工业机器人设计(大四机器人课设作业)

“工业机器人”设计大作业

作品题目：货物装卸机器人

专业：机械设计制造及其自动化

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1 前言

货物装卸作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。货物装卸机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件货物装卸工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的货物装卸机器人愈10 万台，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛货物装卸、集装箱等的自动货物装卸。部分发达国家已制定出人工货物装卸的最大限度，超过限度的必须由货物装卸机器人来完成。装卸货物装卸是物流的功能要素之一，在物流系统中发生的频率很高

2 设计方案论证

本课题通过对货物装卸机器人工作对象及工作场所的分析研究，深入了解其工作是

如何进行，各部分零部件应该如何运行以及如何紧密配合，先确定其总体结构再对主要

零部件进行设计计算确定其尺寸大小以及确定电机型号。

2.1 基本思想

（1）设计要考虑要求和工作环境的限制。

（2）考虑到货物装卸货物时所需要精确度不是很高，为了简化结构，境地成本，采用

角铁焊接结构。

（3）为了满足设计要求，须设计三个独立的电机驱动系统，各部分之间通过计算

机控制、协调工作。

（4）本次设计只是该题目的机械部分，而对应控制部件的考虑较少。

3 仓库货物装卸机器人的设计计算

3.1 货物装载伸缩装置的设计

3.1.1 确定传动方案

我们所学的传动方式有以下几种：带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动和钢

丝绳传动等，一般地说，啮合传动传递功率的能力高于摩擦传动；蜗轮传动工作的发热

情况较为严重，因而传动的功率不宜过大；摩擦轮传动由于必须有足够的压紧力，故而

在传递同一圆周力时，其压轴力比齿轮传动的大几倍，因而不宜用于大功率传动。带传

动具有结构简单，传动平稳，价格低廉和缓冲吸振特点。可是容易磨损松弛，易出现打

滑现象；链传动只能实现平行轴间同向传动而且运动时不能保持恒定瞬时传动比；齿轮

传动效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长，传动比稳定但是齿轮传动制造及安装精度

要求高价格较贵而且不宜用于传动距离过大场合。

此次设计由于机器人用于货物装卸，其货物装卸高度为500mm-2500mm，而且货物架需要灵活且运动平稳速度不宜过大，综合考虑以上因素本次设计采用蜗轮蜗杆减速器和钢丝绳传动。

钢丝绳传动是利用摩擦力来传动的，而钢丝绳本身截面为圆型，且钢丝绳本身直径

很小，所以导致其摩擦面积很小，这样很不利于摩擦传动。上图中标号1 的零件为传动用钢丝绳磙子，为了克服钢丝绳的摩擦面积小的缺点，将该部分设计成将钢丝绳在磙子

上缠绕几圈，以次来增加钢丝绳与磙子之间的接触面积，从而增加了摩擦力，增加了摩

擦传动效率。

3.1.2 选择电动机的类型与结构

电动机在工业生产中实现生产机械的启动、停止以及速度调节，完成各种生产工艺

过程的要求，保证生产过程的正常运行。电动机的型号有多种，主要有以下几种：直流

电动机、交流电动机（三相异步电动机、单相异步电动机、同步电动机）、伺服电动机等。交流电动机与直流电动机相比具有结构简单、制造容易、维护方便、运行可靠，价

格便宜，具有较好的稳态和动态特性，因此，它是工业中使用得最为广泛的一种电动机。由于此次设计的机器人是应用于仓库货物装卸业，而且货物装卸货物最大重量为40 ㎏，故而需要一个能够提供足够大动力的电机来提供动力，因此应选用冶金及起重用三相异步电动机。

3.1.3 选择电动机的功率（容量）

依据所选择的电动机额定功率应大于工作机所需的电动机功率

由于考虑到动力设备不能与所货物装卸货物干涉，因此动力设备应尽可能的占

用较少面积。因此选用电动机和蜗轮蜗杆整合在一起的动力设备，以此来减少所占

用的空间。因此查表可选Y 系列三相异步电动机：德国动力设备

GKS05-3MV071-32。

该设备将蜗轮蜗杆减速器和制动设备整合在一起。有效的控制了动力设备所占

用的空间。

3.1.4 钢丝绳的选用

根据伸缩装置与导轨的摩擦力以及钢丝绳作用种类为牵引及传动，所以选择钢

丝绳种类为点接触钢丝绳，查表可选钢丝绳牌号为6*19。

根据伸缩装置结构布局，查表选择钢丝绳直径为3mm。

3.1.5 钢丝绳磙子的设计

根据伸缩装置的结构及功能需求，可知需要2 种钢丝绳磙子。一种为传动作用，一种为导向作用。由于传动用钢丝绳磙子上受钢丝绳的径向载荷，因此设计其直径为16mm，材料选用45 号钢。其与磙子支架之间以滑动轴承连接。由于导向用钢丝绳磙子不与钢丝绳有载荷，因此设计其直径为8mm，材料选用45 号钢。其与磙子支架之间以滑动轴承连接。

上图为货物装载伸缩装置的侧视图，其中：

（1）电机减速器（2）钢丝绳（3）货物伸缩托架（4）链板及整体托架（5）磙子链条

3.2 底盘系统的设计

3.2.1 确定传动方案

我们所学的传动方式有以下几种：带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动和钢丝绳传动等，一般地说，啮合传动传递功率的能力高于摩擦传动；蜗轮传动工作的发热情况较为严重，因而传动的功率不宜过大；摩擦轮传动由于必须有足够的压紧力，故而在传递同一圆周力时，其压轴力比齿轮传动的大几倍，因而不宜用于大功率传动。带传动容易磨损松弛易出现打滑现象；齿轮传动制造及安装精度要求高价格较贵而且不宜用于传动距离过大场合；链传动与摩擦型带传动相比，链传动