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本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告
論 文 題 目：輪式移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué) 院：專 業(yè) 、班 級(jí)：學(xué) 生 姓 名：指導(dǎo) 教師（職稱）
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告要求
開題報(bào)告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
（設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)。二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）；
3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開題報(bào)告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過；
3. 開題報(bào)告不合格或沒有做開題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報(bào)告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5. 開題報(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊(cè)（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打印）。
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一、選題依據(jù) 1、研究領(lǐng)域
機(jī)械設(shè)計(jì)
2、論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
理論意義：輪式移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)廣泛用于倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸碼垛車間當(dāng)中，主要由底盤系統(tǒng)做水平運(yùn)動(dòng)、提升機(jī)構(gòu)做垂直運(yùn)動(dòng)、機(jī)械手做抓取物體夾持物體運(yùn)動(dòng)。對(duì)于物流行業(yè)， 為了節(jié)約空間，現(xiàn)已采用立體化倉(cāng)庫(kù)，而這種倉(cāng)庫(kù)對(duì)于人的挑戰(zhàn)就是作業(yè)空間問題， 操作人員在達(dá)到一定高度之后就不能自由工作，為提高效率，避免危險(xiǎn)，需要有這樣的一套設(shè)備來填補(bǔ)這個(gè)領(lǐng)域的空缺。
應(yīng)用價(jià)值：其主要目的是提高作業(yè)效率和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，以提高作業(yè)的自動(dòng)化
程度。輪式移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)屬于機(jī)械設(shè)計(jì)范疇，其機(jī)械部分主要由可移動(dòng)的底盤小車、提升機(jī)構(gòu)和抓取機(jī)械手組成，可實(shí)現(xiàn)貨物的抓取和堆放。隨著現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，使得整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)也愈來重要，該設(shè)計(jì)能夠有效地減少人工和提高工作效率，以適應(yīng)快速發(fā)展的新型行業(yè)。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
目前國(guó)內(nèi)的提升機(jī)構(gòu)主要分為三種：
（1） 、鏈條提升機(jī)構(gòu)。這種提升方式只適用于高度比較低的堆垛機(jī)，因?yàn)殒湕l的單價(jià)成本要比鋼絲繩單價(jià)成本高出好多，另外，鏈條在提升過程中會(huì)發(fā)出較大的聲響， 噪音大。所以一般堆垛機(jī)較高時(shí)很少采用。
（2） 、曳引式提升機(jī)構(gòu)。曳引式提升機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體積小巧，傳動(dòng)電機(jī)相比卷筒式要小許多，而且提升高度不受限制，但是堆垛機(jī)與電梯不同的是要水平行走，所以配重裝置勢(shì)必會(huì)晃動(dòng)產(chǎn)生噪音
（3） 、卷筒式提升機(jī)構(gòu)。卷筒式提升機(jī)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)載貨臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)的常用機(jī)構(gòu)， 一般由卷筒、減速電機(jī)、鋼絲繩及滑輪組組成，其工作原理是：減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)纏繞鋼絲繩，再通過鋼絲繩和滑輪組提升重物。
由于三種提升機(jī)的組成部件；工作方式；機(jī)械結(jié)構(gòu)不同，所以應(yīng)用于不同的工作環(huán)境。根據(jù)具體的工作環(huán)境要求，從工作載荷、操作方式、驅(qū)動(dòng)方式、工作空間等方面進(jìn)行分析選擇。
未來的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向要以目前的不足作為參考。那么結(jié)合現(xiàn)在的車輪底盤技術(shù)，未來
的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)將會(huì)采取這種結(jié)構(gòu)。另一方面的發(fā)展方向就是要改進(jìn)傳統(tǒng)的控制方式，采取新型的控制方法，例如 PLC 控制。使體統(tǒng)整體更加簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、準(zhǔn)確。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題
（1） 、輪式可移動(dòng)小車設(shè)計(jì)
（2） 、提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
（3） 、抓取及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
（4） 、座椅系統(tǒng)設(shè)計(jì)
（5） 、用 Solidworks 軟件對(duì)抓取及夾緊系統(tǒng)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，并作爆炸視圖和動(dòng)畫演示。
（6） 、繪制或者生成主要零部件的二維工程圖。
2. 擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）
（1） 、抓取及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，夾緊力的計(jì)算
（2） 、提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
（3） 、小車系統(tǒng)減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
（4）、利用 Solidworks 軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。 3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果
在初步準(zhǔn)確完成所需要設(shè)計(jì)的項(xiàng)目并完善工程圖的情況下。使輪式移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)能夠完成移動(dòng)和提升的功能，對(duì)崎嶇的路面具有較好的適應(yīng)能力，并且配備機(jī)械手能夠自動(dòng)完成抓取動(dòng)作，采用新型的控制方式。最終使得產(chǎn)品能夠得到社會(huì)廣泛認(rèn)可， 能夠投入市場(chǎng)進(jìn)行批量生產(chǎn)。
三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
主要是搜集文獻(xiàn)，查閱相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)和書籍，進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研并參觀現(xiàn)有研究成果，在老師指導(dǎo)下開展設(shè)計(jì)研究工作，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，力學(xué)計(jì)算，三維軟件等進(jìn)行仿真模擬。
本設(shè)計(jì)要求機(jī)械手能夾起的最大重量為 300N，被夾持的目標(biāo)物體應(yīng)多為圓柱形的，圓柱形的最大直徑應(yīng)該控制在小于 200mm 之下。機(jī)械手在非工作狀態(tài)下的速度可以達(dá)到 2m/min，而且在工況時(shí)速度為 0.5m/min。
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃
第 1 周 了解題目研究的主要內(nèi)容和理論意義及應(yīng)用價(jià)值，查閱有關(guān)文獻(xiàn)。第 2 周 查閱文獻(xiàn)、閱讀文獻(xiàn)，了解研究的內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線
第 3 周 撰寫文獻(xiàn)綜述并完成開題報(bào)告
第 4 周 修改開題報(bào)告及文獻(xiàn)綜述準(zhǔn)備開題答辯。
第 5 周 輪式移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制設(shè)計(jì)草圖。
第 6 周 小車底盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減速器的設(shè)計(jì)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，繪制草圖第 7 周 提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，繪制草圖。
第 8 周 抓取及夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及夾緊力的計(jì)算。第 9 周 抓取及夾緊機(jī)構(gòu)的三維工程圖設(shè)計(jì)
第 10 周 座椅可調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第 11 周 繪制座椅系統(tǒng)三維工程圖。
第 12 周 修改并完成總體裝配圖并生成 avi 爆炸視圖的視頻文件。第 13 周 撰寫設(shè)計(jì)說明書
第 14 周 提交論文、圖紙、查重報(bào)告，準(zhǔn)備答辯
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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附：文獻(xiàn)綜述
文獻(xiàn)綜述
0 引言
輪式移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)廣泛用于倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸碼垛車間當(dāng)中，其主要目的是提高作業(yè)效率和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，以提高作業(yè)的自動(dòng)化程度。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)輪式移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量的研究，并取得了一些成果。分析了輪式移動(dòng)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀,對(duì)各類輪式移動(dòng)機(jī)器人之間的關(guān)系作了初步探討。同時(shí)在提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究方面，研究了堆垛機(jī)提升機(jī)構(gòu)的種類,各機(jī)構(gòu)工作原理。本文在以上基礎(chǔ)上，各類輪式移動(dòng)機(jī)器人的性能進(jìn)行了比較，展望了輪式移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展方向。進(jìn)一步介紹提升機(jī)構(gòu)的特點(diǎn), 各機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。
隨著社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步,機(jī)器人在當(dāng)前生產(chǎn)生活中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。移動(dòng)機(jī)器人是研發(fā)較早的一種機(jī)器人,移動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有輪式、履帶式、腿式、蛇行式、跳躍式和復(fù)合式[3]。其中履帶式具有接地比壓小,在松軟的地面附著性能和通過性能好, 爬樓梯、越障平穩(wěn)性高,良好的自復(fù)位能力等特點(diǎn)。但是履帶式移動(dòng)平臺(tái)的速度較慢、功耗較大、轉(zhuǎn)向時(shí)對(duì)地面破壞程度大[3]。腿式機(jī)器人雖能夠滿足某些特殊的性能要求, 能適應(yīng)復(fù)雜的地形,但由于其結(jié)構(gòu)自由度太多、機(jī)構(gòu)復(fù)雜,導(dǎo)致難于控制、移動(dòng)速度慢、功耗大。蛇行式和跳躍式雖然在某些方面,如復(fù)雜環(huán)境、特殊環(huán)境、機(jī)動(dòng)性等具有其獨(dú)特的優(yōu)越性,但也存在一些致命的缺陷,如承載能力、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性等[3]。相比之下,輪式移動(dòng)機(jī)器人雖然具有運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性與路面的路況有很大關(guān)系、在復(fù)雜地形如何實(shí)現(xiàn)精確的軌跡控制等問題,但是由于其具有自重輕、承載大、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)和控制相對(duì)方便、行走速度快、機(jī)動(dòng)靈活、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)[3],而被大量應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、反恐防爆、家庭、空間探測(cè)等領(lǐng)域。起升機(jī)構(gòu)用來實(shí)現(xiàn)物料垂直升降，是任何起重機(jī)不可缺少的部分，因而是起重機(jī)最主要、也是最基本的機(jī)構(gòu)。目前國(guó)內(nèi)的堆垛機(jī)使用鏈條提升、鋼絲繩卷筒提升以及鋼絲繩曳引輪提升三種[5]。
1 移動(dòng)機(jī)構(gòu)的國(guó)內(nèi)發(fā)展概況探究
機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展從無到有，從低級(jí)到高級(jí)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷深入發(fā)展。移動(dòng)式機(jī)器人特別是自主式移動(dòng)機(jī)器人已成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的中心之一。
移動(dòng)式機(jī)器人的未來是朝著智能化，情感化發(fā)展的，影響移動(dòng)式機(jī)器人發(fā)展的主要因素有：導(dǎo)航與定位，多傳感器信息的融合，多機(jī)器人協(xié)調(diào)與控制策略等。 中國(guó)與國(guó)外相比，目前還存在一定的差距，雖然掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件， 但可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與
國(guó)外比有差距。中國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人也取得了不少成果。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步。隨著社會(huì)文明程度的提高，對(duì)機(jī)器人的要求也會(huì)越來越高。中國(guó)要做好充分的準(zhǔn)備迎接新的技術(shù)挑戰(zhàn)。
2 移動(dòng)機(jī)構(gòu)的國(guó)外發(fā)展概況探究
美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)曾預(yù)言 : “ 20 世紀(jì)的核心武器是坦克 ,21 世紀(jì)的核心武器是無人作戰(zhàn)系統(tǒng) , 其中 2000 年以后遙控地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)將連續(xù)裝備部隊(duì) ,并走向戰(zhàn)場(chǎng)” 。 為此 , 從 80 年代開始 , 美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局 (DARPA) 專門立項(xiàng) , 制定了地面天人作戰(zhàn)平臺(tái)的戰(zhàn)略計(jì)劃[10]。 從此 , 在全世界掀開了全面研究
室外移動(dòng)機(jī)器人的序幕 , 如 DARPA 的 “戰(zhàn)略計(jì)算機(jī)” 計(jì)劃中的自主地面車輛 (ALV) 計(jì)劃 (1983 — 1990) , 能源部制訂的為期 10 年的機(jī)器人和智能系統(tǒng)計(jì)劃 (RIPS) (1986 —1995) , 以及后來的空間機(jī)器人計(jì)劃 日本通產(chǎn)省組織的極限環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器人計(jì)劃 歐洲尤里卡中的機(jī)器人計(jì)劃等。
初期的研究 , 主要從學(xué)術(shù)角度研究室外機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)和信息處理 , 并建立實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。 雖然由于 80 年代對(duì)機(jī)器人的智能行為期望過高 , 導(dǎo)致室外機(jī)器人的研究未達(dá)到預(yù)期的效果 , 但卻帶動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 , 為探討人類研制 智能機(jī)器人的途徑積累了經(jīng)驗(yàn) , 同時(shí) , 也推動(dòng)了其它國(guó)家對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的研究與開發(fā)。 進(jìn)入 90 年代 , 隨著技術(shù)的進(jìn)步 , 移動(dòng)機(jī)器人開始在更現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上 , 開拓各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域 , 向?qū)嵱没M(jìn)軍[10]。輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)速度快、能量利用率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便和能借鑒至今已很成熟的汽車技術(shù)等優(yōu)點(diǎn) [10]。
3 提升機(jī)構(gòu)的分類及特點(diǎn)研究
1 鏈條提升機(jī)構(gòu)[5]
鏈條提升機(jī)構(gòu)主要由提升電機(jī)（包括減速器）、傳動(dòng)鏈輪、傳動(dòng)鏈條、雙聯(lián)鏈輪、提升鏈條和改向鏈輪組成。提升鏈條選用雙排滾子鏈，安全系數(shù)大于 5 ，它與載貨臺(tái)和上下橫梁上的改向鏈輪組成一個(gè)封閉結(jié)構(gòu)。當(dāng)提升電機(jī)通過傳動(dòng)鏈條驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)鏈輪旋轉(zhuǎn)時(shí)， 使提升鏈條運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)載貨臺(tái)（包括貨叉、貨物）升降。載貨臺(tái)主要由型鋼、鋼板焊接而成，主要用于安裝貨叉和一些安全保護(hù)裝置。為了保證載貨臺(tái)平穩(wěn)上下運(yùn)行，在它的每個(gè)側(cè)面裝有沿立柱的 4 個(gè)導(dǎo)向輪和 2 個(gè)頂輪。
相比鋼絲繩而言，采用鏈條提升方式的車庫(kù)在升降過程中穩(wěn)定性好很多，這主要與鏈條與鋼絲繩的結(jié)構(gòu)不同有關(guān)。但是這種提升方式只適用于高度比較低的堆垛機(jī)， 因?yàn)殒湕l的單價(jià)成本要比鋼絲繩單價(jià)成本高出好多，另外，鏈條在提升過程中會(huì)發(fā)出較大的聲響，噪音大。所以一般堆垛機(jī)較高時(shí)很少采用。
2 曳引式提升機(jī)構(gòu)[5]
曳引式提升機(jī)構(gòu)是當(dāng)今電梯業(yè)廣泛采用的提升方式，主要由曳引力裝置、曳引輪、鋼絲繩、導(dǎo)向輪和反繩輪等構(gòu)件組成。曳引鋼絲繩一端連接載貨臺(tái)，另一端連接配重裝置，載貨臺(tái)、配重裝置和荷載的重力使鋼絲繩壓緊在曳引輪繩槽內(nèi)產(chǎn)生足夠的摩擦力驅(qū)動(dòng)重物沿導(dǎo)軌做上下運(yùn)動(dòng)。
曳引式提升機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體積小巧，傳動(dòng)電機(jī)相比卷筒式要小許多，而且提升高度不受限制，但是堆垛機(jī)與電梯不同的是要水平行走，所以配重裝置勢(shì)必會(huì)晃動(dòng)產(chǎn)生噪音，而且配重裝置需要設(shè)到立柱里面沿著立柱內(nèi)壁上下行走，維修和安裝比較麻煩。
3 卷筒式提升機(jī)構(gòu)[5]
卷筒式提升機(jī)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)載貨臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)的常用機(jī)構(gòu)，一般由卷筒、減速電機(jī)、鋼絲繩及滑輪組組成，其工作原速電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)纏繞鋼絲繩，再通過鋼絲繩和滑輪組提升重物。
4 幾種機(jī)械手結(jié)構(gòu)比較分析
隔軸機(jī)械手的電機(jī)安裝于中心軸附近，采用同步帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的方式來驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械手，該機(jī)械手能大地降低整機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。機(jī)械手主要由大臂、小臂、手方軸、轉(zhuǎn)軸、拾取器、3 組電機(jī)、拉伸式電磁鐵、轉(zhuǎn)臂架等組成，電機(jī) III 通過一對(duì)減速齒輪帶動(dòng)臂旋轉(zhuǎn)，電機(jī) II 通過一級(jí)同步帶帶動(dòng)小臂旋轉(zhuǎn)， 電機(jī) I 通過一級(jí)同步帶帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸，再通過二級(jí)同步帶帶動(dòng)手方軸旋轉(zhuǎn)，拉伸式電磁鐵帶動(dòng)手方軸上下運(yùn)動(dòng)，拾取器通過氣動(dòng)或電動(dòng)驅(qū)動(dòng)上下擺動(dòng)[14]。
圓柱型四自由度碼垛機(jī)械手結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)包括：末端執(zhí)行器，小臂，大臂，底座 。其原理如下：底座通過氣缸伸縮實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)作用；大臂主要通過氣缸伸縮實(shí)現(xiàn)升降作用； 小臂的作用是實(shí)現(xiàn)前后伸縮；末端執(zhí)行是機(jī)械手抓取工作，主要是通過氣缸伸縮實(shí)現(xiàn)抓取[13]。
堆垛機(jī)械手通過檢測(cè)吸盤和平衡氣缸內(nèi)氣體壓力，能自動(dòng)識(shí)別機(jī)械手臂上有無載荷，并經(jīng)氣動(dòng)邏輯控制回路自動(dòng)調(diào)整平衡氣缸內(nèi)的氣壓，達(dá)到自動(dòng)平衡的目的。工作時(shí)，重物猶如懸浮在空中，可避免產(chǎn)品對(duì)接時(shí)的碰撞。在機(jī)械手臂的工作范圍內(nèi)，操作人員可將其前后左右上下輕松移動(dòng)到任何位置，人員本身可輕松操作。同時(shí)，氣動(dòng)回路還有防止誤操作掉物和失壓保護(hù)等連鎖保護(hù)功能。非常重要的一點(diǎn)是，氣動(dòng)平衡吊整機(jī)無須電控系統(tǒng)，只需壓縮空氣和真空源（視工作情況）即可工作，非常方便[11]。
5 總結(jié)
在移動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究發(fā)面，由于國(guó)內(nèi)外的發(fā)展時(shí)間與工業(yè)水平差距很大，所以
在一定程度上，國(guó)內(nèi)的發(fā)展水平距國(guó)外相差較大。其中主要體現(xiàn)在一下幾個(gè)發(fā)面：1、可靠性。我國(guó)產(chǎn)品的可靠性只停留在能夠基本滿足使用的狀態(tài)，而國(guó)外的可靠性要求已經(jīng)達(dá)到了很高的標(biāo)準(zhǔn)；2、應(yīng)用領(lǐng)域。因?yàn)槲覈?guó)起步較晚，所以一系列的系統(tǒng)化內(nèi)容還不夠成熟，所以更沒有辦法去研究更寬闊的應(yīng)用領(lǐng)域。而國(guó)外的應(yīng)用范圍研究較為成熟，甚至已經(jīng)應(yīng)用到軍事領(lǐng)域；3、新型技術(shù)的應(yīng)用。這一點(diǎn)主要是針對(duì)于智能化方面，傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)我們都能達(dá)到，但是在與其他技術(shù)相結(jié)合的程度不夠，導(dǎo)致達(dá)不到自動(dòng)化，智能化。
目前國(guó)內(nèi)的提升機(jī)構(gòu)主要分為三種：1、鏈條提升機(jī)構(gòu) 2、曳引式提升機(jī)構(gòu) 3、卷筒式提升機(jī)構(gòu)。由于三種提升機(jī)的組成部件；工作方式；機(jī)械結(jié)構(gòu)不同，所以應(yīng)用于不同的工作環(huán)境。根據(jù)具體的工作環(huán)境要求，從工作載荷、操作方式、驅(qū)動(dòng)方式、工作空間等方面進(jìn)行分析選擇。
幾種常見機(jī)械手的特點(diǎn)：1、隔軸機(jī)械手采用同步帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的方式來驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械手，該機(jī)械手能大地降低整機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。2、圓柱型四自由度碼垛機(jī)械手主要是通過氣缸伸縮實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作。3、堆垛機(jī)械手通過檢測(cè)吸盤和平衡氣缸內(nèi)氣體壓力，能自動(dòng)識(shí)別機(jī)械手臂上有無載荷，并經(jīng)氣動(dòng)邏輯控制回路自動(dòng)調(diào)整平衡氣缸內(nèi)的氣壓，達(dá)到自動(dòng)平衡的目的。
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摘 要
隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，以互聯(lián)網(wǎng)為媒介向四周擴(kuò)散的貿(mào)易模式逐漸成為主流形式，正因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)行業(yè)的快速發(fā)展，也促使了周邊產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。其中離我們最近的一個(gè)產(chǎn)業(yè)當(dāng)屬物流行業(yè)。以往物流行業(yè)只針對(duì)于大型貨品的長(zhǎng)途運(yùn)輸， 但是自從有了新的商業(yè)模式，物流行業(yè)新加了小產(chǎn)品；近距離；快速等屬性。本次我們課題做的設(shè)備是針對(duì)于物流的倉(cāng)儲(chǔ)分揀環(huán)節(jié)而做的專用設(shè)備。移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)能夠很大程度上的提高分揀的工作效率，增加分揀的精確度，更重要的一點(diǎn)是能夠節(jié)省勞動(dòng)力，從而節(jié)約很大一部分成本進(jìn)而增加經(jīng)濟(jì)效益。隨著物流市場(chǎng)需求的日益增大以及倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)對(duì)于工作效率的要求逐漸提高，我們的設(shè)備發(fā)展前景一片光明。
本文設(shè)計(jì)提升空間 1 米，可夾持 5 千克重物自由移動(dòng)的設(shè)備。主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容是：輪式移動(dòng)機(jī)器人；提升機(jī)構(gòu)；機(jī)械手夾緊機(jī)構(gòu)。輪式移動(dòng)機(jī)器人是設(shè)備的根基部分，由直流伺服電機(jī)提供動(dòng)力源帶動(dòng)一組（4 個(gè)）麥克納姆萬向輪轉(zhuǎn)動(dòng)， 通過控制實(shí)現(xiàn)車體的前進(jìn)；后退；旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)。配備承載平臺(tái)，安裝提升機(jī)構(gòu)。提升機(jī)構(gòu)為設(shè)備的主體部分，同樣以伺服電機(jī)為動(dòng)力源帶動(dòng)剪叉機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上升與下降，同時(shí)應(yīng)配備蝸輪蝸桿減速器以達(dá)到自鎖的目的。機(jī)械機(jī)構(gòu)作為設(shè)備的執(zhí)行部件，通過齒輪帶動(dòng)手指關(guān)節(jié)的張開與閉合實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的抓取和放置動(dòng)作。
論文通過三維建模與理論計(jì)算對(duì)設(shè)備進(jìn)行功能介紹與校核驗(yàn)算。關(guān)鍵詞：倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人；移動(dòng)機(jī)器人；提升機(jī)構(gòu)
I
ABSTRACT
In modern industrial production, the welding manipulator can not only reduce the labor intensity of workers, reduce the time needed for welding, but also ensure the quality of welding seam. The use of the welding machine will greatly reduce the labor load. In the premise of guaranteeing the quality of the product, it can also greatly increase the output, which will bring great economic benefits to the company. In order to adapt to the development of modern industry, higher production efficiency is needed. Therefore, it is important to study the welding machine to overcome the previous manual welding, such as high labor intensity, low production quality, low labor efficiency, poor production conditions and so on. It is of great significance to improve the production efficiency and ensure the quality of the important pipeline welding. It has good development prospects and social benefits.
This paper designs a 3 meter telescopic welding machine. The main design contents are the walking trolley mechanism, the locking mechanism and the locking principle, and the structure design of the vertical column rotary mechanism. The trolley is mainly composed of a car body, a driven wheel and a driving wheel, and is driven by a two direct connection motor through a reducer to drive the driving wheel. The locking mechanism is mainly composed of a locking guide rail and a locking nut, wherein the trapezoidal nut and the trapezoidal screw are transformed into a motion form to achieve the purpose of locking. The rotary mechanism is mainly composed of rotary bearing and driving gear. According to the rational design of structure and function, the cross roller bearing with outer teeth is chosen to carry large axial and radial force, and the purpose of turning is achieved. The speed of rotation is realized by the reducer and the transmission ratio of the small gear.
The whole structure function of each part is explained by 3D modeling.
Key words: storage robot; mobile robot; lifting mechanism
II
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1. 緒論 1
1.1 本課題的目的與意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài) 1
1.3 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 2
2. 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4
2.1 電機(jī)選擇 4
2.2 鍵的選擇與校核 6
2.3 零件強(qiáng)度校核 7
3 提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 13
3.2 減速器的選擇 14
3.3 軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 16
3.4 剪叉升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 21
3.5 軸承壽命校核 25
3.6 鍵的選擇與校核 26
4 機(jī)械手設(shè)計(jì) 27
4.1 鎖緊原理 27
4.2 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)電機(jī)計(jì)算 27
4.3 機(jī)械手強(qiáng)度校核： 29
5 環(huán)保與經(jīng)濟(jì)性研究 35
5.1 環(huán)保性分析 35
5.2 經(jīng)濟(jì)性分析 35
6 結(jié)論 36
參考文獻(xiàn) 37
致謝 38
IV
1. 緒論
1.1 本課題的目的與意義
機(jī)器人技術(shù)作為一種高端新型技術(shù)，在世界的科技發(fā)展上占據(jù)著一定的地位。本著科技強(qiáng)國(guó)的思想，機(jī)器人技術(shù)成為各國(guó)科技研究的必有項(xiàng)目，并且機(jī)器人技術(shù)從開始的入門級(jí)別現(xiàn)已經(jīng)達(dá)到一定技術(shù)水平。并且在發(fā)展的同時(shí)也將這一技術(shù)應(yīng)用到我們的日常生活與生產(chǎn)中。其中包括現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備、人工智能設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、物流設(shè)備、新型服務(wù)行業(yè)、建筑工程、醫(yī)療器械等。
隨著我國(guó)家經(jīng)濟(jì)與科技的快速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)在我國(guó)也有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)我國(guó)也自主研發(fā)了一系列設(shè)備，水平較過去有顯著的提高，但是較其他掌握尖端技術(shù)的國(guó)家還是存在一定的差距。
我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展給我們的生活方式帶來了巨大的影響。其中互聯(lián)網(wǎng)+概念的提出與發(fā)展更是帶來了一波生活方式“革命”，最突出的一點(diǎn)改變是人們的購(gòu)物方式。較以往的實(shí)體店購(gòu)物方式，新型的網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物具有眾多突出的優(yōu)點(diǎn)。包括：便捷性、透明性、廣泛性等。正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在越來越多的人選擇網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物。這也促進(jìn)的另一個(gè)行業(yè)--物流的快速發(fā)展。我們都知道物流行業(yè)最重要的幾個(gè)方面是：覆蓋域、流通性、輸送率、安全性。而當(dāng)下因?yàn)槭袌?chǎng)的需求量較大，勞動(dòng)力工作效率有限的情況，在其中倉(cāng)儲(chǔ)分揀的環(huán)節(jié)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)物流循環(huán)耗時(shí)加長(zhǎng)更甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤等情況。所以解決物流循環(huán)中倉(cāng)儲(chǔ)分揀的效率問題對(duì)于整個(gè)物流行業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài)
在備受關(guān)注的“2017 世界機(jī)器人大會(huì)”中，各式各樣機(jī)器人亮相，其中包含搬運(yùn)機(jī)器人、碼垛機(jī)器人、精包裝機(jī)器人、復(fù)合多用機(jī)器人等不同種類的倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人。依據(jù)中國(guó)電子協(xié)會(huì)曾發(fā)布的《2017 中國(guó)機(jī)器人發(fā)展報(bào)告》，提到我國(guó) 2017 年機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模估計(jì)將達(dá)到 62.8 億美元，其中三大類型機(jī)器人分別銷售額占比為：服務(wù)機(jī)器人 21%、工業(yè)機(jī)器人 67%和特種機(jī)器人 12%；依據(jù)應(yīng)用類型劃分， 其中搬運(yùn)上下料用途機(jī)器人在總體機(jī)器人領(lǐng)域總計(jì)占市場(chǎng)份額最高，共達(dá)到 61%，這反映出倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人領(lǐng)域快速發(fā)展的趨勢(shì)。
亞馬遜收購(gòu) Kiva 機(jī)器人公司引起了大多數(shù)人們對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人領(lǐng)域的關(guān)注，那么最近幾年中國(guó)的電商和快遞業(yè)共同的爆發(fā)式增長(zhǎng)則促進(jìn)了關(guān)于倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。目前，機(jī)器人已經(jīng)能夠完成拆垛、碼垛、搬運(yùn)工作，更能完成揀選、分揀
9
等其他更復(fù)雜的物流工作環(huán)節(jié)。除了阿里巴巴、京東、蘇寧易購(gòu)等電商巨頭還有申通、中通、圓通等快遞公司加快布局倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人之外，快倉(cāng)、極智嘉等其他專門研發(fā)生產(chǎn)專用倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的企業(yè)也紛紛涌現(xiàn)，并且受到市場(chǎng)的追捧。
可以確定的是，應(yīng)用倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人，能夠有效提高作業(yè)效率、優(yōu)化資源、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少成本等方面起到了了重要作用。就長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，伴隨著國(guó)家人口紅利的消失， 勞動(dòng)力成本高的問題逐漸凸顯，如果用機(jī)器人代替人工、提高倉(cāng)儲(chǔ)的自動(dòng)化水平是大勢(shì)所趨；另外，在“智能制造”、“工業(yè) 4.0”等理念的驅(qū)使下，未來智能物流行業(yè)將迎來前所未有的發(fā)展契機(jī)，同時(shí)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)所使用的機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用也會(huì)隨之增長(zhǎng)。
總之，在我國(guó)的倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域，使用“機(jī)器換人”的理想正在轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，不過值得進(jìn)一步研究的是，假若市場(chǎng)情況達(dá)不到預(yù)期的火熱。接下來該如何借助機(jī)器人來推動(dòng)整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)升級(jí)換代，如何在提高效率同降低成本間做好選擇，如何提高機(jī)器人技術(shù)水準(zhǔn)，如何根據(jù)需求推出更合適的倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人，或者哪些應(yīng)用模式能使得倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人市場(chǎng)加速發(fā)展，以上這些都是業(yè)界在未來亟需思考解決的問題。
倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人應(yīng)用在國(guó)外的成功案例與國(guó)內(nèi)不同,國(guó)外的物流業(yè)經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展,再加上國(guó)外先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù),Kiva,Swisslog 等企業(yè)都已經(jīng)尋找到創(chuàng)新型的倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)來解決倉(cāng)儲(chǔ)問題。下面就國(guó)際上先進(jìn)的倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)之一,Kiva 機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行分析,研究倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人給企業(yè)帶來的巨大效益。
Kiva 倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)與傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)最大的不同就是它讓物品適應(yīng)場(chǎng)地,其倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)可以在任意時(shí)間將任意物品送達(dá)任意位置。Kiva 倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)基于一個(gè)個(gè)獨(dú)立可以自主導(dǎo)航移動(dòng)的貨架搬運(yùn)機(jī)器人。這些最高可以舉起 3000 磅重量的機(jī)器人將貨架舉起,然后將貨架搬運(yùn)到系統(tǒng)指定地點(diǎn)。
1.3 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容
倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人按照不同功能可將其分為三個(gè)系統(tǒng)。一、輪式移動(dòng)系統(tǒng)。本產(chǎn)品適用于大型物流集散中心，因?yàn)閳?chǎng)地的需要，設(shè)備需要在場(chǎng)地間移動(dòng)以將不同地區(qū)的快遞送到各自所應(yīng)在的區(qū)域。所以設(shè)備應(yīng)具有移動(dòng)裝置，同時(shí)該移動(dòng)裝置作為我們整個(gè)設(shè)備的支撐裝置，故應(yīng)帶有支撐輪與動(dòng)力輪，同時(shí)配備動(dòng)力源。二、提升機(jī)構(gòu)。從實(shí)際工作環(huán)境出發(fā)，可知現(xiàn)在大多的物流倉(cāng)庫(kù)采用立體化廠庫(kù)設(shè)計(jì)。這樣的優(yōu)點(diǎn)在于能夠極大的增加現(xiàn)有的作業(yè)空間，在同樣的成本下實(shí)現(xiàn)更大的價(jià)值。這樣就需要我們的設(shè)備具有一個(gè)豎直方向工作范圍的機(jī)構(gòu)，為達(dá)到這樣的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)升降式工作平臺(tái)， 以保證工作范圍可達(dá)到 0-1000mm。三、機(jī)械手系統(tǒng)。設(shè)備主要用途在對(duì)快遞的分揀。所以最主要的一個(gè)功能就是抓取。根據(jù)題目要求，機(jī)械手可抓取的最大直徑為 200mm。故采用對(duì)稱式雙手爪設(shè)計(jì)。
本論文包括的主要內(nèi)容如下：
(1) 倉(cāng)儲(chǔ)分揀機(jī)器人總體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
(2) 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)、剪叉式提升機(jī)構(gòu)、機(jī)械手機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
(3) 設(shè)計(jì)計(jì)算說明。
2. 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
現(xiàn)國(guó)內(nèi)機(jī)器人水平已經(jīng)逐漸接近世界頂級(jí)級(jí)別。機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也隨著技術(shù)的發(fā)展越來越多，目前主流機(jī)器人應(yīng)用可分為以下幾類：1 工業(yè)用途機(jī)器人；2 家居用途機(jī)器人；3 人工智能機(jī)器人。我們題目所要設(shè)計(jì)的機(jī)器人屬于第一種工業(yè)機(jī)器人中搬運(yùn)類機(jī)器人。為實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的搬運(yùn)功能，特設(shè)計(jì)輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)3D 效果圖如下：
圖 2.1 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)
本機(jī)構(gòu)采用上下平臺(tái)分開設(shè)計(jì)，上平臺(tái)功能主要配合提升機(jī)構(gòu)。下平臺(tái)主要安裝電機(jī)輪系機(jī)構(gòu)等。采用萬向輪是為了適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境，提高自身靈活性。
2.1 電機(jī)選擇
四輪全向輪運(yùn)動(dòng)關(guān)系方程，因?yàn)榘惭b了四組萬向輪，通過四組萬向輪和伺服電機(jī)的配合。每組萬向輪的不同運(yùn)動(dòng)速度與形式，可以讓設(shè)備完成直線，斜線，旋轉(zhuǎn)等各種動(dòng)作。這在實(shí)際工作中有很重要的意義，面臨的工作區(qū)域不規(guī)整，多倉(cāng)庫(kù)之間調(diào)配等問題都將得到解決。
運(yùn)動(dòng)關(guān)系見圖2.2 ：
根據(jù)圖2.2 推導(dǎo)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程：
圖 2.2 運(yùn)動(dòng)分析
A + B = D
整理可得：
{V1 = Vx + V
y
y
{V2 = Vx -V
y
{V3 = Vx + V
y
{V4 = Vx -V
-VwD
+ VwD
+ VwD
-VwD
x
V = V1 + V2 + V3 + V4
y
V = V1 -V2 + V3 -V4
行走機(jī)構(gòu)阻力計(jì)算公式：
運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的最大阻力：
Vw = V3 -V1 / 2D
F1 = mg ′ u
u 為阻力系數(shù)，取u = 0.02
F1 =（50 + 250）′10 ′ 0.02 = 60N
F = F1+ ma
（2.1）
（2.2）
a 為從 0 加速到0.5m / min 需要的的加速度
F = 60 + 80 ′ 0.5 = 100N
主動(dòng)輪需要的最大轉(zhuǎn)矩：
M = F ′ R
（2.3）
R 為主動(dòng)輪半徑
M = 100 ′ 27 = 2700N
四輪均布， M1 = M 2 = M 3 = M 4 = 675N
移動(dòng)機(jī)構(gòu)主動(dòng)電機(jī)功率:
Pd =
Fv
60000y
（2.4）
T : v ---速度（m / min）；
y ---總傳動(dòng)效率。
y=0.99 ′ 0.95 ′ 0.99=0.93
T Pd=
Fv =
60000y
675 ′ 6
60000 ′0.93
= 0.08 KW
計(jì)算結(jié)果使我們知道，設(shè)備整體負(fù)載不大，所以要求電機(jī)的輸出功率達(dá)到 0.08kw 即可。
經(jīng)查表選用電機(jī)35BYGHM ，電動(dòng)機(jī)中心高為： H=20mm,外伸軸段 D ′ E = 10mm ′ 28mm 。
額定功率kW : 0.09
質(zhì)量/kg : 0.5
轉(zhuǎn)速r / min : 910
因設(shè)備工作量較大，需要經(jīng)常性的啟動(dòng)和停止，且選用的為小型直流伺服電機(jī)。所以不配備減速器使用，這樣可以提高系統(tǒng)的工作效率，同時(shí)避免使用減速器情況的系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。
2.2 鍵的選擇與校核
鍵將兩個(gè)相鄰得軸與齒輪，或者相鄰的連桿等部件聯(lián)成一體化可拆聯(lián)接，這是軸與齒輪或連桿之間常用的聯(lián)接方式。鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，按照外部形狀的不同可以分為1、平鍵；2、半圓鍵 3、斜鍵。
為保證對(duì)與它配合工作的零部件不造成強(qiáng)度負(fù)擔(dān)，它的截面尺寸b ′ h 應(yīng)根據(jù)實(shí)際軸徑從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)表中查取，按擠壓強(qiáng)度條件，如果用于動(dòng)聯(lián)接還需要考慮其耐磨性。當(dāng)單鍵強(qiáng)度不夠時(shí)，可用雙鍵設(shè)計(jì)。
選擇鍵6*8 GB1095-82
其參數(shù)為b = 6, h = 8, L = 12
p
查得é?s ù? = 135 : 165N / mm2
s = 2T
p dkl
= 8′ 515000
120 ′11′ 24
= 130.04N / mm2
因s < [s ]，故安全。
p p
2.3 零件強(qiáng)度校核
2.3.1 電機(jī)托板強(qiáng)度校核
根據(jù)圖2.2 分析，四個(gè)輪系裝配體安裝與平臺(tái)四個(gè)角。故其受力情況相同。
300
F=G/4=
=75N
4
材料
參數(shù)
名模默屈張彈泊質(zhì)抗
熱
稱型認(rèn)服力性松量剪
擴(kuò)
:
類失強(qiáng)強(qiáng)模比密模
張
型敗度度量
:
度量
系
則
:
1 0 6 0 合 金
:
線 性 彈 性 同 向 性
準(zhǔn)
:
最 大 v o n M i s e s 應(yīng) 力
:
2 . 7 5 7 4 2 e + 0 0 7 N / m
:
6 . 8 9 3 5 6 e + 0 0 7 N / m
:
6 . 9 e + 0 1 0 N / m ^ 2
0 . 3 3
:
2 7 0 0 k g / m ^ 3
:
2 . 7 e + 0 1 0 N / m
2
數(shù)
2 . 4 e - 0 0 5 / K e lv in
負(fù)載
名稱
作用位置
載荷細(xì)節(jié)
靜應(yīng)力
實(shí)體: 1面
類型: 應(yīng)用法向力值: 75 N
結(jié)果
最小應(yīng)力
最大應(yīng)力
7.667e-003N/m^2
2.516e+006N/m^2
最小位移量
最大位移量
0.000e + 000mm
6.037e - 004mm
對(duì)該零件進(jìn)行了SolidWorks 仿真受力分析。零件定義為真實(shí)加工所用材料，并按照真實(shí)的裝配關(guān)系定義零件，加載實(shí)際所受靜應(yīng)力。分析應(yīng)力對(duì)零件的形狀位移等參數(shù)的影響，由圖中結(jié)果顯示我們可知。位移，應(yīng)力等變量都在我們零件的材料和結(jié)構(gòu)的安全范圍內(nèi)。為保證安全，實(shí)際工作中可能會(huì)出現(xiàn)作用力超出范圍內(nèi)的情況。故對(duì)于分析采用了范圍性分析，結(jié)果零件在額定數(shù)值到超出額定數(shù)值 50%范圍內(nèi)安全。
2.3.2 支撐桿的強(qiáng)度校核計(jì)算
根據(jù)結(jié)構(gòu)分析本移動(dòng)機(jī)構(gòu)共上下平臺(tái)采用四組共八根支撐桿連接，同樣采用四周均布的排列方式。目的在于載荷均布，避免應(yīng)力集中的情況。同樣的機(jī)構(gòu)部件受力情況一樣。這樣更有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。
F=G/8=300/8=37.5N
材料
參數(shù)
名稱: 1060合金
模型類型: 線性彈性同向性 默認(rèn)失敗準(zhǔn)則: 最大von Mises應(yīng)力
屈服強(qiáng)度: 2.75742e + 007 N / m ^ 2 張力強(qiáng)度: 6.89356e + 007 N / m ^ 2 彈性模量: 6.9e + 010 N / m ^ 2
泊松比: 0.33
質(zhì)量密度: 2700 kg / m ^ 3
抗剪模量: 2.7e + 010 N / m ^ 2
熱擴(kuò)張系數(shù): 2.4e - 005 / Kelvin
結(jié)果
最小應(yīng)力
最大應(yīng)力
2.291e + 005N / m ^ 2
6.229e + 005N / m ^ 2
19
對(duì)該零件進(jìn)行了SolidWorks 仿真受力分析。零件定義為真實(shí)加工所用材料，并按
照真實(shí)的裝配關(guān)系定義零件，加載實(shí)際所受靜應(yīng)力。分析應(yīng)力對(duì)零件的形狀位移等參數(shù)的影響，由圖中結(jié)果顯示我們可知。位移，應(yīng)力等變量都在我們零件的材料和結(jié)構(gòu)的安全范圍內(nèi)。為保證安全，實(shí)際工作中可能會(huì)出現(xiàn)作用力超出范圍內(nèi)的情況。故對(duì)于分析采用了范圍性分析，結(jié)果零件在額定數(shù)值到超出額定數(shù)值 50%范圍內(nèi)安全。
3 提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
現(xiàn)代化物流倉(cāng)儲(chǔ)中心通常會(huì)考慮更有效利用空間，所以在空間設(shè)計(jì)中大都會(huì)采用空間立體化倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)，為滿足現(xiàn)場(chǎng)工作需求我們的設(shè)備應(yīng)具備新的功能——能夠?qū)崿F(xiàn)升降。
剪叉式液壓升降臺(tái)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載量大、安裝空間小、自動(dòng)化程度高且易于實(shí)現(xiàn)集中控制等特點(diǎn)，因此在現(xiàn)代物流、航空、自動(dòng)化生產(chǎn)線等場(chǎng)合中得到廣泛應(yīng)用。剪叉機(jī)構(gòu)由兩根中間用樞軸連接，可在平面內(nèi)相互轉(zhuǎn)動(dòng)的剪桿組成，每根剪桿又可以認(rèn)為由兩段一端鉸接和一端固接的梁?jiǎn)卧B接而成。剪桿作為機(jī)構(gòu)折疊變化的對(duì)象， 鉸點(diǎn)約束剪桿的變化，折疊過程既剪桿圍繞鉸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，最后達(dá)到指定位置，從而完成一個(gè)折疊過程。
提升機(jī)構(gòu)3D 效果圖如下：
圖 3.1 提升機(jī)構(gòu)
3.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇
參考公式：
P = TN
9550
（3.1）
其中 T 為扭矩,N 為輸出轉(zhuǎn)速
N = 30w
p
w= V
R
其中 V=0.1m/s
（3.2）
（3.3）
計(jì)算得：
w= 0.1
0.0225
? 4.4rad / s
30 ′ 4.4
N =
3.14
? 42rpm
電機(jī)取最大扭矩時(shí)，按照轉(zhuǎn)速為1400rpm 計(jì)算。所以：所需牽引力 F =（5 + 25）′ 9.8 = 294N
作用在齒輪上轉(zhuǎn)矩T = 294 ′ 0.065 = 19.11N / m
提升功率 P = 294 ′ 0.05 = 14.7W
電機(jī)輸出扭矩 T= 19.11 / 35 =0.54N/m
電機(jī)輸出功率 P= 0.54 ′1400 / 9550 =0.08KW
通過查表比較輸出功率與轉(zhuǎn)速選擇德馬克 D60M - R6430A5E 型電機(jī)。如下：
圖 3.2 德馬克電機(jī)
3.2 減速器的選擇
因?yàn)椋?i1 = 1400 =33
i2 42
故所需減速比為 33。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)提升機(jī)構(gòu)的自鎖功能，選擇渦輪蝸桿減速器，根據(jù)載荷查表選用選擇選用 Rv30 型蝸輪蝸桿減速器。
如表 3.1
表 3.1 減速器參數(shù)
在提升重物的過程中，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的不確定性，所以可能需要將工件提升到不同的工作高度，或者達(dá)到不同的高度抓取工件。這時(shí)候上方的機(jī)械手需要有一個(gè)懸停的動(dòng)作。若系統(tǒng)不配備自鎖裝置，僅靠電機(jī)完成該功能，會(huì)對(duì)電機(jī)內(nèi)芯造成極大的負(fù)擔(dān)；磨損甚至損壞。這樣不符合我們的設(shè)計(jì)原則。所以給系統(tǒng)配備帶自鎖功能的減速器是較好的方案。它既可以完成機(jī)械手懸停的動(dòng)作又不會(huì)給電機(jī)等系統(tǒng)帶來負(fù)擔(dān)。
表 3.2 減速器尺寸
傳動(dòng)比 i=35。當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速i1 =1440rpm 時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速i2 =47rpm ?？沙休d轉(zhuǎn)矩 20n/m?？沙休d電機(jī)功率 0.2kw。
3.3 軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核
軸是機(jī)械設(shè)備最常用的零件之一，支承回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是其主要作用，可進(jìn)行動(dòng)能與力的傳遞。按軸線的不同種類可分為 1.直軸；2.曲軸；3.軟軸。軸在彎矩和轉(zhuǎn)矩作用下會(huì)變應(yīng)力，在軸的截面如果發(fā)生尺寸突變，那么在該截面就會(huì)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中， 分析可知疲勞斷裂是軸主要失效形式。疲勞強(qiáng)度校核是必不可少的步驟。對(duì)載荷發(fā)生突變，這種突變可能是載荷集中或者突然加的外力造成的。但是如果作用在軸的力是某種特性的力，這種力接近或者是靜應(yīng)力。在這樣的條件下會(huì)使得軸產(chǎn)生塑性形變。因?yàn)檫@樣的特點(diǎn)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)軸的機(jī)構(gòu)同時(shí)，還要考慮軸的強(qiáng)度不足導(dǎo)致的失效。所以應(yīng)對(duì)軸進(jìn)行校核，校核的位置應(yīng)選取載荷集中，或者可能發(fā)生應(yīng)力突變處。軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；軸強(qiáng)度計(jì)算作為設(shè)計(jì)軸的重要工作內(nèi)容。
3.3.1 主動(dòng)軸設(shè)計(jì)計(jì)算
設(shè)計(jì)軸的三維效果圖 3.3
圖 3.3 主動(dòng)軸
計(jì)算軸的最小直徑： 公式如下：
d 3 （3.4）
A P
d 3 3
n
（3.5）
其中： d——計(jì)算剖面處軸的直徑（mm） T ——軸傳遞的額定轉(zhuǎn)矩（N gmm） T = 9550000P / n
P——軸傳遞的額定功率（kW）
N——軸的轉(zhuǎn)速（r/min）
[t]——軸的許用剪應(yīng)力(MPa)
A——按[t]定的系數(shù)
′
根據(jù)電機(jī)參數(shù)，取： P=0.08，N=300，t=244，A=106 得到軸的最小直徑d=106 3 0.08 =6.8 mm
300
因?yàn)檩S上有鍵槽，故考慮安全強(qiáng)度應(yīng)加大軸徑。在有一個(gè)鍵槽的時(shí)候，增大量為3%；兩個(gè)鍵槽時(shí) 7%；三個(gè)鍵槽時(shí)應(yīng)增大 10%。所以計(jì)算得：dmin = 6.8′ 10%+6.8=7.5mm
3.3.2 軸的強(qiáng)度校核
根據(jù)電機(jī)的輸出功率與轉(zhuǎn)速配合減速器的參數(shù)可知軸所傳遞的功率 P 和轉(zhuǎn)速 n， 求得傳給軸的力偶M =9549 P 。作用于齒輪上的力分解為圓周力 F 和徑向力 Fr
e n
可得：F= F cosaN
其中 F=294N 其中a=20 °
所以： F cosa= 294 ′ cos 20° = 276
Fr = F sina
其中 F=294N 其中a=20 °
Fr = F sina= 294′sin 20° = 100N
則作用于軸線上的 F 和力偶矩 Fd 。因?yàn)? M
2 x
= 0 。
可得： Fd =2 M （3.6）
2 e
即： 276d =2 ′ 954914.7 2 42
T d=48mm
根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，計(jì)算出扭矩：T= M = Fd
e 4
M = Fd = 276 ′ 0.048 = 3.3 N / m
e 4 4
垂直面內(nèi)的彎矩M y
max = Fr ab ；
l
Fab
水平平面內(nèi)的彎矩Mz max = l 。
根據(jù)軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)可知：
a = 0.039b = 0.114l = 0.153
即： M
max = Fr ab = 100 ′ 0.039 ′ 0.114 = 29.05
y l 0.153
M max = Fab = 276 ′ 0.039 ′ 0.114 = 77.38
z l 0.153
.
軸在 AE 段內(nèi)各個(gè)截面上的扭矩都相等，但在截面 E 上的 Mz和M y 為極值。所以本零件軸的危險(xiǎn)截面為截面 E。
合成彎矩： M =
（3.7）
= 29.052 + 77.382 =82.65
其作用力的平面與矢量 M 所在平面相互垂直.
根據(jù)第三強(qiáng)度理論：sca =
（3.8）
其中：a ? 0.3
d 為軸的直徑
s= M
W
t= T
2W
所以整理可得：sca =
= ￡ [s-1 ]
W
其中：sca ——軸的計(jì)算應(yīng)力 M—— 軸所受彎矩
T ——軸所受扭矩
W ——軸抗彎截面系數(shù)
表 3.3 彎、扭界面系數(shù)公式
= -
pd3 bt (d-t )2
根據(jù)表 3.3 可知W （3.9）
32 2d
[s-1 ]——許用應(yīng)力
表 3.4 鋼件許用應(yīng)力
根據(jù)表 3.4 可知[s-1 ]=235
29
即：sca =
M 2 + (aT )2
2
=
pd3 - bt (d-t )
3.14 * 0.0253 - 0.005* 0.004 (0.045-0.004)
2 =210.53 ￡ 235
32 2d 32 20.045
圖 3.4 彎矩圖
。
圖 3.5 扭矩圖
（2）軸的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核：
圖 3.6 傳動(dòng)軸校核參數(shù)
由計(jì)算結(jié)果可知，軸所受應(yīng)力值小于許用應(yīng)力。證明在負(fù)載方面，軸的強(qiáng)度達(dá)到我了我們的設(shè)計(jì)要求。表 3.5 中，對(duì)于軸的旋轉(zhuǎn)速度極限進(jìn)行了計(jì)算，實(shí)際的轉(zhuǎn)速小于軸的計(jì)算安全轉(zhuǎn)速，所以在旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度方面，本軸的設(shè)計(jì)也達(dá)到了參數(shù)要求。所以設(shè)計(jì)的軸強(qiáng)度校核通過。
3.4 剪叉升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.4.1 機(jī)構(gòu)自鎖條件判別機(jī)構(gòu)整體簡(jiǎn)化圖如下：
圖 3.7 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
我們?cè)O(shè)圖中主動(dòng)桿與平臺(tái)夾角為α，機(jī)構(gòu)所承擔(dān)總壓力為 G。對(duì)主動(dòng)桿進(jìn)行受力
分析：
圖 3.8 受力分析
由圖3.8 進(jìn)行受力分析可知：
F F
cosa = Fy ； sina = Fx
其中由表 3.3 可知T = 0.6，計(jì)算F = 323N
所以： cosa= 323 f 1
294
由此我們可知該機(jī)構(gòu)的自鎖條件為α￡ 0° ，故在實(shí)際工作中這種情況表示兩連桿重合，機(jī)構(gòu)達(dá)到最低高度。在這個(gè)時(shí)候無論電機(jī)輸出多大的動(dòng)力都不能使得機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，機(jī)構(gòu)自鎖。為避免這樣的情況發(fā)生，我們需要對(duì)機(jī)構(gòu)行程進(jìn)行限位， 同時(shí)另一個(gè)問題我們需要考慮的是機(jī)構(gòu)的中間軸與驅(qū)動(dòng)電機(jī)限位。因?yàn)殡姍C(jī)與軸的限位包含了兩連桿的角度限位，所以機(jī)構(gòu)的限位只需考慮剪叉機(jī)構(gòu)的中間軸與驅(qū)動(dòng)電機(jī)間的干涉。
。
3.4.2 連桿的強(qiáng)度校核
從系統(tǒng)角度分析，當(dāng)系統(tǒng)處于最低位置時(shí)受力最大。此時(shí)： FAy = FBy
此時(shí)為連桿的危險(xiǎn)位置，對(duì)連桿進(jìn)行受力分析以及強(qiáng)度校核。對(duì)于連桿： FAy = FBy =75N
=G/4。故：
質(zhì)量:1.96325 kg
體積: 0.000727129 m ^ 3
密度: 2700 kg / m ^ 3
重量:19.2398 N
材料
參數(shù)
名稱: 鋁合金板LF 5 模型類型: 線性彈性同向性默認(rèn)失敗準(zhǔn)則: 未知
彈性模量: 7.2e + 010 N / m ^ 2
泊松比: 0.33
質(zhì)量密度: 2700 kg / m ^ 3
抗剪模量: 2.7e + 010 N / m ^ 2
熱擴(kuò)張系數(shù): 2.5e - 005 / Kelvin
負(fù)載
載荷名稱
作用
載荷細(xì)節(jié)
靜應(yīng)力
實(shí)體: 1面
類型: 應(yīng)用法向力值: 75 N
結(jié)果
最小載荷
最大載荷
2.902e + 001N / m ^ 2
1.435e + 005N / m ^ 2
最小應(yīng)變量
最大應(yīng)變量
3.189e - 009
1.459e - 006
對(duì)該零件進(jìn)行了SolidWorks 仿真受力分析。零件定義為真實(shí)加工所用材料，并按照真實(shí)的裝配關(guān)系定義零件，加載實(shí)際所受靜應(yīng)力。分析應(yīng)力對(duì)零件的形狀位移等參數(shù)的影響，由圖中結(jié)果顯示我們可知。位移，應(yīng)力等變量都在我們零件的材料和結(jié)構(gòu)的安全范圍內(nèi)。為保證安全，實(shí)際工作中可能會(huì)出現(xiàn)作用力超出范圍內(nèi)的情況。故對(duì)于分析采用了范圍性分析，結(jié)果零件在額定數(shù)值到超出額定數(shù)值 50%范圍內(nèi)安全。
3.5 軸承壽命校核
軸承是機(jī)械設(shè)備中常用的零件之一，標(biāo)準(zhǔn)件。它的工作形式幾乎都與軸承配合使用。在不同的工作環(huán)境下，軸與軸承需要形成不同的配合方式以完成不同功能。最常見的配合方式為過渡配合，當(dāng)然還有間隙和過盈配合。本機(jī)構(gòu)中的配合方式選用的是過渡配合。軸承最常見的失效形式為發(fā)生了塑性變形，發(fā)生變形的位置通常在軸承內(nèi)的滾動(dòng)體與外圈接觸位置。 通過前面電機(jī)選擇計(jì)算與軸的校核計(jì)算，
1.78r / min ￡ 5r / min ,滾動(dòng)體（軸）和軸承接觸處為軸承受力最大點(diǎn)。
P = mg = 300N
滾子軸承，靜軸向系數(shù)Y0 = 0.30
P0 = Y 0A = 0.30′ 300 = 90N
靜載荷選擇軸承時(shí)，載荷安全系數(shù)
S = C0 = 300 = 2.31 > 1.6
P0 130
其中 S0 = 1.6 為靜載荷安全系數(shù)，故安全。
3.6 鍵的選擇與校核
鍵將兩個(gè)相鄰得軸與齒輪，或者相鄰的連桿等部件聯(lián)成一體化可拆聯(lián)接，這是軸與齒輪或連桿之間常用的聯(lián)接方式。鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，按照外部形狀的不同可以分為1、平鍵；2、半圓鍵 3、斜鍵。
為保證對(duì)與它配合工作的零部件不造成強(qiáng)度負(fù)擔(dān)，它的截面尺寸b ′ h 應(yīng)根據(jù)實(shí)際軸徑從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)表中查取，按擠壓強(qiáng)度條件，如果用于動(dòng)聯(lián)接還需要考慮其耐磨性。當(dāng)單鍵強(qiáng)度不夠時(shí)，可用雙鍵設(shè)計(jì)。
選擇鍵5′5
GB1095-79
其參數(shù)為b = 5, h = 5, L = 12
p
查得[s ]= 125～150N / mm2
s = 2T
p dkl
= 4 ′ 515000 = 65.02N / mm2
60 ′11′ 48
因s < [s ]，故安全。
p p
4 機(jī)械手設(shè)計(jì)
4.1 鎖緊原理
機(jī)械手由驅(qū)動(dòng)電機(jī)；傳動(dòng)件；手指執(zhí)行件等部件組成。鎖緊動(dòng)作由一系列機(jī)構(gòu)共同配合完成。機(jī)械手采用伺服電機(jī)作為動(dòng)力源，帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)將動(dòng)力輸出至機(jī)械手傳動(dòng)件，一根連桿為軸另一根給手指一個(gè)拉力。讓其繞軸旋轉(zhuǎn)，兩邊同時(shí)進(jìn)行，逐漸兩只手靠近，完成鎖緊動(dòng)作。抓取工件時(shí)，靠近工件的動(dòng)作跟隨移動(dòng)平臺(tái)完成。然后與工件接觸夾緊?？拷佑|面的摩擦力將工件夾起，完成機(jī)械手的抓取工作。
設(shè)計(jì)機(jī)械手三維結(jié)構(gòu)如下：
圖 4.1 機(jī)械手
4.2 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)電機(jī)計(jì)算
驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇
由圖4.1受力分析可知：
G=N
F = F = N
1 2 2
F = F = 50 = 25
有： 1 2 2 N
根據(jù)扭矩平衡：
F1 ′ 205= Tl ′ 32
T Tl
= 25′ 205 =160.1N
32
電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩TN =F′R=160.1 ′ 0.015=2.4N/m
V
w= （4.1）
R
其中 V=0.1m/s
w=
計(jì)算得：
0.2
0.205
? 0.96rad / s
30 ′ 0.96
N =
3.14
? 9.17rpm
電機(jī)軸驅(qū)動(dòng)齒輪與機(jī)械手齒輪傳動(dòng)比i = 10
2.4
電機(jī)輸出扭矩 T=
10 =0.24N/m
電機(jī)轉(zhuǎn)速 N = 9.17 ′10 = 91.7rpm
電機(jī)輸出功率 P= 0.24 ′ 91.7 =0.02KW
9550
故選用VRSP 型機(jī)械手專用電機(jī)。其參數(shù)參考下圖：
圖 4.2 電機(jī)結(jié)構(gòu)圖
機(jī)是為了機(jī)械手而專門設(shè)計(jì)的電機(jī)，它的優(yōu)點(diǎn)在于體型較小，但是能夠輸出足夠的動(dòng)力。在保證了完成工作的同時(shí)又減少了自身的重量能耗等，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)減小，同時(shí)也降低了成本，增加了經(jīng)濟(jì)效益。
4.3 機(jī)械手強(qiáng)度校核：
4.3.1 手架
該零件作為機(jī)械手的承載部件，它的強(qiáng)度是否合格直接影響機(jī)械手系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其中尾端部分與提升機(jī)構(gòu)上平臺(tái)固定裝配，在邊緣處由于壓力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)剪切力。先對(duì)該零件的臨界危險(xiǎn)情況進(jìn)行仿真校核分析。
質(zhì)量: 0.112788 kg
體積: 4.17733e - 005 m ^ 3重量:1.10532 N
密度: 2700 kg / m ^ 3
材料
模型參考
屬性
名稱: 1060合金
模型類型: 線性彈性同向性 默認(rèn)失敗準(zhǔn)則: 最大von Mises應(yīng)力
屈服強(qiáng)度: 2.75742e + 007 N / m ^ 2 張力強(qiáng)度: 6.89356e + 007 N / m ^ 2 彈性模量: 6.9e + 010 N / m ^ 2
泊松比: 0.33
質(zhì)量密度: 2700 kg / m ^ 3
抗剪模量: 2.7e + 010 N / m ^ 2
熱擴(kuò)張系數(shù): 2.4e - 005 / Kelvin
負(fù)載
載荷名稱
作用位置
載荷參數(shù)
靜應(yīng)力
實(shí)體: 1面
類型: 應(yīng)用法向力值: 50 N
結(jié)果
最小位移
最大位移
0.000e + 000mm
5.104e + 000mm
38
最小應(yīng)變量
最大應(yīng)變量
8.400e - 008
8.096e - 004
對(duì)該零件進(jìn)行了SolidWorks 仿真受力分析。零件定義為真實(shí)加工所用材料，并按照真實(shí)的裝配關(guān)系定義零件，加載實(shí)際所受靜應(yīng)力。分析應(yīng)力對(duì)零件的形狀位移等參數(shù)的影響，由圖中結(jié)果顯示我們可知。位移，應(yīng)力等變量都在我們零件的材料和結(jié)構(gòu)的安全范圍內(nèi)。為保證安全，實(shí)際工作中可能會(huì)出現(xiàn)作用力超出范圍內(nèi)的情況。故對(duì)于分析采用了范圍性分析，結(jié)果零件在額定數(shù)值到超出額定數(shù)值 50%范圍內(nèi)安全。
4.3.2 連桿
該連桿件是機(jī)械手的動(dòng)力傳動(dòng)部件，在機(jī)械手的夾緊過程中，該桿件傳遞來自
驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力，對(duì)于機(jī)械手指作用一個(gè)拉力。同時(shí)自身也收到拉力的作用。它的強(qiáng)度安全可靠性關(guān)系到機(jī)械手關(guān)鍵夾緊動(dòng)作是否能完成。先對(duì)其進(jìn)行仿真分析。
材料
屬性
名稱: 1060合金
模型類型: 線性彈性同向性 默認(rèn)失敗準(zhǔn)則: 最大von Mises應(yīng)力
屈服強(qiáng)度: 2.75742e + 007 N / m ^ 2 張力強(qiáng)度: 6.89356e + 007 N / m ^ 2 彈性模量: 6.9e + 010 N / m ^ 2
泊松比: 0.33
質(zhì)量密度: 2700 kg / m ^ 3
抗剪模量: 2.7e + 010 N / m ^ 2
熱擴(kuò)張系數(shù): 2.4e - 005 / Kelvin
負(fù)載
載荷名稱
加載位置
負(fù)載參數(shù)
靜應(yīng)力
實(shí)體: 1面
類型: 應(yīng)用法向力值: -30 N
結(jié)果
最小應(yīng)變
最大應(yīng)變
1.684e - 008
2.323e - 006
對(duì)該零件進(jìn)行了SolidWorks 仿真受力分析。零件定義為真實(shí)加工所用材料，并按照真實(shí)的裝配關(guān)系定義零件，加載實(shí)際所受靜應(yīng)力。分析應(yīng)力對(duì)零件的形狀位移等參數(shù)的影響，由圖中結(jié)果顯示我們可知。位移，應(yīng)力等變量都在我們零件的材料和結(jié)構(gòu)的安全范圍內(nèi)。為保證安全，實(shí)際工作中可能會(huì)出現(xiàn)作用力超出范圍內(nèi)的情況。故對(duì)于分析采用了范圍性分析，結(jié)果零件在額定數(shù)值到超出額定數(shù)值 50%范圍內(nèi)安全。
5 環(huán)保與經(jīng)濟(jì)性研究
5.1 環(huán)保性分析
現(xiàn)如今社會(huì)， 人們對(duì)于環(huán)保問題越來越看重，能源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展已是戰(zhàn)略性問題，所以在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中環(huán)保問題越來越重要。并且不僅是在日常生活中要注意環(huán)保問題，在生產(chǎn)加工過程中也要加強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，無論是機(jī)械的生產(chǎn)還是工件的加工流程中對(duì)于環(huán)境的保護(hù)是我們必須要做的，并且現(xiàn)如今的設(shè)備在出廠時(shí)通常會(huì)配備專用的環(huán)保系統(tǒng)。當(dāng)代的產(chǎn)品設(shè)計(jì)都會(huì)將環(huán)保性元素考慮在內(nèi)，并且會(huì)把降低對(duì)環(huán)境的損害作為工作的重點(diǎn)。
本次設(shè)計(jì)采用麥克納姆輪輪減少聲音方面污染，其他方面采用經(jīng)濟(jì)型伺服電機(jī)作為動(dòng)力源，進(jìn)而可使用環(huán)保的電能源，最大程度避免對(duì)人體的危害。
5.2 經(jīng)濟(jì)性分析
在競(jìng)爭(zhēng)愈來愈激烈的當(dāng)今市場(chǎng)中，人們始終不變的追求項(xiàng)目：1.工作效率 2.經(jīng)濟(jì)效益，所以在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)要考慮到能源與耗材的節(jié)約。在滿足同等技術(shù)要求情況下， 應(yīng)始終想著經(jīng)濟(jì)性，爭(zhēng)取用最更少的能源和材料來達(dá)到預(yù)期的效果，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化、最經(jīng)濟(jì)的目的。
在部件的設(shè)計(jì)和選擇方面。第一步做了分析計(jì)算中，通過比較以選擇電機(jī)等零件， 在能滿足技術(shù)參數(shù)要求的同時(shí)選擇價(jià)格更低的部件，有效的節(jié)約了成本。
對(duì)于工作效率與經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計(jì)產(chǎn)品改變了以往的工作方式，由機(jī)器代替人工， 效率更高、準(zhǔn)確性更好。另一方面，設(shè)備采用電能源。電能源作為目前所采用的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性綜合性能最高的能源，是經(jīng)濟(jì)效應(yīng)與環(huán)保概念共同考慮下最優(yōu)的選擇方案。既滿足了我們的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)避免了不必要的成本又達(dá)到了我們預(yù)期的工作效果。綜合分析，方案可行。
6 結(jié)論
通過這段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì) ，收貨頗豐。不管是從知識(shí)方面還是實(shí)踐方面都得到了提高。總結(jié)本次的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)收獲：
（1） 設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，對(duì)于加工工藝更加了解，能夠獨(dú)立分析工藝流程和要求。
（2） 通過設(shè)計(jì)提升剪叉機(jī)構(gòu)，能根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》；《機(jī)械原理》，力學(xué)等課程進(jìn)行理論計(jì)算，提高理論分析與實(shí)踐結(jié)合能力。
（3） 學(xué)習(xí)之后，提高了自我查表，制圖，編寫的能力。
（4） 復(fù)習(xí)了計(jì)算機(jī)知識(shí)， word 應(yīng)用更加熟練。
（5） 進(jìn)行三維建模，熟悉掌握SolidWorks 各項(xiàng)功能，提升自身素養(yǎng)。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)整體做完之后，對(duì)于我的大學(xué)四年課程做了一個(gè)很好的總結(jié)，讓我看清了自己的優(yōu)勢(shì)與不足，為以后更好的發(fā)展提供了重要的參考與動(dòng)力。
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致謝
在已度過的大四的時(shí)間里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我們?cè)谡n堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去鍛煉我們的實(shí)踐面？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)用到實(shí)踐中去呢？而本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就為我們提供了良好的實(shí)踐平臺(tái)。在做本次設(shè)計(jì)的過程中，我感觸最深的當(dāng)數(shù)查閱大量的設(shè)計(jì)手冊(cè)了。為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善，更加符合工程標(biāo)準(zhǔn)，一次次翻閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)是十分必要的，同時(shí)也是必不可少的。
所以通過這次的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，自己不僅鞏固了所學(xué)的知識(shí)，而且在設(shè)計(jì)過程中，學(xué)會(huì)了如何快速正確地畫圖、查手冊(cè)等等，為以后的學(xué)習(xí)工作提供了很好的經(jīng)驗(yàn)。。
最后，要感謝我的指導(dǎo)老師張立老師，謝謝老師一次次認(rèn)真細(xì)心的講解，幫我改正錯(cuò)誤解決問題。讓我學(xué)到了更多的知識(shí)，加強(qiáng)了自身的綜合素質(zhì)。