買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 寧學 畢業設計 (論文 ) 圖書館輔助機器人的設計 所在學院 專 業 班 級 姓 名 學 號 指導老師 年 月 日 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘 要 機器人 是在在機械化、自動化生產過程中發展的一種新型裝置 ,使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置 。 機器人 能代替人類 、重復枯燥 完成危險工作，提高勞動生產力 ,減輕人勞動強度。 該裝置涵蓋了 位置控制技術 可編程控制技 術 、 檢測技術等 。 本課題擬開發的物料 電動機器人 可在空間抓放物體，動作靈活多樣 ， 根據工件的變化及運動流程的 要求隨時更改相關參數 ,可代替人工在高溫危險 區 進行作業 ，。 本課題所要求設計的輔助機器人，主要 用于 完成圖書的上架工作。因此要求機器人具有 行走 、 自動識別圖書類別、并將圖書放置于準確位置 等功能 。 同時機器人應 具有靈活、安全 性好 等特點。課題 研究 內容包括機器人整體結構設計和機電系統的方案設計。 關鍵詞： 機器人 , 電動機器人 ， 圖書館輔助 ，提升買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 he is a in of a of of of to be up in to to in to of to on of At of of of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 錄 摘 要 . . 錄 . 1 章 緒論 . 1 題背景及目的 . 1 課題研究的目的和意義 . 2 業 機器人概念 . 2 內機器人的研究 . 2 第 2 章 圖書館輔助機器人的設計要求與方案 . 4 書館輔助機器人的設計要求 . 4 本設計思路 . 4 統分析 . 4 體設計框圖 . 4 動機器人的基本參數 . 5 動機器人結構設計 . 5 器人材料的選擇 . 5 械臂的運動方式 . 6 動機器人驅動方式的選擇 . 6 作要求分析 . 7 動機器人結構及驅動系統選型 . 7 第 3 章 圖書館輔助機器人機械部分的設計計算 . 9 爪夾持器結構設計與校核 . 9 爪夾持器種類 . 9 持器設計計算 . 10 降方向的電動缸設計 . 11 珠絲杠的精度 . 11 珠絲杠參數的計算 . 11 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 V 服電機的選擇 . 15 大負載轉矩的計算 . 15 載慣量的計算 . 16 載加速轉矩計算 . 17 平方向電動缸的設計 . 18 程確定 . 18 定絲桿的等效轉速 . 18 定絲桿的等效負 載 . 18 定絲桿所受的最大動載荷 . 19 度的選擇 . 20 擇滾珠絲桿型號 . 20 核 . 21 界壓縮負荷驗證 . 21 界轉速驗證 . 22 桿拉壓振動與扭轉振動的固有頻率 . 23 機的選擇 . 23 機軸的轉動慣量 . 24 機扭矩計算 . 25 第 4 章 豎直方向電動缸 . 27 珠絲杠計算、選擇 . 27 進電機慣性負載的計算 . 30 座回轉機構設計計算 . 32 身結構的設計校核 . 32 擇伺服電機的具體型號和參數 . 32 準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算 . 34 機構中齒輪傳動設計與校核 . 34 的設計計算 . 39 的設計概述 . 39 的強度校核 . 42 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 結 . 46 參考文獻 . 47 致 謝 . 48 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 緒論 題背景及目的 由于現代科學技術的發展，在工業生產和日常生活中， 電動機器人 技術得到了廣泛的應用。智能型 電動機器人 的研究是近年來科學家同意致力的方向 。式 電動機器人 的人體模型，它可以模擬各種人類行為和人類的外部特征。未來的 電動機器人 的管家將不是夢想。 根據不同的 電動機器人 的結構， 電動機器人 可以分為各種各樣的。輪式移動 機器人 ，履帶式 電動機器人 ， 機器人 ，行走 電動機器人 等。值得一提的是，行走 電動機器人 ，他是近年來的一個重要研究成果。移動它最喜歡的動物甚至人類交談。這是一個非常復雜的自動化程度很高的運動。與傳統的輪式和履帶式 電動機器人 相比，對環境的適應性。在工作空間很小，在崎嶇的道路上，樓梯等。不久的將來，這項技術將被廣泛使用。 在研究中， 電動 機械的生產，對 電動 機器人 設計的計算機模擬中的應用是一個非常重要的過程。包括零件建模，裝配 電動機器人 的仿真，與運動仿真。通過仿真，設計師可以觀察各機構的運動非常直觀，知道沒有干擾；可以了解各部件的受力，不同的模擬數據。該方法大大降低了開發時間和成本。 在學校的畢業設計是機械設計制造及其自動化專業學習的最后一個環節，學習在大學四年的繼續深化和檢驗，具有實踐性和綜合性，是不是一個單一的其他替代方案，通過畢業設計可以提高綜合能力的培養，是要去上班，提高實際工作能力起著非常重要的作用。為了實現以下目標： （ 1）的基本理論，基本知識和基 本技能的綜合運用，提高分析和解決實際問題的能力。 （ 2）接受全面的培訓工程師必須，提高實際工作能力。為調查研究，文獻和數據收集和分析能力；設計和開發測試計劃能力；設計，計算和繪圖能力的提高；總結和撰寫論文的能力。 （ 3）的綜合素質和實踐能力的測試。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 課題研究的目的和意義 （ 1）通過對 圖書館輔助機器人的設計 使我們得到對所學相關課程的綜合訓練； （ 2） 在 大型 圖書館中，圖書的上架是一個重要而繁重的工作。為減輕工作人員的勞動 、 提高效率 及 縮短圖書的上架時間，為此本課題 提出 設計 一個 圖書館輔助機器人。 （ 3）本設計的主要任務是把 主要 用于 完成圖書的上架工作。因此要求機器人 具有 行走 、自動識別圖書類別、并將圖書放置于準確位置 等功能 。 同時機器人應 具有靈活、安全 性好 等特點。 傳統夾緊機構對加工時的干涉太大，對生產量影響較大，設計一款新的夾緊機構，使得加工時間縮短，加工精度得到保證，生產量得到提高。 業 機器人 概念 目前，工業 機器人 的概念，世界是不統一，分類是不一樣的。國際標準化聯合國最近采用了美國 機器人 協會定義了工業 機器人 的組織：工業 機器人 是一種可編程的多功能操作裝置，可以改變行動計劃，完成各種工作，主要用于 材料處理，工件傳送。 電動機器人 （ 機器人 ）是一臺自動執行工作。它是一個產品的控制理論，先進的集成機械電子，計算機，材料和仿生。在工業，醫學，農業，建筑業甚至軍事等領域中均有重要的應用。 電動機器人 是一種有代表性的，機械的和電子控制系統，自動化程度高的生產工具，在近 50 年的發展。在制造業中， 電動 工業 機器人 技術已經得到了廣泛的應用。這是一個高的自動化程度，改善勞動條件，保證產品質量和提高工作效率，發揮了非常重要的作用。可以說，他是現代工業的技術革命。 執行系統一般包括手，腕，臂，底座，一個主要的運動系統。 主要 由 電動機器人 執行系統，驅動系統和控制系統三部分。 手抓和松開工件或工具的部分，由手指（或吸收），驅動元件和驅動元件。 內 機器人 的研究 工業 電動機器人 的應用在日本有著悠久的歷史。在七十年代當工業 電動 操縱器，然后經過十年的發展，已在工業 電動機器人 八十年代流行。他們的年工業產值迅速增加。1980達到一千億日元， 1990至六千億日元。在 2004達到了一兆和八千五百億日元。這買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 表明工業 電動機器人 在提高生產效率的重要性。 在國際上，各個國家都實現了工業 電動機器人 的重要性。因此，工業 電動機器人 訂單銳減。相比于 2003 2002 百分之十的增長的訂單。然后工業 電動機器人 的需求量仍在上升。從 2001到 2006，超過 90000的全球經濟增長中的訂單。 7%的平均年增長率。 國際工業 電動機器人 的發展方向： 電動機器人 涉及多學科、多領域的知識。包括：計算機，電子，控制，人工智能，傳感器，通信和網絡，控制，機械等。 電動機器人 的發展離不開主題。正是由于各學科整合的相互作用，創建一個自動化程度高，其。隨著科學技術的進步，在 電動機器人 的應用范圍越來越廣泛；技術越來越高，功能更強大。它是 電動機器人 的研究向小型化發展。 電動機器人 將更多地進入 人們的日常生活。總的發展趨勢是模塊化，標準化，智能化。 廣泛應用于工業 電動機器人 ，以提高質量和生產力，產品安全人員安全，改善勞動環境，減輕勞動強度，提高生產效率，節約原材料的消耗，降低了生產成本，具有非常重要的作用。廣泛應用于工業 電動機器人 的以人為本的原則，它的出現使人們的生活更方便、美 好 。 電動機器人 工業是一個大型高新技術工業計算機，后車。現代軍事工業，電動 機械發展的市場前景是非常好的。從第二十世紀起， 電動 機械行業的穩步增長。在第二十世紀九十年代， 電動 機械產品的開發和快速增長，年均增長率超過百分之十。在2004 到百分之二十的記錄。亞洲 電動機器人 的更多需求，年增長率高達百分之四十三。經過 40 年的發展，應用工業 電動機器人 的許多領域。生產中使用最廣泛的 電動機器人 。如制造焊接，熱處理，表面涂層，加工，裝配，測試和倉庫，毛（沖壓，壓鑄，鍛坯等）等操作，代替人工操作的 電動機器人 ，極大地提高了生產效率。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 第 2 章 圖書館輔助機器人的設計 要求與方案 書館輔助機器人的設計 要求 在 大型 圖書館中，圖書的上架是一個重要而繁重的工作。為減輕工作人員的勞動 、提高效率 及 縮短圖書的上架時間，為此本課題 提出 設計 一個 圖書館輔助機器人。 本課題所要求設計的輔助機器人，主要 用于 完成圖書的上架工作。因此要求機器人具有 行走 、 自動識別圖書類別、并將圖書放置于準確位置 等功能 。 同時機器人應 具有靈活、安全 性好 等特點。課題 研究 內容包括機器人整體結構設計和機電系統的方案設計。 本設計思路 統分析 該 機器人 是實現生產過程自動化，提高勞動生產率的有力工具。為了在生產過程實現自動化，機械化，自動化的綜合技術經濟分析的需要，從而判斷是否適當的 機器人 。以完成 機器人 的設計，一般都要先做以下工作： （ 1）根據使用場合的 機器人 的，明確的目標和任務。 （ 2） 機器人 的工作環境分析。 （ 3）對系統要求的分析，確定了 機器人 和方案的基本功能，如自由度的數目， 機器人 的運動速度，定位準確，抓住重。此外，根據抓斗 電動 質量，形狀，尺寸和批量生產，以確定的形式和 機器人 的位置和握力的大小。 在這方面，我分析如下： （ 1）為手材料機械設計問題， 機器人 是 圖書的上架 機器人 。雖然 機器人 的使用場合，也 非常廣泛，涉及到材料的狀態，環境因素的作業線，比我的知識和能力 （ 2）由于 機器人 我選擇的是材料的 電動機器人 ，小對象處理非生產線。因此，系統的工作環境下，機械廠，準確度高，故障率低，速度 。 體設計框圖 人 機 交 互 系 統( 系 統 軟 件 、 編程 語 言 系 統 )控 制 器 及控 制 算 法控 制 系 統驅 動 系統 ( 各 驅動 器 )機 械 系 統 ( 機身 、 臂 部 、手 腕 、 手 爪 )作 業 對 象內 部 傳 感 器 信 息 反 饋工 作 對 象 及 環 境 信 息 反 饋感 知 系 統 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 圖 2 總體設計框圖 如圖 2為總設計框圖，說明如下： (1) 控制系統：任務是根據 機器人 的作業指令程序和傳感器反饋回來的信號，控制機器人 的執行機構，使其完成規定的運動和功能。主要設計目標為 選擇， (2) 驅動系統：驅動系統工作的驅動裝置。 (3) 機械系統：包括機身、機械臂、手腕、手爪。需要確定其自由度、坐標形式，并計算得出具體結構。 (4) 感知系統：即傳感器的選擇及具體作用。 動機器人 的基本參數 1. 機器人 的最大 電動 物料的重量是它的主參數。 2. 運動 速度直接影響 機器人 的動作快慢和 機器人動作的穩定性，所以運動速度也是是物料電動機器人 的一個主要的基本參數。設計速度過低的話，會無法滿足 機器人 的動作功能，限制 機器人 的使用范圍。設計的速度過高又會加重 機器人 的負載并影響 機器人 動作的平穩性。 3. 伸縮行程和工作半徑是決定 機器人 工作范圍及整機尺寸的關鍵，也是 機器人 設計的基本參數。 器人 的主要基本參數之一。 機器人 精度太低，就完成不了功能，精度太高又意味著成本的增加。綜合考慮，該物料 電動機器人 的定位精度設定 定位精度料 電動機器人 的各個部 分的基本參數可以由上面已經知道的物料 電動機器人各關節的行程和時間分配來決定。 動機器人 結構設計 根據所設計的 機器人 的運動方式：機械臂的轉動，機械臂的升降。根據上文所說的，機器人 按照坐標的分類情況，選擇圓柱坐標式 機器人 更為妥當。 器人 材料的選擇 機器人 的材料應根據手臂的工作條件，滿足 機器人 的設計和制造要求。從設計思想，機械臂完成各種運動。因此，對材料的要求是為移動部件，它應該是輕質材料。另一方面，手臂振動經常的運動過程中，這將大大減少它的運動精度。所以在材料的選擇上，綜合考慮的質量，剛度， 阻尼的需要，從而有效地提高了機械臂的動力學性能。此外，機器人 選材料和不同材料的一般結構。 機器人 是一種伺服機構，受控制，必須考慮其可控性。在臂的材料選擇，可控性和可加工性的材料，結構，質量性能的考慮。 總之，選擇一個機械臂的材料，應考慮強度，剛度，重量輕，彈性，耐沖擊，外觀和價格等因素。這里有幾個 機器人 使用的材料： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 （ L）的高強度鋼，碳素結構鋼和合金結構鋼：這類材料的強度，特別是合金結構鋼的強度增加了 4 5 倍，彈性模量，抗變形能力，是最廣泛使用的材料； （ 2）鋁，鋁合金等輕合金材料的共同特點是重量輕，彈性 模量 E 的小，但材料的密度小，與 E P 比值還與鋼相比； （ 3）陶瓷：陶瓷材料具有良好的質量，但易碎，但處理不好，接頭需要特殊的設計與金屬零件。然而，日本已開發 瓷 機器人 用于高速 機器人 的樣品； 從 機器人 設計的角度來看，不需要負載能力在材料的選擇，也不需要高彈性模量和抗變形能力，除了要考慮到材料成本，加工和其他因素。在各種因素的措施，結合鋁合金的初步選擇的工作條件，如機械臂組件。 械臂的運動方式 機器人 的運動形式有五種常見的 ，直角坐標式極坐標型，聯合型和圓柱坐標。根據運動形式的選擇主要運 動參數為基礎的結構設計。一種運動形式以滿足不同生產工藝的需要，可以采用不同的結構。選擇表格的具體位置，必須根據操作要求，工作地點，和 電動 工作中心線方向的變化，比較和選擇。 這種 機器人 的定位 2 個肩關節和肘關節的 1， 2 或 3 手腕方向。其中，繞垂直軸肩，另一個肩斜度。肩關節的兩個正交軸。平行于第二軸肩關節，考慮到 機器人 的工作特點，這就要求動作靈活，具有較大的工作空間，結構緊湊，占用空間小，關節式 機器人 的選擇。如圖所示。這種配置，動作靈活，工作空間大，干涉儀的最小空間機械臂操作，結構緊湊，占地面積小，關節相對運動部位 易密封與防塵。但這種 機器人 運動學逆解比較復雜，難以確定的端元；態度不夠直觀，并在控制，計算量比較大。 圖3 常見的運動方式 動機器人 驅動方式的選擇 機器人 使用的驅動方式主要有 電動 驅動， 電動 驅動和電機驅動的四種基本形式。 但是，與 電動 傳動相比，低功耗，能源， 電動 傳動結構相對簡單的速度不易控制，精度不高。 油馬達驅動能量是簡單，速度和位置精度高，使用方便，低噪音，高速變化的機制，高效，靈活的控制。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 電動 驅動的特點是功率大，結構簡單，省去了減速裝置，響應速度快，精度高。但需要有 電動 源，但也容易漏 氣 。 首先，我會選擇驅動電機，但考慮到純機械結構的 機器人 的運動并不能達到理想的傳播效果。如果你使用 電動 或 電動 傳動機械臂的旋轉，必須與回轉 電動 或旋轉 電動 缸，結構比較復雜，不利于設計。 改進后的方案，將驅動方式分為兩個部分。其機械臂伸縮，升降 機器人 抓抓，采用電動 驅動方式。 作要求分析 動作一：送 圖書 動作二：預夾緊 動作三：手臂上升 動作四：手臂旋轉 動作五：小臂伸長 動作六：手腕旋轉 預夾緊 手臂上升 手臂旋轉 手臂伸長 手臂轉回 手腕旋轉 圖 動機器人 動作簡易圖 動機器人 結構及驅動系統選型 本課題所設計的 電動機器 人 為通用型的 電動機器人 ，其中坐標系為圓柱坐標系結構。驅動系統選用 電動缸 驅動和 電動 驅動， 電動 驅動用于機座的旋轉和手臂的上下移動，電動 驅動用于手臂的伸縮和 電動機器人 的夾取和翻轉 3。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 第 3 章 圖書館輔助機器人 機械部分的設計計算 爪夾持器結構設計與校核 爪夾持器種類 這種手爪在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產生夾緊（放松）運動，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產生較大的夾緊力。 利用楔 塊與杠桿來實現手爪的松、開，來實現抓取工件。 這種手爪通過活塞推動齒條，齒條帶動齒輪旋轉，產生手爪的夾緊與松開動作。 當活塞向前運動時，滑槽通過銷子推動手爪合并，產生夾緊動作和夾緊力，當活塞向后運動時，手爪松開。這種手爪開合行程較大，適應抓取大小不同的物體。 不 需要導軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運動采用平行四邊形機構，因此，比帶有導軌的平行移動手爪的摩擦力要小很多 結合具體的工作情況，采用連桿杠桿式手爪。驅動活塞 往復移動，通過活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條 使手指張開或閉合。手指的最小開度由加工 工件的直徑來調定。 a有適當的夾緊力 手部在工作時，應具有適當的夾緊力，以保證夾持穩定可靠，變形小，且不損壞工件的已加工表面。對于剛性很差的工件夾緊力大小應該設計得可以調節，對于笨重的工件應考慮采用自鎖安全裝置。 b有足夠的開閉范圍 工作時，一個手指開閉位置以最大變化量稱為開閉范圍。夾持類手部的手指都有張開和閉合裝置。可用開閉角和手指夾緊端長度表示。于回轉型手部手指開閉范圍，手指買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 開閉范圍的要求與許多因素有關 c力求結構簡單，重量輕，體 積小 作時運動狀態多變，其結構，重量和體積直接影響整個氣壓機械手的結構，抓重，定位精度，運動速度等性能。手部處于腕部的最前端，工因此，在設計手部時，必須力求結構簡單，重量輕，體積小。 d手指應有一定的強度和剛度 因此送料，采用最常用的外卡式兩指鉗爪 持器設計計算 手爪要能抓起工件必須滿足： 21 （ 3 式中， N 1k 常取 ； 2k 要考慮慣性力的影響可按 12 估算， a 為機械手在搬運工件過程的加速度 2/ 2/8.9 ， g 為重力加速度； 3表選取 13 k； G 抓持工件的重量 20 帶入數據，計算得： 40 ； 理論驅動力的計算： 12 3 式中， p 動力； b R N 處選為 其他同上。帶入數據，計算得 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 70 計算驅動力計算公式為： 1（ 3 式中， 1k 處選 4k 處選 降方向的電動缸設計 珠絲杠的精度 查閱滾珠絲杠的樣本選擇絲杠精度為 5級精度等級，初步設計現設絲杠在有效行程500 ，行程偏差允許達到 30 m。 珠 絲杠參數的計算 （ 1）最大工作載荷的計算 絲杠的最大載荷為工作時的最大進給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。設此 f =5000N，移動部件的重量約為 500 ，摩擦系數為 絲杠的最小載荷（即摩擦力） f N） (絲杠最大載荷是： 000 196 5196（ N） (平均載荷是： FF 31 = 311 9 65 1 9 62 3529（ N） (（ 2）當量動載荷的計算 滾珠絲杠副類型的選擇主要是根據導程和動載荷兩個參數 ,其選擇的原則為 :滾珠絲杠的靜載荷 能大于額定靜載荷 滾珠絲杠的動載荷 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 驅動電機最高轉速 2000 r/杠最高轉速為 2000r/作臺最小進給速度為 絲杠的最低轉速為 取為 0，則平均轉速 n=1000r/杠使用壽命 T=15000h，故絲杠的工作壽命 10660 =10 615000100060 =675（ 106 r） (當量動載荷值： K pF (式中： 載荷性質系數，無沖擊取 般情況取 較大沖擊振動時取 精度影響系數，對 1、 2、 3 級精度 的滾珠絲杠取 4、 5 級精度的絲杠取 根據要求去 入數據得 C m (根據計算所得最大動載荷和初選的絲杠導程，查滾珠絲杠樣本，選擇 內循環浮動返回器雙螺母對旋預緊滾珠絲杠副，其公稱直徑為 63程為 10環滾珠為 5 圈 2 列，精度等級取 5 級，額定動載荷為 55600N，大于最大計算動載荷 51590N，符合設計要求。 表 珠絲杠螺母副的幾何參數 名 稱 符 號 計算公式和結果 公稱直徑（ 0距 (P 10 接觸角 鋼球直徑 (紋滾道法面半徑 (R d 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 偏心距 (e 紋升角 ( dP = 絲杠外徑 (杠底徑 (桿接觸直徑(母螺紋外徑(D 螺 母 內 徑 (內循環） 3）傳動效率 的計算 將公稱直徑 63程 P =10入 = ，的絲杠螺旋升角 = 將摩擦角 10 ，代入 = 得傳動效率 = （ 4）剛 度的