搬運機器人系統設計摘要：在現代社會經濟與科學技術進步的推動下，機器人技術已經成為目前人類最偉大的發明之一，其中較具代表性的搬運機器人可以進行搬運，碼垛及機床上下料等簡單但是會大量消耗人力的工作，不僅可以縮短時間、提高工作效率，而且在一定程度上保護工作人員的人身安全，給工廠企業減少人力成本，提高經濟效益。本論文將在綜述搬運機器人的研究現狀及發展基礎上，通過全面分析設計一種應用于塑料垃圾桶制造廠用于搬運產品的搬運機器人。所設計的行走機構為AGV小車，基于小車結構，并結合廠內情況設計兩自由度的機械執行機構：豎直升降及水平伸縮。最終設計出由液壓驅動，通過PLC控制的智能AGV搬運機器人。關鍵詞：搬運機器人；AGV小車；兩自由度；液壓驅動；PLC目錄TOC\o"1-3"\h\u66711引言 引言研究背景隨著現代社會經濟與科學技術進步的推動下，機器人技術已經成為目前為止最偉大的發明創造之一，其中最突出的便是工業機器人，現如今機電一體化大力推動，工業機器人已然成為制造業不可缺少的設備之一。隨著科技的發展，工業機器人在汽車制造業、化工、食品生產等生產領域的應用越來越廣泛，在搬運、噴涂、點焊等制造工藝的應用越來越成熟。早期在工廠利用人力搬運貨物產品，這種方法效率低下而且危險較高，例如在化工行業有時需要搬運重物或有毒物質，對人身安全也有著一定的威脅。研究意義近幾年科學技術在飛速發展，智能化的產物也在我們的日常生活中慢慢普及，但是在以前科技沒這么發達的時候，在各個行業中都不可避免的會有一些搬運工作，這種簡單重復且又費力的工作浪費人力且效率較低。現如今隨著工業自動化的發展，工業機器人的出現減輕了極大的人力負擔，像搬運，碼垛及機床上下料等簡單但是會大量消耗人力的工作都可以通過一小段程序控制機器人反復工作，不僅可以縮短時間、提高工作效率，而且在一定程度上保護工作人員的人身安全，給工廠企業減少人力成本，提高經濟效益。并且隨著智能化的普及，相信會有越來越多的高智能機器人產品投入到各行各業進行工作。在前期準備時間中，通過查閱資料、文獻了解了基礎的搬運機器人普遍性的問題，例如驅動系統、機械系統及控制系統進行研究，設計出一種應用于垃圾桶制造廠產品搬運機器人。搬運機器人作為用來降低人力成本，提高工作效率的自動化設備，它不僅應能夠快速適應環境，還應具備高穩定性、高安全性等性能。本課題通過對驅動系統的分析設計去提高搬運機器人系統的穩定性，結合產品參數設計出合理的機械結構，并在PLC控制的基礎上使搬運機器人自動化、智能化，其中機械結構設計是本課題中的主要工作內容。國內外研究現狀美國波斯頓動力公司(BostonDynamics)是新一代機器人的先驅代表。該公司開發的搬運機器人產品有STRETCH、HANDLE機器人。STRETCH機器人屬于移動搬運機器人，搭配視覺系統和機器學習系統，實現自主導航和貨物拾取。德國在20世紀70年代中后期推行了“改善勞動條件計劃”政策，針對部分易接觸到有毒有害的工作崗位，強制使用機器人替換人工作業，該政策大力推進了德國工業機器人的發展。德國KUKA機器人公司，是全球知名的工業機器人制造商之一。其生產的重載搬運機器人KR1000Titan是目前市面上比較強悍的機器人，其工作范圍達到3米，可以承受1000kg的負載，并且位置重復精度只有±0.1mm。瑞士ABB公司是全球四大機器人制造商之一，迄今為止已經在53個國家安裝超過40萬臺的機器人。ABB的GoFaCRB15000協作機器人，其負載能力為5kg，工作范圍達到950mm。六個關節都搭配了力矩傳感器，可以識別機器人與人類或者物件的意外碰觸，可以擺脫物理圍欄的束縛，實現人機協同工作。我國搬運機器人的發展比歐美各國、日本都要晚。在1988年，我國第一套郵政樞紐搬運機器人系統在北京郵政科學技術研究所被研發出來。幾年后的1992年，天津理工學院成功研制出利用光學導引的搬運機器人，并且將光學導引搬運機器人投入到核電站工作，1998年，紅河卷煙廠及昆明船舶設備公司聯合研制出了多模式激光導引搬運機器人，近幾年來，經過不斷研究和發展，國內搬運機器人制造技術逐漸成熟，逐漸向專業化、智能化、集成化的方向發展，取得一定的成就。我國雖然擁有世界最大的工業機器人市場，但是由于國內機器人起步較晚，國產的搬運機器人并沒有占據市場優勢，占比僅有20%，主要的份額被國外機器人占領。國產機器人比較有名的廠商有埃斯頓、新松、埃夫特、華中數控等[1]。雖然國內針對機器人的研究起步較晚，但經過幾年的發展，現階段針對搬運機器人的基本研究也漸顯效果，隨著人工智能的發展，未來對機器人的智能化要求會越來越高，不僅要機器人能完成簡單的搬運工作，而且還能夠根據適應環境并且高質量高效率的完成工作。因此，將來對高智能機器人的研究也是必不可少的。發展趨勢隨著時代科技的進步，作為近幾十年發展起來的一種高科技自動化生產設備，工業機器人、機械手在現代制造技術領域中扮演了極其重要的角色。通過目前的研究內容，可以預測在將來搬運機器人將在以下四個方面的性能進行完善加強。高負載：未來對于搬運機器人的負載能力將會有很大的提高，其所能承受的重量會越來越大。不管在任何行業，尤其是化工行業對于重物的搬運輸送將會越來越輕松。高可靠性：隨著機器人研究的深入，機器人的零件會越來越多，各零部件間的配合越緊密，整個系統也就會越來越完善，此時機器人的故障率就會大大降低。在搬運機器人工作期間，其運行的穩定性十分重要，如若在工作期間機器人發生了較多的故障，可能會造成運輸的物料、產品損壞，就會給企業、工廠造成很大的損失。因此，為了提高運輸機器人的工作效率，減少企業、工廠的損失，在未來對機器人的穩定性研究十分重要。和諧的人機交互：機器人在我們的生活當中越來越常見，所以人能否與機器人和諧有效的交流溝通也越來越重要，這不僅可以使工作生活豐富起來，而且對效率的提高有很大的幫助。高智能：搬運機器人的誕生解放了大量勞動力，使得簡單而量大的搬運工作不再需要投入大量的人力，隨著人工智能的發展，未來對機器人的智能化要求會越來越高，不僅要機器人能完成簡單的搬運工作，而且還能夠根據適應環境并且高質量高效率的完成工作。因此，將來對高智能機器人的研究也是必不可少的。課題主要研究內容搬運機器人涉及領域眾多，包括力學，機械學，電器液壓氣壓技術，自動控制技術，傳感器技術，單片機技術和計算機技術等學科領域，已成為現代機械制造生產體系中的一項重要組成部分。它的優點是可以通過系統編程完成各種預定的工作任務，在自身結構和性能上有擁人和設備各自的優勢，尤其體現出了人工智能和適應性。其主要由三部分執行機構、驅動機構及控制機構組成[2]。執行系統：搬運機器人的執行機構是其本身非常重要的一部分，通常由手部、腕部、臂部以及機座組成。根據產品的特性設計出穩定的夾取機構對搬運機器人系統設計至關重要。控制機構：控制整個系統按照提前設定好的方式工作，常見的控制系統有PLC控制、單片機、專用運動控制器及PC+運動控制卡控制。在本課題中選用PLC控制系統，PLC的I/O驅動能力強，易于擴展，圖形化開發界面，抗干擾能力強，可進行智能化設計。驅動系統：驅動方案及其裝置決定了搬運機器人的性能價格比。驅動系統有液壓系統、氣壓系統、電氣系統和機械系統四種[3]。在本課題中，我將驅動系統及機械執行系統作為主要設計內容，根據產品特性及工作場景設計出合理的結構，最后完成整個設計內容。由上述及《工業機械手設計》可知，搬運機器人基本由四部分構成：機械執行機構、驅動機構、控制系統以及智能化系統。機械執行機構是整個系統中的基本結構，根據投入場地及產品特性設計出合理穩定的機械執行機構是非常重要的；驅動機構可以將液壓、氣壓或電力轉化為機械能作為執行機構的動力源，使機器人能夠完成水平伸縮、豎直升降及腰部回轉等動作；控制系統也是搬運機器人中十分重要的一環，人們可以按照預先預定好的工作內容對機器人的控制系統進行編程設計，使得在日后投入工作當中的搬運機器人可以按照預定好的方式進行工作，達到預想的效果；最后就是智能化系統，現如今科技高速發展，智能化也在慢慢普及，搬運機器人作為自動化工作的產物，最終向著高智能化的方向發展是必不可少的。機械執行系統搬運機器人的機械執行系統主要由五大部分構成，其中包括手部、腕部、臂部、機身及行走機構等部件，如圖1.1所示。圖1.1搬運機器人手部結構手部是與工件直接接觸的部件。根據手部抓取工件方式的不同，可分為夾持式手部和吸附式手部，如圖1.2所示。由于被抓握工件的形狀、尺寸大小、重量和材料性能、表面情況等不同，手部結構是多種多樣的，大部分的手部結構都是結合特定工件形狀或要求而設計出來的。常用的手部結構有夾鉗式、氣吸式、電磁式及其他形式等。在進行手部設計時，要緊密結合工件的參數特性去進行設計，在確定手指的握力時，除了需要考慮工件的重量外，還應考慮機器人自身運動或工作過程中所產生的慣性力和振動，手指應具有足夠的開閉角度，便于夾取及退出工件，對于手部的驅動裝置，還應有足夠的驅動力，通過上述因素的合理設計，使得手部結構能夠在工作中穩定運行。圖1.2(a)回轉型內撐式；(b)回轉型外夾式；(c)平移型外夾式；(d)勾托式；(e)彈簧式；（f）氣吸式；(g)磁吸式腕部結構腕部是連接手部和臂部的部件，其主要作用是在臂部運動的基礎上進一步改變或調整手部在空間里的位置，使機械執行機構能夠完成復雜的動作要求，如圖1.3所示。腕部處于臂部的最前端連接手部，使得工作時產生的動、靜載荷均有臂部承受，直接影響著臂部的結構、重量和運轉性能，因此，腕部設計要做到結構緊湊、重量輕，布局要合理，考慮工作情況。腕部的基本運動形式有回轉運動和直線運動兩種。圖1.3腕部結構示意圖臂部結構臂部是機械執行機構的主要執行部件，如圖1.4。它的作用是連接并支撐腕部和手部（包括工件或產品），并帶動它們進行空間運動。臂部運動的目的是把手部送到工作范圍內的任意一點，如果要改變手部的位置則需要由腕部的自由度實現。臂部的各種運動通常由驅動機構和各種傳動機構來實現，從臂部的受力情況看，它在工作中直接承受腕部、手部和工件的動、靜載荷，而且自身運動較多，因此它的結構、工作范圍、靈活度以及夾取重量大小和定位精度等都要都會直接影響整體執行機構的工作性能。圖1.4雙活塞伸縮油缸結構1-油缸體；2-活塞套；3-活塞桿行走機構在本課題中搬運機器人的行走機構選為AGV小車的形式，采用步進電機驅動，兩輪差速轉向，常見的幾種驅動方式如圖1.5所示。圖1.5差速小車驅動方式示意圖影響搬運機器人的因素安全因素搬運機器人作為時代無人自動化工作的產物，在投入到工作當中時一定要考慮其安全性能，因此在設計過程中，主要從以下幾部分增加系統安全性能[4][5]：增加安全回路：在整個系統設計中，會進行豎直升降液壓系統設計，在運行過程中，豎直液壓缸如果出現斷油情況會突然下降，從而引發安全事故，所以在進行液壓系統設計時，要進行安全回路的設計，斷油時斷開系統回路，以保證缸內油壓使系統能穩定運行。增加調速緩沖回路：在液壓缸進油或出油的過程中，如流速太快容易導致缸內活塞與缸體碰撞，易導致液壓缸部件發生損壞，從而導致搬運機器人無法正常運行，所以在系統中設計了調速緩沖回路，通過節流閥及單向閥組成的回路對系統進行保護。自鎖裝置：在進行整體系統設計過程中，防止臂部所承受應力過大而發生破壞導致安全事故，故在小車殼體與手部連接部件之間的豎直連桿中設計自鎖裝置，以幫助臂部分擔壓力起到系統保護作用。環境因素在平時工廠中進行作業時，難免會造成一些環境污染和噪音污染，所以在進行搬運機器人系統設計中選擇了噪音產生較小的液壓驅動系統，并且要注意液壓系統中的密封問題，從根本上減少工作中對環境的污染。法律因素在搬運機器人進行工作時，難免會進行一些重物的搬運，如若在運行過程中發生故障而導致工件掉落或沒有按照預期的工作進行時，周圍有人員存在的情況下就會對人身造成非常嚴重的威脅，故根據《中華人民共和國安全生產法》、《中華人民共和國特種設備安全法》、《起重機械安全監察規定》等規定，在機器進行工作的過程中，要設定一個絕對區域，任何人都不可以進入區域當中，若要進入區域內，則需要將機器斷電后方可進入。其他因素在科技飛速發展的現在，需要越來越多的自動化高智能產物去幫助人們解決惡劣環境或對人身有巨大威脅的工作任務，隨著現在無人化工廠越來越多的建設，像搬運機器人這種高智能自動化的設備會成為投入當中的主要生產力，所以在本次課題當中，我選擇搬運機器人系統設計作為設計內容。搬運機器人機械系統設計機械執行系統通過《工業機械手設計》可知，根據機械執行機構不同的運動形式及其組合情況，其坐標形式可分為以下幾種[6]：直角坐標型如圖2.1所示，其臂部的運動由三個直線運動所組成，分別是沿著直角坐標系的X軸、Y軸及Z軸完成動作。這種坐標形式的機械執行機構為直角坐標型，它的特點是結構簡單、定位精度高，適用的場合為在主機位置成行排列。圖2.1直角坐標型圓柱坐標型如圖2.2所示，其臂部的運動通常由兩個直線運動和一個回轉所組成，即沿X軸的伸縮，沿Z軸的升降和繞Z軸的回轉。這種坐標形式的機械執行結構被稱為稱為圓柱坐標型。它與直角坐標型相比較而言，占地面積小且活動范圍大，結構簡單，并且能達到較高的定位精度，因此應用范圍較廣。但由于結構的關系，沿Z軸方向移動的最低位置受到結構限制，所以不能抓取地面上的物體。圖2.2圓柱坐標型球坐標型球坐標型機器人一般由三個自由度組成，即沿X軸的伸縮、繞Y軸的俯仰和繞Z軸的回轉，如圖2.3所示。這種機械結構能通過俯仰運動來抓取地面上的物體，為了使手部能適應被抓取對象各個方位的要求，通常需要加上一個用于旋轉的關節來確定手部的姿態，其工作范圍大，占比空間小，但含有密封困難及作業死角的問題，并且操控不便，此外，臂部擺角的誤差通過手臂會引起手部中心處的誤差放大而產生偏差。圖2.3球坐標型關節型多關節機器人和人的手臂構成類似，其特點就是可以人手一樣靈活運動，如圖2.4所示。它由大小兩臂和立柱等組成，大小兩臂之間連接作為肘關節，大臂與立柱之間連接作為肩關節，各關節間均由鉸鏈構成以實現轉動，臂部的運動由三個回轉運動所組成，為大臂的俯仰運動、小臂俯仰運動和大臂的回轉運動。例如，遇到障礙物時，多關節機器人能繞過障礙物達到目標處，對此，一般的極座標或圓柱坐標型的工業機器人是難以做到的。又如要求完成某些特殊運動（搖曲柄運動)時，多關節機器人也更容易完成。多關節機器人還可象人手那樣，用最少的時間從一點移動到另一點。如果在多關節機器人手部和腕部裝上觸覺和力的傳感器，它就能做更多、更復雜的工作。圖2.4關節型上述四種坐標形式主要結合在實際中的應用情況來確定，根據機器人工作范圍，抓取工件形狀參數等條件，去選擇并設計出合理、合適的機械執行機構，可以選擇一種坐標形式去進行機械執行機構設計，也可以選擇其中兩種坐標形式組合應用以達到預期的效果。在本課題中，因為有行走機構的存在，并且結合產品的情況及工作場景，最終確定機械執行機構形式為直角坐標型，其具有兩自由度，即X方向上水平伸縮及Y方向上豎直升降。在搬運過程中，機器人整體流程如下：機器人隨磁條移動至產品旁；水平液壓缸使手指沿X方向伸出以確保能穩定夾取產品；手部液壓缸控制手指夾緊產品；豎直液壓缸工作使手指沿Z方向上升到設定高度并進行搬運工作；搬運到指定位置后豎直液壓缸Z方向下降將產品放好；手部液壓缸控制手指松開產品；水平液壓缸沿X方向縮回到初始位置，重復（1）。手部抓取機構設計通過查閱《工業機械手設計》及相關文獻，并結合產品參數、工作情況最終選擇夾鉗式手部結構，連接形式為連桿杠桿式，機構簡圖如圖2.5所示。圖2.5手部機構簡圖手部力學分析如圖2.6所示為連桿杠桿式受力圖，作用在拉桿4上的驅動力為P驅動，連桿3對拉桿的反作用力P1和P2，力的方向沿連桿兩銷軸中心連線，指向O點并與水平方向成α夾角(見圖2.6b)。圖2.6連桿杠桿式手部結構及受力情況1-調整墊片；2-手指；3-連桿；4-拉桿由拉桿的力平衡條件得受力分析如下：FFM因h=c可得P=由式(2.1)可知，若設計尺寸c、b及驅動力P為一定值時，握力N和α角的正切值成反比。可見當α角減小時，可獲得較大的握力。通過文獻查閱可知，當夾角α=30°~40°為手指最佳夾緊角度，故本課題手部結構在此基礎上進行。手部握力及夾緊驅動力計算由《工業機械手設計》查得，手指水平位置夾取垂直位置工件的握力計算如下：N=式中：f—摩擦系數，在本課題中手指與產品接觸位置采取橡膠套以確保能穩定夾取產品，取摩擦系數f=0.8；G—夾取重力；實際驅動力P實際計算如下：P式中：P—計算驅動力，式2.1；η—手部機械效率，一般取0.85~0.95；K1—安全系數，一般取1.2~2；K2—工作情況系數，主要考慮慣性力的影響。可近似按下式估算K式中：a—被抓取工件運動時的最大加速度；g—重力加速度，取g=9.8m/s2。握力計算：N=計算驅動力計算：P=實際驅動力計算：KP故取實際驅動力P實際=1110N。爪部夾緊液壓缸設計圖2.7活塞液壓缸結構圖根據上圖所示液壓缸結構及手部結構分析可得，在手部抓取工件時，無桿側進油，使活塞桿對手部結構施加驅動力以實現工件夾緊動作。根據《機械設計手冊第5卷》可知，液壓缸尺寸相關計算如下[7]：根據負載大小計算選定系統壓力表計算缸內徑D如下式：D=3.57式中：D—液壓缸內徑，m；F—液壓缸推力，kN；p—選定的工作壓力，在本課題中選定工作壓力為1MPa。由《機械設計手冊第5卷》可知，當液壓桿受壓力，且工作壓力小于5MPa時，液壓桿直徑取d=(0.5~0.55)D。缸筒壁厚計算如下式：δ式中：δ—缸體壁厚，m；c1—缸筒外徑公差余量，m；c2—腐蝕裕量，m；δ0—缸筒材料要求的最小值，m，其數值應如下式計算δ式中：Pmax—缸內最高工作壓力，MPa；D—缸筒內徑；σp—缸筒材料的許用應力，MPa，其數值應如下式計算σ式中：σb—缸筒材料的抗拉強度，MPa；n—安全系數，通常取n=5。缸筒底部厚度計算公式如下：δ式中：D2—計算厚度外直徑，m。由《機械設計手冊第5卷》可知，液壓缸通常使用材料為30、45、20Mn等碳素鋼，或其他高強度合金鋼，在本課題中，工作中的缸內壓力為1MPa，屬于低壓，故選擇液壓缸材料為45號鋼，抗拉強度為600MPa，屈服強度為355MPa，密度為7.85g/cm3。手部液壓缸內徑計算：D=3.57根據GB/T2348-2018流體傳動系統及元件規定，計算出的內徑數值應根據規定向上圓整，故手部液壓缸內徑D手部=40mm。手部液壓桿直徑計算：d=0.55根據GB/T2348-2018流體傳動系統及元件可得，手部液壓桿也應按照規定圓整，在此手部液壓桿直徑計算值剛好為圓整值，故手部液壓桿直徑d手部=22mm。手部液壓缸缸體厚度計算：δ取腐蝕裕量與公差余量之和為2.5mm。δ根據《機械設計手冊第5卷》中推薦液壓缸壁厚數據圓整得，手部液壓缸缸體厚度δ0=4mm。手部液壓缸壁厚驗算：0.35故厚度合理。手部液壓缸底部計算：δ故圓整后取液壓缸底部厚度為δ1=4mm。水平伸縮液壓缸及豎直升降液壓缸計算過程相同，最終計算整理出各液壓缸數據如表2.1所示：表2.1各液壓缸設計參數液壓缸名稱缸筒內徑/mm液壓桿直徑/mm缸筒壁厚/mm缸底壁厚/mm手部液壓缸402244水平伸縮液壓缸502844豎直升降液壓缸603644液壓缸整體結構設計根據《機械設計手冊第5卷》，常用的液壓缸缸體結構共有八類，根據重量及應用去選擇合理缸體結構十分重要，在本課題中，為了便于后期檢查維修等問題，選擇了容易拆卸的法蘭連接液壓缸，其主要結構如圖2.8所示：圖2.8水平伸縮液壓缸三維模型圖如圖，液壓缸前端蓋與缸體為法蘭連接，加工方便且拆裝簡易，后端蓋與筒體之間焊接。液壓缸內部構件設計液壓缸內部構件主要有液壓桿、活塞、密封圈、導向套及防塵圈等等，這些結構部件相互配合，形成了液壓缸內部良好的密封環境及工作環境。活塞結構形式：缸內液壓力的大小與活塞的有效工作面積有關，活塞直徑應與缸筒內徑一致。所以在設計活塞時，主要任務是確定活塞的結構型式。通過查閱相關資料可知，活塞種類分為整體式和組合式活塞，在本課題中選擇活塞形式為整體式活塞，如圖2.9所示。圖2.9整體式活塞唇型密封圈密封1-活塞；2-唇型密封圈；3-導向套活塞與活塞桿連接形式：活塞與活塞桿連接有多種型式，所有型式均需有鎖緊措施，為了防止活塞在工作時進行往復運動而導致活塞掉落。同時在活塞與活塞桿之間需設置靜密封。在本課題中選擇活塞與活塞桿間連接為螺母型連接，活塞與螺母之間采用O型圈進行密封。活塞密封結構：在液壓缸進行工作的過程中，活塞與液壓桿由于液壓的作用而發生我們想進行的動作，所以為了液壓系統能穩定的工作，防止油沿著缸壁泄漏，在本課題中活塞與缸筒內側采用Yx型密封圈進行密封，如圖2.10所示。Yx型密封圈是主要用于像液壓缸活塞在缸內進行往復運動密封的密封圈，主要材料有橡膠、TPU等，在本課題中選擇材料為TPU，密封圈結構尺寸由JB/ZQ4264孔用Yx型密封圈確定。圖2.10Yx型密封圈活塞規格設計計算：活塞寬度一般為活塞外徑的0.6~1.0倍，但也要根據密封件的型式、數量和安裝導向環的溝槽尺寸而定。在本課題中，活塞長度按照1倍活塞外徑計算，活塞樣式如圖2.11所示。圖2.11活塞示意圖各液壓缸活塞規格尺寸如表2.2所示：表2.2各液壓缸活塞規格尺寸表液壓缸名稱活塞內徑/mm活塞外徑/mm活塞寬度/mm動密封槽深/mm動密封槽寬/mm靜密封槽深/mm靜密封槽寬/mm手部液壓2水平液壓缸205050豎直液壓缸25606061642.5活塞與活塞桿連接處螺母選用：在本課題中，活塞與活塞桿連接處螺母選擇為I型六角螺母，其規格數據參考GB/T6171-2016。根據《機械設計手冊第5卷》，活塞桿處螺紋尺寸如表2.3所示：表2.3活塞桿處螺紋尺寸規格表液壓缸名稱螺紋直徑與螺距螺紋長度/mm手部液壓缸M10×1.2516水平伸縮液壓缸M16×1.522豎直升降液壓缸M20×1.528導向套、防塵圈尺寸規格計算：活塞桿導向套裝在液壓缸的有桿側端蓋內,用以對活塞桿進行導向，內裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。外側裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時把雜質、灰塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。導向套樣式如圖2.12所示：圖2.12導向套結構示意圖金屬導向套一般采用摩擦因數小、耐磨性好的青銅材料制作，非金屬導向套可以用尼龍、聚四氟乙烯+玻璃纖維和聚三氟氯乙烯材料制作。端蓋式直接導向型的導向套材料用青銅、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、氧化鑄鐵等制作。在本課題中選擇導向套材料為青銅材料。導向套的主要尺寸是支承長度，通常按活塞桿直徑、導向套的型式、導向套材料的承壓能力、可能遇到的最大承壓能力、可能遇到的最大承壓能力、可能遇到的最大寬度一般約為d/3，兩段的線間距離取2d/3，尺寸如圖2.13所示：圖2.13導向套尺寸配置示意圖設計計算后各液壓缸導向套尺寸如表2.4所示：表2.4各液壓缸導向套規格尺寸表液壓缸名稱總長度/mm每段長度/mm桿側槽寬/mm桿側槽深/mm缸側槽寬/mm缸側槽深/mm爪部液壓缸27.473.224.83水平液壓缸39104.534.83豎直液壓缸45124.537.55導向套與液壓缸、液壓桿之間采用O型圈密封，如圖2.14所示，規格尺寸由JB/ZQ4224-2006O型橡膠密封圈確定：圖2.14O型圈液壓缸前端蓋處防塵圈如圖2.15所示，其規格尺寸由GB/T10708.3-2002橡膠防塵密封圈確定，如表2.5所示。圖2.15防塵圈表2.5各液壓缸前端蓋防塵圈尺寸規格表液壓缸名稱D1/mmd1/mmS1/mmh1/mmL1/mmD/mm手部液壓缸3020.53.55530水平液壓缸3626.53.55536豎直液壓缸4434.53.55544水平伸縮液壓缸設計在本課題中，需要機器人可以做到水平伸縮以防止產品與車身發生磕碰導致產品發生破壞，所以在水平方向上設置了液壓缸來幫助手部進行X方向上的伸縮，在設計過程中應注意以下問題：剛度問題：由于水平伸縮液壓缸作為連接手部和臂部的部分，所以在工作過程中不僅會受到夾取產品的壓力及手部構件的壓力，還有在水平和豎直方向上運動的慣性力，所以對于水平液壓缸來講，它本身的剛度要足夠支撐機器人的各種動作才能確保機器人能正常運行。受力問題：如上述，水平伸縮液壓缸在運動過程中會產生慣性力，為了保證整體系統能夠長時間平穩運行，所以需要盡可能的減少水平液壓缸受到的慣性力沖擊。而且由于爪部抓取工件時會對水平液壓缸的液壓桿產生重力方向上的作用力，其偏心力矩可能會導致液壓桿產生變形，液壓桿與缸體發生磕碰摩擦，嚴重使液壓缸自鎖，所以要進行合理的結構設計保證整體系統能長時間穩定運行。水平液壓缸尺寸設計通過結合機器人工作情況，水平液壓缸在工作中不僅會受到產品的壓力，還有手部結構部件的壓力，故結合這些數據計算出水平伸縮液壓缸尺寸如表2.1所示，水平伸縮行程為200mm。液壓缸所需驅動力：P手臂伸縮時產生的慣性力：在工作過程中，水平液壓缸可分為三個階段，分別是：加速階段、勻速階段、減速階段，設計第一階段時間t1=1s，第二階段時間t2=2s，第三階段時間t3=1s，可得啟動的速度差如下式計算：?加速減速階段加速度為：a=手臂伸縮慣性力公式為：F式中：m—臂部運動件質量，kg；a—加速、減速階段加速度，m/s2。臂部受力情況如圖2.16所示：圖2.16臂部受力情況由圖可知，在機器人進行搬運工作中，臂部主要受到工件重力G1，手指部件重力G2及手部夾緊液壓缸部件G3、G4。產品重力G1=600N，手指部件總重G2≈200N，手部夾緊液壓缸總重G3+G4≈300N，故臂部質量可通過下式進行計算：m=手臂伸縮時產生慣性力大小為：F水平液壓缸工作時摩擦力：水平伸縮液壓桿在工作時主要與液壓缸前端蓋及導向套接觸進行往復運動，故會與兩者產生摩擦力，在這里按最大靜摩擦力計算。端蓋的制造材料為45號鋼，導向套的制造材料為青銅，通過查閱資料可知，鋼對鋼的摩擦系數μ1=0.1，鋼對青銅的摩擦系數μ2=0.15。活塞桿與前端蓋摩擦產生摩擦力：f活塞桿與導向套摩擦產生摩擦力：f總摩擦力：ff故設計水平伸縮液壓缸驅動力滿足要求。豎直升降液壓缸豎直升降液壓缸在工作當中主要受到手部構件及水平液壓缸部件所施加的壓力，故結合這些數據計算出水平伸縮液壓缸尺寸如表2.1所示，水平伸縮行程為135mm。液壓缸所需驅動力：P手臂升降時產生的慣性力：在工作過程中，升降液壓缸可分為三個階段，分別是：加速階段、勻速階段、減速階段，設計第一階段時間t1=1s，第二階段時間t2=2s，第三階段時間t3=1s，可得啟動的速度差如下式計算：?加速減速階段加速度為：a=手臂升降慣性力公式為：F式中：m—臂部運動件質量，kg；a—加速、減速階段加速度，m/s2。在機器人進行搬運工作中，臂部主要受到工件重力G1，手指部件重力G2及手部夾緊液壓缸部件G3、G4。經計算得：產品重力G1=600N，手指部件總重G2≈200N，手部夾緊液壓缸總重G3+G4≈300N，水平伸縮液壓缸總重G5+G6≈400N，故臂部質量可通過下式進行計算：m=手臂升降時產生慣性力大小為：F豎直升降液壓缸驅動力校核：FF故設計豎直升降液壓缸驅動力滿足要求。機身行走機構設計計算由《工業機械手設計》可知，機身是機械執行系統中直接支承和傳動手臂的部件。一般實現臂部的升降、回轉或俯仰等運動的驅動裝置或傳動件都安裝在機身上，或者直接構成機身的軀干與底座相連。機身可以是固定的，也可以是行走的，即可以沿地面或架空軌道運動。機身可以是固定一體的，也可以是機身與底座分開形式的，機身與底座為分開形式的結構，即機座式結構，這樣的結構不僅可以方便搬運機械手臂的搬運與移動，而且可以在其底座上進行相應的結構設計，讓其行走與工作環境[8]。在本課題中選擇的是機身與底座分開的形式進行設計，即手臂部件與機身通過螺栓連接，且車殼與車架也通過螺釘連接，可以方便后期檢查維修。將手臂部件連接到車殼上，車架連接行走機構，車殼上半部分液壓系統由液壓驅動完成夾取動作，車架連接電機、減速器及減速鏈條與車輪連接實現靈活行走。在本課題中，行走機構設計為：四輪結構，其中后兩輪為驅動輪，兩輪分別與兩個電機連接，以實現差速轉向，前兩輪設計為萬向輪，可以隨驅動輪靈活轉向，通過這樣的設計做到讓搬運機器人可以做到靈活行走，帶動整個機身完成搬運工作。電機選擇在本課題中，設計行走速度為0.8m/s，通過JB/T10391-2008選擇Y系列交流異步電動機，型號為Y90S-4，其主要參數如表2.6所示：表2.6電動機主要參數型號額定功率/kW轉速/(r/min)效率/%堵轉轉矩/倍最大轉矩/倍重量/kgY90S-41.1140078.02.32.325根據《機械設計手冊第4卷》，通過設計行走速度確定減速器選擇為單級減速器，齒輪比i=5.6。根據GB/T1243-2006設計鏈條傳動，設計傳動比i=3，與減速器相連一端小齒齒數為40，與驅動輪輪軸連接一端大齒齒數為120，鏈號選擇05B。軸承選擇在本課題中，整個系統通過電機驅動車輪去實現行走，所以軸承的選擇十分重要，輪軸通過軸承與輪子配合，機身大部分的力都會傳遞到軸承上去，所以在本課題中輪子與輪軸之間選擇軸承為圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承內圈與外圈可進行分離，并且游隙可調，其即可以承受軸向載荷，也可以承受縱向載荷，還可以承受軸向與縱向的聯合載荷。軸承結構如圖2.17所示：圖2.17雙列圓錐滾子軸承示意圖在本課題中，驅動輪軸承選擇雙列圓錐滾子軸承，接觸角系列2，萬向輪軸承選擇單列圓錐滾子軸承，接觸角系列2。由GB/T273.1-2011選擇驅動輪軸承尺寸系列為2DC，萬向輪軸承尺寸系列為2BD。萬向輪為實現360°旋轉軸承也是重要部件，在本課題中，萬向輪旋轉軸軸承選擇為平面推力球軸承，型號為51106，結構如圖2.18，主要尺寸如表2.7所示：圖2.18平面推力球軸承示意圖表2.7平面推力球軸承主要尺寸表型號內徑/mm外徑/mm厚度/mm51106304711搬運機器人Ansys應力仿真豎直升降液壓缸Ansys仿真在本課題中，豎直液壓缸設計安裝定位于車殼部分較靠后，所以在工作過程中會承受較大的手部、臂部部件及產品產生的偏心力矩，故在此對豎直升降液壓缸整體進行Ansys應力仿真分析，分析過程如下：首先將Solidworks三維模型導入到Ansys當中，導入成功后添加部件所用材料屬性，如圖2.19、2.20所示：圖2.19模型導入圖2.20材料屬性定義進行網格劃分，如圖2.21所示；網格質量如圖2.22所示：圖2.21網格劃分圖2.22網格質量接下來進行力的添加，如圖2.23、2.24、2.25所示：圖2.23豎直液壓缸添加固定支撐圖2.24豎直液壓缸力矩添加圖2.25豎直液壓缸地球重力添加在本課題中，液壓缸所用材料為45號鋼，故在材料屬性添加中填入45號鋼的屬性，通過查閱資料可知，其拉伸屈服強度為350MPa，壓縮屈服強度為250MPa，極限拉伸強度為600MPa，極限壓縮強度為355MPa。在網格劃分模塊中，劃分網格質量多數在0.88區域內，故網格劃分合理，網格節點數量為127379個，網格單元數量為77801個。在前處理模塊中，對豎直液壓缸后端蓋添加固定支撐、自身地球重力，在距豎直液壓缸325mm手部構件重心位置添加800N的力使豎直液壓缸液壓桿產生扭矩，以最大程度模擬機器人在工作過程中的受力情況，最后通過軟件分析出豎直液壓缸應力、應變分布情況，如圖2.26、2.27所示：圖2.26豎直液壓缸應力分布情況圖2.27豎直液壓缸應變分布情況由仿真模擬出應力應變分布情況可知，液壓缸受到最大應力為100MPa，最大應變為0.00050383mm，均小于材料極限應力應變數值，所以豎直液壓缸的整體結構強度是足夠的，由應力仿真模擬圖可知，其最大應力應變部位在液壓桿與前端蓋接觸處，初步分析是由于力矩的存在導致的，故在設計過程中于車殼部分添加了水平伸縮導軌設計，去幫助豎直液壓缸分擔部分壓力。水平伸縮液壓缸Ansys仿真模擬在工作過程當中，水平液壓缸作為連接手部結構去進行水平運動的部件，它主要承受手指、手部夾緊液壓缸及工件的重力，故在仿真模擬中對其添加了600N的力，水平液壓缸整體通過固定架連接在豎直液壓缸上，故添加固定支撐在液壓缸外壁，具體分析情況如下圖所示：圖2.28水平液壓缸局部網格劃分情況圖2.29水平液壓缸網格質量圖2.30水平液壓缸受力添加在網格劃分后，網格質量大都分布在0.88區域內，由此可見網格劃分合理，其中網格節點數量為96054個，網格單元數量為56187個。之后對水平液壓缸進行受力添加，將以上操作完成后便可以進行等效應力、應變模擬分析，分析后應力、應變分布情況如下圖所示：圖2.31水平液壓缸應力分布情況圖2.32水平液壓缸局部應力分布情況圖2.33水平液壓缸應變分布情況通過應力分布情況圖可知，水平液壓缸主要受力點在液壓桿與液壓缸前端蓋接觸處，其最大值為2.0484Mpa；而通過應變分布情況圖可知其最大應變也是發生在液壓缸主軸與液壓缸前端蓋接觸處，最大值為1.0339×10-5mm，遠小于材料極限值，所以結構設計滿足要求。通過等效應力和應變分布情況可知，本課題中選擇的水平伸縮液壓缸是可以滿足其整個設計要求的，但在今后的設計過程中需要額外考慮液壓缸主軸與液壓缸前端蓋接觸處的強度與剛度，因為該接觸處是應力分布最大的地方，如果軸過于細，則可能會導致其整個強度與剛度的不足，從而使整體結構發生損壞，造成嚴重后果。Ansys模擬仿真的局限性Ansys通過受力情況進行的模擬分析可以讓試驗人員更直觀的看到在工作過程中整個結構的應力分布情況，可以讓試驗人員參考著分析結果去進行結構的改進加強。但經過分析得到應力應變分布圖可以看出，Ansys主要是對整體結構進行簡單的模擬仿真，因此最終得到的結果只能作為參考，而不能作為結果投入到工作中去使用，如上述進行的Ansys模擬仿真分析，僅僅只是對于兩液壓缸整體結構進行受力分析并模擬計算，而液壓缸內部的受力情況及狀態我們無法得知，因此在本課題中進行的模擬仿真結果可能會與實際略有偏差。綜上所述，使用Ansys去進行模擬仿真可以作為直觀的參考，但不可以作為最終的判據。搬運機器人驅動系統設計驅動機構是工業機器人的重要組成部分，搬運機器人的性能價格比在很大程度上取決于驅動方案及其裝置。驅動機構主要有4種：液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動和機械驅動。在本課題中，選擇了液壓驅動系統作為整個搬運機器人的驅動系統。在整個搬運機器人系統當中，共包括三個液壓缸，分別是：進行手部Z方向升降動作的豎直升降活塞液壓缸、進行手部X方向伸縮動作的水平伸縮活塞液壓缸及控制手指夾取工件動作的手部活塞式液壓缸。在本課題中，豎直升降液壓缸選擇為活塞式液壓缸，即在有桿側與無桿側均可通過液壓進行控制。在工作過程中，當無桿側進油，液壓桿在油壓作用下完成上升動作；當有桿側進油時，液壓桿會完成下降動作。水平伸縮液壓缸與豎直升降液壓缸相同也為活塞式液壓缸。當無桿側進油時，液壓桿在油壓作用下完成伸出動作；當有桿側進油時，液壓桿完成縮回動作。手部夾緊缸同樣適用活塞式液壓缸，在無桿側、有桿側均設置油孔。在工作過程當中需要夾緊工件時，無桿側進油，驅動手指完成夾緊動作；當需要松開工件時，有桿側進油，使液壓桿復位完成手指松開動作。在本課題中選擇液壓驅動為整個搬運機器人的驅動系統，故需要確定整個系統的液壓回路，由《工業機械手設計》及《機械設計手冊第5卷》可知，對液壓傳動進行設計時，首先要做的是擬定液壓系統原理圖，液壓系統原理圖主要是根據主機動作和性能要求分別選擇和擬定基本回路，然后將各個基本回路組成一個完整的系統。液壓系統原理圖主要有三部分組成，分別是：液壓系統圖、工藝循環動作圖及元件明細表。液壓系統圖是用來表示整個液壓系統中各個控制閥元件以及在該部分運動時電磁鐵通電情況并對其進行控制。第二部分是工藝循環順序動作圖表，工藝循環順序動作圖表的作用時是為了直觀的看出整個搬運機器人在運動過程中，其各個回路是如何對整個液壓系統進行控制的。第三部分是元件明細表，元件明細表的作用是看在整個液壓控制系統具體需要的元器件種類，對各種元器件結合總做情況及成本問題進行比較，最終選擇合適的元器件。液壓系統圖設計通過液壓系統圖可以讓工作人員直觀的看出整個液壓系統是怎樣運作的，各部分的工作狀態等等，在設計時將個基本回路組成液壓系統時應注意以下幾點問題：不許有多余元件，所使用的元件和電磁鐵的數量越少越好；注意各元件之間的連鎖關系，防止相互影響產生誤動作；系統各個主要部位的壓力能夠隨時檢測，但是壓力表的數目要少；按國家標準規定，元件符號按常態工況畫出，非標準元件用簡練的結構圖示意。液壓控制回路選取換向回路：在本課題中，選擇PLC控制為控制系統，且液壓系統內壓力及流量不大，故選擇電磁換向閥為液壓系統中的換向回路，與PLC配合使機器人在該作出動作是能精準快速反應。調速緩沖回路：根據液壓系統的工作壓力、流量、功率的大小及系統對溫升、工作平穩性等要求，選擇調速回路。調速回路主要通過節流調速、容積調速及兩者兼有的聯合調速方法實現。在整體系統當中，各個部分在工作當中的壓力、流量各不相同，為了使執行部件能夠滿足工作要求，故會在回路中增加調速回路。在本課題中選擇的調速回路為節流調速回路，如圖3.1為常見的雙向節流調速回路。圖3.1雙向節流調速回路順序控制回路：順序控制回路是實現兩個或兩個以上的執行元件一次先后動作的液壓控制回路，通常有壓力、行程和時間控制三種形式。在本課題中使用順序閥和壓力繼電器組合控制的順序動作回路，順序閥控制的順序控制回路如圖3.2所示。圖3.2由順序閥控制的順序動作回路鎖緊回路：在本課題中，搬運機器人手指夾緊工件后，為防止液壓系統波動而導致工件掉落，故在手部液壓缸回路當中添加鎖緊回路使搬運機器人能穩定工作。在本課題中選擇液控單向閥作為鎖緊回路，如圖3.3所示。圖3.3由液控單向閥組成的鎖緊回路液壓系統圖繪制在選擇好功能回路后，結合整個搬運機器人系統及工作缸情況，繪制出如圖3.4所示的液壓系統圖。圖3.4液壓系統圖工藝循環動作圖表設計通過工藝循環動作圖表可以讓人們更直觀的看出在做某一動作時各元件的工作情況及工作順序，在擬定工藝循環順序圖表的時候應該注意以下問題：液壓執行元件的每個動作成分，如始動、每次換速、運動結束等，按一個工藝循環的工藝順序列出；在每個動作成分的對應欄內，寫出該動作成分開始執行的發信元件代號。同時，在表上標出發信元件所發出的信號是指令幾號，電磁鐵或機控元件(如行程減速閥、機動滑閥)處于何種工作狀態：得電或失電、油路通或斷；液壓系統有多種工藝循環時，原則上是一種工藝循環-一個表，但若能表達清楚又不會誤解，也可適當合并。結合課題內容及設計情況，繪制出如表3.1所示的電磁鐵工作情況表：表3.1液控系統中電磁鐵工作順序表缸名稱動作電磁鐵ABCDEF水平液壓缸伸出+伸出緩沖+縮回+縮回緩沖+豎直液壓缸上升+上升緩沖+下降+下降緩沖+手部液壓缸夾緊+松開卸荷+控制系統設計在搬運機器人系統當中，控制系統是非常重要的，一個好的控制系統決定了整個搬運機器人的自動化程度及智能程度。控制系統在本課題中的作用主要是控制小車在點位之間往返、動作順序、運動中所需要的時間、運動過程中的速度等等[10]~[16]。常見的控制系統主要有四種，分別是：單片機系統、PLC控制系統、專用運動控制器及PC＋運動控制卡控制系統。在本課題中選擇了PLC控制系統作為搬運機器人的控制系統。PLC控制原理PLC是一種將計算機技術與繼電器控制技術結合起來的現代化自動控制裝置，其功能原理如圖4.1所示。PLC主要包括儲存器、輸出狀態寄存器、現場執行元件、外部設備等多個部分組成，其各個部分均由總線相互連接。圖4.1PLC功能簡圖搬運機器人工藝流程打開啟動按鈕，機械手臂回到初始狀態；搬運機器人通過磁導航傳感器接受磁條信號，沿著磁條移動至產品處；搬運機器人檢測產品位置，手部水平伸出，手指夾緊產品后手部豎直上升使產品離地；機器人通過磁條傳感器接受磁條信號，將產品搬運至終點；抵達位置后手部豎直下降，手指松開產品后水平縮回，機械手臂回到初始狀態并重復步驟(2)、(3)、(4)。具體工藝流程如圖4.2所示：圖4.2搬運機器人工藝流程圖PLC控制系統I/O點數確定在本次課題中，應用在搬運機器人系統中的傳感器主要有以下幾種：壓力傳感器，其作用是用來檢測手指夾取產品時的夾緊力，以防壓力過大使產品破壞，或者壓力過小使產品夾不起來；磁導航傳感器，使小車可以根據提前布置好的磁條進行磁導航，并在路線上布置RFID射頻卡，通過在車底安裝的讀卡器讀取分辨線路信息；光電傳感器，安裝在行進方向上，其作用是用來檢測路徑中是否存在障礙物；位移傳感器，用來檢測液壓缸是否移動至點。結合課題中搬運機器人的設計情況及實際工作情況，最終選擇西門子的S7-200SMART小型PLC，單體I/O點數達到60點，可滿足大部分小型自動化設備的使用要求。定好PLC型號后，結合搬運機器人的工作流程最終確定好系統的控制電路I/O分配表如表4.1所示，I代表輸入，Q代表輸出。表4.1控制電路I/O分配表輸入名稱輸入點地址編號輸出名稱輸出點地址編號壓力繼電器I0.0左輪電動機接觸器Q0.0總停止開關I0.1右輪電動機接觸器Q0.1左輪電動機開關I0.2液壓泵電動機接觸器Q0.2右輪電動機開關I0.3A卸荷電磁閥Q0.3液壓泵電動機開關I0.4B上升電磁閥Q0.4臂上升限位開關I0.5C下降電磁閥Q0.5臂下降限位開關I0.6D伸出電磁閥Q0.6臂伸出限位開關I0.7E縮回電磁閥Q0.7臂縮回限位開關I0.8F夾緊電磁閥Q0.8手指夾緊開關I0.9G自鎖裝置電磁鐵Q0.9手動轉換開關I1.0手動前進I1.1手動后退I1.2手動左轉I1.3手動右轉I1.4手動上升I1.5手動下降I1.6手動伸出I1.7手動縮回I1.8手動夾緊I1.9手動松開I2.0搬運機器人成本概算搬運機器人作為企業、工廠用來代替人力去搬運產品的設備，在整體設計過程中控制其成本是非常重要的，因此在課題設計過程中，選擇材料不僅要考慮剛性強度等問題，成本預算也要考慮在內。材料成本在整個搬運機器人設計選材過程中，除個別部件，例如手指連桿連接架，升降支撐架等使用的是高強度鋁合金等比較貴重的金屬外，其他部分在滿足強度的情況下選擇為30、45號鋼等較便宜的鋼材作為原材料。在驅動系統中，設計均為液壓驅動，而沒有再去設計氣動或電動驅動，這主要為了節省再去設置氣缸或電機的成本，在許多機械臂中其抓取機構多選為氣壓驅動，而這需要再去另外設置一個氣缸供氣壓系統使用，這便會提高成本，增加整體系統的復雜程度。而全部使用液壓驅動的話，整個系統中只需要設置一個總油缸便可以滿足搬運機器人系統的工作任務。另外在進行零部件的加工制造過程中，如若想得到小的零部件表面粗糙度，那便需要投入更多的成本使用相應的設備對零部件進行表面打磨，而在本課題中，對于這活塞導向套等零件粗糙度要求不高的情況下，粗糙度Ra6.4能夠滿足要求就不用Ra3.2。不管是行走機構或是液壓系統中都需要使用電機去產生動力，所以在本課題中進行電機選型時盡量選擇成本低的電動機，在市面上AGV小車常用的電機多為無刷電機，但其市面上的平均價格為7000元，而異步電機的平均價格為1500元，故在本課題中的電機選擇為交流異步電機。人工成本搬運機器人作為企業、工廠代替人力去搬運產品的設備，它的出現大大節省了企業、工廠在這方面投入的人力成本，例如一臺搬運機器人的制造成本在3000~15000元，但這些成本便可以代替2名或更多的工人，并且工作年限一般在5~10年。而且對于搬運機器人只需要一名工作人員去進行監控、檢查等工作，因此搬運機器人作為當代自動化產物是很好的代替人力工作的設備，它不僅可以節約企業、工廠的人力成本，而且大大提升了工作效率，可以為企業、工廠帶來更好的經濟效益。管理成本搬運機器人作為機電一體化設備，其管理成本主要包括定期的保養、維修成本，以及零部件替換成本。搬運機器人作為一個機器，其各個零件都有一定的壽命，一旦零部件即將達到它的壽命要求，那么帶來的后果是不可估量的，所以在搬運機器人工作時要定期去檢查各零部件磨損情況，并且進行定期保養，一旦發現有零件損壞應立即替換。而且在企業、工廠內對于搬運機器人使用狀況也應該有相應的管理體系，在搬運機器人投入使用后應立即建立起保存檔案，主要保存內容包括以下幾點：時間記錄表：記錄每次停機維修保養的時間，從而預期估計其時間成本，作為后續工作的參考；維修記錄表：記錄每次維修時所替換的零部件，并記錄前零件損壞情況，以便估計搬運機器人的使用壽命；保養記錄表：記錄定期保養時的情況，并且對每次保養所用的油進行記錄，以方便統計計算一臺搬運機器人所需的保養成本。在整個搬運機器人系統設計當中，對其整體成本控制也是非常重要的一個環節，成本高的零部件不一定適合，在做設計的過程中力求的是最適合的零部件，而不是最貴最好的零部件。在設計過程中，整個系統主要所需的成本包括上述的材料成本、人工成本及管理成本，但這并不是全部，在設計過程中應從多方面考慮，這樣才能設計出最合適、最合理，適合投入到工作當中的設備。結論畢業論文是本科學習階段一次十分難得的理論與實際相結合的機會，經過這次比較完整的給排水系統設計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態，與實際設計的結合鍛煉了我的綜合運用所學的專業基礎知識，并且在整個設計過程中不斷去學習新的知識，解決實際工程問題的本事，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規范以及電腦制圖等其他專業本事水平。在進行本課題設計過程當中，通過查閱相關資料，了解了整個搬運機器人系統組成，結合自己的設計任務書，選擇合適的機構及系統，設計出合理的搬運機器人系統。在設計機械執行系統時，根據產品參數選擇了連桿杠桿式機構作為手部夾取機構，通過查閱資料并根據產品參數計算出手部夾緊所需要的夾緊力及驅動力，然后選擇液壓系統作為機器人系統的驅動系統去實現手部的夾緊、伸縮及升降動作，根據各部分需要驅動力情況設計計算缸徑、桿徑、活塞等零部件參數及螺栓螺母等標準件的選型，根據液壓系統結構設計車架、框架，并結合機器人工作情況設計出行走機構。最后設計了整個系統的PLC控制系統，根據各個傳感器之間的配合應用，使搬運機器人可以自動運行，并且可以做到低智能化。搬運機器人作為現在自動化設備的出現，日后一定會有更高智能，高效穩定的搬運機器人系統的出現，我在本次課題設計中僅僅做到了簡單的結構強度計算設計，控制系統也是較簡易的設計。希望在后續的學習中，可以學到關于搬運機器人更深層次的知識，可以設計出更加智能化、能出色完成人機交互的搬運機器人。通過本次畢業設計后，我認識到自身不管是知識儲備或是實際應用都還十分稚嫩，在日后進入到工作崗位中需要學習的東西依然有很多。致謝大學四年轉瞬即逝，人們都說：“臺上一分鐘，臺下十年功。”，最后的畢業設計就像是展示我們大學生活所收獲到的舞臺，而我能站上這舞臺，是因為在平時得到了很多人的幫助，我在這里對他們致以最崇高的敬意。首先我要感謝的是我畢業設計的指導老師孔令超老師，孔令超老師作為我的指導老師，在我進行畢業設計的過程中給予了我很多的幫助，過程中不懂得問題老師都會耐心的一一為我解答，給了我許多建設性的建議，并且在我一籌莫展的時候給予了我最大的鼓勵。正是因為孔令超老師的無私幫助及熱忱鼓勵，讓我順利整個畢業設計。還要感謝我的校外企業指導教師許寧老師，在畢業設計中遇到的專業上的難題他都給我提出了建設性的建議，讓我在畢設的過程中受益良多。其次，我還要感謝大學四年來的所有任課老師，在整個大學生活當中，正是他們的傾囊相助，構建起了我們堅實的知識基礎，并且給我們的大學生活添加了許多色彩。每個老師都在平時的學習中給予了我一定的幫助，而這次畢業設計過程如此順利也離不開平時的學習積累，在此我再次鄭重感謝我的任課老師們。我還要感謝我的輔導員華旻老師和張啟君老師，兩位輔導員都給予過我很大的幫助，如果沒有她們的幫助、照顧，我的大學生活不會這么順利結束，在疫情爆發時我在校外，在我需要幫助時華旻老師都會第一時間通過微信幫我解決問題，在此我鄭重感謝華旻老師和張啟君老師在這大學四年來對我們無微不至的關心及照顧。最后我要感謝的便是我的母校以及親愛的同學們，母校讓我學會了“明德、明學、明事”，給我們提供了如此舒適的環境生活，以及無數的資源讓我們學習。各位同學