准元件用简练的结构图示意。液压控制回路选取换向回路：在本课题中，选择PLC控制为控制系统，且液压系统内压力及流量不大，故选择电磁换向阀为液压系统中的换向回路，与PLC配合使机器人在该作出动作是能精准快速反应。调速缓冲回路：根据液压系统的工作压力、流量、功率的大小及系统对温升、工作平稳性等要求，选择调速回路。调速回路主要通过节流调速、容积调速及两者兼有的联合调速方法实现。在整体系统当中，各个部分在工作当中的压力、流量各不相同，为了使执行部件能够满足工作要求，故会在回路中增加调速回路。在本课题中选择的调速回路为节流调速回路，如图3.1为常见的双向节流调速回路。图3.1双向节流调速回路顺序控制回路：顺序控制回路是实现两个或两个以上的执行元件一次先后动作的液压控制回路，通常有压力、行程和时间控制三种形式。在本课题中使用顺序阀和压力继电器组合控制的顺序动作回路，顺序阀控制的顺序控制回路如图3.2所示。图3.2由顺序阀控制的顺序动作回路锁紧回路：在本课题中，搬运机器人手指夹紧工件后，为防止液压系统波动而导致工件掉落，故在手部液压缸回路当中添加锁紧回路使搬运机器人能稳定工作。在本课题中选择液控单向阀作为锁紧回路，如图3.3所示。图3.3由液控单向阀组成的锁紧回路液压系统图绘制在选择好功能回路后，结合整个搬运机器人系统及工作缸情况，绘制出如图3.4所示的液压系统图。图3.4液压系统图工艺循环动作图表设计通过工艺循环动作图表可以让人们更直观的看出在做某一动作时各元件的工作情况及工作顺序，在拟定工艺循环顺序图表的时候应该注意以下问题：液压执行元件的每个动作成分，如始动、每次换速、运动结束等，按一个工艺循环的工艺顺序列出；在每个动作成分的对应栏内，写出该动作成分开始执行的发信元件代号。同时，在表上标出发信元件所发出的信号是指令几号，电磁铁或机控元件(如行程减速阀、机动滑阀)处于何种工作状态：得电或失电、油路通或断；液压系统有多种工艺循环时，原则上是一种工艺循环-一个表，但若能表达清楚又不会误解，也可适当合并。结合课题内容及设计情况，绘制出如表3.1所示的电磁铁工作情况表：表3.1液控系统中电磁铁工作顺序表缸名称动作电磁铁ABCDEF水平液压缸伸出+伸出缓冲+缩回+缩回缓冲+竖直液压缸上升+上升缓冲+下降+下降缓冲+手部液压缸夹紧+松开卸荷+控制系统设计在搬运机器人系统当中，控制系统是非常重要的，一个好的控制系统决定了整个搬运机器人的自动化程度及智能程度。控制系统在本课题中的作用主要是控制小车在点位之间往返、动作顺序、运动中所需要的时间、运动过程中的速度等等[10]~[16]。常见的控制系统主要有四种，分别是：单片机系统、PLC控制系统、专用运动控制器及PC＋运动控制卡控制系统。在本课题中选择了PLC控制系统作为搬运机器人的控制系统。PLC控制原理PLC是一种将计算机技术与继电器控制技术结合起来的现代化自动控制装置，其功能原理如图4.1所示。PLC主要包括储存器、输出状态寄存器、现场执行元件、外部设备等多个部分组成，其各个部分均由总线相互连接。图4.1PLC功能简图搬运机器人工艺流程打开启动按钮，机械手臂回到初始状态；搬运机器人通过磁导航传感器接受磁条信号，沿着磁条移动至产品处；搬运机器人检测产品位置，手部水平伸出，手指夹紧产品后手部竖直上升使产品离地；机器人通过磁条传感器接受磁条信号，将产品搬运至终点；抵达位置后手部竖直下降，手指松开产品后水平缩回，机械手臂回到初始状态并重复步骤(2)、(3)、(4)。具体工艺流程如图4.2所示：图4.2搬运机器人工艺流程图PLC控制系统I/O点数确定在本次课题中，应用在搬运机器人系统中的传感器主要有以下几种：压力传感器，其作用是用来检测手指夹取产品时的夹紧力，以防压力过大使产品破坏，或者压力过小使产品夹不起来；磁导航传感器，使小车可以根据提前布置好的磁条进行磁导航，并在路线上布置RFID射频卡，通过在车底安装的读卡器读取分辨线路信息；光电传感器，安装在行进方向上，其作用是用来检测路径中是否存在障碍物；位移传感器，用来检测液压缸是否移动至点。结合课题中搬运机器人的设计情况及实际工作情况，最终选择西门子的S7-200SMART小型PLC，单体I/O点数达到60点，可满足大部分小型自动化设备的使用要求。定好PLC型号后，结合搬运机器人的工作流程最终确定好系统的控制电路I/O分配表如表4.1所示，I代表输入，Q代表输出。表4.1控制电路I/O分配表输入名称输入点地址编号输出名称输出点地址编号压力继电器I0.0左轮电动机接触器Q0.0总停止开关I0.1右轮电动机接触器Q0.1左轮电动机开关I0.2液压泵电动机接触器Q0.2右轮电动机开关I0.3A卸荷电磁阀Q0.3液压泵电动机开关I0.4B上升电磁阀Q0.4臂上升限位开关I0.5C下降电磁阀Q0.5臂下降限位开关I0.6D伸出电磁阀Q0.6臂伸出限位开关I0.7E缩回电磁阀Q0.7臂缩回限位开关I0.8F夹紧电磁阀Q0.8手指夹紧开关I0.9G自锁装置电磁铁Q0.9手动转换开关I1.0手动前进I1.1手动后退I1.2手动左转I1.3手动右转I1.4手动上升I1.5手动下降I1.6手动伸出I1.7手动缩回I1.8手动夹紧I1.9手动松开I2.0搬运机器人成本概算搬运机器人作为企业、工厂用来代替人力去搬运产品的设备，在整体设计过程中控制其成本是非常重要的，因此在课题设计过程中，选择材料不仅要考虑刚性强度等问题，成本预算也要考虑在内。材料成本在整个搬运机器人设计选材过程中，除个别部件，例如手指连杆连接架，升降支撑架等使用的是高强度铝合金等比较贵重的金属外，其他部分在满足强度的情况下选择为30、45号钢等较便宜的钢材作为原材料。在驱动系统中，设计均为液压驱动，而没有再去设计气动或电动驱动，这主要为了节省再去设置气缸或电机的成本，在许多机械臂中其抓取机构多选为气压驱动，而这需要再去另外设置一个气缸供气压系统使用，这便会提高成本，增加整体系统的复杂程度。而全部使用液压驱动的话，整个系统中只需要设置一个总油缸便可以满足搬运机器人系统的工作任务。另外在进行零部件的加工制造过程中，如若想得到小的零部件表面粗糙度，那便需要投入更多的成本使用相应的设备对零部件进行表面打磨，而在本课题中，对于这活塞导向套等零件粗糙度要求不高的情况下，粗糙度Ra6.4能够满足要求就不用Ra3.2。不管是行走机构或是液压系统中都需要使用电机去产生动力，所以在本课题中进行电机选型时尽量选择成本低的电动机，在市面上AGV小车常用的电机多为无刷电机，但其市面上的平均价格为7000元，而异步电机的平均价格为1500元，故在本课题中的电机选择为交流异步电机。人工成本搬运机器人作为企业、工厂代替人力去搬运产品的设备，它的出现大大节省了企业、工厂在这方面投入的人力成本，例如一台搬运机器人的制造成本在3000~15000元，但这些成本便可以代替2名或更多的工人，并且工作年限一般在5~10年。而且对于搬运机器人只需要一名工作人员去进行监控、检查等工作，因此搬运机器人作为当代自动化产物是很好的代替人力工作的设备，它不仅可以节约企业、工厂的人力成本，而且大大提升了工作效率，可以为企业、工厂带来更好的经济效益。管理成本搬运机器人作为机电一体化设备，其管理成本主要包括定期的保养、维修成本，以及零部件替换成本。搬运机器人作为一个机器，其各个零件都有一定的寿命，一旦零部件即将达到它的寿命要求，那么带来的后果是不可估量的，所以在搬运机器人工作时要定期去检查各零部件磨损情况，并且进行定期保养，一旦发现有零件损坏应立即替换。而且在企业、工厂内对于搬运机器人使用状况也应该有相应的管理体系，在搬运机器人投入使用后应立即建立起保存档案，主要保存内容包括以下几点：时间记录表：记录每次停机维修保养的时间，从而预期估计其时间成本，作为后续工作的参考；维修记录表：记录每次维修时所替换的零部件，并记录前零件损坏情况，以便估计搬运机器人的使用寿命；保养记录表：记录定期保养时的情况，并且对每次保养所用的油进行记录，以方便统计计算一台搬运机器人所需的保养成本。在整个搬运机器人系统设计当中，对其整体成本控制也是非常重要的一个环节，成本高的零部件不一定适合，在做设计的过程中力求的是最适合的零部件，而不是最贵最好的零部件。在设计过程中，整个系统主要所需的成本包括上述的材料成本、人工成本及管理成本，但这并不是全部，在设计过程中应从多方面考虑，这样才能设计出最合适、最合理，适合投入到工作当中的设备。结论毕业论文是本科学习阶段一次十分难得的理论与实际相结合的机会，经过这次比较完整的给排水系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，与实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，并且在整个设计过程中不断去学习新的知识，解决实际工程问题的本事，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业本事水平。在进行本课题设计过程当中，通过查阅相关资料，了解了整个搬运机器人系统组成，结合自己的设计任务书，选择合适的机构及系统，设计出合理的搬运机器人系统。在设计机械执行系统时，根据产品参数选择了连杆杠杆式机构作为手部夹取机构，通过查阅资料并根据产品参数计算出手部夹紧所需要的夹紧力及驱动力，然后选择液压系统作为机器人系统的驱动系统去实现手部的夹紧、伸缩及升降动作，根据各部分需要驱动力情况设计计算缸径、杆径、活塞等零部件参数及螺栓螺母等标准件的选型，根据液压系统结构设计车架、框架，并结合机器人工作情况设计出行走机构。最后设计了整个系统的PLC控制系统，根据各个传感器之间的配合应用，使搬运机器人可以自动运行，并且可以做到低智能化。搬运机器人作为现在自动化设备的出现，日后一定会有更高智能，高效稳定的搬运机器人系统的出现，我在本次课题设计中仅仅做到了简单的结构强度计算设计，控制系统也是较简易的设计。希望在后续的学习中，可以学到关于搬运机器人更深层次的知识，可以设计出更加智能化、能出色完成人机交互的搬运机器人。通过本次毕业设计后，我认识到自身不管是知识储备或是实际应用都还十分稚嫩，在日后进入到工作岗位中需要学习的东西依然有很多。致谢大学四年转瞬即逝，人们都说：“台上一分钟，台下十年功。”，最后的毕业设计就像是展示我们大学生活所收获到的舞台，而我能站上这舞台，是因为在平时得到了很多人的帮助，我在这里对他们致以最崇高的敬意。首先我要感谢的是我毕业设计的指导老师孔令超老师，孔令超老师作为我的指导老师，在我进行毕业设计的过程中给予了我很多的帮助，过程中不懂得问题老师都会耐心的一一为我解答，给了我许多建设性的建议，并且在我一筹莫展的时候给予了我最大的鼓励。正是因为孔令超老师的无私帮助及热忱鼓励，让我顺利整个毕业设计。还要感谢我的校外企业指导教师许宁老师，在毕业设计中遇到的专业上的难题他都给我提出了建设性的建议，让我在毕设的过程中受益良多。其次，我还要感谢大学四年来的所有任课老师，在整个大学生活当中，正是他们的倾囊相助，构建起了我们坚实的知识基础，并且给我们的大学生活添加了许多色彩。每个老师都在平时的学习中给予了我一定的帮助，而这次毕业设计过程如此顺利也离不开平时的学习积累，在此我再次郑重感谢我的任课老师们。我还要感谢我的辅导员华旻老师和张启君老师，两位辅导员都给予过我很大的帮助，如果没有她们的帮助、照顾，我的大学生活不会这么顺利结束，在疫情爆发时我在校外，在我需要帮助时华旻老师都会第一时间通过微信帮我解决问题，在此我郑重感谢华旻老师和张启君老师在这大学四年来对我们无微不至的关心及照顾。最后我要感谢的便是我的母校以及亲爱的同学们，母校让我学会了“明德、明学、明事”，给我们提供了如此舒适的环境生活，以及无数的资源让我们学习。各位同学