500kg四自由度重载搬运机器人机械执行机构设计【字数：15250】
四自由度重载搬运机器人在工业自动化中有着举足轻重的地位。对于该课题，第一步查阅国内外此类机器人的现状和发展。然后制定总体的结构方案，即采用四个自由度的圆柱坐标结构。本课题设计的执行机构具有腕部的回转、臂部的伸缩、臂部的升降以及臂部的回转等功能。腕部的转动和臂部的转动选用单叶片摆动式液压缸加以实现；臂部的伸缩和升降采用双导向杆结构和花键轴导向结构配合液压缸加以实现。为使结构更加紧凑将臂部回转缸置于臂部升降缸之上。最后，对执行机构的内容进行补充。本毕业设计中，关于液压缸结构的计算是文章的核心内容，然后根据得出的参数，进行校核。执行机构的零件图和整体装配图可由CAD实现。
目录
1.绪论 1
1.1本课题目的及意义 1
1.2 四自由度重载搬运机器人的组成 2
1.3 国内外重载机器人的现状与发展趋势 3
1.4 本课题主要内容 5
2.执行机构方案的制定 6
2.1 总体方案的论述 6
2.2 腕部结构方案的制定 7
2.3 臂部伸缩结构方案的制定 8
2.4 臂部升降及回转结构方案的制定 9
3.执行机构部件的计算和校核 11
3.1 腕部的设计与校核 11
3.1.1 腕部回转力矩的计算 11
3.1.2 腕部摆动液压缸的计算与校核 13
3.1.3 腕部输出轴的计算与校核 15
3.1.4 液压缸盖厚度的计算 18
3.1.5 液压缸盖螺钉直径的计算与校核 19
3.1.6 动片与输出轴连接螺钉计算 20
3.2 伸缩臂的设计与校核 22
3.2.1 伸缩臂驱动力的计算 22
3.2.2 伸缩液压缸参数计算与校核 23
3.2.3 液压缸盖厚度的计算 29
3.2.4 液压缸端盖螺钉的计算与校核 29
3.3 升降臂的设计与校核 30
3.3.1 升降不自锁条件的分析计算 30
3.3.2 升降臂驱动力计算 31
3.3.3 升降液压缸参数计算与校核 32
3.3.4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
液压缸盖厚度的计算 35
3.3.5 缸盖螺钉的计算与校核 36
3.4 回转机构的设计与校核 36
3.4.1 臂部摆动液压缸驱动力矩计算 36
3.4.2 摆动液压缸参数的计算与校核 37
3.4.3 液压缸盖厚度的计算 39
3.4.4 液压缸盖螺钉直径的计算与校核 39
3.4.5 动片与输出轴连接螺钉计算 40
4. 内容的补充与静力学分析 41
4.1 缓冲结构的设计 41
4.2 带密封装置轴承的选择 42
4.3 润滑脂的选用 43
4.4 静力学分析 44
总结 47
参考文献 48
致谢 49
1.绪论
1.1本课题目的及意义
工业生产之中的物料搬运一般可以使用机器人来实现。但是，一些企业中它们的物料可能质量较大，普通的搬运机器人将会毫无作用，遇到这种情况，就只能使用原始的搬运方法：人力搬运。这种搬运方法不但速度慢，而且还很不安全。所以，设计一种能进行重物搬运的机器人很有必要。
四自由度重载搬运机器人包含了许多的学科，比如我们所熟悉的机械设计，机器人的执行机构就是以它作为结构设计的基础。还有工程力学和机械制造，它们也是机器人成功运作的基石。最重要的当属电气控制方面的内容了，它可以使机器人能够按照企业里的要求进行运动。
美国对于重载搬运机器人的研究一直处于领先的态势。而且研究时间也最长。自从美国福特汽车公司率先研发出的四自由度重载搬运机器人成功的投入在了机床工作的自动化生产线上，并且获得了十分显著的经济成果之后，世界上的各个国家便开始纷纷效仿其研究适合工业发展的各种重载搬运机器人。
现在每个国家的工业都处在高速发展之中，将四自由度重载搬运机器人运用到工业生产中，对于人和企业都具有以下重大意义。
（1）搬运速度大大加快。四自由度重载搬运机器人可以用来快速搬运大型设备和集装箱等。人力搬运速度在它面前就会变得一无是处，而且它的搬运速度并不会因为工作时间的延长而减慢。
（2）减少事故的发生。在一些温度较高或较低以及有灰尘、噪声、放射性的工作空间之中,用人来直接搬运是十分危险的。四自由度重载搬运机器人可以在各种工人不适合长时间工作的地方连续不断的运动。与此同时，只需要工人偶尔视察工作即可。因为远离了危险的工作环境，企业里的工人的安全性将会大大的提高。
(3)减轻了工作量。四自由度重载搬运机器人在使用的时候，操控它的工人将可以得到一些休息时间。不必要每天长时间的在工作岗位上重复着同样的工作。而且机器人可以不停的工作,工人在倒班的时候，它可以继续工作。因此，工人的时间将会更加的自由，最重要的是产量也提高了。
四自由度重载搬运机器人已经被使用得越来越多，它的需求量也在增加。四自由度重载搬运机器人虽然灵活性还有不足的地方，且精度略低，但它负荷很大，运动的速度也比较快，所以在自动化程度比较高的场合之中，能够很大程度的扬长避短。
1.2四自由度重载搬运机器人的组成
四自由度重载搬运机器人的工作状态其实是通过仿生学实现的，通俗的讲就是模仿一个人抓取东西的动作制作的一个机器人。一个机器人基础的部分就是执行机构，执行机构的刚度和强度决定了机器人能否顺利完成搬运。而机器人的驱动也同样重要，它能够促使执行机构的动作，当然，最重要的还是机器人的控制系统和感知系统，它可以决定机器人如何动作。
执行机构是四自由度重载搬运机器人的主体框架，它一般由以下几个部位组成（本设计主要负责除基座、手部以外的部分）。
（1）末端执行器。末端执行器的作用可以等同于我们的手的作用。它就是直接接触所需搬运物件的部位，末端执行器的种类有很多，使用最多的就是夹持式和吸盘式的结构，这两种结构形状简单，而且方便制造，最重要的是它们控制起来比较方便，所提取的重物也不易滑落。
（2）腕部。腕部故名思义，它在机器人中的地位就相当于人们的手腕。腕部一般都会有自己独立的自由度。腕部是非常灵活的一个部位，它可以只有一个自由度也可以拥有几个自由度。因为它的存在，机器人的灵活程度能显著得到提高。它不仅可以实现回转运动，还可以实现摆动，这就使它的动作范围更加的宽广。在结构上它前承末端夹持器，后连伸缩臂，使得结构十分的紧凑，节约了工作空间。它的主体部分一般选取单叶片的回转液压缸。
目录
1.绪论 1
1.1本课题目的及意义 1
1.2 四自由度重载搬运机器人的组成 2
1.3 国内外重载机器人的现状与发展趋势 3
1.4 本课题主要内容 5
2.执行机构方案的制定 6
2.1 总体方案的论述 6
2.2 腕部结构方案的制定 7
2.3 臂部伸缩结构方案的制定 8
2.4 臂部升降及回转结构方案的制定 9
3.执行机构部件的计算和校核 11
3.1 腕部的设计与校核 11
3.1.1 腕部回转力矩的计算 11
3.1.2 腕部摆动液压缸的计算与校核 13
3.1.3 腕部输出轴的计算与校核 15
3.1.4 液压缸盖厚度的计算 18
3.1.5 液压缸盖螺钉直径的计算与校核 19
3.1.6 动片与输出轴连接螺钉计算 20
3.2 伸缩臂的设计与校核 22
3.2.1 伸缩臂驱动力的计算 22
3.2.2 伸缩液压缸参数计算与校核 23
3.2.3 液压缸盖厚度的计算 29
3.2.4 液压缸端盖螺钉的计算与校核 29
3.3 升降臂的设计与校核 30
3.3.1 升降不自锁条件的分析计算 30
3.3.2 升降臂驱动力计算 31
3.3.3 升降液压缸参数计算与校核 32
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液压缸盖厚度的计算 35
3.3.5 缸盖螺钉的计算与校核 36
3.4 回转机构的设计与校核 36
3.4.1 臂部摆动液压缸驱动力矩计算 36
3.4.2 摆动液压缸参数的计算与校核 37
3.4.3 液压缸盖厚度的计算 39
3.4.4 液压缸盖螺钉直径的计算与校核 39
3.4.5 动片与输出轴连接螺钉计算 40
4. 内容的补充与静力学分析 41
4.1 缓冲结构的设计 41
4.2 带密封装置轴承的选择 42
4.3 润滑脂的选用 43
4.4 静力学分析 44
总结 47
参考文献 48
致谢 49
1.绪论
1.1本课题目的及意义
工业生产之中的物料搬运一般可以使用机器人来实现。但是，一些企业中它们的物料可能质量较大，普通的搬运机器人将会毫无作用，遇到这种情况，就只能使用原始的搬运方法：人力搬运。这种搬运方法不但速度慢，而且还很不安全。所以，设计一种能进行重物搬运的机器人很有必要。
四自由度重载搬运机器人包含了许多的学科，比如我们所熟悉的机械设计，机器人的执行机构就是以它作为结构设计的基础。还有工程力学和机械制造，它们也是机器人成功运作的基石。最重要的当属电气控制方面的内容了，它可以使机器人能够按照企业里的要求进行运动。
美国对于重载搬运机器人的研究一直处于领先的态势。而且研究时间也最长。自从美国福特汽车公司率先研发出的四自由度重载搬运机器人成功的投入在了机床工作的自动化生产线上，并且获得了十分显著的经济成果之后，世界上的各个国家便开始纷纷效仿其研究适合工业发展的各种重载搬运机器人。
现在每个国家的工业都处在高速发展之中，将四自由度重载搬运机器人运用到工业生产中，对于人和企业都具有以下重大意义。
（1）搬运速度大大加快。四自由度重载搬运机器人可以用来快速搬运大型设备和集装箱等。人力搬运速度在它面前就会变得一无是处，而且它的搬运速度并不会因为工作时间的延长而减慢。
（2）减少事故的发生。在一些温度较高或较低以及有灰尘、噪声、放射性的工作空间之中,用人来直接搬运是十分危险的。四自由度重载搬运机器人可以在各种工人不适合长时间工作的地方连续不断的运动。与此同时，只需要工人偶尔视察工作即可。因为远离了危险的工作环境，企业里的工人的安全性将会大大的提高。
(3)减轻了工作量。四自由度重载搬运机器人在使用的时候，操控它的工人将可以得到一些休息时间。不必要每天长时间的在工作岗位上重复着同样的工作。而且机器人可以不停的工作,工人在倒班的时候，它可以继续工作。因此，工人的时间将会更加的自由，最重要的是产量也提高了。
四自由度重载搬运机器人已经被使用得越来越多，它的需求量也在增加。四自由度重载搬运机器人虽然灵活性还有不足的地方，且精度略低，但它负荷很大，运动的速度也比较快，所以在自动化程度比较高的场合之中，能够很大程度的扬长避短。
1.2四自由度重载搬运机器人的组成
四自由度重载搬运机器人的工作状态其实是通过仿生学实现的，通俗的讲就是模仿一个人抓取东西的动作制作的一个机器人。一个机器人基础的部分就是执行机构，执行机构的刚度和强度决定了机器人能否顺利完成搬运。而机器人的驱动也同样重要，它能够促使执行机构的动作，当然，最重要的还是机器人的控制系统和感知系统，它可以决定机器人如何动作。
执行机构是四自由度重载搬运机器人的主体框架，它一般由以下几个部位组成（本设计主要负责除基座、手部以外的部分）。
（1）末端执行器。末端执行器的作用可以等同于我们的手的作用。它就是直接接触所需搬运物件的部位，末端执行器的种类有很多，使用最多的就是夹持式和吸盘式的结构，这两种结构形状简单，而且方便制造，最重要的是它们控制起来比较方便，所提取的重物也不易滑落。
（2）腕部。腕部故名思义，它在机器人中的地位就相当于人们的手腕。腕部一般都会有自己独立的自由度。腕部是非常灵活的一个部位，它可以只有一个自由度也可以拥有几个自由度。因为它的存在，机器人的灵活程度能显著得到提高。它不仅可以实现回转运动，还可以实现摆动，这就使它的动作范围更加的宽广。在结构上它前承末端夹持器，后连伸缩臂，使得结构十分的紧凑，节约了工作空间。它的主体部分一般选取单叶片的回转液压缸。
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