码垛搬运机器人的设计(附件)【字数：4856】
日期 2019年3月20日 本文的研究对象为码垛搬运工业机器人，按照码垛搬运机器人实际的应用环境，对码垛搬运工业机器人的机械结构进行研究。依照具体的作业要求，确定码垛搬运工业机器人的具体参数，对码垛搬运机器人的机械结构的主要组成进行设计，对各组成部分的作用简单说明，依据相关技术参数，确定机器人总体结构形式，分配各关节自由度形式及对驱动方式进行选择，确定驱动器的型号。最后还会针对物料箱进行码垛搬运机器人的末端执行器夹爪进行设计与气缸进行选型。
目录
引言 1
一、 码垛搬运机器人的应用坏境与具体参数 1
（一）实际应用坏境 1
（二）性能参数 1
二、 码垛搬运机器人机械结构的设计 2
（一）码垛搬运机器人机械结构的构成 2
（二）码垛搬运机器人回转结构分析 3
三、码垛搬运机器人自由度的分配及腰部、臂部、腕部的构型 5
四、码垛搬运机器人驱动方式的选择 7
（一）电机的计算 7
（二）减速器的计算 8
五、码垛搬运机器人夹爪的设计 8
（一） 码垛搬运机器人夹爪结构的设计 9
（二）码垛搬运机器人夹爪的具体工作过程 10
（三）码垛搬运机器人夹爪气缸的选择 10
结语 12
参考文献 13
致谢 14
引言
近来，国内为了缓解劳动力成本上升的问题，工业机器人将承担起非常重要的责任，对于工业机器人的研究和应用也将成为趋势。码垛搬运机器人集机械、智能、电子等一系列学科为一体的高新技术产品，它的工作范围大、动作灵活、结构紧凑、能抓取靠近机座的物体等特点，在生活的各个领域的行业的码垛、搬运中被广泛的应用。我国目前急需在装卸、搬运等方面进行机械化、自动化。伴随着自动化浪潮，搬运等工序的机械化，搬运机器人便成为了最好的选择。自动化工业中机器人的使用不但可以更进一步增强了自动化设备的生产能力，还可以改善各种脏乱差的工作环境。为减轻工作人员的工作强度，不仅可以在单机和专机上使用，还能够与机床 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
一起组合成一个综合数控加工系统。搬运机器人的研究一定是我国自动化工业发展的一个重要趋势。
码垛搬运机器人的应用坏境与具体参数
（一）实际应用坏境
该码垛搬运机器人主要用于工厂中物料箱的搬运、码垛。使物料箱的码放变得更加方便、快捷，实现自动化流水线生产，节约人力、物力。物料箱的尺寸规格为120mm*80mm*80mm如图11所示，同时码放5个箱子，叠放2层后，末端执行器水平旋转90度叠放2层。依次叠放10层。这样可以放置有效防止物料箱倾倒。
图11 物料箱
（二）性能参数
以下是码垛搬运机器人设计的具体参数。
1.结构形式：关节型。
2.负荷能力：≤90 kg。
3.工作能力：1 600箱/时。
4.最大作用范围：2 700 mm。
5.自由度数：6自由度。
6.位置重复精度：±0.06 mm。
7.各轴运动范围及速度：
表11 机器人性能参数
关节
关节运动范围
角速度
关节1
+185°/ 185°
136°/s
关节2
+5°/ 140°
130°/s
关节3
155°/ 120°
120°/s
关节4
+150°/ 150°
292°/s
关节5
+125°/ 125°
258°/s
关节6
+350°/ 350°
284°/s
码垛搬运机器人机械结构的设计
将码垛搬运机器人的机械结构当作一个杆件结构。关节部分是运动副，码垛搬运机器人的手臂部分就是连杆。码垛搬运机器人一般采用转动关节。码垛搬运机器人的腕部通常由3个关节组成。码垛搬运机器人的臂部是决定码垛搬运机器人末端所能到达位置的主要部件，腕部则决定了码垛搬运机器人再工作时腕部和手部的状态。机器人的臂部也要能够再与机座垂直的平面运动并绕垂直轴转动。能够适应各种各样的作业。如图21所示是使用SolidWorks三维机械设计软件绘制成的码垛搬运机器人总体结构图。
（一）码垛搬运机器人机械结构的构成
码垛搬运机器人由机器人主体、驱动系统和控制系统组成[1]。其中的机器人主体包括手部、腕部、臂部、腰部和机座。如图22所示。
1、机器人的手部又称末端执行器，指的是任何一个与机器人末端链接的具有一定功能的工具。末端执行器可以是夹持器或者是专用工具等。
2、机器人的腕部连接手部和臂部，利用机器人腕部的多个自由度的调整来使末端执行器的方位和状态进行改变，以此来扩大机器人末端执行器的动作范围。
3、机器人的臂部是机器人的主要机械结构由大臂和小臂组成。是机器人调整腕部、手部和物料箱在空间中的位置的部件，也用于支撑腕部、手部和物料箱的重量。
4、机器人的腰部主要用来支撑机器人的臂部、腕部和手部的机械部件。机器人手臂部分的俯仰动作、升降动作和回转动作都与机器人的腰部有着非常紧密的关系。有时因工作需要，有时也可作横向移动。
5、机座是工业机器人的底架，是机器人的基础部分，承载了整个机器人的执行系统和驱动系统。起支撑和连接作用。
/
图21 总体结构图
/
图22 码垛搬运机器人的尺寸结构
（二）码垛搬运机器人回转结构分析
回转结构是工业机器人的重要部分，是机身和机架的衔接部分。依据工业机器人的典型结构会回转结构分析：
1、腰部 由安装在腰部上的电机1驱动控制减速器，使腰部在机座上绕Z1轴旋转如图23所示。
2、大臂 由安装在腰部上的电机2驱动控制减速器，使大臂绕Z2轴旋转。如图24所示。
3、小臂 由安装在小臂上的电机3驱动控制减速器，使小臂绕Z3轴旋转.如图24所示。
目录
引言 1
一、 码垛搬运机器人的应用坏境与具体参数 1
（一）实际应用坏境 1
（二）性能参数 1
二、 码垛搬运机器人机械结构的设计 2
（一）码垛搬运机器人机械结构的构成 2
（二）码垛搬运机器人回转结构分析 3
三、码垛搬运机器人自由度的分配及腰部、臂部、腕部的构型 5
四、码垛搬运机器人驱动方式的选择 7
（一）电机的计算 7
（二）减速器的计算 8
五、码垛搬运机器人夹爪的设计 8
（一） 码垛搬运机器人夹爪结构的设计 9
（二）码垛搬运机器人夹爪的具体工作过程 10
（三）码垛搬运机器人夹爪气缸的选择 10
结语 12
参考文献 13
致谢 14
引言
近来，国内为了缓解劳动力成本上升的问题，工业机器人将承担起非常重要的责任，对于工业机器人的研究和应用也将成为趋势。码垛搬运机器人集机械、智能、电子等一系列学科为一体的高新技术产品，它的工作范围大、动作灵活、结构紧凑、能抓取靠近机座的物体等特点，在生活的各个领域的行业的码垛、搬运中被广泛的应用。我国目前急需在装卸、搬运等方面进行机械化、自动化。伴随着自动化浪潮，搬运等工序的机械化，搬运机器人便成为了最好的选择。自动化工业中机器人的使用不但可以更进一步增强了自动化设备的生产能力，还可以改善各种脏乱差的工作环境。为减轻工作人员的工作强度，不仅可以在单机和专机上使用，还能够与机床 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
一起组合成一个综合数控加工系统。搬运机器人的研究一定是我国自动化工业发展的一个重要趋势。
码垛搬运机器人的应用坏境与具体参数
（一）实际应用坏境
该码垛搬运机器人主要用于工厂中物料箱的搬运、码垛。使物料箱的码放变得更加方便、快捷，实现自动化流水线生产，节约人力、物力。物料箱的尺寸规格为120mm*80mm*80mm如图11所示，同时码放5个箱子，叠放2层后，末端执行器水平旋转90度叠放2层。依次叠放10层。这样可以放置有效防止物料箱倾倒。
图11 物料箱
（二）性能参数
以下是码垛搬运机器人设计的具体参数。
1.结构形式：关节型。
2.负荷能力：≤90 kg。
3.工作能力：1 600箱/时。
4.最大作用范围：2 700 mm。
5.自由度数：6自由度。
6.位置重复精度：±0.06 mm。
7.各轴运动范围及速度：
表11 机器人性能参数
关节
关节运动范围
角速度
关节1
+185°/ 185°
136°/s
关节2
+5°/ 140°
130°/s
关节3
155°/ 120°
120°/s
关节4
+150°/ 150°
292°/s
关节5
+125°/ 125°
258°/s
关节6
+350°/ 350°
284°/s
码垛搬运机器人机械结构的设计
将码垛搬运机器人的机械结构当作一个杆件结构。关节部分是运动副，码垛搬运机器人的手臂部分就是连杆。码垛搬运机器人一般采用转动关节。码垛搬运机器人的腕部通常由3个关节组成。码垛搬运机器人的臂部是决定码垛搬运机器人末端所能到达位置的主要部件，腕部则决定了码垛搬运机器人再工作时腕部和手部的状态。机器人的臂部也要能够再与机座垂直的平面运动并绕垂直轴转动。能够适应各种各样的作业。如图21所示是使用SolidWorks三维机械设计软件绘制成的码垛搬运机器人总体结构图。
（一）码垛搬运机器人机械结构的构成
码垛搬运机器人由机器人主体、驱动系统和控制系统组成[1]。其中的机器人主体包括手部、腕部、臂部、腰部和机座。如图22所示。
1、机器人的手部又称末端执行器，指的是任何一个与机器人末端链接的具有一定功能的工具。末端执行器可以是夹持器或者是专用工具等。
2、机器人的腕部连接手部和臂部，利用机器人腕部的多个自由度的调整来使末端执行器的方位和状态进行改变，以此来扩大机器人末端执行器的动作范围。
3、机器人的臂部是机器人的主要机械结构由大臂和小臂组成。是机器人调整腕部、手部和物料箱在空间中的位置的部件，也用于支撑腕部、手部和物料箱的重量。
4、机器人的腰部主要用来支撑机器人的臂部、腕部和手部的机械部件。机器人手臂部分的俯仰动作、升降动作和回转动作都与机器人的腰部有着非常紧密的关系。有时因工作需要，有时也可作横向移动。
5、机座是工业机器人的底架，是机器人的基础部分，承载了整个机器人的执行系统和驱动系统。起支撑和连接作用。
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图21 总体结构图
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图22 码垛搬运机器人的尺寸结构
（二）码垛搬运机器人回转结构分析
回转结构是工业机器人的重要部分，是机身和机架的衔接部分。依据工业机器人的典型结构会回转结构分析：
1、腰部 由安装在腰部上的电机1驱动控制减速器，使腰部在机座上绕Z1轴旋转如图23所示。
2、大臂 由安装在腰部上的电机2驱动控制减速器，使大臂绕Z2轴旋转。如图24所示。
3、小臂 由安装在小臂上的电机3驱动控制减速器，使小臂绕Z3轴旋转.如图24所示。
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