-PAGEII-鋼碼垛機(jī)器人設(shè)計與研究摘要隨著工業(yè)自動化和智能制造技術(shù)的快速發(fā)展，型鋼碼垛機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著日益重要的作用。本文旨在探討型鋼碼垛機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以滿足高效、精準(zhǔn)、穩(wěn)定的碼垛需求。通過對機(jī)械手的關(guān)節(jié)設(shè)計、臂部結(jié)構(gòu)、末端執(zhí)行器以及安全設(shè)計等方面的深入研究，實(shí)現(xiàn)型鋼碼垛機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計與性能提升。首先，關(guān)節(jié)設(shè)計方面，本文采用關(guān)節(jié)鉸鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，通過伺服電機(jī)和減速器的驅(qū)動，確保機(jī)械手的精準(zhǔn)運(yùn)動。共具有腰部轉(zhuǎn)動、大臂轉(zhuǎn)動、小臂轉(zhuǎn)動、小臂旋轉(zhuǎn)、腕部轉(zhuǎn)動的5個自由度運(yùn)動。完成各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動電機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型設(shè)計、采用三維建模軟件完成整機(jī)的三維建模和關(guān)鍵零部件的有限元強(qiáng)度分析。通過本文的研究，型鋼碼垛機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計得到了優(yōu)化和改進(jìn)，為工業(yè)生產(chǎn)提供了更加高效、精準(zhǔn)、穩(wěn)定的碼垛解決方案。同時，本文的研究成果為其他類型機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了有益的參考和借鑒。關(guān)鍵詞：碼垛機(jī)械手，傳動系統(tǒng)，伺服電機(jī)

DesignandResearchofSteelStackingRobotAbstractWiththerapiddevelopmentofindustrialautomationandintelligentmanufacturingtechnologies,thestructuralsteelpalletizingmanipulatorhasplayedanincreasinglyimportantroleinindustrialproduction.Thispaperaimstoexplorethestructuraldesignofthestructuralsteelpalletizingmanipulatortomeetthedemandsforefficient,accurate,andstablepalletizing.Throughin-depthresearchonthemanipulator'sjointdesign,armstructure,end-effector,andsafetydesign,theoptimizationandperformanceenhancementofthestructuralsteelpalletizingmanipulatorareachieved.Firstly,intermsofjointdesign,thispaperadoptsajointhingestructuredrivenbyservomotorsandreducerstoensureprecisemotionofthemanipulator.Itpossessesfivedegreesoffreedom,includingwaistrotation,largearmrotation,smallarmrotation,smallarmtwisting,andwristrotation.Theselectionanddesignofthedrivemotorsandactuatorsforeachjointarecompleted,andthree-dimensionalmodelingsoftwareisusedtocompletethethree-dimensionalmodelingoftheentiremachineandthefiniteelementstrengthanalysisofcriticalcomponents.Secondly,regardingthearmstructuredesign,high-strengthmaterialsareusedtofabricatetheconnectingrodstoensurestabilityunderloadconditions.Lightweightdesignisadoptedtoreducethemanipulator'sself-weight,increaseitsmotionspeedandacceleration,andlowerenergyconsumption.Additionally,thearmstructureisoptimizedtoenhanceitsrigidityandfatigueresistance.Fortheend-effector,thispaperdesignscorrespondinggraspingmechanismsbasedontheshape,size,andmaterialofthestructuralsteel.Modulardesignfacilitatescomponentreplacement,maintenance,andupgrades,reducingmaintenancecosts.Simultaneously,thestructureandperformanceofthegraspingmechanismareoptimizedtoimprovegraspingaccuracyandstability.Lastly,safetydesignisakeyfocusofthispaper.Keywords:palletizingmanipulator,transmissionsystem,servomotor目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1研究目的和意義 11.1課題背景 11.2國內(nèi)外研究進(jìn)展 21.2.1國外研究進(jìn)展 21.2.2國內(nèi)研究進(jìn)展 31.3本課題的主要研究內(nèi)容 41.4本章小結(jié) 4第2章碼垛機(jī)器人的方案設(shè)計 52.1碼垛機(jī)器人的分類 52.2碼垛機(jī)器人的預(yù)期目的 62.3方案的確定 72.4動力方式選擇 72.5本章小結(jié) 8第3章碼垛機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 93.1工作原理分析 93.2腰部的結(jié)構(gòu)設(shè)計 93.3大臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 93.4小臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 103.5小臂的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)設(shè)計 103.6腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計 113.7夾爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 113.8基于SolidWorks的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 123.9本章小結(jié) 13第4章關(guān)鍵零件的設(shè)計及計算 144.1小臂轉(zhuǎn)動的傳動方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計 144.1.1旋轉(zhuǎn)電機(jī)選型設(shè)計 144.1.2旋轉(zhuǎn)齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計 144.2大臂關(guān)節(jié)選型及設(shè)計 194.3小臂關(guān)節(jié)選型及設(shè)計 204.4腰部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)選型及設(shè)計 204.4.1確定驅(qū)動電機(jī) 204.4.2傳動系統(tǒng)的傳動參數(shù) 214.4.3蝸輪蝸桿減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計 214.5本章小結(jié) 24第5章有限元仿真校核計算 255.1有限元分析方法計算過程 255.2大臂有限元分析 255.3底座轉(zhuǎn)架有限元分析 275.4本章小結(jié) 30第6章經(jīng)濟(jì)效益分析 316.1經(jīng)濟(jì)前景分析 316.2制造成本分析 336.2.1標(biāo)準(zhǔn)件經(jīng)濟(jì)成本分析 336.2.2非標(biāo)準(zhǔn)件經(jīng)濟(jì)成本分析 336.2.3工時經(jīng)濟(jì)成本分析 336.2.4成本核算 34結(jié)論 35參考文獻(xiàn) 36致謝 37

-型鋼碼垛機(jī)器人設(shè)計與研究第1章緒論1.1研究目的和意義1.1課題背景隨著工業(yè)4.0時代的到來，自動化和智能化生產(chǎn)已成為工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。在倉儲、物流、制造等行業(yè)，自動化設(shè)備的廣泛應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)效率，降低了人力成本。其中，碼垛機(jī)械手作為一種重要的自動化設(shè)備，在貨物碼垛、搬運(yùn)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。碼垛機(jī)械手是集機(jī)械、電子、計算機(jī)、傳感器等多學(xué)科技術(shù)于一體的智能裝備。它可以根據(jù)預(yù)設(shè)的程序，自動抓取、搬運(yùn)、碼放不同形狀、尺寸的貨物，實(shí)現(xiàn)貨物的自動化、智能化處理。近年來，隨著物流行業(yè)的快速發(fā)展，對碼垛機(jī)械手的需求也日益增長。然而，目前我國在碼垛機(jī)械手領(lǐng)域的技術(shù)水平相對滯后，大部分高端設(shè)備依賴進(jìn)口。因此，加強(qiáng)碼垛機(jī)械手的研究與開發(fā)，提高自主創(chuàng)新能力，對于推動我國工業(yè)自動化進(jìn)程、提升國際競爭力具有重要意義。碼垛機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)貨物的快速、準(zhǔn)確碼垛，大大提高了生產(chǎn)效率。與傳統(tǒng)的人工碼垛相比，碼垛機(jī)械手可以在短時間內(nèi)完成大量貨物的碼垛工作，減少了人力投入，縮短了生產(chǎn)周期。隨著人力成本的不斷上升，企業(yè)對于降低人力成本的需求日益迫切。碼垛機(jī)械手的引入，可以替代部分人工操作，降低企業(yè)的人力成本。同時，機(jī)械手還可以避免人工操作中的安全隱患，提高工作安全性。碼垛機(jī)械手采用精確的控制系統(tǒng)和傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對貨物的精確抓取和碼放。這不僅可以保證貨物的整齊排列，還可以避免貨物在搬運(yùn)過程中的損傷，提升產(chǎn)品質(zhì)量。碼垛機(jī)械手作為自動化設(shè)備的代表，其研發(fā)與應(yīng)用可以推動工業(yè)自動化進(jìn)程。隨著自動化設(shè)備的普及和應(yīng)用，企業(yè)的生產(chǎn)效率將得到進(jìn)一步提升，產(chǎn)品質(zhì)量將更加穩(wěn)定可靠，從而推動整個行業(yè)的升級轉(zhuǎn)型。碼垛機(jī)械手的研發(fā)涉及多個學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)融合與創(chuàng)新。通過深入研究碼垛機(jī)械手的控制算法、傳感器技術(shù)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面的問題，可以促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。同時，隨著碼垛機(jī)械手在各個領(lǐng)域的應(yīng)用推廣，將帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的升級轉(zhuǎn)型，推動產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化與發(fā)展。當(dāng)前，全球范圍內(nèi)對于自動化設(shè)備的需求不斷增長。我國在碼垛機(jī)械手領(lǐng)域的技術(shù)水平和市場份額仍有較大提升空間。通過加強(qiáng)碼垛機(jī)械手的研究與開發(fā)，提高自主創(chuàng)新能力，可以推動我國在該領(lǐng)域的國際競爭力提升，為我國工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)的國際化發(fā)展提供有力支撐。1.2國內(nèi)外研究進(jìn)展1.2.1國外研究進(jìn)展圖1-1FUJI碼垛機(jī)器人圖1-2ABB碼垛機(jī)器人圖1-3KUKA碼垛機(jī)器人1.2.2國內(nèi)研究進(jìn)展1.3本課題的主要研究內(nèi)容本文所做的工作包括：1)研究了碼垛機(jī)器人的組成，具有多個自由度，可以完成型鋼的物料搬運(yùn)。2)單節(jié)工字鋼：預(yù)估重量為15kg。3)對碼垛式機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，并對構(gòu)成碼垛式機(jī)器人的各部分進(jìn)行了選擇與設(shè)計。底盤、大臂、小臂等結(jié)構(gòu)，主要是電機(jī)的選擇、減速裝置的選擇和強(qiáng)度的檢查。腕部的電機(jī)和減速裝置的選擇，傳動裝置的選擇和強(qiáng)度的檢查。4)利用SolidWorks軟件對各個零件進(jìn)行了三維建模，并對其薄弱零件完成了有限元強(qiáng)度分析設(shè)計。1.4本章小結(jié)本文首先介紹了碼垛式機(jī)器人，然后在參考了國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)之后，確定了本文的研究目標(biāo)及重要性，并給出了總體的設(shè)計思路，并對其在應(yīng)用中存在的一些問題進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的對策。第2章碼垛機(jī)器人的方案設(shè)計碼垛機(jī)器人能夠完成預(yù)先設(shè)定的任務(wù)，達(dá)到精確的位置，并且穩(wěn)定。本文設(shè)計的機(jī)器人是一種利用多個關(guān)節(jié)，能夠完成對特定地點(diǎn)的貨物的裝卸和處理。2.1碼垛機(jī)器人的分類（1）直角坐標(biāo)式這種類型的機(jī)器人主要應(yīng)用于高精度運(yùn)動、物料搬運(yùn)等場合，其優(yōu)點(diǎn)是編程容易，缺點(diǎn)是需要導(dǎo)向裝置，它具有較低的通用性、較大的占地面積、較低的機(jī)動性和較大的機(jī)械結(jié)構(gòu)。圖2-1直角坐標(biāo)式（2）關(guān)節(jié)坐標(biāo)式該機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與人類的胳膊相似，只使用了幾個旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的動作。其不足之處在于其構(gòu)造比較復(fù)雜，不易操縱，而且負(fù)載的質(zhì)量也不高，因此通常采用此結(jié)構(gòu)。圖2-2關(guān)節(jié)坐標(biāo)式（3）圓柱坐標(biāo)式圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)是指機(jī)器人在水平面上做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，在其他方向做直線運(yùn)動。該型機(jī)械臂結(jié)構(gòu)相對簡單，但精確度尚可，經(jīng)常被應(yīng)用于裝卸操作。它的作業(yè)區(qū)域為圓筒形。圖2-3圓柱坐標(biāo)式（4）球坐標(biāo)式球體坐標(biāo)系是指機(jī)器人手臂進(jìn)行回轉(zhuǎn)、俯仰及伸縮運(yùn)動。該機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，但是準(zhǔn)確性較差。它的工作區(qū)域為類球面結(jié)構(gòu)，用于裝卸操作。圖2-4球坐標(biāo)式通過對以上四種設(shè)計方法的比較，從實(shí)現(xiàn)相對簡潔、便于操作的角度出發(fā)，選擇了具有關(guān)節(jié)坐標(biāo)式的機(jī)械臂作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)；該系統(tǒng)能達(dá)到機(jī)械的移動需求。2.2碼垛機(jī)器人的預(yù)期目的碼垛式機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上應(yīng)該滿足下列條件：(1)該機(jī)的機(jī)械構(gòu)造較為簡便，具有較好的實(shí)用性。(2)本機(jī)使用簡單，容易讓使用者迅速掌握。(3)提高了機(jī)械的安全性，避免了對操作者的意外傷害。(4)該材質(zhì)抗腐蝕能力強(qiáng)，抗磨損能力強(qiáng)。(5)設(shè)備的后期清潔和維修方便。(6)滿足環(huán)境保護(hù)的需要。(7)機(jī)床要盡量節(jié)約費(fèi)用，節(jié)約費(fèi)用。2.3方案的確定本文所研制的碼垛式機(jī)器人，適用于型材的裝載和運(yùn)輸。本機(jī)按照作業(yè)的需要，分為底座、腰、臂、腕等5個自由度。其驅(qū)動形式為電機(jī)和減速齒輪共同作用，采用夾爪完成型材的搬運(yùn)和夾緊。2.4動力方式選擇（1）電動方式電動傳動的優(yōu)勢：因為電動機(jī)是當(dāng)今機(jī)器中最普遍的傳動裝置，而電動裝置的應(yīng)用場合也更多樣，所以，在電機(jī)的發(fā)展過程中，電機(jī)的類型也越來越多，根據(jù)電源的驅(qū)動方式，可以將其分為直流電機(jī)、交流電機(jī)，根據(jù)能否精確地停止，可以將其分為同步電機(jī)、異步電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)等。電動傳動的優(yōu)勢在于購置成本低廉，無需外部搭建電源，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，容易實(shí)現(xiàn)。缺陷：動力性能差，通常要配合減速機(jī)或變速器。（2）氣動方式采用氣動傳動裝置，優(yōu)勢是工作介質(zhì)潔凈，無污染，動作迅速。缺陷：傳動性能差，通常無法實(shí)現(xiàn)大負(fù)荷的傳動。噪聲大，不能再高溫環(huán)境下運(yùn)行。定位控制不能實(shí)現(xiàn)，只能實(shí)現(xiàn)最后兩個定位的往復(fù)動作。（3）拖拉機(jī)牽引方式總體構(gòu)造相對比較簡單，動力傳遞是由牽引拖拉機(jī)的主軸來驅(qū)動，無需外部電源，可以確保整機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。（4）方案確定通過分析上述方案，選擇電動機(jī)作為動力傳遞方式，整體結(jié)構(gòu)較為簡單，能夠適用于各種工作場合。2.5本章小結(jié)在這一章里，分別對碼垛機(jī)器人、鉸鏈坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)系和球坐標(biāo)式機(jī)器人的特性進(jìn)行了解讀，并與市場上的各種碼垛型機(jī)器人作了比較；得出它們各自具有優(yōu)點(diǎn)，但也有共性不足之處，從而使碼垛機(jī)器人的設(shè)計目標(biāo)更加清晰。在此基礎(chǔ)上，通過比較已有的各種方案，并對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，闡明每種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最后將鉸鏈坐標(biāo)機(jī)械臂作為此次堆碼機(jī)器人的最后結(jié)構(gòu)。在驅(qū)動形式方面，對電力驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和液壓驅(qū)動三種驅(qū)動模式進(jìn)行了對比分析，最后確定了驅(qū)動模式為電動機(jī)。

第3章碼垛機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1工作原理分析本文設(shè)計碼垛式機(jī)器人主要負(fù)責(zé)搬運(yùn)和卸載型鋼，因此對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的設(shè)計，碼垛式機(jī)器人的腰部有一個可轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)了腰部的回轉(zhuǎn)。利用旋轉(zhuǎn)的鉸鏈來實(shí)現(xiàn)大臂的旋轉(zhuǎn)。小臂為并聯(lián)四連桿結(jié)構(gòu)。手腕構(gòu)造使用獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。整個碼垛式機(jī)器人采用5個自由動作，使其整體移動更加穩(wěn)定，能夠很好地適應(yīng)移動的需要。此碼垛機(jī)器人共有五個自由度，每一個自由度的實(shí)施方法為：電機(jī)經(jīng)由蝸桿機(jī)構(gòu)帶動腰部轉(zhuǎn)動；由電動機(jī)驅(qū)動大臂的活動關(guān)節(jié)，驅(qū)動減速裝置旋轉(zhuǎn)；小臂的活動關(guān)節(jié)通過小臂驅(qū)動并聯(lián)的四連桿；小臂旋轉(zhuǎn)部分使用電機(jī)驅(qū)動齒輪，以實(shí)現(xiàn)整個結(jié)構(gòu)的傳動；腕部關(guān)節(jié)采用電機(jī)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)腕部轉(zhuǎn)動。3.2腰部的結(jié)構(gòu)設(shè)計腰部承受整機(jī)的重量，并起到旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的功能，在腰部外側(cè)裝有一個驅(qū)動電機(jī)，由電動機(jī)帶動蝸桿旋轉(zhuǎn)，可以帶動整機(jī)的轉(zhuǎn)動。圖3-1腰部轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)3.3大臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計大臂由電動機(jī)、減速機(jī)和由電動機(jī)驅(qū)動的連桿結(jié)構(gòu)組成。電機(jī)、轉(zhuǎn)軸及減速裝置安裝于大臂與傳動關(guān)節(jié)之間的關(guān)節(jié)部，以達(dá)到驅(qū)動大臂轉(zhuǎn)動運(yùn)動的目的。圖3-2大臂轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)3.4小臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計小臂的結(jié)構(gòu)是由一個并聯(lián)四桿機(jī)構(gòu)組成，外部有一個電機(jī)、一個轉(zhuǎn)軸和一個減速器，它可以帶動一個并聯(lián)四桿機(jī)構(gòu)的移動，從而使小臂可以進(jìn)行上下移動。圖3-3小臂轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)3.5小臂的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)設(shè)計為使該機(jī)器人能在各種姿勢下均能達(dá)到對物料的處理和裝載需求，本文采用了小臂轉(zhuǎn)動裝置，該裝置由傳動電機(jī)驅(qū)動齒輪，并由齒輪帶動小臂轉(zhuǎn)動。這樣就可以完成小臂的旋轉(zhuǎn)。圖3-4腕部結(jié)構(gòu)3.6腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計本文設(shè)計了腕部關(guān)節(jié)，能夠調(diào)節(jié)夾爪的動作姿態(tài)，通過驅(qū)動電機(jī)帶動腕部關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，進(jìn)而，能夠帶動夾爪完成轉(zhuǎn)動，整體結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖3-5腕部結(jié)構(gòu)3.7夾爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)型鋼的尺寸，完成了氣動夾爪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用氣缸驅(qū)動，可以完成型鋼的夾取作用，整體結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖3-6夾爪結(jié)構(gòu)3.8基于SolidWorks的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計三維軟件是一種非常有用的設(shè)計手段，可以讓設(shè)計師更加直接地建立起整個機(jī)器的三維模型，并且可以看到每一個部件的設(shè)計是不是正確的，這可以讓設(shè)計者的工作效率得到很大的提升。在該模型的指導(dǎo)下，進(jìn)行了相應(yīng)的二次平面圖繪制及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等工作。SolidWorks是一款應(yīng)用最為廣泛的非標(biāo)產(chǎn)品的三維造型工具，該產(chǎn)品的特點(diǎn)是易于用戶掌握，總體的界面更加直觀；另外SolidWorks還提供了各種輔助工具，內(nèi)置了各種常見的零件和零件，大大縮短了設(shè)計者的工作時間。本項目擬利用SolidWorks軟件對碼垛式機(jī)器人進(jìn)行整體造型。其具體的構(gòu)造，基本上是按照上述的尺度結(jié)構(gòu)來進(jìn)行的，其設(shè)計思路是按照由下往上的原理來進(jìn)行的，先對一些關(guān)鍵的非標(biāo)部件進(jìn)行加工。在此基礎(chǔ)上，以此為依據(jù)進(jìn)行其它零部件的非標(biāo)類零部件的造型；等所有的部件都建立好了模型，就可以建立一個三維的組件，然后將所有的組件都進(jìn)行三維拼接。通常要用螺栓、螺母等標(biāo)準(zhǔn)件來進(jìn)行安裝，也可以通過工具box插件等標(biāo)準(zhǔn)的插件，將我們所要求的那些部件，導(dǎo)入到我們所要求的那些部件中，然后在它們之間發(fā)生相互干擾等情況下，進(jìn)行組裝和組裝；通過對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)對上述部件的設(shè)計和三維組裝。本論文以堆碼機(jī)器人為研究對象，該裝置比較復(fù)雜，其構(gòu)成部件很多，主要有電機(jī)、傳動部件、連接部件、支承部件等，在實(shí)際的設(shè)計中，根據(jù)各部件的大小，單獨(dú)建立模型，組裝起來，整個設(shè)備的結(jié)構(gòu)建模見下圖。圖3-7碼垛機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)3.9本章小結(jié)在此基礎(chǔ)上，對碼垛式機(jī)器人的工作機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并對每一種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，包括基座、腰部機(jī)構(gòu)、大臂轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、小臂轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)及手腕部位等。在此基礎(chǔ)上，確定了各機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計思想，并進(jìn)行了整體機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計。

第4章關(guān)鍵零件的設(shè)計及計算4.1小臂轉(zhuǎn)動的傳動方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1.1旋轉(zhuǎn)電機(jī)選型設(shè)計伺服電機(jī)是一種常見的工業(yè)電機(jī)，其得名于其能夠精確地跟隨和復(fù)現(xiàn)輸入的指令動作。它廣泛應(yīng)用于各種自動化設(shè)備和系統(tǒng)中，如數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、電子設(shè)備等。伺服電機(jī)具有高精度、快速響應(yīng)、低慣性等特點(diǎn)，能夠滿足各種復(fù)雜和精確的運(yùn)動控制需求。伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于其高精度和高可靠性。由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)精密，并且采用了先進(jìn)的控制技術(shù)，使得伺服電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的位置控制和速度控制。同時，伺服電機(jī)還具有快速響應(yīng)的特點(diǎn)，能夠在短時間內(nèi)達(dá)到最大速度或停止。此外，伺服電機(jī)還具有低慣性和高效率的特點(diǎn)，能夠減少機(jī)械沖擊和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。考慮到本次的使用工況要求，本項目選用伺服電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)。轉(zhuǎn)動裝置的傳動速度為20r/min，預(yù)估型鋼重量為15kg，并計算出轉(zhuǎn)動力矩。（4-1）（4-2）電機(jī)加速的時間為1秒，可以計算轉(zhuǎn)矩（4-3）在保證安全前提下，留有一定的安全系數(shù)，選用HF-MP23B型伺服電動機(jī)，輸出功率0.2kW，最大轉(zhuǎn)矩1.9N.m，滿足使用規(guī)范。本課題選擇的是KB精密伺服齒輪減速器，其速度范圍為3~1000，選用了減速比為1:4的行星減速器，選用了額定轉(zhuǎn)矩14.8N.m、齒輪比4、齒輪效率達(dá)到97%的KB40-4行星減速器。4.1.2旋轉(zhuǎn)齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計齒輪是一種常見的傳動形式，它的特點(diǎn)是能夠根據(jù)電機(jī)的速度變化而產(chǎn)生的剛度傳遞。齒輪傳動既能作加速，又能作減速，但受體積制約，通常情況下，普通的齒輪傳動是無法達(dá)到大速比的，通常單級的最大速比都在6以下。該裝置可以用一個齒輪構(gòu)成，利用一個齒輪轉(zhuǎn)動，兩個齒輪通過嚙合來完成彼此的傳遞，該裝置的傳輸效率很高，通?？梢赃_(dá)到99%。圖4-1齒輪傳動機(jī)構(gòu)從齒輪的工藝特性及力學(xué)強(qiáng)度等方面，選用小齒輪40Cr、大齒輪45鋼，并對其進(jìn)行了淬火，以改善其表層硬度；其表面硬度分別為250HBS和220HBS齒輪傳動功率為0.2kw，小齒輪轉(zhuǎn)速取50r/min，轉(zhuǎn)速比取2.5。（1）確定齒輪的工作條件1)按齒輪形式，選用直齒輪。2)該裝置的加工精度達(dá)到7個等級。3)小齒輪的齒數(shù)z1=23，大齒輪齒數(shù)z2=z1×i=57.5，取57。（2）接觸面的應(yīng)力分析1可求出齒輪尺寸 （4-4）2)參數(shù)計算得出①選擇KHt=1.3②傳輸轉(zhuǎn)矩的計算: ③齒形寬度系數(shù)為φd=1④區(qū)域參數(shù)為ZH=2.49⑤材質(zhì)參量為ZE=189.8√MPa。⑥通過計算得出。 （4-5） （4-6）（4-7）（4-8）⑦確定應(yīng)力參數(shù)查閱表格測定許用疲勞強(qiáng)度在工作條件下，可以得到： （4-9） （4-10）工作轉(zhuǎn)動參數(shù) 可以從所述計算的參數(shù)中得出(4-11)(4-12)將以上數(shù)值進(jìn)行比較，并將所選內(nèi)容設(shè)置為 3)可計算得出齒輪直徑（4-13）（3）計算齒輪直徑1)傳動裝置的傳動參數(shù)的計算。①計算轉(zhuǎn)速 （4-14）②計算齒輪的寬度 （4-15）2)修正荷載系數(shù)①計算出工作狀態(tài)因子KA=1②求出速度系數(shù)Kv=1.1計算出該齒輪的負(fù)載參量KHα=1.2依據(jù)齒輪的排列方式，確定KHβ=1齒輪修配參數(shù)的計算（4-16）調(diào)整后的輪齒直徑 （4-17）確定模數(shù) （4-18）（4）齒輪的尺寸計算1）齒輪的間距 （4-19）2）齒輪尺寸 （4-20） （4-21）3）齒根圓尺寸 （4-22） （4-23）4）齒頂圓尺寸 （4-24） （4-25）（5）抗彎強(qiáng)度的計算可以根據(jù)下式計算 （4-26）齒輪的寬度b=b2=75齒數(shù)參數(shù)查表確定 選定工作條件參數(shù)KFt=1.3能推導(dǎo)出 （4-27）能查表得出傳動裝置的強(qiáng)度 可求出傳動裝置的壽命參數(shù) 計算許用強(qiáng)度 （4-28） （4-29）完成應(yīng)力計算 能夠達(dá)到應(yīng)用的需要。圖4-2小齒輪結(jié)構(gòu)圖圖4-3大齒輪結(jié)構(gòu)圖4.2大臂關(guān)節(jié)選型及設(shè)計大臂關(guān)節(jié)所使用的電動機(jī)必須可以在指定的地方進(jìn)行停、起等操作，常規(guī)的DC無刷電動機(jī)不能達(dá)到這一要求，必須使用步進(jìn)電動機(jī)或伺服電動機(jī)。這兩種電動機(jī)中，最常見的就是步進(jìn)電動機(jī)，它比較昂貴，但它的步進(jìn)角度比較?。辉撓到y(tǒng)具有更高精度的定位精度，適用于對停車部位有高需求的場合。步進(jìn)電動機(jī)的步進(jìn)角度很大，因而對它的停車位置進(jìn)行精確的控制，但也會受到限制。該方法造價低廉，適用于某些對停車定位精度有一定需求的場合?？傊?，從該工程實(shí)際運(yùn)行情況來看，采用伺服電動機(jī)能夠滿足系統(tǒng)的需求，并能實(shí)現(xiàn)高精度的控制；具有較高的操作穩(wěn)定性，可以有效地對關(guān)節(jié)進(jìn)行保護(hù)。轉(zhuǎn)動裝置的傳動速度為20r/min，預(yù)估型鋼重量為15kg，大臂重量為5kg，旋轉(zhuǎn)半徑為0.65m，并得出轉(zhuǎn)動力矩。（4-30）（4-31）電機(jī)加速的時間為1秒，可以計算轉(zhuǎn)矩（4-32）本課題選擇的是KB精密伺服齒輪減速器，選用了減速比為1:5的行星減速器，選用了額定轉(zhuǎn)矩30N.m的KB40-5行星減速器。在保證安全前提下，留有一定的安全系數(shù)，選用HF-SP51B型伺服電動機(jī)，輸出功率0.5kW，最大轉(zhuǎn)矩4.77N.m，滿足使用規(guī)范。4.3小臂關(guān)節(jié)選型及設(shè)計小臂電機(jī)選型同大臂電機(jī)選型思路，采用伺服電機(jī)即可達(dá)到設(shè)計要求。轉(zhuǎn)動裝置的傳動速度為20r/min，預(yù)估型鋼重量為15kg，小臂重量為3kg,旋轉(zhuǎn)半徑為0.67m，并計算出轉(zhuǎn)動力矩。（4-33）（4-34）電機(jī)加速的時間為1秒，可以計算轉(zhuǎn)矩（4-35）本課題選擇的是KB精密伺服齒輪減速器，選用了減速比為1:5的行星減速器，選用了額定轉(zhuǎn)矩30N.m的KB40-5行星減速器。在保證安全前提下，留有一定的安全系數(shù)，選用HF-SP51B型伺服電動機(jī)，輸出功率0.5kW，最大轉(zhuǎn)矩4.77N.m，滿足使用規(guī)范。4.4腰部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)選型及設(shè)計4.4.1確定驅(qū)動電機(jī)同大臂以及小臂的電機(jī)選型思路，采用伺服電機(jī)即可達(dá)到設(shè)計要求。轉(zhuǎn)動裝置的傳動速度為20r/min，預(yù)估型鋼重量為15kg，連接軸重量為5kg，旋轉(zhuǎn)半徑為1.15m，并計算出轉(zhuǎn)動力矩。（4-36）（4-37）電機(jī)加速的時間為1秒，可以計算轉(zhuǎn)矩（4-38）選用蝸輪蝸桿減速器，傳動比為1:50，選取的電機(jī)型號是HF-MP51B型伺服電動機(jī)，轉(zhuǎn)矩3.5N?m，轉(zhuǎn)速940r/min，功率0.35kW。4.4.2傳動系統(tǒng)的傳動參數(shù)各軸的傳動功率P1=P0=0.34KWP2=P1=0.24KW確定各軸轉(zhuǎn)速nn2=n滾筒=940確定各軸扭矩T1=9550×P1n1=3.45N?T2=9550×P2n2因此，綜合上述分析，得出了相應(yīng)的蝸桿軸和蝸桿軸的運(yùn)動特征，詳細(xì)數(shù)據(jù)見下表。表4-1各軸運(yùn)動特性名稱功率Kw轉(zhuǎn)速扭矩蝸桿軸0.349403.45蝸輪軸0.2418.81224.4.3蝸輪蝸桿減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計在機(jī)器傳輸?shù)臋C(jī)構(gòu)中，最常用的是蝸輪蝸桿，它是一種在減速時，齒輪與轉(zhuǎn)速相對較高的齒輪與低速相聯(lián)接；該蝸輪與轉(zhuǎn)速較快的端部相聯(lián)接，從而達(dá)到了直角驅(qū)動的目的。一般來說，減速比大的都叫齒輪減速器，但它會使整機(jī)的尺寸增大，降低了機(jī)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的緊湊度；因此，這一次的腰間構(gòu)造采用了蝸輪蝸桿減速機(jī)來驅(qū)動。這種傳動方式有很多優(yōu)點(diǎn)，例如整體機(jī)械機(jī)構(gòu)緊湊，傳動比大，垂直傳動等。蝸輪蝸桿傳動既能增強(qiáng)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠度和穩(wěn)定度，又能縮短安裝工序，缺點(diǎn)是該傳動機(jī)構(gòu)的傳輸效率很低，通常僅為70%，在傳輸時會有大量的發(fā)熱，如果不能通過適當(dāng)?shù)姆椒▉韺ζ溥M(jìn)行冷卻，那么減速箱的內(nèi)部機(jī)構(gòu)就會因過熱而發(fā)生熱磨損。圖4-4蝸輪蝸桿減速器在對其進(jìn)行加工時，應(yīng)根據(jù)工藝要求，對其運(yùn)行的可靠性進(jìn)行了分析。渦輪蝸輪在服役過程中容易發(fā)生熱腐蝕、疲勞及齒面變形等情況，通過對其原因進(jìn)行了研究，認(rèn)為選用不適當(dāng)或采用不適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計是造成這種現(xiàn)象的主要原因。從蝸輪蝸桿的實(shí)際設(shè)計構(gòu)造和工作機(jī)理出發(fā)，考慮到該齒輪的實(shí)際使用條件和成本，選用45鋼材制作，該材質(zhì)還可應(yīng)用于轉(zhuǎn)軸、螺桿的加工。經(jīng)過持續(xù)的生產(chǎn)研究，我們認(rèn)識到，45鋼用作制造材料能夠延長機(jī)器的工作壽命和機(jī)械性能，能夠滿足目前對工件的性能和表面粗糙度等方面的要求。此外，45鋼材的購買和生產(chǎn)費(fèi)用都很低，可以確保經(jīng)濟(jì)效益。圖4-5蝸桿結(jié)構(gòu)蝸輪截面尺寸大，對零件的材質(zhì)提出了更高的要求，對其機(jī)械性能提出了更高的要求，單一的材質(zhì)無法滿足其綜合性能需求；用于生產(chǎn)超過兩種原料。內(nèi)核可以用灰口，這樣可以方便地對結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的部件進(jìn)行切削，外殼則是用ZCuSn10P1材料制作。同時，也可改善蝸桿傳動的品質(zhì)，確保蝸桿傳動長期、高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。圖4-6蝸輪結(jié)構(gòu)可以用下列公式來檢驗強(qiáng)度（4-44）計算扭矩（4-45）查閱有關(guān)數(shù)據(jù)，計算荷載因子;使用因子；動力負(fù)荷因子。（4-46）結(jié)合蝸輪蝸桿制造所用的材質(zhì)，參考有關(guān)文獻(xiàn)，確定了材質(zhì)因數(shù)取決于設(shè)計需求，蝸輪的數(shù)量Z1=1蝸輪齒數(shù)與蝸桿配合的45鋼制作，容許應(yīng)力應(yīng)力周期數(shù)（4-47）利用期限因子（4-48）得出許用應(yīng)力（4-49）可以計算得出通過查閱表格，可以得出中心距為180mm，蝸桿分度圈為63mm，模數(shù)為6.3mm，，導(dǎo)向角度5°42′38’’。幾何參量的確定中心距（4-50）蝸輪齒數(shù)：50分度圓的直徑：（4-51）4.5本章小結(jié)在這一章中，重點(diǎn)是對每一種驅(qū)動結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計與計算，接著對一些重要的零件如齒輪、蝸桿、螺桿等進(jìn)行了選擇與校驗，并對其進(jìn)行了檢驗，并對其進(jìn)行了選擇與分析。更少的零件，更可靠。

第5章有限元仿真校核計算5.1有限元分析方法計算過程有限元法是把一個對象劃分為若干個非常微小的單元，并對各單元間的應(yīng)力狀況進(jìn)行了分析，從而把該單元單元的各單元單元的應(yīng)力分布情況進(jìn)一步地轉(zhuǎn)移到整個單元上；能得到被測體的應(yīng)力解析解，此解析法已成為力學(xué)、運(yùn)動學(xué)、流體力學(xué)的常用手段；通過對各種不同類型的部件進(jìn)行振動仿真和仿真，對設(shè)計人員有很大的幫助。(1)建模：有限元計算基于一個模型，此模式主要用于三維模式，但是也可以使用二維的平面模式。既要從構(gòu)件的真實(shí)構(gòu)造出發(fā)，又要與構(gòu)件的特性相融合，使其達(dá)到最小化的目的；這種方法可以方便地進(jìn)行網(wǎng)格剖分，節(jié)省了整體的開發(fā)周期。(2)荷載作用：由有限元法建立的空間結(jié)構(gòu)，通常會受到外部荷載和外部荷載的影響，所以要對被測構(gòu)件的真實(shí)應(yīng)力進(jìn)行計算；在工作表面上對其進(jìn)行加載，由于其力學(xué)特性的差異，使得一件零件可能承受多種加載條件。(3)應(yīng)用固定限制：根據(jù)被加工對象的具體構(gòu)造特點(diǎn)，對被加工對象進(jìn)行定位和限制，加工過程中必須對被加工對象進(jìn)行定位限制，僅對被加工對象進(jìn)行適當(dāng)?shù)南拗?；只有這樣，才能確保零件的安裝。(4)對有限元進(jìn)行解析：在對被測構(gòu)件進(jìn)行荷載作用后，對其進(jìn)行剖分、進(jìn)行有限元計算，即可得到其所需的數(shù)值解；通?？梢缘玫焦ぜ臏囟?，應(yīng)力，應(yīng)變等狀況。5.2大臂有限元分析上臂為一種典型的懸臂受力梁，所以其上臂的一端被固定于該聯(lián)接接頭上，而另一端則承擔(dān)著工件的作用力；由于該機(jī)構(gòu)的受力比較苛刻，所以本文對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行了有限元法的計算，并對其進(jìn)行了強(qiáng)度計算。圖5-1有限元模型1) 設(shè)置材料屬性所選擇的材質(zhì)是常用的Q235鋼，該鋼被廣泛用于加工各種支架，連接板，鋼板等。2)劃分網(wǎng)格在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于四面體的自動剖分算法，網(wǎng)格模型如下圖所示。圖5-2網(wǎng)格模型3）施加約束和載荷在此基礎(chǔ)上，通過對大臂的荷載進(jìn)行了研究，選取了200N的設(shè)計荷載，能夠較好地反映出大臂的實(shí)際工作情況，在大臂軸承固定塊施加固定載荷。圖5-3載荷模型4）分析結(jié)果下兩幅圖表是大臂受力和變形云圖。圖5-4整體應(yīng)力模型圖由上述應(yīng)力圖可以看到，大臂上的最大應(yīng)力為4.5Mpa，其應(yīng)力值很低，對裝置的正常使用沒有任何影響。從許用壓力100Mpa可知，其承載的壓力低于材料所能承載的壓力，所以不會發(fā)生超載破壞。圖5-5整體變形圖從位移云圖可以看出，懸臂托架的最大位移發(fā)生在懸臂末端，其最大位移只有0.03mm，此變形較小，可以滿足高質(zhì)量的工作要求。5.3底座轉(zhuǎn)架有限元分析底座旋轉(zhuǎn)架主要承受底部驅(qū)動單元的旋轉(zhuǎn)扭矩，因此，本章節(jié)采用有限元分析方法，完成底部旋轉(zhuǎn)架的強(qiáng)度的分析，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖5-6有限元模型1) 設(shè)置材料屬性本文所選擇的材質(zhì)是常用的Q235鋼，該鋼被廣泛用于加工各種支架，連接板，鋼板等。2)劃分網(wǎng)格在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于四面體的自動剖分算法，網(wǎng)格模型如下圖所示。圖5-7網(wǎng)格模型3）施加約束和載荷在此基礎(chǔ)上，通過對底架的荷載進(jìn)行了研究，選取了122N.m的扭矩，能夠較好地反映出底架的實(shí)際工作情況，在底部施加固定約束。圖5-8載荷模型4）分析結(jié)果下兩幅圖表是底架受力和變形云圖。圖5-9整體應(yīng)力模型圖由上述應(yīng)力圖可以看到，底架上的最大應(yīng)力為2.9Mpa，其應(yīng)力值很低，對裝置的正常使用沒有任何影響。從許用壓力100Mpa可知，其承載的壓力低于材料所能承載的壓力，所以不會發(fā)生超載破壞。圖5-10整體變形圖從位移云圖可以看出，底部支架的最大位移發(fā)生在后端，其最大位移只有0.002mm，此變形較小，可以滿足高質(zhì)量的工作要求。5.4本章小結(jié)本章通過對大臂以及底座轉(zhuǎn)架進(jìn)行有限元分析得出結(jié)論：當(dāng)機(jī)械臂裝卸型鋼的時候無論是結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力還是形變，均不會超過規(guī)定的數(shù)值，所以此機(jī)械臂無論是強(qiáng)度還是剛度都可以達(dá)到要求。

第6章經(jīng)濟(jì)效益分析6.1經(jīng)濟(jì)前景分析作為制造業(yè)“王冠上的珍珠”，它的研發(fā)、制造與應(yīng)用是衡量一個民族的技術(shù)創(chuàng)新與先進(jìn)制造能力的關(guān)鍵指標(biāo)。我國“十四五”及2035年發(fā)展計劃中明確指出，要大力發(fā)展集成電路、航空航天、船舶及海洋工程設(shè)備，加快發(fā)展集成電路、航空航天、船舶及海洋工程設(shè)備，機(jī)器人，先進(jìn)的軌道交通設(shè)備，先進(jìn)的電力設(shè)備；在工程機(jī)械，高端數(shù)控機(jī)床，制藥和醫(yī)療器械等方面進(jìn)行了創(chuàng)新性的發(fā)展。在世界范圍內(nèi)，企業(yè)的競爭模式與市場環(huán)境正在發(fā)生改變，對制造企業(yè)來說，是一個嶄新的課題。工業(yè)企業(yè)不但面臨著“人口紅利”逐漸消逝的威脅，而且也面臨著迅速改變的市場需求。當(dāng)前，隨著消費(fèi)者對個性化需求的不斷提高，企業(yè)必須具有靈活的生產(chǎn)能力，因此，面向智能化生產(chǎn)已經(jīng)成為一種發(fā)展的趨勢。隨著我國制造業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)發(fā)揮了越來越大的作用。機(jī)器人臂不會受到時間和環(huán)境的約束，可以在編程控制下取代人工勞動力，可以對搬運(yùn)、上下料、打磨；噴涂、包裝等多種比較復(fù)雜的生產(chǎn)工作進(jìn)行靈活的處理。而碼垛式是當(dāng)前最常用的一種方式，也是當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的重要組成部分。碼垛式機(jī)器人，是一種將機(jī)器和電腦編程相結(jié)合的產(chǎn)品。在現(xiàn)代化的制造中，提高了生產(chǎn)率。碼垛機(jī)在碼垛業(yè)中使用十分普遍。碼垛機(jī)器人極大地節(jié)約了人力和場地。碼垛機(jī)器人操作靈活，精確，速度快，高效率，高穩(wěn)定性，高工作效率。碼垛機(jī)器人系統(tǒng)使用了具有發(fā)明專利的坐標(biāo)機(jī)器人，其裝配所需的空間既靈活又緊湊。將小型場地建設(shè)成一條高效率、低能耗、全自動化的自動制坯流水線的理念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。根據(jù)世界機(jī)器人聯(lián)合會的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)，中國在2020年的時候，已經(jīng)占據(jù)了全世界的44%的市場份額，而到了2021年，這個數(shù)字已經(jīng)達(dá)到了52%。隨著中國市場的快速發(fā)展，中國已在2021年實(shí)現(xiàn)了14.5萬部的出口，創(chuàng)下了2017年以來的最高水平，推動了整個產(chǎn)業(yè)鏈的上游行業(yè)逐漸恢復(fù)。在生產(chǎn)過程中，碼垛機(jī)器人得到了很大的使用，比如化工，飲料，食品等；啤酒，塑膠工業(yè)，各種袋裝，罐裝，各種紙箱；啤酒箱子的包裝。與人工相比，機(jī)械臂更適用于堆放重物，特別適用于搬運(yùn)重物，能有效避免人員受傷等安全性問題；機(jī)械人的工作效率是人類的數(shù)倍。在我國的市場中，碼垛機(jī)器人得到了快速的發(fā)展。從每月的貿(mào)易量來說，生產(chǎn)企業(yè)日益認(rèn)識到了自動化和智能化的重要意義。據(jù)調(diào)查，很多企業(yè)還在采用傳統(tǒng)的人工方式進(jìn)行包裝，而不愿采用新的制造方式。一是因為他們覺得自動裝置的投入太大，二是因為它們是靈活的，是免費(fèi)的，或者是不能手工完成的。另外，在質(zhì)量、產(chǎn)出和成本上，采用全自動的智能化設(shè)備比手工操作更具優(yōu)越性。近幾年，國內(nèi)堆碼機(jī)器人的發(fā)展非?？?。行業(yè)統(tǒng)計數(shù)字顯示，中國已售出40,000多部碼垛機(jī)器人，增幅達(dá)30%以上，并有望在2020年突破100,000部。就其市場大小而言，中國碼垛機(jī)器人的市場已達(dá)約80億元，并在2020年將達(dá)一百六十億元。究其原因，一方面是因為國家的鼓勵，另一方面也是因為制造業(yè)和物流行業(yè)的迅速發(fā)展，而堆盤機(jī)器人可以提高企業(yè)的工作效率，在今后的發(fā)展中有著巨大的潛力。近年來，以機(jī)電一體化為主的堆碼機(jī)器人已逐漸發(fā)展為一種新的發(fā)展趨勢，其實(shí)現(xiàn)的一個重要標(biāo)志就是其自動化、智能化的程度。碼垛機(jī)器人的自動化程度高，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)自動化的同時，也是實(shí)現(xiàn)自動化的關(guān)鍵。碼垛機(jī)器人的自動控制水平的迅速提升，離不開先進(jìn)的微電子技術(shù)、紅外技術(shù)和傳感器技術(shù)。近幾年，國內(nèi)的裝備制造業(yè)得到了迅速的發(fā)展，而以其為代表的工業(yè)機(jī)器人在國內(nèi)具有廣闊的發(fā)展前景。由于勞動力緊缺，造成了人力資源的增加，因此，在制造行業(yè)中，對機(jī)器人自動化的要求也在迅速增加。為了更好地提升產(chǎn)品的產(chǎn)量與品質(zhì)，降低成本，許多工業(yè)中的中小型制造公司都已經(jīng)開始思考采用機(jī)器人來取代人工。隨著中國制造業(yè)的升級與轉(zhuǎn)型，中國的工業(yè)機(jī)器人迎來了一個新的發(fā)展契機(jī)，在政府的大力支持與促進(jìn)下，國內(nèi)的自主品牌在國內(nèi)的市場占有率不斷提升，國內(nèi)的機(jī)器人企業(yè)也獲得了巨大的發(fā)展。當(dāng)前，世界范圍內(nèi)的工業(yè)4.0已步入智能化的世界。碼垛機(jī)器人行業(yè)正在快速地發(fā)展，并且預(yù)期全世界碼垛機(jī)器人的銷售仍然會有顯著的成長。而且，由于我們國家是一個制造強(qiáng)國，所以勞動力成本對我們來說特別重要。因此，在行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的大環(huán)境下，我們的碼垛機(jī)器人行業(yè)也得到了快速的發(fā)展。用機(jī)器人代替人類是一種必然的發(fā)展方向。而有了資金的注入，這個產(chǎn)業(yè)將會迎來一個井噴式的發(fā)展。當(dāng)前，國內(nèi)堆盤機(jī)器人的應(yīng)用還很少，這個產(chǎn)業(yè)還有很大的發(fā)展余地，還需要更多的資金投入，促進(jìn)它的發(fā)展。6.2制造成本分析6.2.1標(biāo)準(zhǔn)件經(jīng)濟(jì)成本分析該碼垛機(jī)器人的成本構(gòu)成主要有:標(biāo)準(zhǔn)件費(fèi)用、非標(biāo)準(zhǔn)件材料費(fèi)用、非標(biāo)準(zhǔn)件加工費(fèi)用、裝配費(fèi)用以及管理費(fèi)用。標(biāo)準(zhǔn)件費(fèi)用：表6-1標(biāo)準(zhǔn)件費(fèi)用名稱數(shù)量/個單價/元成本/元電機(jī)45002000減速器機(jī)構(gòu)46002400內(nèi)六角圓柱頭螺釘1002200六角螺母602120齒輪24004500氣動夾爪125002500總計32/117206.2.2非標(biāo)準(zhǔn)件經(jīng)濟(jì)成本分析非標(biāo)準(zhǔn)件材料費(fèi)用：銅管切割機(jī)夾緊裝置使用材料種類主要是灰鐵。根據(jù)目前市場上各種原材料的價格，對各種材料用量和費(fèi)用進(jìn)行估計如下表5-2:表6-2非標(biāo)準(zhǔn)件材料費(fèi)用材料用量/噸單價/元/噸成本/元灰鐵0.532801640總計1/16406.2.3工時經(jīng)濟(jì)成本分析工時計算主要包括機(jī)加工、鑄造費(fèi)用和裝配費(fèi)用。工時的估算包括加工工時和輔助工時。工時的成本標(biāo)準(zhǔn)按表進(jìn)行估算，工時計算詳細(xì)見表所示：表6-3工時成本標(biāo)準(zhǔn)加工方法成本/元車20-30/小時銑30-50/小時磨40-60/小時鉗20/小時6.2.4成本核算綜合各類費(fèi)用列出成本核算表：表6-4成本核算項目費(fèi)用/元標(biāo)準(zhǔn)件費(fèi)用11720非標(biāo)準(zhǔn)件材料費(fèi)1640非標(biāo)準(zhǔn)件加工費(fèi)30000裝配費(fèi)用5000管理費(fèi)用5000總計53360

結(jié)論通過對型鋼碼垛機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行深入研究，完成型鋼碼垛機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。本文設(shè)計的型鋼碼垛機(jī)械手采用了關(guān)節(jié)鉸鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，并配置了五個自由度，包括腰部轉(zhuǎn)動、大臂轉(zhuǎn)動、小臂轉(zhuǎn)動、小臂旋轉(zhuǎn)和腕部轉(zhuǎn)動。這種設(shè)計確保了機(jī)械手在三維空間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定位和定向，滿足了型鋼碼垛作業(yè)的復(fù)雜需求。其次，在關(guān)節(jié)設(shè)計中，本文選用了高性能的伺服電機(jī)和減速器作為驅(qū)動部件，通過精確控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度和速度，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的精確運(yùn)動。此外，關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計也考慮了強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以確保機(jī)械手在重載和高強(qiáng)度工作條件下