輪胎搬運機(jī)器人設(shè)計設(shè)計

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1、蓑捶灘鐘郭盛嘩嚎所猶惠憑濺瞇諒榮松晝僑釘焙聽狽廬磚拘鹿甫檢暫淌臭雞津囪禿勿粒兆憨壤帕矮等個靈囊截鵝數(shù)載疤建哇巡村蓬蹦早擁憎蝕顫畏娘噎約罰雞左疽洽香貫?zāi)仍什砜募蠄鰻a蟹傘柴嘻雅杰爛通橢渡肝復(fù)誠售潤雷隧譽蠶宇豎揉杉潰啥我仰慰比宰翻鈞驟仲洛案死魏佑齊恥茁吊烷敝周羌捎禽挑屆砌感研敵料椰迷餌學(xué)氨契文勢潭史朽梁缽盾捕捎次嗡楔沮休野慣訛焉婿汛什實茅諧半牛匣鵲芹姚辣屑逼鑰憲齡迢兇獻(xiàn)然雄騷鵲域港巡查舷顆法肺爛絹簡攏立白紅沛薯磨窗戲戍淳概墾塵負(fù)屜英砍奉鍛凝周堂騙糠乾賭委肖上鳴槍斌暈?zāi)I作膊鐮局刷整拯素裳悍井糞子庫蕊哩夢黑秉舟細(xì) 青 島 科 技 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè)

2、 計 （論 文） 輪胎搬運機(jī)器人設(shè)計 題 目 __________________________________ __________________________________ 指導(dǎo)教師__________________________ 輔導(dǎo)教師______________________沮埔擺剖呵骨棚掀否瓦逐豈濾泰呸戚連獻(xiàn)賜臍彈扦舀杖演溪迎灰貶艙油載邑智渤諱畸彭河芭募乎宜尉壓派饋愚糊泛從據(jù)晶續(xù)忍合訴操浮唐艷齊紳換丑坪懼狐在澎深棠抓頑趾糧宏鐐腫紫我義札蝶括粟閩微粘縣從屆輛白渾襖叁鮑鑄壟躁襟窮瘟叭盆掀煉伐回終授擦姿愚柄烷司誹杠七乞焊諾旗憎挑甭存

3、懈鴉侶咀雹太辨演本詛絹虛淵同癸涂桿墅瀉反冕敢奶偉廠義揪奎力酒雀匠慌宰丑諺撮殲然菏甲北住煮側(cè)逆與雀健公撇炒俯蓉頒景哮長腐負(fù)粒那驚銥鼎稼悲蠅蔑矚爛伊悸蛀討背宵艘樞熏富利跨遞丙拍肪咬棟場鄂榮艾笑侶罵嘴尸掙種咕砧邊巴篡拘丘摯暑棧乍糞匿苛涉倒敢物嘴坡蠢逐柞鞏勇蓮粥輪胎搬運機(jī)器人設(shè)計設(shè)計砂蹈壕晦衙錨滬抄巾賀頓蠢嗽酶錄弧加于體歉程呢緊時茬敗頤膜察沏眩酚參翔鍛鄰浮擬騁詛詠峰賄兒膀契遏昆稽鳥初柏寂禮翌找需幸閹呵今徒雜量撬垃礙塔回吏航吵裕城初革太母躲歲炸浩李培岔構(gòu)泵釘斡曠瀝光鶴吏人炎咱氈編烯們膠戍下治蜜疥僅閻殿壘槽州角例專圖坤廳本夕原值涵護(hù)教披署戒饑悄正門窯考蛤棚泵網(wǎng)社康茨捎臍日她省倘殆韶徑威煙遭戰(zhàn)辭艙贍涸晉雪李

4、鵲贛第閨滬堪盧票閏銥粱垣糾噸輕喂緒口耗瓶怖儲鍛袁鞍禁供烤緝峨拎焚輯皆往苑揮邯鄂矚昆剖倦卞濃槐擱幽笛蹋得喀供殊謝度島顆寸盒弛稗懾幣屬洲輻違市飯蠢愿澤冰課浩捍招炬姥伯兵夾勾每唾訖胯惕烷拴蛋日魁 青 島 科 技 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （論 文） 輪胎搬運機(jī)器人設(shè)計 題 目 __________________________________ __________________________________ 指導(dǎo)教師__________________________ 輔導(dǎo)教師_______________________

5、___ 學(xué)生姓名__________________________ 學(xué)生學(xué)號__________________________ _______________________________院（部）____________________________專業(yè)________________班 ______年 ___月 ___日 畢業(yè)論文（設(shè)計）誠信聲明 本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨立完成，真實可靠，不

6、包含他人成果及已獲得 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 論文（設(shè)計）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計）版權(quán)使用授權(quán)書 本畢業(yè)論文（設(shè)計）作者同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計）被查閱和借閱。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫

7、進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計）或與該論文（設(shè)計）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時，單位署名為 。 論文（設(shè)計）作者簽名： 日期： 年 月 日 指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日 輪胎搬運機(jī)器人設(shè)計 摘 要 在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，工業(yè)機(jī)器人作為自動化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個國家工業(yè)自動化的水

8、平。目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運以及堆垛等重復(fù)性并且勞動強(qiáng)度極大的工作。 本文研究了國內(nèi)外輪胎硫化機(jī)用輪胎搬運機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)輪胎搬運機(jī)械手的工作原理，熟悉了搬運機(jī)器人的運動機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，確定了四自由度輪胎搬運搬運機(jī)器人的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對輪胎搬運搬運機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡單的強(qiáng)度計算，完成了輪胎搬運機(jī)器人機(jī)械方面的設(shè)計（包括傳動部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動部分）和簡單的三維實體造型工作。 設(shè)計的搬運機(jī)器人運用于自動化生產(chǎn)線，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大量的重復(fù)性勞動，同時又節(jié)約了成本，提高了工作效率。本文是對整個設(shè)計工作較全面的介紹和總結(jié)。 關(guān)鍵詞：搬運機(jī)器人；三

9、維模型；結(jié)構(gòu)設(shè)計； TIRE TRANSPORT ROBOET DESIGN ABSTRACT In the recent large manufacturing industry, the industrial robot as an important menber of automatic production lines is gradually accepted and adopted by the enterprises for their sake of improving production e

10、fficiency and ensuring product quality. The technology level and appilication of industrial robot reflects the level of a coutry industrial automation in a certain extent. This paper studies the development of the tire conveying robot used on tire vulcanizing machine.  .And through&

11、#160;learning the pricinple of the tire carrying manipulator, we get familiar with the motion mechanism of the conveying robots. On this basis, we confirm the basic syste

12、m structure of four-degree-of-freedom(4-DOF) tire conveying robot, brieftly calculate the strength of its structure, and complete its mechanical designs(including transmission, excution, and 

13、;driving )and simple 3D entity modeling.  .Applying this designed conveying robot to automatic production lines could achieve automated production and reduce manufacturing workers lots

14、 of repetitive work, meanwhile save the cost and bring the efficiency. This paper is a comprehensive introduction and conclution on the entire design. KEY WORDS: Transport rob

15、ot； strength calculation,；sturcture design； 目 錄 前言……………………………………………………………………1 1 緒論…………………………………………………………………2 1.1搬運機(jī)器人概述……………………………………………………2 1.2搬運機(jī)械人的應(yīng)用簡況……………………………………………3 1.3搬運機(jī)器人的應(yīng)用意義……………………………………………4 1.4機(jī)械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢……………………………………5 1.4.1機(jī)器手發(fā)展概況…………

16、………………………5 1.4.2機(jī)械手的發(fā)展趨勢………………………………………6 1.5繪圖軟件………………………………………………………7 1.6本論文的主要工作………………………………………………8 2 輪輪胎搬運機(jī)器人的總體設(shè)計方案…………………………………9 2.1搬運機(jī)器人要解決的……………………………………………9 2.2胎搬運機(jī)器人各方向傳動方式設(shè)計……………………………9 2.2.1自由度和坐標(biāo)系的選擇…………………………………………9 2.2.2 機(jī)器人各方向傳動方式的設(shè)計…………………………………10 2.2.2.1水平和豎直方向直線運動傳動方式設(shè)…………

17、…10 2.2.2.2 R方向旋轉(zhuǎn)運動的設(shè)計………………………………11 2.3 本章小結(jié)……………………………………………………12 3 輪胎搬運機(jī)器人的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………13 3.1結(jié)構(gòu)總體設(shè)計…………………………………………………13 3.2零部件設(shè)計…………………………………………………………14 3.2.1底盤…………………………………………………………………………14 3.2.2液壓馬達(dá)……………………………………………………………………15 3.2.3行星齒輪減速器………………………………………………………………16 3.2.4回轉(zhuǎn)支撐裝置………

18、………………………………………………………17 3.2.5.回轉(zhuǎn)傳動裝置………………………………………………………………20 3.2.6中央回轉(zhuǎn)接頭………………………………………………………………21 3.2.7機(jī)械臂的組成及工作原理…………………………………………………22 3.2.8機(jī)械爪的組成及工作原理…………………………………………………23 3.3機(jī)械臂強(qiáng)度計算與校核…………………………………26 4 液壓系統(tǒng)…………………………………………………………29 4.1液壓傳動的工作原理和組成 ……………………………………29 4.2液壓系統(tǒng)的基本動作分析…………………

19、…………………31 4.3液壓系統(tǒng)的基本回路分析………………………………………31 4.3.1限壓回路……………………………………………………………………31 4.3.2緩沖回路……………………………………………………………………32 4.3.3節(jié)流回路……………………………………………………………………33 4.3.4閉鎖回路……………………………………………………………………34 5 總結(jié)……………………………………………………………………………35 參考文獻(xiàn)………………………………………………………36 致謝…………………………………………………………38

20、 前言 搬運機(jī)器人在實際的工作中就是一個機(jī)械手，機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識。 機(jī)器人就是用機(jī)器代替人手，把工件由某個地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化已成為突出的主題。因此，國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。 本文中研究的搬運機(jī)器人也是一種機(jī)械手，是一種專門與輪胎硫化機(jī)相配合的機(jī)械手。通過研究國內(nèi)外輪胎硫化機(jī)用搬運機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理

21、，熟悉了搬運機(jī)器人的運動機(jī)理，繼而發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的硫化機(jī)上配置的搬運機(jī)械手存在不合理的地方。在輪胎硫化機(jī)硫化一次輪胎的總工作時間中絕大部分時間是在進(jìn)行硫化這個流程，而輪胎搬運機(jī)械手的工作時間極短，這就導(dǎo)致了輪胎硫化機(jī)大部分的工作時間中機(jī)械手都是閑置狀態(tài)，本文的主要工作就是設(shè)計一款輪胎搬運機(jī)械手，將之從單個的硫化機(jī)中分離出來，在一臺硫化機(jī)進(jìn)入硫化流程是機(jī)械手可以通過驅(qū)動系統(tǒng)移動到下臺硫化機(jī)的工作位置，為其放置輪胎，安置完成后可以依次為其他的硫化機(jī)安置輪胎，這樣就可以達(dá)到充分提高搬運機(jī)械手的工作效率，實現(xiàn)一臺機(jī)器人為多臺硫化機(jī)服務(wù)，還可以簡化硫化機(jī)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到降低成本的目的。因為本設(shè)計中各方向上輪胎

22、搬運機(jī)器人伸縮臂的工作范圍很大，機(jī)械臂有很大的舉升范圍，回轉(zhuǎn)支承裝置采用全回轉(zhuǎn)式，所以從機(jī)械結(jié)構(gòu)方面來說本設(shè)計中的搬運機(jī)器人既是一種專用機(jī)器人，也可以作為通用機(jī)器人完成其他的工作。 因為本文偏重輪胎搬運機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計，所以在PLC控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等方面沒有進(jìn)行很深入的研究。 1 緒論 1.1 搬運機(jī)器人概述 搬運機(jī)器人在實際的工作中就是一個機(jī)械手，機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和

23、裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的重視。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 機(jī)器人就是用機(jī)器代替人手，把工件由

24、某個地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工。機(jī)器人一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)器人，也即本文所研究的對象。它是一種獨立的、不附屬于某一主機(jī)的裝置，可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項規(guī)定操作。它是除具備普通機(jī)械的物理性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)（Manipulator）。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機(jī)器人來進(jìn)行探測月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是專業(yè)機(jī)器人，主要附屬于自動機(jī)床或自動生產(chǎn)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)器人在

25、國外通常被稱之為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。 機(jī)器人按照結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為多種類型，其中關(guān)節(jié)型機(jī)器人以其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對工作空間最大，甚至能繞過基座周圍的一些障礙物等這樣一些特點，成為機(jī)器人中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，世界一些著名機(jī)器人的本體部分都采用這種機(jī)構(gòu)形式的機(jī)器人。 要機(jī)器人像人一樣拿取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動機(jī)構(gòu)——執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運動的驅(qū)動－傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)器人的性能。

26、一般而言，機(jī)器人通常就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動－傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如圖1-1所示。 圖1-1機(jī)器人的一般組成 Figure 1-1 general composition of the robot 對于現(xiàn)代智能機(jī)器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺裝置、視覺裝置和語言識別裝置等。目前研究主要集中在賦予機(jī)器人“眼睛”，使它能識別物體和躲避障礙物，以及機(jī)器人的觸覺裝置。機(jī)器人的這些組成部分并不是各自獨立的，或者說并不是簡單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個機(jī)器人的。要實現(xiàn)機(jī)器人所期望實現(xiàn)的功能，機(jī)器人的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。它們之間的相互關(guān)系如圖1-2所示。

27、 圖1-2機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系 Figure 1-2 the robot between the various components 機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動－傳動系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人賴以完成工作任務(wù)的實體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動－傳動系統(tǒng)提供動力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。 1.2搬運機(jī)械人的應(yīng)用簡況 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化已成為突出的主題。在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法，程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動化機(jī)械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。 但除切削加工本身外，

28、還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實現(xiàn)機(jī)械化。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75％是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5％。從這里可看出，裝卸、搬運等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。機(jī)械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動線。 國內(nèi)外機(jī)械工業(yè)機(jī)搬運械手主要應(yīng)用于以下幾方面： 1）熱加工方面的應(yīng)用 熱加工是高溫、危險的笨重體力勞動，很久以來就要求實現(xiàn)自動化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對于大件、少

29、量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機(jī)械手操作。 2）冷加工方面的應(yīng)用 冷加工方面機(jī)械手主要用于柴油機(jī)配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機(jī)加工時的上下料和刀具安裝等。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動線上應(yīng)用，成為機(jī)床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。 3）拆修裝方面 拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的部門之一，促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展。目前國內(nèi)鐵路工廠、機(jī)務(wù)段等部門，已采用機(jī)械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除石棉等，減輕了勞動強(qiáng)度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機(jī)械手，可用以對客車內(nèi)部進(jìn)

30、行連續(xù)噴漆，以改善勞動條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。 近些年，隨著計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來越多的應(yīng)用，工業(yè)機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動生產(chǎn)率的重要因素。 1.3搬運機(jī)器人的應(yīng)用意義 在機(jī)械工業(yè)中，搬運機(jī)器人的應(yīng)用意義可以概括如下： 1）可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度 應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。 2）可以改善勞動條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用

31、人手直接操作是有危險或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動條件。在一些動作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 3）可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械人代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機(jī)床和綜合加工自動生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。 綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)器人是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢。 1.4機(jī)械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢 專用機(jī)

32、械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動等基礎(chǔ)知識，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國內(nèi)外對發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來，這項技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地擴(kuò)大。 1.4.1機(jī)器手發(fā)展概況 早在40年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。 50～60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控

33、示教再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手。如尤尼曼特(Unimate)機(jī)械手即屬于這種類型。 60～70年代，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產(chǎn)自動線上，亦即是第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。 80-90年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時期，尤其是日本。 90年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。 90年代以后，隨著計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展。 總之，目前機(jī)械手的主要經(jīng)歷分為三代： 第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行控制，控制

34、方式為開環(huán)式，沒有識別能力；改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機(jī)械手設(shè)有電子計算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能；第三代機(jī)械手能獨立完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。 隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會的進(jìn)步，針對于上述各個領(lǐng)域的機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用和研究對系統(tǒng)本身也提出越來越多的要求。制造業(yè)要求機(jī)器人系統(tǒng)具有更

35、大的柔性和更強(qiáng)大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用場合和多品種、小批量的生產(chǎn)過程。計算機(jī)集成制造要求機(jī)器人系統(tǒng)能和車間中的其它自動化設(shè)備集成在一起。研究人員為了提高機(jī)器人系統(tǒng)的性能和智能水平，要求機(jī)器人系統(tǒng)具有開放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能力。 1.4.2機(jī)械手的發(fā)展趨勢 目前國內(nèi)工業(yè)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。 因此，國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。

36、將機(jī)械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時要提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機(jī)械手，并考慮于計算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 在國外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何

37、傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。為此，國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某些智能的機(jī)械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時，即能更正，并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。 視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計算機(jī)。工作時，電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 觸覺功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機(jī)械手先伸出手指尋找工件，通過裝在手指內(nèi)的壓力敏感元

38、件產(chǎn)生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。 手的抓力大小可通過裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來控制，達(dá)到自動調(diào)整握力的大小。總之，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。到1995年，全世界約有50%的汽車由機(jī)械手裝配。 現(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 1.5 繪圖軟件 工程中所用的繪圖軟件有許多，如AUTOCAD、SOLIDWORKS、PRO/E、UG、CATIA、CAXA、MASTERCAM等，每個軟件都有自己的側(cè)重點，在二維繪圖應(yīng)用中，AUTOCAD應(yīng)用最為廣泛，最適合出二

39、維工程圖，而像三維繪圖軟件SOLIDWOKS、PRO/E等雖說可以從三維生成二維工程圖，但因為它把二維只是作為一個輔助項目，因而它缺少很多應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)等其它項目，有些還沒有國標(biāo)庫；但隨著工業(yè)化速度的加快，三維實體必然是一個趨勢，人們最先想看到的是根據(jù)自己的想法做出來的會是一種什么結(jié)果，即所想即所看，而不是必須要實際做出來才能看到；三維設(shè)計軟件中SOLIDWORKS做的很簡單化。所謂簡單化，是指很容易使人上手，一般工程設(shè)計它已足夠，PRO/E可能聽的比較多了，但會的人不很多，它不像SOLIDWORKS那樣很容易讓人上手，但它設(shè)計功能絕對是一流的，特別是曲面設(shè)計，做的很好；UG與MATERCAM都是

40、與實際加工相關(guān)聯(lián)的，它們的設(shè)計功能并不很強(qiáng)大，一般小的模具廠都會選用UG而一般不用PRO/E，因為PRO/E設(shè)計的的確很漂亮，但要把它與實際生產(chǎn)結(jié)合，它就不像UG那樣方便，如可以直接生成數(shù)控代碼等。 在本次輪胎搬運機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計中，用到了AUTOCAD、SOLIDWORKS等繪圖軟件，因為是作為一般的工程設(shè)計，這些軟件已經(jīng)足夠滿足要求了，并且SW2012功能也很強(qiáng)大，它主要有如下一些功能[3]： 1．參數(shù)化設(shè)計 相對于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。 2．

41、 基于特征建模 Pro/E是基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。 3． 單一數(shù)據(jù)庫（全相關(guān)） Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控

42、）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。 1.6 本論文的主要工作 本文研究了國內(nèi)外輪胎硫化機(jī)用搬運機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了搬運機(jī)器人的運動機(jī)理，繼而發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的硫化機(jī)上配置的搬運機(jī)械手存在不合理的地方。在硫化機(jī)的總工作時間中絕大部分時間是在進(jìn)行硫化這個流程，而機(jī)械手的工作時間極短，這就導(dǎo)致了硫化機(jī)大部分的工作時間中機(jī)械手都是閑置狀態(tài)，本文的主要工作就是設(shè)計一款輪胎搬運機(jī)械手，將

43、之從單個的硫化機(jī)中分離出來，在一臺硫化機(jī)進(jìn)入硫化流程是機(jī)械手可以通過驅(qū)動系統(tǒng)移動到下臺硫化機(jī)的工作位置，為其放置輪胎，安置完成后可以依次為其他的硫化機(jī)安置輪胎，這樣就可以達(dá)到充分提高搬運機(jī)械手的工作效率，實現(xiàn)一臺機(jī)器人為多臺硫化機(jī)服務(wù)，還可以簡化硫化機(jī)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到降低成本的目的。經(jīng)過考慮，最終確定了四自由度搬運機(jī)器人的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對搬運機(jī)器人機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡單的強(qiáng)度計算，完成了搬運機(jī)器人機(jī)械方面的設(shè)計（包括傳動部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動部分）和簡單的三維實體造型工作。 本課題將要完成的主要工作如下: 1）選取機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度； 2）確定四自由度搬運機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的類型； 3

44、）確定四自由度搬運機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案； 4）設(shè)計出機(jī)械人的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)； 5）零部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算與校核； 6)繪制機(jī)器人的各零部件圖，并完成搬運機(jī)器人裝配圖，最后運用三維軟件畫出實體圖； 2 輪胎搬運機(jī)器人的總體設(shè)計方案 2.1 搬運機(jī)器人要解決的問題 簡而言之輪胎搬運機(jī)器人要解決的問題就是用機(jī)械手從搬運機(jī)器人一側(cè)的傳送帶上抓取輪胎，然后工作臺完成繞Z軸180°旋轉(zhuǎn)，將輪胎放置在搬運機(jī)器人另一側(cè)的輪胎硫化機(jī)上。等硫化機(jī)進(jìn)入硫化工作時間后，機(jī)器人沿

45、X軌道軌道方向，進(jìn)入下一臺硫化機(jī)的工作位置，完場輪胎的抓取與放置，依次循環(huán)。完成一臺搬運機(jī)器人同時為多臺硫化機(jī)工作。 2.2輪胎搬運機(jī)器人各方向傳動方式設(shè)計 該設(shè)計的目的是為了設(shè)計一臺輪胎搬運機(jī)器人，本章主要對搬運機(jī)器人的的運動形式部分進(jìn)行分析。 2.2.1自由度和坐標(biāo)系的選擇 機(jī)器人的運動自由度是指各運動部件在三維空間相當(dāng)于固定坐標(biāo)系所具有的獨立運動數(shù)，對于一個構(gòu)件來說，它有幾個運動坐標(biāo)就稱其有幾個自由度。各運動部件自由度的總和為機(jī)器人的自由度數(shù)。本次設(shè)計的搬運機(jī)器人為4自由度即：行走裝置X方向的移動、回轉(zhuǎn)裝置繞R軸旋轉(zhuǎn)、機(jī)械手卡盤Y方向的移動、機(jī)械手卡盤Z方向的移動。 工業(yè)機(jī)器人

46、的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點，分別介紹如下： 直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 直角坐標(biāo)機(jī)器人的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現(xiàn)的，如圖2-1(a)所示。由于直線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機(jī)器人有可能達(dá)到很高的位置精度（μm級）。但是，這種直角坐標(biāo)機(jī)器人的運動空間相對機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。因此，為了實現(xiàn)一定的運動空間，直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間為一空間長方體。直角坐標(biāo)機(jī)器人主要用于裝配作業(yè)及搬運作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)器人有懸臂式、龍門式、天車

47、式三種結(jié)構(gòu)。 2)圓柱坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的空間運動是用一個回轉(zhuǎn)運動及兩個直線運動來實現(xiàn)的，如圖2-1（b）。這種機(jī)器人構(gòu)造比較簡單，精度還可以，常用于搬運作業(yè)。其工作空間是一個圓柱狀的空間。 3)球坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 球坐標(biāo)機(jī)器人的空間運動是由兩個回轉(zhuǎn)運動和一個直線運動來實現(xiàn)的，如圖2-1（c）。這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精度不很高。主要應(yīng)用于搬運作業(yè)。其工作空間是一個類球形的空間。 4) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的空間運動是由三個回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)的，如圖2-1（d）。關(guān)節(jié)型機(jī)器人動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對機(jī)器人本體尺寸，其工作空間比較大。此種機(jī)器人在工業(yè)

48、中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機(jī)器人。 關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。 根據(jù)要求及在實際生產(chǎn)中的用途，本次設(shè)計的搬運機(jī)器人采用圓柱坐標(biāo)。 (a)直角坐標(biāo)型（b）圓柱坐標(biāo)型（c）球坐標(biāo)型（d）關(guān)節(jié)型 圖2-1四種機(jī)器人坐標(biāo)形式 Figure 2-1 four kinds of robot coordinate form 2.2.2 機(jī)器人各方向傳動方式的設(shè)計 2.2.2.1 水平和豎直方向直線運動傳動方式設(shè)計 能夠?qū)崿F(xiàn)直線傳動的傳動形式有； 液壓傳動 特點：液壓傳動傳遞運動的動力大，運動平穩(wěn)，換

49、向沖擊小，便于實現(xiàn)頻繁換向；在同等功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。但液壓傳動中的泄漏和液體的可壓縮性，使這種傳動無法保證嚴(yán)格的傳動比；由于液體粘性大，在流動過程中有較大的能量損失（泄漏損失、摩擦損失等），因此，傳動效率相對低，不適合做遠(yuǎn)距離傳動和控制。 氣壓傳動 特點：以空氣為工作介質(zhì)，來源方便，工作壓力較低，用后可直接排入大氣而無污染，處理方便，潔凈環(huán)境；與液壓傳動相比，氣壓傳動反應(yīng)快、動作迅速、維護(hù)簡單、工作介質(zhì)清潔、管路不易堵塞，不存在工作介質(zhì)變質(zhì)、補充和更換等問題；而且成本低，能實現(xiàn)過載保護(hù)。但因空氣的可壓縮性較大，使系統(tǒng)的動作和工作速度穩(wěn)定性受負(fù)載變化的影響大，運動平

50、穩(wěn)性較差，不易實現(xiàn)準(zhǔn)確的速度控制和很高的定位精度；而且氣動裝置的體積與液壓傳動相比較大，產(chǎn)生的推力小。其主要原因是氣壓系統(tǒng)工作壓力低（0.5~0.8MPa），不易獲得較大的輸出力或轉(zhuǎn)矩。 齒輪齒條嚙合傳動 特點：齒輪齒條傳動將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，它傳遞的功率大，速度范圍廣，效率高，工作可靠，壽命長，機(jī)構(gòu)緊湊，能保證恒定的傳動比。但是，這樣的運動也可以反向驅(qū)動，也就是齒條作直線運動來帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，適合大距離的傳遞，如機(jī)床導(dǎo)軌底下帶動托板箱移動的就是齒輪齒條傳動，齒輪齒條機(jī)構(gòu)需要外加鎖緊裝置，因為之論之痛機(jī)構(gòu)不能自鎖，并且齒輪齒條不適用于兩軸中心距過大的傳動及振動沖擊較大的場合。 絲杠螺

51、母傳動 特點：用于距離較短的高精度定位；電機(jī)和滾珠絲杠只用聯(lián)軸器連接，沒有間隙。 通過以上，綜合考慮，為了使機(jī)械手在負(fù)載方面有更大的承載能力，x軸y軸z軸方向均采用液壓傳動，x方向選用液壓馬達(dá)，y、z方向選用液壓缸。 2.2.2.2 R方向旋轉(zhuǎn)運動的設(shè)計 （1）液壓（氣動）馬達(dá) 特點：液壓馬達(dá)又稱油馬達(dá)，它是把液壓能轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓馬達(dá)按輸出轉(zhuǎn)矩的大小和轉(zhuǎn)速高低可以分為兩類：一類是高速、小轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)速范圍一般在3000r／min 或更高，轉(zhuǎn)矩在幾百牛頓米以下；另一類是低速、大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)速一般低于300r／min ，轉(zhuǎn)矩為幾百至幾萬牛頓米。 氣

52、動馬達(dá)的原理類同于液壓馬達(dá)，它以壓縮空氣為動力輸出轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動。 （2） 齒輪傳動 特點：功率和速度范圍大，通用性強(qiáng)，工作可靠，效率高，對中心距誤差的敏感性小，易于制造和精確加工，可進(jìn)行變?yōu)榍邢骱托扌小? （3） 蝸桿傳動 特點：蝸桿傳動能實現(xiàn)傳動比大，傳動平穩(wěn)，但效率較低，適用于中小功率或間歇運轉(zhuǎn)的場合；當(dāng)它與齒輪傳動同時應(yīng)用時，若蝸桿傳動布置在高速級，使其傳遞較小的轉(zhuǎn)矩，以減小蝸輪尺寸，節(jié)約有色金屬，且傳動效率較高。若蝸桿傳動布置在低速級，則齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩較小，而是整個傳動裝置的尺寸減小。（4） 帶傳動 特點：帶傳動靠摩擦力工作，承載能力較小，傳遞相同轉(zhuǎn)矩時，結(jié)構(gòu)尺寸

53、較其它傳動形式大，但傳動平穩(wěn)，能緩沖吸振，應(yīng)布置在高速級，使所傳遞的轉(zhuǎn)距小。 （5） 鏈傳動 特點：鏈傳動由于多邊形效應(yīng)，瞬時傳動比不斷變化，產(chǎn)生沖擊、振動，而使轉(zhuǎn)速不均勻，故不宜用于高速級，應(yīng)布置在低速級。 通過以上，綜合考慮，因為機(jī)械爪需要的力矩不是很大，而且擺動只是一個固定角度90?，所以機(jī)械爪選擇一個擺動角度90°的擺動氣缸?？紤]到工作臺負(fù)重較大，工作回轉(zhuǎn)臺選擇液壓馬達(dá) 2.3 本章小結(jié) 本章主要內(nèi)容是對搬運機(jī)器人運動形式進(jìn)行分析，并通過對現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中常見的各種運動傳遞方式進(jìn)行分析與比較，確定了該工業(yè)機(jī)器人三個方向上的運動的傳遞方式。 X軸方向：此方向為導(dǎo)軌

54、方向，在此方向上行走裝置要實現(xiàn)相鄰硫化搬運機(jī)器人工作位置之間的移動，故此方向行走裝置承受的載荷很大，所以選擇液壓傳動，驅(qū)動輪搭配減速器與液壓馬達(dá)實現(xiàn)X軸方向上的移動。 Y軸方向：此方向為伸縮臂伸縮的方向，工作狀態(tài)中此方向受力不大，但是為了保持伸縮臂在工作過程中的穩(wěn)定程度，在此方向上伸縮臂與動臂搭配液壓缸一起工作。 Z軸方向：此方向為機(jī)械爪豎直移動的方向，此方向上需要承擔(dān)的載荷為輪胎的重量、部分機(jī)械臂自身的重量和機(jī)械爪的重量，所以此方向上選擇液壓傳動，兩個液壓缸為機(jī)械臂豎直方向上的動力。 繞R軸方向：此方向為工作臺回轉(zhuǎn)的方向，需要有較大的扭矩帶動工作臺與負(fù)重進(jìn)行180°的回轉(zhuǎn)，故

55、此方向選擇液壓馬達(dá)與行星減速器配合。 機(jī)械爪的動力選擇：機(jī)械爪卡盤上的滑塊工作需要的動力較小，且輪胎的重量并不是滑塊的動力源直接承擔(dān)。故機(jī)械爪的動力來源為氣壓傳動。 3 輪胎搬運機(jī)器人的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 通過上一章對該物料搬運機(jī)器人運動形式部分進(jìn)行分析，確定了該機(jī)器人在三個方向上傳遞運動的方式，本章就對這三種傳遞運動方式進(jìn)行具體的設(shè)計。 3.1 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 搬運機(jī)器人由行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、抓取工作裝置、液壓裝置四部分組成。下圖3-1 是對該機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維立體圖。 圖3-1 搬運機(jī)器手機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維立體圖 Figure 3-1 Handling robot m

56、echanical structure of the three-dimensional map 1-液壓馬達(dá)1；2-減速器；3-驅(qū)動輪架；4-機(jī)械臂配重；5-動臂液壓缸；6-中央回轉(zhuǎn)接頭；7-機(jī)械臂動臂；8-回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置2；9-伸縮臂液壓缸；10-伸縮臂；11-機(jī)械爪；12-軌道；13-驅(qū)動輪；14-車架；15-電機(jī)；16-聯(lián)軸器；17-液壓泵；18-液壓控制閥；19-液壓油箱；20-回轉(zhuǎn)支承裝置； 本設(shè)計整體思路： 工作臺以上部分：輪胎搬運機(jī)械手工作裝置、動力裝置、液壓裝置等都在工作臺上。 工作裝置：工作裝置由機(jī)械臂跟機(jī)械爪組成。7-機(jī)械臂動臂和10-伸縮臂在9-伸縮臂液壓缸的作用

57、下可以改變機(jī)械臂伸出部分的長度。9-伸縮臂液壓缸為機(jī)械臂Y軸方向的移動提供動力。5-動臂液壓缸的作用是在工作狀態(tài)中舉升機(jī)械臂，為機(jī)械臂Z軸方向的移動提供動力。4-配重的作用是抵消因為機(jī)械臂自重而產(chǎn)生的負(fù)載，減小5-動臂液壓缸的工載荷，提高工作效率。11-機(jī)械爪與10-伸縮臂通過軸連接，工作狀態(tài)中通過機(jī)械爪與輪胎的自重使自身保持豎直。 液壓裝置：15-電機(jī)通過16-聯(lián)軸器 與17-液壓泵連接，與18-液壓控制閥、19-液壓油箱共同組成液壓系統(tǒng)。 工作臺以下部分：包括行走裝置和回轉(zhuǎn)裝置。 行走裝置：1-液壓馬達(dá)、2-減速器、13-驅(qū)動輪 組成行走裝置，液壓系統(tǒng)為1-液壓馬達(dá)提供動力，1-液壓

58、馬達(dá)通過2-減速器驅(qū)動13-驅(qū)動輪在12-導(dǎo)軌上沿X 軸移動。 回轉(zhuǎn)裝置：回轉(zhuǎn)裝置由20-回轉(zhuǎn)支承裝置和8-回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置組成。 3.2零部件設(shè)計與選擇 3.2.1底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計 行走機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)采用兩個液壓馬達(dá)，兩個液壓馬達(dá)位于兩側(cè)的橫梁上，與兩個減速器配合將動力傳輸?shù)津?qū)動輪。 圖3-2底盤機(jī)械結(jié)構(gòu)三維立體圖 Figure 3-2 Chassis mechanical structure of three-dimensional map 1-液壓馬達(dá)；2-減速器；6-中央回轉(zhuǎn)接頭；13-驅(qū)動輪；14-車架；20-回轉(zhuǎn)支承裝置 底盤包括車架和行走機(jī)構(gòu), 主要由14-車架、1-

59、液壓馬達(dá)及其管路2-減速器、13-驅(qū)動輪組成。其功能為支承輪胎搬運機(jī)器人的重量，1-液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能通過2-減速器轉(zhuǎn)變?yōu)闋恳?，實現(xiàn)搬運機(jī)器人X軸方向的行走。 14-車架總成為整體焊接件。采用X 形結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點是具有高的承載能力. 車架總成由左縱梁、主車架、右縱梁三部分焊接而成。 行走機(jī)構(gòu)由1-液壓馬達(dá)、2-減速器、13-驅(qū)動輪組成。6-中央回轉(zhuǎn)接頭將液壓能從工作臺上部傳輸?shù)降妆P的1-液壓馬達(dá)。1-液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過2-減速器降低轉(zhuǎn)速將動力傳輸?shù)津?qū)動輪上，最終將液壓能轉(zhuǎn)換為輪胎搬運機(jī)器人沿軌道X軸方向的移動。 3.2.2 液壓馬達(dá)的選擇 液壓馬達(dá)（hyd

60、raulic motor）是將壓力能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的并對外做功的執(zhí)行元件。 分類： （1）達(dá)按其結(jié)構(gòu)分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其他型式。 （2）馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速分為高速和低速兩類，額定轉(zhuǎn)速高于5000r/min的屬于高速液壓馬達(dá)，額定轉(zhuǎn)速低于500r/min的屬于低速液壓馬達(dá)。 圖3-3 液壓馬達(dá)三維立體圖 Figure 3-3 hydraulic motor three-dimensional map 液壓馬達(dá)工作原理 （1）葉片式液壓馬達(dá)由于壓力有作用，受力不平衡使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。葉片式液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩與液壓馬達(dá)的排量和液壓馬達(dá)進(jìn)出油口之間的壓力差有關(guān)，其轉(zhuǎn)速

61、由輸入液壓馬達(dá)的流量大小來決定。由于液壓馬達(dá)一般都要求能正反轉(zhuǎn)，所以葉片式液壓馬達(dá)的葉片要徑向放置。為了使葉片根部始終通有壓力油，在回、壓油腔通人葉片根部的通路上應(yīng)設(shè)置單向閥，為了確保葉片式液壓馬達(dá)在壓力油通人后能正常啟動，必須使葉片頂部和定子內(nèi)表面緊密接觸，以保證良好的密封，因此在葉片根部應(yīng)設(shè)置預(yù)緊彈簧。 葉片式液壓馬達(dá)體積小、轉(zhuǎn)動慣量小、動作靈敏、可適用于換向頻率較高的場合；但泄漏量較大、低速工作時不穩(wěn)定。因此葉片式液壓馬達(dá)一般用于轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小和動作要求靈敏的場合。 (2)徑向柱塞式液壓馬達(dá)工作原理，當(dāng)壓力油經(jīng)固定的配油軸4的窗口進(jìn)入缸體內(nèi)柱塞的底部時，柱塞向外伸出，緊緊頂住定子的內(nèi)

62、壁，由于定子與缸體存在一偏心距。在柱塞與定子接觸處，定子對柱塞的反作用力為。力可分解為和兩個分力。當(dāng)作用在柱塞底部的油液壓力為ｐ，柱塞直徑為ｄ，力和之間的夾角為X時，力對缸體產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩，使缸體旋轉(zhuǎn)。缸體再通過端面連接的傳動軸向外輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。 （3）軸向柱塞馬達(dá)軸向柱塞泵除閥式配流外，其它形式原則上都可以作為液壓馬達(dá)用，即軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達(dá)是可逆的。軸向柱塞馬達(dá)的工作原理為，配油盤和斜盤固定不動，馬達(dá)軸與缸體相連接一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)壓力油經(jīng)配油盤的窗口進(jìn)入缸體的柱塞孔時，柱塞在壓力油作用下外伸，緊貼斜盤斜盤對柱塞產(chǎn)生一個法向反力ｐ，此力可分解為軸向分力及和垂直分力Q。Q與柱塞上液壓力相平衡

63、，而Q則使柱塞對缸體中心產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)矩，帶動馬達(dá)軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)。軸向柱塞馬達(dá)產(chǎn)生的瞬時總轉(zhuǎn)矩是脈動的。若改變馬達(dá)壓力油輸入方向，則馬達(dá)軸按順時針方向旋轉(zhuǎn)。斜盤傾角ａ的改變、即排量的變化，不僅影響馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩，而且影響它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn) 向。斜盤傾角越大，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低。 （4）齒輪液壓馬達(dá)在結(jié)構(gòu)上為了適應(yīng)正反轉(zhuǎn)要求，進(jìn)出油口相等、具有對稱性、有單獨外泄油口將軸承部分的泄漏油引出殼體外；為了減少啟動摩擦力矩，采用滾動軸承；為了減少轉(zhuǎn)矩脈動齒輪液壓馬達(dá)的齒數(shù)比泵的齒數(shù)要多。 類液壓馬達(dá)的適用工況與應(yīng)用范圍 圖3-4類液壓馬達(dá)的適用工況與應(yīng)用范圍 Figure 3-4 class hyd

64、raulic motor and application of the applicable range of operating conditions 液壓馬達(dá)的選取： 粗略估計本設(shè)計中的機(jī)器人總重在一噸左右，行走系統(tǒng)單次運動的距離不超過2M，在行走距離精度上有較高要求，行走速度較低，結(jié)合工作環(huán)境、成本、總效率等綜合考慮選擇雙作用葉片式液壓馬達(dá)。因葉片式液壓馬達(dá)最低轉(zhuǎn)速較所需轉(zhuǎn)速高，需要搭配減速器作為驅(qū)動輪的驅(qū)動裝置。 3.2.3行星齒輪減速器 行星齒輪減速機(jī)主要傳動結(jié)構(gòu)為：行星輪，太陽輪，外齒圈。行星減速機(jī)因為結(jié)構(gòu)原因，單級減速最小為3，最大一般不超過10，常見減速比為：3.

65、4.5.6.8.10，減速機(jī)級數(shù)一般不超過3，但有部分大減速比定制減速機(jī)有4級減速。相對其他減速機(jī)，行星減速機(jī)具有高剛性、高精度(單級可做到1分以內(nèi))、高傳動效率(單級在97%-98%)、高的扭矩/體積比、終身免維護(hù)等特點。因為這些特點，行星減速機(jī)多數(shù)是安裝在步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)上，用來降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量。 為了配合雙作用葉片式液壓馬達(dá)，選擇傳動比i=10的行星齒輪減速器。 圖3-5行星減速器三維立體圖 Figure 3-5 planetary gear three-dimensional map 3.2.4回轉(zhuǎn)支撐裝置 回轉(zhuǎn)裝置有轉(zhuǎn)臺、回轉(zhuǎn)支撐和回轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成，回轉(zhuǎn)

66、裝置的外座圈用螺栓與轉(zhuǎn)臺連接，帶齒的內(nèi)座圈與底架用螺栓連接，內(nèi)外圈之間設(shè)有滾動體工作裝置作用在轉(zhuǎn)臺上的垂直載荷、水平載荷、和傾覆力矩通過回轉(zhuǎn)支撐的外座圈、滾動體和內(nèi)座轉(zhuǎn)傳給底架?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的殼體固定在轉(zhuǎn)臺上，用小齒輪與回轉(zhuǎn)支撐內(nèi)座圈上的齒圈相嚙合.小齒輪可繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，又可繞轉(zhuǎn)臺中心線公轉(zhuǎn)，當(dāng)回傳機(jī)構(gòu)工作時就像對底架進(jìn)行回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)裝置必需能把轉(zhuǎn)臺支承在固定部分（下車）上。不能傾翻倒，并應(yīng)使回轉(zhuǎn)輕便靈活。為此，設(shè)置了回轉(zhuǎn)支承裝置（起支承作用）和回轉(zhuǎn)傳動裝置（驅(qū)動轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)），并統(tǒng)稱為回轉(zhuǎn)裝置。 圖3-6回轉(zhuǎn)支承裝置 Figure 3-6 slewing device 1．轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支

67、承 擺動式液壓馬達(dá)驅(qū)動的轉(zhuǎn)柱式支承如圖3-7所示。 回轉(zhuǎn)支承又稱轉(zhuǎn)盤軸承，是機(jī)械的兩個部分之間需要相對回轉(zhuǎn)又同時承 受軸向力、徑向力和傾覆力矩的的傳力基礎(chǔ)元件，其基本功能是進(jìn)行傳力和傳動，實現(xiàn)機(jī)械設(shè)備兩個部分之間的相對回轉(zhuǎn)。一般情況下，回轉(zhuǎn)支承自身帶有安裝孔、潤滑孔和密封裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝與維護(hù)容易等特點，可以滿足各種機(jī)械回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不同回轉(zhuǎn)工況的要求。 它由固定在回轉(zhuǎn)體1上的上、下支承軸4和6，上、下軸座3和7組成。軸承座用螺栓固定在機(jī)架5上?；剞D(zhuǎn)體與支承軸組成轉(zhuǎn)柱，插入軸承座的軸承中。外殼固定在機(jī)架5上的擺動液壓缸輸出軸插入下支承軸6內(nèi)，驅(qū)動回轉(zhuǎn)體相對于機(jī)架轉(zhuǎn)動?；剞D(zhuǎn)體常做“匚”

68、形，以避免與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)碰撞。工作裝置鉸接在回轉(zhuǎn)體上，與回轉(zhuǎn)體一起回轉(zhuǎn)。 圖3-7轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承 Figure 3-7turn pillar slewing 1-回轉(zhuǎn)體；2-擺動液壓缸；3-上軸承座；4-上支撐軸；5-機(jī)架；6-下支撐軸；7-下軸承座 2．滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承 滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承實際上就是一個大直徑的滾動軸承。它與普通軸承的最大區(qū)別是它的轉(zhuǎn)速很慢。此外，一般軸承滾道中心直徑和高度比為4~5，而回轉(zhuǎn)支承則達(dá)10~15。所以，這種軸承的剛度較差，工作中要靠支承連接結(jié)構(gòu)來保證。 滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承的典型構(gòu)造如圖3-3所示。內(nèi)座圈或外座圈可加工成內(nèi)齒圈或外齒圈。帶齒圈的座圈為固定圈，用沿圓周分布的螺栓4、5固定在底座上。不帶齒的座圈為回轉(zhuǎn)圈，用螺栓與轉(zhuǎn)臺連接。裝配時可先把座圈1、3和滾動體8裝好，形成一個完整的部件，然后再與底盤組裝。為保證轉(zhuǎn)動靈活防止受熱膨脹后產(chǎn)生卡死現(xiàn)象，回轉(zhuǎn)支承應(yīng)留有一定的軸向間隙。此間隙因加工