物料搬运机器人设计毕业设计论文

物料搬运机器人设计

物料搬运机器人设计 ............................................................................................................... 1 1.前期工作........................................................................................................................................ 2

当今现状： ............................................................................................................................... 2 思想启发： ............................................................................................................................... 2 设计难点： ............................................................................................................................... 2 2.机器人的介绍： ............................................................................................................................ 3

整体介绍： ............................................................................................................................... 3 2.机器人机械手的设计 ........................................................................................................... 5 3基座 ....................................................................................................................................... 7 4胯部： ................................................................................................................................... 7 5.大臂 ....................................................................................................................................... 9 6.小臂 ..................................................................................................................................... 10 7.机械手指设计 ...................................................................................................................... 11 8.手部支座 ............................................................................................................................. 12 9.法兰盘.................................................................................................................................. 13 10.小臂电机............................................................................................................................ 14 3.驱动传动方式 .............................................................................................................................. 14

驱动方式 ................................................................................................................................. 14 传动方式： ............................................................................................................................. 15 4.制动器及其作用： ...................................................................................................................... 16 4后期预测...................................................................................................................................... 18 5.心得体会...................................................................................................................................... 18

1.前期工作

当今现状：

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，普遍重视生产过程的自动化程度，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，国外已有工业机器人从事生产的实例，但是在国内，这方面的研究相对较少，并且真正能投入到生产实践中的工业机器人更少

思想启发：

本小组同学在看到吊车等处于施工现场的实例，能够在多个维度里面自由运动。鉴于这种想法，就想做一个关于能捡物料的机器人，通过在多个自由度里运动，实现机身的灵活转动。虽然，可能在其中还有更简单的结构，但是作为第一次尝试，只希望这个结构能够顺利的完成预期的工作。

设计难点：

本小组两个同学都是水利水电专业，本身与机械设计了解甚少，并且对于其中的结构最优化也很不善于分析，虽然如此，我们都对机械设计充满热情，从始至终都不曾间断过，虽然我们花费的

时间比较长，但是，这其中我们自学了creo2.0，cad两个专业软件，因为在制图过程中，这些软件能够更有效快捷地绘出装配图和零件图。我们完全是抱着一腔热情来设计的，只能凭一点点生活常识和最基本的力学知识作为基础，其中有不完善的地方，还希望老师同学看完后能够多多指正。

在设计过程中，最费时间的环节就是对creo2.0软件的学习，因为在画零件图和装配图的时候总是遇到问题，这就不得不对已有的实例反复的研究。

另外在设计过程中，难度最大的就是对每个零件尺寸的计算，因为尺寸的不对直接影响到能不能装配的上，对此，我们的前期工作准备了好长时间，大多数时间都花在设计零件的尺寸上。另外因为时间的原因，内部的齿轮大小及链条都没有画出，因为内不得传动机构要求精度较高，在设计的时候只能做出大概的轮廓，比较粗燥，希望老师能够谅解。

还有一方面，因为我们对自动化一无所知，目前还不能编制程序从而来控制机器人完成人们预定的动作。因此对机器人的控制方面做得也很不够。

2.机器人的介绍：

整体介绍：

底座应该装在有四个轮子支撑的钢板上，能够带动机身在水平面内二维运动。机身通过一个电动机带动里面的轴转动，从而带动机身上面的部

分运动。上面的大臂前端部分带有一个功率适当的电动机，从而带动和机身里面的动力轴固结的大臂能够绕竖直方向转动。大臂的上端固结在小臂电动机的从动轮上，通过小臂上面的电动机带动小臂相对于大臂在竖直方向上转动。小臂的末端固结在手腕的起始端。手腕处也有一个电动机，能够带动手腕部的轴转动，而手腕部的轴与手支座连在一起，从而手腕部的电动机能够使手部相对于手腕部180度旋转。这就实现了机器人整体能够在5个自由度里面运动，从而实现机器人的灵活性能。

机器人整体装配1 同时如果更换不同的机器手，即在不同的工作场合换用不同的机械手，就可以完成不同的工作，这也体现了，该机器人在功能上的兼容性。目前只处于概念性的设计阶段，如果

整体装配图3 对其手部进行更加

精密的研究设计，就有希望完成理想中工作。

2.机器人机械手的设计

机器人的手是关键部位，他直接影响到能否顺利抓取到物品，直接影响到机器

人的效率。对手的部位我们采用凸轮传动，通过控制手部的电动机正向和反向转动，从而使两个手指能够灵活的张开与闭合。机器手装配图 而整体装

手只能在平行于手臂的平面内运动，因此需要改变其他的三个自由度，从而是机器手能够在空间任意平面内转动。

传动机构是向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作的机构。根据手指开合的动作特点分为回转型和平移形。我们采用回转型传动机构，其原理图如下（对称结构，此图为侧视图）

手部原理图 在图中，O为电机输出轴，曲柄OA、连杆AB、滑块B和支架构成曲柄滑块机构；滑块B、连杆BC、摇杆CE和支架构成滑块摇杆机构。通过两个机构串联，使电机最终驱动DE的来回摆动，从而实现手指的开合运动。其俯视图如下：

底座轴测图

3基座

基座是整个机器人本体的支撑。为保证机器人运行的稳定性，采用两块“Z”字形实心铸铁作支撑。基座上面是接线盒子，所有电机的驱动信号和反馈信号都从中出入。接线盒子外面，有一个引入线出口和一个引出线出口。

该底座由左右对称结果组成，主要起支撑作用。主视图和俯视图如下:

底座也是机器人的关键部底座轴测图 分，它的尺寸大小，直接决定了机器人的大小，决定了上部零件的尺寸，长宽高比例直接影响到机器人的稳定性。因此本小组在进行试验前，首先对底座进行了设计，因为只是处于试验和探索的目的，机器人的尺寸设计的都相对较小。

4胯部：

胯部由底盘齿轮、竖直齿轮（大）和竖直电机（小）组成，该部分连接基座与大臂电机胯部竖直齿轮外壳，连接大臂竖直齿轮外

壳由胯部竖直齿轮（大）连接。主要作用是电机工作带底盘动齿轮旋转，使得竖直齿轮旋转，从而使得机器人可以水平旋转。

该部分由底盘齿轮与大臂电机组成，不同与基座胯部的是该电机与竖直齿轮相连，由于底座胯部连接的是大臂电机胯部竖直齿轮的外壳，因此该部分电机工作带动的齿轮旋转并不会与基座胯部

胯部轴测图 胯部俯视图 胯部主视图 使该部分水平旋转相冲突，简单说就是水平旋转并不影响竖直旋转。该部分底盘齿轮与基座底盘齿轮相同，竖直齿轮与电机相连接，大的为竖直齿轮，小的部分是电机。

5.大臂

大臂的主要作用连接小臂与腰关节的旋转胯部(胯部上有大臂电机，后面有介绍)由胯部旋转带动大臂旋转，从而使小臂也能够旋转，起连接与旋转的作用。 具体尺寸如下：

大臂俯视图 大臂的后面使用螺丝与大臂电机从动轮的轴固结，前面也是用同样的方法与小臂固结在一起。从而它能够随着大臂电机的转动而转动，他在整个机器人中所起到的仅仅是连接作用，将上下转动机构连在一起。 立体图如下：

大臂轴测图 6.小臂

小臂连接大臂与机械手腕部，由大臂旋转带动小臂整体转动，大臂是固结在小臂上的，而小臂一段有电动机，内部通过齿轮连接，带动手腕部转动，从而使机械手能够在平面自由旋转，达到夹物体的功能。具体尺寸如图：

小臂三视图

7.机械手指设计

设计对象为物料搬运机器人，并不需要复杂的多指人工指，只需要设计能从不同角度抓取工件的钳形指。手指是直接与工件接触

的部件。手指松开和夹紧工件，是通过手指的张开与闭合来实现的。手指连接轴将右部手指 两个手指铰接在一起，并且手指连接轴可以在手支座的水平导槽内运动，这就实现了左右手指的前后移动，而手指超下端又有个水平导槽，正好能使手指做上面轴在手指朝下的水平导槽内运动，这就实现了两个手指之间张角的变化。该图为右手指图，左手指原理同右手指，只是在设计的过程中形状略有不同，此处不再介绍。

右手指详图 8.手部支座

该构件主要是连接机械手手指与机械手电机上的圆盘，起支座作用。该机构上部连接法兰盘，手指连接件，同时手指的固定导槽也在其中。下部安放手支座轴测图 手部的电动机，中间通过螺丝连接。法兰盘穿过其中，下部连接电动机，能够使法兰盘绕着该机构的圆孔转动，因此，该机构的作用也是很重要的。

手支座俯视图 如上图所示，该机构的尺寸是很重要的，其中水平导槽的长度为40mm,这个尺寸更好能够满足手指的张开与闭合。而圆孔的大小以及每个螺钉的尺寸也都是经过计算且能满足要求的。同时手支座的厚度以及每个孔之间的距离都是经过严格控制的，他与所夹

取得物品大小重量都是相关的。

9.法兰盘

法兰盘功能是作为凸轮，带动手支座上面的连接件运动，使手指轴能够在固定导槽内前

法兰盘轴测图 后移动，从而使

左右手指能够在垂直于法兰盘轴线方向内摆动。

如图，盘的直径是根据手指连接件的长短，以及手指在连接件的作用下摆动的幅度大小而确定的，盘内的四个小孔的直径也是根据连接轴的抗剪强度而确定的。法兰盘的中心轴与手部电动机的轴固结，因为这里受力较大，因此我们特别加厚了这里的厚度，主视图 法兰盘俯视图 同时连接轴的中心环与法兰盘的盘面之间通过四个一定厚度筋 连接，基加强了中心环与盘面的强度，又节省了材料。

10.小臂电机

小臂处的电机主要是提供小臂相对于大臂转动的动力，从而使小臂在垂直于大臂轴线的平面内转动。 如左图所示，小臂的电机处于末端，其内部的转动轴与电机连在一起，转动轴又通过链条链接从动轮，从动轮位于小臂与大臂的轴线上，保证了小臂电机提供的动

小臂电机三视图 力能使小臂绕着大臂转动。

3.驱动传动方式

驱动方式

该机器人一共具有四个独立的转动关节，连同末端机械手的运动，一共需要五个动力源。首先胯部装有水平的电机带动胯部及以上部分能够水平转动，然后大臂末端也装有电机，带动大臂及以上部分能够绕大臂的轴竖直转动，之后小臂处的电机能够带动

小臂及以上部分转动，最后是手腕部的电机能使整个手部绕着手腕处的轴转动。这样就实现了物料搬运机器人的手部能够在空间内所能够到的任意坐标停留。进而使机器手能够完成理想中的工作。

传动方式：

由于一般的电机驱动系统输出的力矩较小，需要通过传动机构来增加力矩，提高带负载能力。对机器人的传动机构的一般要求有：

（1）结构紧凑，即具有相同的传动功率和传动比时体积最小，重量最轻；

（2）传动刚度大，即由驱动器的输出轴到连杆关节的转轴在相同的扭矩时角度变形要小，这样可以提高整机的固有频率，并大大减轻整机的低频振动；

（3）回差要小，即由正转到反转时空行程要小，这样可以得到较高的位置控制精度； （4）寿命长、价格低。

本文所选用的电机都采用了电机和齿轮轮系一体化的设计，结构紧凑，具有很强的带负载能力，但是不能通过电机直接驱动各个连杆的运动。为减小机构运行过程的冲击和振动，并且不降低控制精度，采用了齿形带传动。

齿形带传动是同步带的一种，用来传递平行轴间的运动或

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