本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目:院系:專業(yè):班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師:20xx年04月聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究結(jié)果。論文在引用他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果時(shí)，已經(jīng)作了明確的標(biāo)識(shí)；除此之外，論文中不包括其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，均為獨(dú)立完成。其他人對(duì)本文所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表達(dá)了謝意。學(xué)生簽名快遞分揀機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究摘要隨著，機(jī)械行業(yè)市場(chǎng)的快速發(fā)展以及機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的快遞分揀機(jī)器人很難滿足應(yīng)用需求，因此需要對(duì)快遞分揀機(jī)器人進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)升級(jí)與改造。因此本課題的研究目的是通過對(duì)快遞分揀機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化，并且在設(shè)計(jì)中采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具來完成整個(gè)設(shè)計(jì)過程的實(shí)施，重點(diǎn)從底座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、大臂俯仰機(jī)構(gòu)、小臂旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、夾爪夾緊這幾種機(jī)構(gòu)上開展工作，完成設(shè)計(jì)計(jì)算與詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提供了新的解決方案，來滿足快遞分揀機(jī)器人生產(chǎn)應(yīng)用過程中的使用需求。本課題所采用的設(shè)計(jì)方法顯著的提升了快遞分揀機(jī)器人產(chǎn)品在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中的研發(fā)效率并且降低了該類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)成本，相較于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，從設(shè)計(jì)效率以及設(shè)計(jì)創(chuàng)新性方面都擁有較好的優(yōu)勢(shì)，成本控制方面也進(jìn)行了考慮，為快遞分揀機(jī)器人的市場(chǎng)化應(yīng)用有非常好的促進(jìn)作用。關(guān)鍵詞：快遞分揀機(jī)器人；六軸機(jī)械臂；齒輪傳動(dòng)；絲桿夾緊裝置

目錄TOC\o"1-2"\h\u聲明 1快遞分揀機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究 2摘要 2第一章緒論 51.1課題的研究背景及意義 51.2快遞分揀機(jī)器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 61.3本文主要研究?jī)?nèi)容 8第二章快遞分揀機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì) 92.1設(shè)計(jì)要求與功能分析 92.2設(shè)計(jì)方案的選擇 102.3整機(jī)方案設(shè)計(jì)與工作原理介紹 11圖2-2工作原理圖 142.5本章小結(jié) 15第四章設(shè)計(jì)計(jì)算 174.1機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)選型計(jì)算 174.2機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 204.3機(jī)械臂俯仰蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 274.4機(jī)械臂小臂帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 30第四章快遞分揀機(jī)器人設(shè)計(jì)與建模 344.1支撐模塊設(shè)計(jì) 344.2驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 354.3執(zhí)行模塊設(shè)計(jì) 364.4整機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 364.5本章小結(jié) 39總結(jié) 40致謝 41參考文獻(xiàn) 42第一章緒論1.1課題的研究背景及意義在現(xiàn)代社會(huì)，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，物流行業(yè)也呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，在此情形下，物料輸送與分揀已然成為提升生產(chǎn)效率和保障物流配送準(zhǔn)確性的關(guān)鍵所在。對(duì)于生產(chǎn)制造領(lǐng)域而言，工廠內(nèi)部物料在種類上愈發(fā)繁雜，數(shù)量上更是極為龐大[1]。傳統(tǒng)依賴人工的輸送和分揀模式存在諸多弊端，其效率十分低下，并且人為因素極易引發(fā)錯(cuò)誤。比如，工人長時(shí)間作業(yè)產(chǎn)生疲勞后，分揀的準(zhǔn)確率便會(huì)降低，這對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程的連貫性以及產(chǎn)品質(zhì)量都有著嚴(yán)重的負(fù)面影響[2]。與此同時(shí)，人力成本在不斷增加，這也驅(qū)使企業(yè)去探索更為高效且經(jīng)濟(jì)的物料處理途徑。在物流行業(yè)方面，電子商務(wù)的迅猛發(fā)展致使包裹分揀和配送需求呈現(xiàn)出海量增長的局面[3]。物流中心每天需要處理的貨物數(shù)量常常數(shù)以萬計(jì)，甚至更多。面對(duì)各式各樣目的地不同、類型有別的包裹，單純依靠人工分揀已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足時(shí)效性和準(zhǔn)確性的要求[4]。能夠迅速且精準(zhǔn)地將包裹輸送至相應(yīng)處理區(qū)域或配送路線，對(duì)于提高物流服務(wù)水平、削減運(yùn)營成本有著關(guān)鍵意義。除此之外，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品交付時(shí)間和準(zhǔn)確性的要求日益提高。不管是制造業(yè)的零部件供應(yīng)環(huán)節(jié)，還是物流行業(yè)的商品配送環(huán)節(jié)，都迫切需要更為精準(zhǔn)、快速的快遞分揀機(jī)器人，以此保障整個(gè)供應(yīng)鏈的順暢運(yùn)行，提高資源利用效率，增強(qiáng)企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，而這也是促使相關(guān)研究持續(xù)深入的重要背景要素?？爝f分揀機(jī)器人的研究具有重大意義，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，能顯著降低勞動(dòng)力成本。自動(dòng)快遞分揀機(jī)器人可最大限度地減少人員使用，基本實(shí)現(xiàn)無人化操作。如此一來，企業(yè)在人力方面的開支得以大幅削減。其次，有助于提高經(jīng)濟(jì)效益。該裝置分揀效率高且誤差率低，企業(yè)能夠減少因分揀錯(cuò)誤引發(fā)的額外成本，例如退貨、賠償?shù)惹闆r，從而提升整體經(jīng)濟(jì)效益。再者，具備高精度識(shí)別能力。自動(dòng)快遞分揀機(jī)器人采用先進(jìn)的智能識(shí)別技術(shù)，可準(zhǔn)確識(shí)別貨物信息，有效避免人工分揀中可能出現(xiàn)的誤判和漏判現(xiàn)象。同時(shí)，能極大地減少分揀誤差。其分揀誤差率極低，基本可以杜絕出錯(cuò)情況。此外，還有利于提升物流服務(wù)水平?？爝f分揀機(jī)器人的研究和應(yīng)用，能夠?yàn)檎麄€(gè)物流行業(yè)帶來服務(wù)水平的提升和競(jìng)爭(zhēng)力的增強(qiáng)。最后，能夠促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。對(duì)快遞分揀機(jī)器人的深入研究，將推動(dòng)相關(guān)技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新和發(fā)展，為物流行業(yè)創(chuàng)造更多的可能性。1.2快遞分揀機(jī)器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外快遞分揀機(jī)器人的研究現(xiàn)狀國外對(duì)自動(dòng)化快遞分揀機(jī)器人的研究起步較早，二戰(zhàn)后，美國、日本等發(fā)達(dá)國家借鑒郵局分揀信件的經(jīng)驗(yàn)開展對(duì)自動(dòng)化快遞分揀機(jī)器人的研究[5-8]。1985年時(shí)，日本的自動(dòng)分揀機(jī)數(shù)量多達(dá)366套，位居世界之首，自動(dòng)分揀機(jī)在物流、醫(yī)藥、藥草等眾多行業(yè)廣泛應(yīng)用。早在1990年，位于伊利諾伊州芝加哥的Rush-Presbyterian-StLuke醫(yī)學(xué)中心就研發(fā)了一種機(jī)器人分類裝置。該裝置借助醫(yī)學(xué)機(jī)器人識(shí)別條形碼信息實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分類，并通過分揀站集中處理數(shù)據(jù)，為后續(xù)自動(dòng)快遞分揀機(jī)器人的標(biāo)簽識(shí)別提供了可行方案。2001年，MaselD.T對(duì)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形物料裝置分揀展開研究。2010年，ArkoD構(gòu)建了利用OpenCV處理攝像頭采集圖像顏色信息，再由機(jī)械手完成自動(dòng)化分揀的完整裝置，為自動(dòng)化分揀設(shè)備與機(jī)器視覺的結(jié)合奠定了基礎(chǔ)[9]。圖1物料快遞分揀機(jī)器人國際上較為先進(jìn)的流水線自動(dòng)化分揀機(jī)包括德國Dematic生產(chǎn)的第三代高速滑塊式分揀機(jī)，其滑塊傳動(dòng)效率高；還有荷蘭的Vanderlande生產(chǎn)的交叉帶式分揀機(jī)，它輸送速度雖不快，但分揀準(zhǔn)確性高。不過，國外分揀機(jī)雖自動(dòng)化和集成化程度高，卻存在智能化不足、人機(jī)交互差、數(shù)據(jù)共享差的問題[10]。1.2.2國內(nèi)快遞分揀機(jī)器人的研究現(xiàn)狀國內(nèi)自動(dòng)化技術(shù)和物流技術(shù)起步晚于國外，使得國內(nèi)自動(dòng)化分揀系統(tǒng)體系不完善。20世紀(jì)70年代，計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)快速發(fā)展帶動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，國外自動(dòng)化快遞分揀機(jī)器人已投產(chǎn)，我國才開始相關(guān)研究。2003年，電商經(jīng)濟(jì)和快遞業(yè)迅猛發(fā)展，生產(chǎn)制造業(yè)生產(chǎn)任務(wù)高與分揀模式低效的矛盾凸顯，各大企業(yè)為解決問題開始采購自動(dòng)化快遞分揀機(jī)器人，掀起小高潮，行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段[11]。圖2分揀機(jī)器人手臂國家十二五規(guī)劃期間，自動(dòng)化快遞分揀機(jī)器人研發(fā)和生產(chǎn)達(dá)到高峰。路輝公司自主研發(fā)生產(chǎn)的滾珠模組帶分揀設(shè)備獲2017智慧供應(yīng)鏈創(chuàng)新產(chǎn)品獎(jiǎng)，其通過底部滾珠摩擦驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)力，表面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)減輕輸送對(duì)物料的沖擊，保護(hù)物料完整性。無線射頻技術(shù)（RFID）可利用射頻信號(hào)遠(yuǎn)距離識(shí)別電子標(biāo)簽，極大促進(jìn)了物流業(yè)發(fā)展，康大基業(yè)在此基礎(chǔ)上研發(fā)的電子標(biāo)簽分揀系統(tǒng)對(duì)物流分揀行業(yè)有很大推動(dòng)作用。國內(nèi)分揀機(jī)的自動(dòng)化水平發(fā)展至今已與發(fā)達(dá)國家接近，但在部分環(huán)節(jié)仍有細(xì)微差距[12-15]，主要是無線射頻、電子標(biāo)簽等技術(shù)在快遞行業(yè)之外的自動(dòng)化快遞分揀機(jī)器人中應(yīng)用范圍較窄。本文分析了市面上銷量較多的三類自動(dòng)分揀機(jī)工作原理。第一類是器件優(yōu)品次品分揀設(shè)備，其傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)單，通過快速學(xué)習(xí)器件特征并建立深度學(xué)習(xí)模型進(jìn)行檢測(cè)。第二類是快遞物流和農(nóng)產(chǎn)品篩選常用的物料分揀機(jī)，運(yùn)用機(jī)器視覺方法，依據(jù)物料形狀、尺寸、重量等特征分揀歸類。第三類是色選機(jī)，通過光電探測(cè)技術(shù)分揀異色物料。經(jīng)分析，這些自動(dòng)快遞分揀機(jī)器人雖對(duì)特定物料分揀效果較好，但功能單一，未實(shí)現(xiàn)多種物料分揀功能組合，且都不具備互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換能力，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、智能監(jiān)控等功能。1.3本文主要研究?jī)?nèi)容在廣泛參考國內(nèi)外關(guān)于物料自動(dòng)運(yùn)輸與快遞分揀機(jī)器人的文獻(xiàn)資料后，本文分析了不同裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定主要研究?jī)?nèi)容。主要的研究?jī)?nèi)容如下：（1）總體設(shè)計(jì)方案以及驅(qū)動(dòng)方式的選擇通過對(duì)比分析兩種不同的設(shè)計(jì)方案來確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，通過對(duì)比分析，來確定最合理的設(shè)計(jì)方案。（2）關(guān)鍵機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)通過對(duì)比法進(jìn)行傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)，確定最優(yōu)的傳動(dòng)方案。（3）關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，從而得出關(guān)鍵的傳動(dòng)參數(shù)，為后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備，并對(duì)電機(jī)的型號(hào)進(jìn)行計(jì)算選型。（4）采用三維建模軟件完成整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在三維軟件中完成機(jī)體框架、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的三維建模，并在裝配環(huán)境中完成虛擬裝配確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

第二章快遞分揀機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求與功能分析2.1.1設(shè)計(jì)要求快遞分揀機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，以確保其能夠高效、穩(wěn)定地完成快遞分揀任務(wù)。機(jī)械手臂的主體結(jié)構(gòu)需采用輕量化材料，如高強(qiáng)度鋁合金或碳纖維復(fù)合材料，以減輕自身重量，提高運(yùn)動(dòng)靈活性和負(fù)載能力。同時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注重模塊化，便于后期的維護(hù)與升級(jí)。手臂的關(guān)節(jié)部分是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，每個(gè)關(guān)節(jié)都應(yīng)具備足夠的剛性與靈活性，以實(shí)現(xiàn)六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。關(guān)節(jié)連接處需配備高精度的軸承和可靠的潤滑系統(tǒng)，以減少磨損并保證運(yùn)動(dòng)的精確性。此外，末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，其形狀和尺寸應(yīng)根據(jù)快遞的大小與形狀進(jìn)行優(yōu)化，采用柔軟且具有一定彈性的材料，如硅膠或橡膠，以實(shí)現(xiàn)對(duì)快遞的無損分揀。末端執(zhí)行器還應(yīng)具備一定的調(diào)節(jié)功能，能夠適應(yīng)不同大小和位置的快遞，提高分揀的適應(yīng)性和成功率。整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還需考慮機(jī)械手臂在分揀車架復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定性，通過合理布局和加固措施，確保其在分揀過程中能夠抵御外界干擾，保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的快遞分揀作業(yè)。2.1.2功能分析快遞分揀機(jī)器人的支撐模塊、驅(qū)動(dòng)模塊及執(zhí)行模塊在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上各有其獨(dú)特功能。支撐模塊主要負(fù)責(zé)為機(jī)械手臂提供穩(wěn)定的基座和支撐結(jié)構(gòu)，通常采用高強(qiáng)度材料構(gòu)建，如鋁合金或鋼材，以確保在復(fù)雜分揀車架環(huán)境中能夠承受機(jī)械臂的重量和分揀時(shí)產(chǎn)生的反作用力。此外，支撐模塊的設(shè)計(jì)還需考慮其與行走平臺(tái)的連接方式，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂在不同位置的作業(yè)需求。驅(qū)動(dòng)模塊是機(jī)械手臂的動(dòng)力來源，通常由多個(gè)伺服電機(jī)組成，每個(gè)電機(jī)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)一個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。這些電機(jī)通過精確的齒輪傳動(dòng)或絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的靈活轉(zhuǎn)動(dòng)和伸縮動(dòng)作。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，驅(qū)動(dòng)模塊需要緊湊且高效，以適應(yīng)機(jī)械臂的多自由度運(yùn)動(dòng)需求，同時(shí)保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和精確性。執(zhí)行模塊即末端執(zhí)行器，是分揀機(jī)械手臂的關(guān)鍵部件，直接與快遞接觸并完成分揀動(dòng)作。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮快遞的形狀和大小，通常采用柔性材料，如硅膠或橡膠，以實(shí)現(xiàn)對(duì)快遞的無損分揀。末端執(zhí)行器還可能配備負(fù)壓裝置或夾持機(jī)構(gòu)，用于牢固抓取快遞并。此外，執(zhí)行模塊的設(shè)計(jì)還需具備一定的調(diào)節(jié)能力，以適應(yīng)不同位置和姿態(tài)的快遞。2.2設(shè)計(jì)方案的選擇2.2.1動(dòng)力源的選擇在快遞分揀機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，動(dòng)力源的選擇是實(shí)現(xiàn)其高效、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。常見的動(dòng)力源包括氣動(dòng)、液壓和電動(dòng)三種類型，每種動(dòng)力源都有其優(yōu)缺點(diǎn)。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)利用壓縮空氣作為動(dòng)力源，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、污染少等優(yōu)點(diǎn)，但其定位精度較低，且在大尺寸設(shè)備中運(yùn)行速度不穩(wěn)定。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)則具有較高的輸出力和響應(yīng)速度，適合高負(fù)載應(yīng)用，但存在漏油風(fēng)險(xiǎn)，且維護(hù)成本較高。相比之下，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，尤其是伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，因其高精度、快速響應(yīng)和易于控制的特點(diǎn)，成為快遞分揀機(jī)械手臂的首選動(dòng)力源。在快遞分揀機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)中，步進(jìn)電機(jī)因其控制簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高而被廣泛采用。步進(jìn)電機(jī)通過脈沖信號(hào)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的位置控制，適合分揀任務(wù)中對(duì)靈活性和精度的要求。此外，伺服電機(jī)也常用于需要更高精度和動(dòng)態(tài)性能的關(guān)節(jié)，例如末端執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)。綜合來看，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠更好地滿足快遞分揀機(jī)器人的性能需求，同時(shí)兼顧成本和維護(hù)的便利性。2.2.2傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)在快遞分揀機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，傳動(dòng)方案的選擇對(duì)機(jī)械臂的靈活性、精度和負(fù)載能力具有重要影響。常見的傳動(dòng)方式包括齒輪傳動(dòng)、絲杠傳動(dòng)和柔性傳動(dòng)等。齒輪傳動(dòng)能夠提供較高的傳動(dòng)效率和精度，適用于關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)部分。絲杠傳動(dòng)則常用于實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的伸縮運(yùn)動(dòng)，具有較高的剛性和穩(wěn)定性。此外，柔性傳動(dòng)如鋼絲繩傳動(dòng)可用于一些需要長距離或復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)，能夠減輕機(jī)械臂的重量。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，通常會(huì)根據(jù)機(jī)械臂的不同關(guān)節(jié)需求選擇合適的傳動(dòng)方式。例如，對(duì)于需要高精度和高剛性的關(guān)節(jié)，如肩部和肘部，齒輪傳動(dòng)或絲杠傳動(dòng)是較好的選擇。而對(duì)于一些需要靈活運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)，如腕部，柔性傳動(dòng)可以提供更大的運(yùn)動(dòng)范圍。通過合理組合這些傳動(dòng)方式，可以優(yōu)化機(jī)械臂的整體性能，使其在快遞分揀過程中既具備足夠的靈活性，又能保證分揀的穩(wěn)定性和精度。此外，傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)還需考慮機(jī)械臂的負(fù)載能力和工作空間。合理的傳動(dòng)設(shè)計(jì)能夠有效提高機(jī)械臂的負(fù)載能力，同時(shí)確保其在分揀車架環(huán)境中能夠覆蓋到不同高度和位置的快遞。2.3整機(jī)方案設(shè)計(jì)與工作原理介紹2.3.1支撐模塊設(shè)計(jì)快遞分揀機(jī)器人的支撐模塊是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)需兼顧穩(wěn)定性、靈活性和適應(yīng)性。支撐模塊主要由基座和連接部件組成，基座作為機(jī)械手臂的固定平臺(tái)，必須具備足夠的強(qiáng)度和剛性，以承受機(jī)械臂在分揀過程中的負(fù)載和反作用力。通常采用高強(qiáng)度金屬材料如鋁合金或鋼材制造，以確保其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。在設(shè)計(jì)時(shí)，基座的形狀和尺寸需根據(jù)分揀車架作業(yè)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，例如采用低矮且寬大的結(jié)構(gòu)，以降低重心，增強(qiáng)穩(wěn)定性。連接部件則是支撐模塊與機(jī)械臂主體之間的過渡部分，其設(shè)計(jì)需考慮機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)范圍和靈活性。連接部件通常采用多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，通過合理布置關(guān)節(jié)位置和角度，能夠有效擴(kuò)大機(jī)械臂的工作空間，使其能夠覆蓋不同位置的快遞。同時(shí)，連接部件的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)還需具備一定的緩沖和減震功能，以減少分揀過程中因碰撞或沖擊對(duì)機(jī)械臂造成的損傷。此外，支撐模塊的整體設(shè)計(jì)還需考慮與分揀車架行距、地形的適配性，確保機(jī)械手臂能夠在復(fù)雜環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。2.3.2驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)快遞分揀機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)模塊是實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的核心部件，其設(shè)計(jì)需滿足高精度、高效率和高可靠性的要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，驅(qū)動(dòng)模塊通常采用伺服電機(jī)作為動(dòng)力源，因?yàn)槠淠軌蛱峁┚_的運(yùn)動(dòng)控制和較高的扭矩輸出。電機(jī)的選擇需根據(jù)關(guān)節(jié)的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)需求進(jìn)行優(yōu)化，例如在大負(fù)載的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)處，選用高扭矩的伺服電機(jī)，而在輕負(fù)載的腕關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行器處，可選用小型高精度電機(jī)。驅(qū)動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還需考慮電機(jī)的安裝方式和傳動(dòng)效率。電機(jī)與關(guān)節(jié)的連接通常通過齒輪傳動(dòng)或同步帶傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，齒輪傳動(dòng)能夠提供較高的傳動(dòng)精度和剛性，適合需要高精度定位的關(guān)節(jié)；同步帶傳動(dòng)則具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)的特點(diǎn)，適用于對(duì)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性要求較高的關(guān)節(jié)。此外，驅(qū)動(dòng)模塊的外殼設(shè)計(jì)需具備良好的散熱性能和防護(hù)性能，以確保電機(jī)在長時(shí)間運(yùn)行過程中保持穩(wěn)定，并防止分揀車架環(huán)境中的灰塵和水分對(duì)電機(jī)造成損害。在驅(qū)動(dòng)模塊的整體布局上，需合理安排電機(jī)的位置，以保證機(jī)械手臂的重心分布均勻，避免因驅(qū)動(dòng)模塊的重量分布不均導(dǎo)致機(jī)械手臂在運(yùn)動(dòng)過程中出現(xiàn)失衡現(xiàn)象。同時(shí)，電機(jī)的布線和接口設(shè)計(jì)也需考慮其簡(jiǎn)潔性和可靠性，以減少機(jī)械手臂的故障率。2.3.3執(zhí)行模塊設(shè)計(jì)快遞分揀機(jī)器人的執(zhí)行模塊是直接與快遞接觸并完成分揀任務(wù)的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需充分考慮分揀的效率、精度和果實(shí)的完整性。執(zhí)行模塊通常由末端夾持器和輔助裝置組成，末端夾持器的設(shè)計(jì)需適應(yīng)快遞的形狀和尺寸，通常采用柔性材料如硅膠或橡膠制成的抓取爪，以避免對(duì)果實(shí)造成損傷。抓取爪的形狀可設(shè)計(jì)為弧形或花瓣形，以更好地貼合快遞表面，并在抓取時(shí)提供均勻的夾持力。輔助裝置的設(shè)計(jì)則用于輔助分揀動(dòng)作的完成，例如配備微型負(fù)壓裝置，通過負(fù)壓吸附快遞表面，增強(qiáng)抓取的穩(wěn)定性。同時(shí)，執(zhí)行模塊還需具備一定的調(diào)節(jié)功能，以適應(yīng)不同大小和位置的快遞。例如，抓取爪的開合角度和間距可通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺寸快遞的精準(zhǔn)抓取。此外，執(zhí)行模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還需考慮其與機(jī)械臂的連接方式，確保在分揀過程中能夠靈活轉(zhuǎn)動(dòng)和伸縮，以適應(yīng)復(fù)雜的分揀車架環(huán)境。整體而言，執(zhí)行模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需兼顧柔性和剛性，既要保證分揀動(dòng)作的高效性，又要確保果實(shí)的完整性，同時(shí)還要具備良好的適應(yīng)性和可靠性，以滿足快遞分揀的實(shí)際需求。2.3.4確定最終方案工作原理快遞分揀機(jī)器人能夠高效完成分揀任務(wù)，依靠的是支撐模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和執(zhí)行模塊的協(xié)同配合。首先，驅(qū)動(dòng)模塊中的伺服電機(jī)作為動(dòng)力源輸出動(dòng)力。動(dòng)力經(jīng)由蝸輪蝸桿減速器裝配體、諧波減速器、行星減速器進(jìn)行減速增扭，再通過圓柱齒輪25×3、圓柱齒輪125×3等齒輪部件，將動(dòng)力精準(zhǔn)傳遞至大臂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸、軸1、軸2、軸3等，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂的各個(gè)關(guān)節(jié)靈活運(yùn)動(dòng)，調(diào)整機(jī)械手臂整體姿態(tài)，使執(zhí)行模塊能夠精準(zhǔn)抵達(dá)快遞所在的位置。在定位的過程中，支撐模塊發(fā)揮著不可或缺的作用。由大臂、大臂底座、機(jī)械手小臂構(gòu)成的主體框架，為機(jī)械手臂提供了穩(wěn)定的支撐。底部連接座和底座將機(jī)械手臂牢固地固定在工作平臺(tái)上，確保在作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性。頂部推桿、頂瑞連接件等進(jìn)一步增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，軸類部件與相關(guān)連接組件則確保機(jī)械手臂各部分能夠靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，助力機(jī)械手臂順利到達(dá)分揀車架中快遞的生長位置。當(dāng)機(jī)械手臂到達(dá)指定位置后，執(zhí)行模塊開始執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)。2爪伺服夾爪模組根據(jù)快遞的大小、形狀以及生長狀態(tài)等實(shí)際情況，精確控制夾爪的開合度與抓取力度。輔助部件提升了夾爪抓取的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。爪頭和抓頭連接桿將夾爪的動(dòng)作轉(zhuǎn)化為對(duì)快遞的抓取力，實(shí)現(xiàn)快遞的抓取。隨后，在驅(qū)動(dòng)模塊的動(dòng)力支持下，機(jī)械手臂反向運(yùn)動(dòng)，將分揀到的快遞放置到指定位置，完成整個(gè)分揀流程。整個(gè)過程中，骨架油封、黃油嘴等部件保證機(jī)械部件的良好潤滑，減少磨損，軸承蓋墊片、軸承到壓緊蓋子等保護(hù)軸承正常工作，確保機(jī)械手臂運(yùn)行的穩(wěn)定性和精度。圖2-2工作原理圖

2.5本章小結(jié)本章聚焦快遞分揀機(jī)器人設(shè)計(jì)，完成多個(gè)關(guān)鍵層級(jí)任務(wù)。方案規(guī)劃階段，經(jīng)需求分析和技術(shù)路線比選，確定以模塊化設(shè)計(jì)為核心、參數(shù)化建模為支撐的目標(biāo)，制定分揀精準(zhǔn)度、動(dòng)作靈活性等12項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。利用Solidworks構(gòu)建三維模型，明確大臂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸安裝角度等23項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，形成經(jīng)濟(jì)、易維護(hù)的布局方案。功能實(shí)現(xiàn)上，驅(qū)動(dòng)模塊以伺服電機(jī)為動(dòng)力源，搭配各類減速器和齒輪，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力調(diào)控與傳動(dòng)比設(shè)計(jì)，滿足不同動(dòng)作速度需求。執(zhí)行模塊憑借伺服夾爪模組等零件，精準(zhǔn)抓取快遞。支撐模塊由大臂、底座等構(gòu)成框架，配合連接件，保障作業(yè)穩(wěn)定與靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。運(yùn)用靜力學(xué)分析各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)副力學(xué)特性，建立載荷傳遞模型，為軸系強(qiáng)度計(jì)算和軸承選型提供依據(jù)。該設(shè)計(jì)遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，引入先進(jìn)理念，為后續(xù)模塊優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)件選型構(gòu)建理論支撐，確保機(jī)械手臂設(shè)計(jì)可行、運(yùn)行可靠，實(shí)現(xiàn)分揀車架高效分揀。

第四章設(shè)計(jì)計(jì)算4.1機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)選型計(jì)算通過扭矩功率進(jìn)行電機(jī)計(jì)算選型查找相關(guān)技術(shù)資料，確定在抓去過程中，伺服電機(jī)所需要的扭矩為50牛米。表3-1為抓去過程中抓去部位的設(shè)計(jì)參數(shù)表。表3-1設(shè)計(jì)參數(shù)表項(xiàng)目參數(shù)輸出扭矩T25N·m最大轉(zhuǎn)速N130r/min運(yùn)轉(zhuǎn)模式單向傳動(dòng)設(shè)計(jì)壽命每天8小時(shí)，工作10年輸出軸采用同步帶與負(fù)載進(jìn)行連接，將動(dòng)力傳輸至負(fù)載，要求輸出最大轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)每分鐘輸出扭矩為50牛米。由公式可得： （3-1）式中T——輸出軸扭矩，N·m；P——輸出軸功率，kW；N1——輸出軸轉(zhuǎn)速，r/min。將T=25N·m，N1=60r/min代入式（3-1）得：計(jì)算電動(dòng)機(jī)至輸出裝置的傳動(dòng)總效率為 （3-2）式中——絲桿傳動(dòng)效率；——軸承傳動(dòng)效率；——聯(lián)軸器傳動(dòng)效率。通過查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》取，，代入式（3-2）得：電動(dòng)機(jī)所需功率為 （3-3）將，代入式（3-3）得：通過計(jì)算，首先滿足伺服電機(jī)容量的需求，通過查找《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表20-1尋找出三款容量符合要求的伺服電機(jī)，具體參數(shù)見下表3.2。表3.1電機(jī)參數(shù)表方案型號(hào)功率（kW）轉(zhuǎn)速（r/min）扭矩（N·m）1MS1H1-20B30CB-A6/S631R0.21500192MS1H1-40B30CB-A6/S63R0.4150026.23MS1H1-55B30CB-A6/S63R0.55150036.2通過參數(shù)對(duì)比，選擇電機(jī)功率和輸出扭矩都能夠滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的師傅電機(jī)，選用方案二MS1H1-40B30CB-A6/S63R型伺服電機(jī)作為動(dòng)力源，外形圖如圖3-1所示。圖3-1伺服電機(jī)外形圖

4.2機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)備運(yùn)行時(shí)的功率不大，且載荷比較平穩(wěn)，沒有較大沖擊，可以選擇直齒輪。選擇材料小齒輪：50SiMn，調(diào)質(zhì)處理，HB=229～286；由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表14-1-79查得，其中，。大齒輪：42SiMn，調(diào)質(zhì)處理，HB=217～255；由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表14-1-79查得，其中，。按接觸強(qiáng)度初步確定中心距由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖14-1-21c，按MQ級(jí)取值，查得（按HB=229），（按HB=217）。小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表14-1-62選取，則（5-4）取齒輪精度為7級(jí)，參考表14-1-61取K=2.1，由表14-1-60，圓整為

。初步確定模數(shù)，齒數(shù)，分度圓直徑，齒寬參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表14-1-3，取。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表14-1-9計(jì)算的公式可得出（5-5）取。經(jīng)圓整后，齒數(shù)可能發(fā)生了變化，實(shí)際齒數(shù)比為。初校核彎曲強(qiáng)度由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖14-1-29c，按MQ級(jí)取值，查得，（按HB=229），，（按HB=217）。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖14-1-25按參考表14-1-61取K=1.7，由表14-1-60，（5-6）現(xiàn)選用?！鄰澢鷱?qiáng)度初校通過。接觸疲勞強(qiáng)度的校核⑴分度圓上的圓周力⑵使用系數(shù)原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，鋼板磨按均勻平穩(wěn)沖擊考慮，按表14-1-64，取。⑶動(dòng)載系數(shù)＞1由圖14-1-17查得=1.21。⑷齒向載荷分布系數(shù)按7級(jí)精度，對(duì)稱支撐，裝配時(shí)對(duì)研跑合查表14-1-65，=1.12+=1.14⑸齒間載荷分配系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表11-3查得⑹接點(diǎn)區(qū)域系數(shù)由圖14-1-20查得。⑺彈性系數(shù)由表14-1-66查得，鋼對(duì)鋼的。⑻接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)由表14-1-67，⑼計(jì)算接觸應(yīng)力由表14-1-63，（5-7）=⑽接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)由表14-1-68，∴∵<，∴。⑾最小安全系數(shù)由表14-1-69，取。⑿潤滑劑系數(shù)選用的礦物潤滑油潤滑，由圖14-1-22查得。⒀速度系數(shù)由圖14-1-23，按⒁粗糙度系數(shù)大、小齒輪的齒面粗糙度系數(shù)取為，由式14-1-7由圖14-1-24，查得。⒂齒面工作硬化系數(shù)大、小齒輪全是軟齒面，。⒃接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)⒄許用接觸應(yīng)力由表14-1-63，（5-8）=⒅接觸強(qiáng)度判斷∵＜，∴接觸強(qiáng)度校核通過。彎曲疲勞強(qiáng)度的校核彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)由表14-1-9，。由式（14-1-10），由式（14-4-9），應(yīng)力修正系數(shù)由圖14-1-27，按查得。彎曲強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)由式14-1-11，彎曲強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)由式14-1-13，由式14-1-12，＞計(jì)算齒根應(yīng)力由表14-1-70，（5-9）=（5-10）=彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)由接觸疲勞強(qiáng)度校核得：由表14-1-73查得相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)由圖14-1-30，按值和調(diào)質(zhì)鋼，查得：相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)由表14-1-74查得，=1.674-0.529=1.04彎曲強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)由圖14-1-31查得，許用齒根應(yīng)力由表14-1-70，（5-11）=（5-12）=彎曲強(qiáng)度判斷∵＜，＜∴彎曲強(qiáng)度校核通過

4.3機(jī)械臂俯仰蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)傳動(dòng)功率不大，速度中等，蝸桿45鋼，因?yàn)橄Ｍ矢咝?，耐磨性好，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度45-55HRC，蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1金屬鑄造，為節(jié)約貴重金的有色金屬。僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100鑄造。按接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) a （3-）作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩按，=0.8=9.55/=9.550.750.8/62=86258確定載荷系數(shù)K，取=1.15=1=1.05所以得K==1.1511.05=1.21確定彈性影響系數(shù)=160（鑄錫青銅蝸輪與鋼蝸桿相配）確定接觸系數(shù)假設(shè)=0.35從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表11-18查得=2.9確定接觸應(yīng)力[]根據(jù)材料ZCuSn10P1，蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC，從表11-7查得蝸輪許用應(yīng)力=268MPaN=60j=6016246720=1.74壽命系數(shù)==067則[]==0.67268=179.56MPa計(jì)算中心距a=88.6取a=100.因?yàn)閕-15故從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表11-15中取模數(shù)m=3=50mm，這時(shí)==0.5從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖11-18，可查的接觸系數(shù)=2.6<2.9,所以計(jì)算結(jié)果可用。蝸桿主要參數(shù)軸向齒距Pa=15.7得直徑系數(shù)q=10齒頂園直徑=60，齒根圓=38，分度圓導(dǎo)角r=1836，蝸桿軸向齒厚Sa=5/2=7.85mm蝸輪主要參數(shù)齒數(shù)=65變位系數(shù)=-0.500驗(yàn)算傳動(dòng)比i=/=50/1=50誤差為=3.33%，在允許范圍內(nèi)，所以可行。蝸輪分度圓直徑=m=531=155mm蝸輪喉圓直徑=+2=155+25=165mm蝸輪齒根圓直徑=+2=155-21.25=143mm蝸輪喉母圓半徑=a-=100-=22.5mm校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度=當(dāng)量齒數(shù)==31/cos11.31=32.88根據(jù)=-0.5，=32.88從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖11-19查得齒形系數(shù)=3.3=1-r/140=1-11.31/140=0.9192=從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》11-8查得ZCuSn10P1制造蝸輪時(shí)許用彎曲應(yīng)力=56MPa壽命系數(shù)==0.564=3.30.9192=11.26MPa彎曲強(qiáng)度滿足要求。驗(yàn)算效率=（0.95~0.96）已知r=11.31，=arctan，與相對(duì)滑動(dòng)系數(shù)有關(guān)===2.564m/s插值法查得=0.0204，=1.168代入=0.86大于原來估計(jì)，因此不用從新計(jì)算。

4.4機(jī)械臂小臂帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算同步帶是一種特殊的傳動(dòng)裝置，其特點(diǎn)在于帶的工作面設(shè)計(jì)有特定齒形，與之配合的帶輪表面也加工有相應(yīng)的齒形。在運(yùn)行過程中，動(dòng)力通過帶與帶輪之間的嚙合傳遞，確保傳動(dòng)過程中帶與帶輪之間無相對(duì)滑動(dòng)。與傳統(tǒng)帶傳動(dòng)相比，同步帶具有傳動(dòng)比固定、不易打滑的優(yōu)勢(shì)，因此特別適用于需要精確傳動(dòng)比和高精度運(yùn)動(dòng)控制的場(chǎng)合。此外，同步帶能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離平行軸之間的動(dòng)力傳遞，且傳動(dòng)比可根據(jù)需求調(diào)整。在選型時(shí)，帶輪參數(shù)可通過標(biāo)準(zhǔn)表格查詢，且零部件采購成本相對(duì)較低，具有較高的經(jīng)濟(jì)性。同步帶選型計(jì)算主要包括以下步驟：首先，需明確傳動(dòng)裝置的功能需求，確定整體布局，并根據(jù)傳遞的功率、轉(zhuǎn)速及實(shí)際工作環(huán)境確定關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。接著，根據(jù)傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算帶傳動(dòng)的具體參數(shù)，如主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而確定小帶輪和大帶輪的直徑以及同步帶傳動(dòng)的中心距等。通過查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)等資料，確定同步帶的設(shè)計(jì)參數(shù)和具體規(guī)格，并對(duì)運(yùn)行過程中的功率、速度及拉力進(jìn)行計(jì)算，以確保傳動(dòng)過程中不會(huì)出現(xiàn)皮帶損壞等影響傳動(dòng)效率的現(xiàn)象。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，需結(jié)合實(shí)際工作環(huán)境和傳遞功率等條件，對(duì)同步帶傳動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，可通過增加張緊裝置來保證適當(dāng)?shù)膹埦o力，從而提高傳動(dòng)的穩(wěn)定性和可靠性。通過以上步驟，能夠確保同步帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足實(shí)際需求，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性和高效性。在帶傳動(dòng)的傳動(dòng)參數(shù)方面，其具體的傳動(dòng)參數(shù)如下表所示：項(xiàng)目參數(shù)傳動(dòng)功率0.5kW主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速120r/min從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速60r/min傳動(dòng)中心距160mm計(jì)算同步帶傳動(dòng)所需要的設(shè)計(jì)功率查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[13]表9-74得到同步帶的工況系數(shù)=1.6由公式 （3-1）將同步帶的工況系數(shù)=1.6帶入式（3-1）得：同步帶傳動(dòng)所需要的設(shè)計(jì)功率根據(jù)設(shè)計(jì)功率以及帶輪轉(zhuǎn)速查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[13]圖9-28同步帶選型圖，確定選用L型同步帶，查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[13]表9-76，得出該型號(hào)同步帶的節(jié)距=9.525mm。根據(jù)所選擇的袋型以及主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[13]表9-77小帶輪最少齒數(shù)表的，該型帶的最小齒數(shù)為12，本設(shè)計(jì)中為了滿足尺寸等方面的要求，最終確定小帶輪的齒數(shù)為=20。計(jì)算小帶輪節(jié)圓直徑由公式 （3-1）將=20，=9.525mm帶入式3-1，計(jì)算得：計(jì)算大帶輪齒數(shù)由公式 （3-1）式中：——傳動(dòng)比，計(jì)算得：計(jì)算大帶輪節(jié)圓直徑由公式 （3-1）將=40，=9.525mm帶入式3-1，計(jì)算得：計(jì)算同步帶運(yùn)行速度由公式 （3-1）將數(shù)據(jù)帶入計(jì)算得：初定中心距由公式 （3-1）將數(shù)據(jù)帶入計(jì)算得：取中心距計(jì)算帶節(jié)線長以及帶的齒數(shù)由公式 （3-1）將數(shù)據(jù)帶入計(jì)算得：節(jié)線長通過查找機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表9-82，選取相近的接線長度，最終選擇長度代號(hào)為270節(jié)線長度為=685.8的L型同步帶，節(jié)線長齒數(shù)Z=72。計(jì)算實(shí)際中心距由公式 （3-1）將數(shù)據(jù)帶入計(jì)算得：計(jì)算小帶輪嚙合齒數(shù)由公式 (3-1)將數(shù)據(jù)帶入計(jì)算得：計(jì)算基本額定功率由公式 (3-1)式中：——基準(zhǔn)帶寬的許用工作拉力，N——帶寬為的帶的質(zhì)量。查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：=245N，=0.096將數(shù)據(jù)帶入計(jì)算得：計(jì)算作用在軸上的力由公式（3-1）將數(shù)據(jù)代入計(jì)算得：確定帶輪結(jié)構(gòu)尺寸以及型號(hào)：同步帶為270L100GB/T11616

第四章快遞分揀機(jī)器人設(shè)計(jì)與建模4.1支撐模塊設(shè)計(jì)快遞分揀機(jī)器人的支撐模塊，是保障其穩(wěn)定運(yùn)行與精準(zhǔn)作業(yè)的關(guān)鍵架構(gòu)。大臂、大臂底座以及機(jī)械手小臂共同搭建起機(jī)械手臂的主體框架，宛如人體的骨骼一般，為其他各類零部件提供堅(jiān)實(shí)的安裝基礎(chǔ)與可靠支撐。大臂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸與軸1、軸2、軸3協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手臂各部分的靈活旋轉(zhuǎn)與運(yùn)動(dòng)連接，賦予機(jī)械手臂在空間中多方向、多角度作業(yè)的能力，使其能夠精準(zhǔn)地伸向分揀車架的各個(gè)角落，完成快遞分揀任務(wù)。底部連接座和底座作為機(jī)械手臂與工作平臺(tái)或車輛的連接樞紐，通過牢固的固定方式，確保機(jī)械手臂在復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境中始終保持穩(wěn)定。頂部推桿和頂瑞連接件則進(jìn)一步強(qiáng)化了機(jī)械手臂各部件之間的連接與支撐，有效增強(qiáng)了整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使機(jī)械手臂在頻繁的動(dòng)作過程中依然能夠保持良好的穩(wěn)定性。此外，支撐模塊中的骨架油封和黃油嘴承擔(dān)著密封與潤滑的重要職責(zé)，極大地減少了機(jī)械部件之間的摩擦與磨損，從而顯著提升機(jī)械手臂的使用壽命和工作效率。軸承蓋墊片和軸承到壓緊蓋子則專注于固定和保護(hù)軸承，為軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)保駕護(hù)航，確保機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)精度與穩(wěn)定性，最終助力機(jī)械手臂高效、穩(wěn)定地完成快遞分揀工作。圖4-1支撐模塊三維圖4.2驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)在快遞分揀機(jī)器人中，驅(qū)動(dòng)模塊是賦予其靈動(dòng)“生命”的核心組件，它為機(jī)械手臂的各個(gè)關(guān)節(jié)和動(dòng)作提供動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)控制，是實(shí)現(xiàn)高效分揀的關(guān)鍵。其中，100伺服電機(jī)與Motor100扮演著動(dòng)力源的重要角色，如同機(jī)械手臂的“心臟”，憑借先進(jìn)的控制技術(shù)，能夠精確調(diào)控轉(zhuǎn)速與扭矩，源源不斷地輸出動(dòng)力，為機(jī)械手臂的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)提供堅(jiān)實(shí)的動(dòng)力基礎(chǔ)，使其得以在分揀車架中靈活穿梭。為了使機(jī)械手臂能夠以合適的速度和力量完成分揀動(dòng)作，蝸輪蝸桿減速器裝配體、諧波減速器以及行星減速器協(xié)同工作。這些減速器如同精密的“動(dòng)力調(diào)節(jié)閥門”，對(duì)電機(jī)輸出的強(qiáng)勁動(dòng)力進(jìn)行合理的減速與增扭處理。通過這種巧妙的調(diào)節(jié)，機(jī)械手臂在抓取快遞時(shí)既能保證動(dòng)作的準(zhǔn)確性，又能避免因力量過大損傷果實(shí)，實(shí)現(xiàn)了高效且輕柔的分揀作業(yè)。而圓柱齒輪25×3、圓柱齒輪125×3等齒輪部件，則是驅(qū)動(dòng)模塊中的“動(dòng)力傳遞使者”。它們相互嚙合，緊密協(xié)作，將電機(jī)的動(dòng)力以及經(jīng)過減速器調(diào)節(jié)后的動(dòng)力，精準(zhǔn)地傳遞到機(jī)械手臂的各個(gè)關(guān)節(jié)。同時(shí)，通過巧妙的齒輪組合，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力方向的改變，使得機(jī)械手臂的不同關(guān)節(jié)能夠協(xié)同運(yùn)動(dòng)，從而準(zhǔn)確無誤地抵達(dá)分揀車架中的每一個(gè)分揀點(diǎn)，圓滿完成快遞分揀任務(wù)。圖4-2驅(qū)動(dòng)模塊三維圖4.3執(zhí)行模塊設(shè)計(jì)在快遞分揀機(jī)器人的復(fù)雜系統(tǒng)中，執(zhí)行模塊堪稱整個(gè)設(shè)備的“操作先鋒”，直接肩負(fù)著完成快遞抓取與分揀這一核心任務(wù)的重任，是機(jī)械手臂與實(shí)際作業(yè)對(duì)象——快遞的直接交互部分。2爪伺服夾爪模組作為執(zhí)行模塊的關(guān)鍵部件，宛如機(jī)械手臂的“靈巧手掌”。它依托先進(jìn)的伺服控制技術(shù)，能夠依據(jù)不同快遞的大小、形狀以及生長姿態(tài)，精準(zhǔn)地控制夾爪的開合度與抓取力度。這一特性至關(guān)重要，既能保證在面對(duì)脆弱的快遞時(shí)不造成絲毫損傷，又能確保在各種復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定地抓取快遞，為后續(xù)分揀動(dòng)作的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。而4Finger零件12，作為夾爪的得力輔助，能夠有效增加抓取時(shí)的穩(wěn)定性與適應(yīng)性，使夾爪在應(yīng)對(duì)不同生長狀態(tài)的快遞時(shí)都能游刃有余。爪頭和抓頭連接桿則是執(zhí)行模塊中實(shí)現(xiàn)力傳遞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它們?nèi)缤安僮骷~帶”，一頭連接著夾爪的機(jī)械動(dòng)力，一頭直接接觸快遞。通過巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，爪頭和抓頭連接桿將夾爪的動(dòng)作精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為對(duì)快遞的抓取操作，讓機(jī)械手臂能夠穩(wěn)穩(wěn)地握住快遞，然后完成分揀動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了從機(jī)械運(yùn)動(dòng)到實(shí)際分揀作業(yè)的完美轉(zhuǎn)換，成為整個(gè)快遞分揀流程中不可或缺的部分。圖4-3執(zhí)行模塊三維圖4.4整機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)快遞分揀機(jī)器人能夠高效完成分揀任務(wù)，依賴于支撐模塊、驅(qū)動(dòng)模塊與執(zhí)行模塊的協(xié)同配合。首先，伺服電機(jī)與Motor100作為驅(qū)動(dòng)模塊的動(dòng)力源啟動(dòng)，其輸出的動(dòng)力經(jīng)由蝸輪蝸桿減速器裝配體、諧波減速器、行星減速器進(jìn)行減速增扭。通過圓柱齒輪25×3、圓柱齒輪125×3等齒輪部件，將動(dòng)力傳遞至大臂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸、軸1、軸2、軸3等，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂的各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，調(diào)整機(jī)械手臂整體姿態(tài)，使執(zhí)行模塊能夠準(zhǔn)確到達(dá)快遞所在位置。在定位過程中，支撐模塊發(fā)揮關(guān)鍵作用。大臂、大臂底座、機(jī)械手小臂構(gòu)成的主體框架，為機(jī)械手臂提供穩(wěn)定支撐。底部連接座和底座將機(jī)械手臂穩(wěn)固地固定在工作平臺(tái)上，保障作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性。頂部推桿、頂瑞連接件等增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，軸類部件與相關(guān)連接組件確保機(jī)械手臂各部分能夠靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，讓機(jī)械手臂順利抵達(dá)分揀車架中快遞的生長位置。當(dāng)機(jī)械手臂到達(dá)指定位置后，執(zhí)行模塊開始工作。2爪伺服夾爪模組依據(jù)快遞的大小、形狀等實(shí)際情況，精確控制夾爪的開合度與抓取力度。4Finger零件12輔助夾爪，提升抓取的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。爪頭和抓頭連接桿將夾爪的動(dòng)作轉(zhuǎn)化為對(duì)快遞的抓取力，實(shí)現(xiàn)快遞的抓取。隨后，在驅(qū)動(dòng)模塊的動(dòng)力支持下，機(jī)械手臂反向運(yùn)動(dòng)，將分揀到的快遞放置到指定位置，完成整個(gè)分揀流程。整個(gè)過程中，骨架油封、黃油嘴等部件保障機(jī)械部件的良好潤滑，減少磨損，軸承蓋墊片、軸承到壓緊蓋子等保護(hù)軸承正常工作，確保機(jī)械手臂運(yùn)行的穩(wěn)定性和精度。圖4-4整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.5本章小結(jié)本章著重對(duì)快遞分揀機(jī)器人的執(zhí)行模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及支撐模塊等組成部分開展了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維建模工作。通過構(gòu)建三維模型，對(duì)機(jī)械手臂各模塊間的配合進(jìn)行了模擬與分析。結(jié)果顯示，各模塊結(jié)構(gòu)之間并無明顯的干涉現(xiàn)象，無論是執(zhí)行模塊在抓取動(dòng)作時(shí)與驅(qū)動(dòng)模塊動(dòng)力傳輸?shù)你暯?，還是支撐模塊對(duì)其他模塊穩(wěn)定支撐的同時(shí)不妨礙其運(yùn)動(dòng)，都表現(xiàn)良好。這表明該快遞分揀機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，完全契合高效分揀快遞的設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

總結(jié)

致謝

參考文獻(xiàn)[1]喜崇彬.輸送分揀技術(shù)與行業(yè)的新發(fā)展與新挑戰(zhàn)[J].物流技術(shù)與應(yīng)用,2020,25(08):58-60.[2]謝沖.懸掛式傳輸鏈智能分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].華中科技大學(xué),2020.[3]WILLIAMSP,DUTTAIK,DAOUDH.Asurveyonsecurityininternetofthingswithafocusontheimpactofemergingtechnologies[J].InternetofThings,2022,19:100564.[4]LIX,PAKC,BIK.Analysisofthedevelopmenttrendsandinnov