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（图纸+论文）自行走式物料搬运机器人结构设计（全套完整）

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些障碍物等特点，成为机器人中使用最多的种结构形式，世界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。.机器人的研究现状机器人最早是从美国开始研制的。走跨越障碍上下台阶，具有独特的优越性能。但是，要控制它的步行和不倾倒有很大的难度，目前实现上述功能的机器人很少。四足机器人普遍存在控制复杂和步行速度低步幅小等缺点，实用化的成果则更少。显然，本课题所研究的机器人主要在平面的环境中运行，选用轮式移动载体最为合理，即采用两轮独立驱动的方式，通过控制两个驱动轮的速度，使车体跟踪不同的轨迹曲线。这种结构方式的优点是转向灵活，当两轮速度值相同，方向不同时，车体可以原地回转。.自由度与机器人的运作物料搬运机器人的整体机构如图.所示，现在让我们分析下它的运动过程它有四个自由度，底座的旋转以及底座上部上下伸缩，手臂的前后伸缩和手部的夹紧与放松。最底部的轮子是用来使机器人能够在有效的工作范围内进行移动，以便能够得到更大的工作空间，更有利于物料的搬运。它的移动主要是前后移动，使机器人能将物料搬运到更远的位置。表示的是底座，主要是控制机器人上半部的旋转，包括机械手，手臂，它是通过底座里的电机旋转，带到齿轮轴套，它与主轴齿轮啮合，进而使主轴旋转，在底座上方里，通过齿轮传动带动腰部旋转，与手臂已经连接固定，使其带动，手臂，手部同步旋转。中通过电机二联接个小齿轮，与其内部的长轴啮合，当电机二运行时，通过使长轴进行上下运动。手臂中有电机三，当电机三运转时，使其内部的轴旋转，然后通过丝杠传动原理，让轴进行左右伸缩，轴与手部连接，所以就使手部到达的左右伸缩的目的。手部里有电机四，它也是通过丝杠原理让手部进行夹紧与放松的动作。图.物料搬运机器人结构图.控制方式的选择本次设计物料搬运机器人主要是进行工业生产中物料的搬运，是将工业生产的物料搬运实现自动化。考虑到本次设计的物料搬运机器人搬运的物料是在以下，而且物料不是很复杂，精度不是很高，所以设计的物料搬运机器人采用四个自由度，分别是手臂随着腰部的旋转和上下伸缩进行运动，手臂的左右伸缩和手部的夹紧与放松。此四个自由度可以保证在工业生产中能够将物料搬运到空间的各个位置上。物料搬运机器人的四个自由度可以将夹取的物料搬运到四周的位置上，但为了让它的工作范围扩大，能够减少机器人的投入量，所以我们将它固定在带有轮子的机身上，从而实现其目的。物料搬运机器人的工作过程如下当物料要求从物架上搬运时，机器人通过手臂的伸缩和腰部的旋转调整好位置，手部夹住物料。陀螺，测量旋转角速度，无需外部参考，适于短时间的精确定位起点终点摆放台检测微动开关，反馈是否接触摆放台侧壁信息物料抓取检测微动开关，检测物料是否被有效抓起可扩展功能突出的障碍物检测采用超声波传感器行进路径上有无障碍物可扩展功能运行环境白色引导线检测采用颜色传感器识别白线信息，利用白线导航。.移动载体移动载体能执行轮式物料搬运机器人的移动功能。常见的移动载体有轮式履带式和足式行走机构，此外还有各种轮履跟腿的混合式结构。轮式轮式移动载体直是平坦地面上运动的最有效的工具。它具有能高速稳定移动能量利用效率高机构和控制简单等优点，缺点是移动场所限制在平面上，且般情况下需要定的转弯半径，因而造成灵活性下降。轮式移动载体依据车轮的数量可分为轮轮轮轮及多轮机构。单轮和双轮主要是进行直立稳定移动控制问题的基础研究，而不着眼于移动机器人的实用化问题。从高速移动时加强稳定性的观点出发，多数采用的是四轮机构。五轮以上的机构有较大的稳定性，适合子台阶阶梯或三维弯曲路面等非平地状态的移动。全方位车轮机构是目前常用的轮式机构，具备全方位移动功能，操作灵活，特按照所用轮子的类型和驱动方式，轮式移动载体可分为五大类，即,和其中前面的数字表示移动度，后面的数字表示转向度。轮式机器人在地面上滚动时，会受到非完整约束，这是由轮子的运动本质决定的，即轮子在地面上做无滑动的纯滚动。尽管非完整系统类别与轮式平台的类型有关，但所有轮式平台都是非完整的。履带式为了改善车轮对松软地面和不平坦地面的适应能力，履带式移动机构被广泛采用。履带式移动机构有以下特点支承面积大，接地比压小，适于松软和泥泞地面作业。机动性好，爬坡越沟等性能好。履带不易打滑，牵引附着能力好。履带运动方式在不平地面上的机动性很差，转弯不便，转向时能耗较大。足式足式行走机器人即所谓的步行机器人。步行机器人不仅能在平地上而且能在凹凸不平的地面上行据当时统计，美国大约台工业机器人，工作时间共达万小时以上，与此同时，出现了所谓了高级机器人，例如森德斯兰德公司发明了用小型计算机控制台机器人的系统。又如，万能自动公司制成了由台机器人组成的汽车车轮生产自动线。麻省理工学院研制了具有“手眼”系统的高识别能力微型机器人。其他国家，如日本苏联西欧，大多是从，年开始以美国的和型机器人为蓝本开始进行研制的。就日本来说，年，日本丰田织机公司引进美国的,川崎重工公司引进，并获得迅速发展。通过引进技术仿制改造创新。很快研制出国产化机器人，技术水平很快赶上美国并超过其他国家。经过大约年的实用化时期以后，从年开始进入广泛的普及时代。我国虽然开始研制工业机器人仅比日本晚年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进仿制改造创新，工业机器人将会获得快速的发展。.机器人的发展趋势随着现代化生产技术的提高，机器人设计生产能力进步得到加强，尤其当机器人的生产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合，从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高了生产效率。就目前来看，总的来说现代工业机器人有以下几个发展趋势提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标准化和模块化，将机器人的各个机械模块控制模块检测模块组成结构不同的机器人开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用以保证精度开发多关节多自由度的手臂和手指开发各类行走机器人，以适应不同的场合研制各种传感器跟检测元件，如触觉视觉听觉味觉和测距传感器等，用传感器获得工作对象周围的外界环境信息位置信息状态信息以完成模式识别状态检测。并采用专家系统进行问题求解动作规划，同时，越来越多的系统采用微机进行控制。.本文的主要研究内容本文研究了国内外物料机械人发展的现状，通过学习物料机械人的工作原理，熟悉了物料搬运机械人的运动机理。在此基础上，确定了物料搬运机械人的基本系统结构，对物料搬运机械人的运动进行了简单的力学模型分析，完成了机械手机械方面的设计包括传动部分执行部分驱动部分和该机器人的系统控制。要机器人可以像人样拿取东西，最基本的条件是要有套类似于指腕臂关节等部分组成的抓取和转移机构执行机构能像肌肉那样使手臂动作的驱动传动系统行走,物料,搬运,机器人,结构设计,毕业设计,全套,图纸研究的背景与意义.机器人的研究现状.机器人的发展趋势.本文的主要研究内容第二章机器人总体方案设计.自行走式物料搬运机器人的功能.传感器系统.移动载体.自由度与机器人的运作.控制方式的选择.小结第三章机器人的手部设计.手部的结构设计概述设计时应考虑的几个问题手部夹紧力的计算弹簧的计算.手部主轴的校核计算.驱动方式手部电机选择原则般执行电机的选择原则手部电机的选择电机转速与夹紧力速度几何关系的确定第四章手臂的设计.手臂结构设计.手部质量计算.手臂计算及电机选择.小结.腰身的设计腰身以上部分的重量计算腰身计算及电机选择.底座的设计底座机构设计底座以上部分的重量计算底座电机选择.齿轮的校核计算选择齿轮材料热处理方法精度及齿数验算齿面接触疲劳强度校核齿根弯曲疲劳强度.小结第六章结论与展望.结论参考文献致谢摘要在现代工业中，生产过程的机械化自动化已成为突出的主题。机器人技术是利用计算机的记忆功能编程功能来控制操作机自动完成工业生产中类指定任务的高新技术，是当今各国竞相发展的高技术内容之。目前，工业机器人主要承担着焊接喷涂搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式般采取示教再现的方式。本文设计的是个拥有四个自由度的机器人，用于给冲压设备运送物料。该机器人由手部手臂腰身和底座等组成，具备上下料，翻转和转位等多种功能，并且结构简单，操作方便。驱动方式为电机驱动，采用步进电机。关键词机器人工作方式结构设计步进电第章绪论.研究的背景与意义机器人是种新型的自动化操作装置。它可以根据作业的不同要求，按照预先确定的程序搬运物体，装卸零件以及操持喷枪，焊把等工具去完成定的作业。因此，它可在繁重高温，多粉尘的劳动环境较差的场所工作。在化学工业等连续性生产过程中的自动化已基本得到解决。可是在机械工业中，加工装配等生产并不是连续的。专用机床是解决大批量生产自动化的有效办法程控机床数控机床加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除了切削加工本身外，还有大量的装卸搬运装配等作业，需要进步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为这些加工作业的机械化与自动化奠定了良好的基础。工业机器人是近代在自动控制领域中出现的项新技术，并且已经成为了现代机械制造生产系统中的个非常重要的组成部分。机器人的迅速发展是基于它的积极作用正慢慢的被人们所认识第它能部分代人工操作第二它能按照生产工艺的技术要求，遵循定的程序时间和位置来完成工件的输送和装卸第三它能操作必要的机具进行焊接和装配作业。从而能大大的改善工人的劳动条件，显著提高劳动生产率，加快实现工业生产的机械化和自动化。因而机器人受到各个先进的工业国家的重视，他们投入大量的人力和物力加以研究与应用。尤其在高温高压粉尘噪音以及带有放射性及污染的场合，应用的更广泛。在我国，近几年也有较快的发展，并取得了定的效果，受到机械工业部门的重视。机器人般分为三类。第类是通用机器人，它不需要人工操作，也就是本文所研究的对象。它是种完全独立的不附属于个主机的装置，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，是种三元机械。第二类称为操作机，它需要人工的操作，操作机起源于原子军事工业，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“”，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些障碍物等特点，成为机器人中使用最多的种结构形式，世界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。.机器人的研究现状机器人最早是从美国开始研制的。年美国联合控制公司研制出了第台机器人。它的结构是在机体上安装个回转长臂，端部装有使用电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。日本是工业机器人发展速度最快应用范围最广的国家。自从年从美国引进二种典型机器人后，日本就直大力从事机器人方面的研究。目前的