小型仓储机器人的机械结构设计

摘 要
在现代工业中，生产过程的机械化和自动化已成为重要的话题。机器人技术是一种最先进的技术，它使用计算机内存和编程功能来控制操作系统，以自动完成工业生产中某些类型的特定任务，这是当今各国争夺发展的最先进技术之一。当前，工业机器人主要负责重复的劳动密集型任务，例如焊接，喷涂，搬运和堆放，并且工作方法通常采用教授繁殖的方法。 本文设计了一种四自由度机器人，该机器人可以在仓库中使用冲压设备自由运输物料。该机器人由手，手臂，腰部和底座组成。具有装，卸，车削，分度等多种功能，结构简单，操作方便。驱动方法是使用步进马达驱动的马达。关键词：机器人；工作方式；结构设计；步进电机 第一章 绪论1.1 研究的背景与意义[1]机器人是一种新型的自动操纵器。根据作业的不同要求，您可以按照预定程序运输物体，装卸零件，操作喷枪，焊接手柄和其他工具来完成某些任务。因此，可以在高温多尘的工作环境中使用。 诸如化学工业等连续生产过程中的自动化已基本解决。但是，在机械工业中，加工，组装等生产是不连续的。专用机床是解决大规模生产自动化的有效方法。程控机床，数控机床，加工中心和其他自动化机床是有效解决各种小批量生产自动化问题的重要途径。但是，除了切割过程本身之外，还有许多装卸，处理，组装和其他操作，并且需要更多的机械化。机器人的出现和应用为这些处理任务的机械化和自动化奠定了良好的基础。 工业机器人是在现代自动控制领域中出现的一项新技术，已成为现代机械制造生产系统中非常重要的一部分。 机器人的迅速发展是基于人们逐渐认识到的积极作用:首先，它可以部分地由手动操作代替；其次，可以根据生产工艺的技术要求以及在何处完成工件的运输和装卸，遵循特定的程序和时间；第三，您可以操作焊接和组装工作所需的工具。这样可以大大改善工人的工作条件，大大提高劳动生产率，并加速工业生产的机械化和自动化的实现。因此，机器人在各种发达的工业国家中都很有价值，并投入大量的人力和物力进行研究和应用。它被更广泛地使用，特别是在高温，高压，粉尘，噪音以及放射性和污染的情况下。在中国，它近年来发展迅速，并取得了一定的成果，正在由机械工业进行评估。机器人一般分为三类。第一类是通用机器人，它不需要人工操作，也就是本文所研究的对象。它是一种完全独立的、不附属于某一个主机的装置，可以根据任务需要来编制程序，以完成各项规定的操作。它除了具备普通机械所具有的物理性能之外，

还具备通用机械、记忆智能，是一种三元机械。第二类称为操作机（Manipulator），它需要人工的操作，操作机起源于原子、军事工业，一开始都是是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号来操作机器人，可以进行探测月球等工作。工业中采用的锻造类操作机也属于这一范畴。第三类是专业机器人，它主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床的上下料和工件的传送。这种机器人在国外通常被称为“Mechanical Hand”，它是为主机进行服务的，由主机驱动。除少数外，它的工作程序一般是固定的，因此是专用的。机器人按照其结构的不同又可以分为多种类型，其中关节型机器人以其结构非常紧凑，所占用的空间体积小，但其相对的工作空间却是最大的，甚至能绕过基座四周的一些障碍物等特点，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。简单的说，机器人就是用机器手代替人手，把物料从某一个地方移动到指定的位置，或按照工作要求可以操纵工件进行加工。机器人通常分为三类。第一类是本文的目的，这是一种不需要手动操作的通用机器人。它是一个完全独立的设备，未连接到特定主机，并且可以根据任务需要进行编程以完成规定的任务。除了普通计算机的物理属性外，还有普通计算机和内存智能，它们是三元计算机。第二种类型称为操纵器，它需要手动操纵，该操纵器起源于原子和军事工业，最初被开发为使用操纵器来完成某些操纵，然后再使用无线电信号来操纵机器人。您可以做一些探测月球的事情，等等。工业中使用的锻造机械手也属于这一类。第三类是专业机器人，主要附着在自动机床或自动生产线上，以解决机床的装卸和工件的转移。这种机器人在国外通常被称为“机械手”，由主机负责并由主机驱动。除几件事外，工作程序通常是固定的，因此是专门的。 机器人可以根据结构分为几种类型，其中，铰接式机器人体积小，体积小，但相对工作空间最大，也可以绕过基座。座椅周围的一些障碍物和其他特征已成为机器人中最流行的结构形式，世界著名机器人的所有身体部位都采用这种机制形式的机器人。 简而言之，机器人使用机器人的手而不是人的手来将材料从一个位置移动到特定位置，或者根据工作要求操纵工件进行处理。1.2 机器人的研究现状[4]机器人最早是在美国开发的。 1958年，联合控制公司开发了第一台机器人。其结构如下。长摆臂安装在机体上，末端配有使用电磁体的工件拾取和定位机构，控制系统为示教型。 日本是工

业机器人发展最快，应用范围最广的国家。自1969年在美国推出两种典型的机器人以来，日本一直积极参与机器人技术的研究。 目前，大多数工业机器人属于第一代，仍然依靠手动控制。该控制方法是开环的，尚无识别功能。改进主要旨在减少加工和维护成本并改善工件。准确性。 第二代机器人目前正在得到加强。它具有微电子计算机控制系统，该系统具有视觉和触觉功能以及听和思考的能力。有必要研究能够反馈感测到的信息的各种传感器的安装，以便机器人具有初步的感觉功能。 第三代机器人可以在处理过程中独立完成各种任务。与电子计算机和电视设备保持联系，它已逐渐发展成为FMS（柔性制造系统）和FMC（柔性制造单元）的重要链接。 随着工业机器人的研究，制造和应用领域的不断扩大，国际学术交流活动一直很活跃，并且在欧洲，美国和其他国家进行了许多学术交流活动。国际工业机器人大会ISIR决定召开年度会议，讨论和研究机器人的开发和应用。 生产过程的机械化和自动化现在是加工业中的重要主题。诸如化学工业等连续生产过程的自动化已基本解决。但是，在机械工业中，加工，组装和其他生产是不连续的。专用机床是实现批量生产自动化的有效方法。程控机床，数控机床，加工中心和其他自动化机床是有效解决各种小批量生产自动化问题的重要途径。然而，除了切割过程本身之外，还有大量的装卸，搬运，组装和其他操作，并且需要更多的机械化。机器人的出现和应用为这些任务的机械化奠定了良好的基础。目前，工业机器人主要用于装卸，搬运，焊接，铸造和锻造以及热处理，无论数量，种类和性能如何，都无法满足工业生产发展的需求。使用工业机器人代替人工工作主要是用于危险工作（广义上），灰尘，高温，噪音，狭窄的工作空间以及其他不适合人工工作的工作环境。 工业机器人在国外机械制造行业中得到了广泛的使用并迅速发展。目前，它主要用于机床和模锻压力机的装卸，点焊和涂漆操作，可以根据预设的操作程序完成规定的工作，但是它无法检测反馈，但是在外界您无法应对变化。偏差会损坏零件和机器人本身。 随着现代科学技术的飞速发展和社会的发展，上述领域对机器人系统的应用和研究对系统本身的要求越来越高。在制造业中，机器人系统的灵活性和编程环境必须更加多样化，以适应不同类型和小批量的不同应用程序和生产过程。计算机集成制造（CIM）应该能够将机器人系统与工作场所中的其他自动化设备集成在一起。为了提高机器人系统的性能和智能，研究人员要求机器人系

统具有开放的结构并能够集成各种外部传感器。但是，目前大多数商用机器人系统都使用具有封闭结构的专用控制器。通常，将专用计算机用作父主计算机，将专用机械手语言用作脱机编程工具，使用专用微处理器，并使用EPROM增强控制算法。这些专用系统很难或不可能集成外部硬件和软件。修改封闭系统的成本非常昂贵，而且在大多数情况下，不进行重新设计在技术上是不可能的。解决此问题的根本方法是研究和使用开放结构的机器人系统。美国工业机器人技术的发展大致采取了以下步骤。 （1）从1963年到1967年，测试处于建立阶段。从1963年到1966年，可以使用Universal Automation Company制造的工业机器人进行过程测试。该公司于1967年生产的工业机器人为1900型。 （2）1968-1970是实际应用阶段。在此期间，工业机器人进入了美国的应用阶段，例如，美国通用汽车在1968年订购了68台工业机器人，并在1969年开发了自己的SAM工业机器人，并使用21台进行车身焊接。形成自动焊接线。另一个例子是美国克莱斯勒汽车公司的32条冲压自动线使用工业机器人给448个冲头供料。 （3）从1970年至今，正处于公共关系，应用和技术发展的阶段。从1970年到1972年，工业机器人处于技术开发阶段。 1970年4月，美国在埃利斯工程学院的工程学院举行了第一次全国工业机器人大会。根据当时的统计，美国大约有200个工业机器人，总工作时间超过60万小时，而同时，Sunstrand控制着50台计算机来控制50台计算机。机器人系统。再例如，环球汽车公司为由25个机器人组成的车轮创建了一条自动生产线。麻省理工学院已开发出一种具有“腕”系统的高度认可的微型机器人。 其他国家，例如日本，苏联和西欧，在1967年和1968年开始基于美国的“ Versatran”和“ Unimate”机器人进行开发。至于日本，1967年，日本的丰田织机在美国推出了“ Versatran”，川崎重工推出了“ Unimate”以实现快速发展。通过技术引进，模仿，改造和创新。很快，开发了本地化的机器人，其技术水平迅速赶上了美国，并超过了其他国家。经过大约10年的实际使用时间，它自1980年以来进入了一个广阔的时代。 中国开始发展工业机器人的时间比日本晚了5-6年，但是由于许多原因，工业机器人技术的发展相对缓慢。目前，中国计划将工业机器人技术引进国外，并通过引进，模仿，改造和创新，实现工业机器人的快速发展。 1.3机器人的发展趋势随着现代生产技术的进步，机器人的设计和生产能力进一步提高，特别是当机器人生产与柔性制造系统和柔性制造设备相结合时，改变了机械制造的当前手动操作状态并提高了

生产效率。 当前，现代工业机器人通常具有以下发展趋势：（1）提高移动速度和精度，减少重量和空间，加快机器人功能组件的标准化和模块化，并将机器人的机械模块，控制模块和传感模块组合成各种结构的机器人。 （2）适用于各种情况的各种新结构，包括确保精度的微动机制的开发，具有多个关节和多个自由度的手臂和手指的开发以及可以适应各种情况的各种步行机器人的开发。发展； （3）开发各种传感器和感测元件，例如触觉，视觉，听觉，味觉和距离测量传感器，并使用这些传感器获取工作对象周围的外部环境信息，位置信息和状态信息以识别模式并完成状态。检测。专家系统用于解决问题和制定行动计划，并且越来越多的系统由微型计算机控制。1.4本文的主要研究内容 本文研究了国内外物料机器人的发展现状，通过研究物料机器人的工作原理，熟悉了小型仓储机器人的运动机理。在此基础上，确定了小型储藏机器人的基本系统结构，对小型储藏机器人的运动进行了简单的机械模型分析，并确定了机器人的机械设计（包括传动单元，执行单元和驱动单元）以及机器人的系统控制。 机器人采取类似人的事物的最基本条件是拥有一组识别和传递机制——，类似于手指，手腕，手臂，关节等。可以像肌肉一样移动手臂的传动系统，可以像大脑指挥官一样操作的控制系统。该系统的性能决定了机器人的性能。通常，机器人由三部分组成：执行器，驱动传动系统和控制系统，如图1.1所示。 图1.1 机器人的一般组成[2]与过去相比，现代智能机器人具有某些智能系统，主要增加了感觉设备，视觉设备和语言识别设备。当前机器人技术的研究主要集中在机器人触觉设备上，方法是让机器人“眼睛”识别物体并避开障碍物。机器人的这些组件不是彼此独立的，或者仅仅是彼此不重叠以形成机器人。为了实现我们期望机器人实现的功能，机器人各部分之间必须存在相互关系，相互影响和相互制约。它们的关系如图1.2所示。?? 图1.2 机器人各组成部分之间的关系[3]机器人的机械系统主要由执行器和传动系统组成。执行器是机器人完成各种任务所依赖的实体，通常由连杆和关节组成，由传动系统驱动，并能够根据控制系统的要求完成各种任务。驱动传动系统包括驱动机构和传动系统。驱动机构用于提供机器人的每个关节所需的动力，并且传动系统可以将驱动力转换为满足机器人的每个关节的扭矩和运动所需的驱动力或扭矩。有一些文档将机器人分为三个部分：机械系统，驱动系统和控制系统。机械系统也称为操纵器，就像本文的

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