搬运机器人
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手部多为两指（也有多指）；根 据需要分为外抓式和内抓式两种； 也可以用负压式或真空式的空气 吸盘（主要用于可吸附的，光滑 表面的零件或薄板零件）和电磁 吸盘。
ห้องสมุดไป่ตู้
传力机构形式较多，常用的有： 滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔 杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母 式、弹簧式和重力式。本次设计 的手部选择夹持类回转型结构手 部。
1.步进电机 2.标准气缸 3.标准气缸 4.平行气爪
四自由度搬运机器人结构简图
机械手结构示意图
搬运机器人的机械设计------腕部设计
腕部设计
腕部是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物 体的方位，以扩大机械手 14 的动作范围，并使机械 手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。 有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回 转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些 动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不 设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。
搬运机器人的机械设计------臂部设计
手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和 手部（包括工作或 夹具），并带动他们做空间运动。
臂部运动的目的：把手 部送到空间运动范围内 任意一点。如果改变手 部的姿态（方位），则 用腕部的自由度加以实 现。因此，一般来说臂 部具有三个自由度才能 满足基本要求，即手臂 的伸缩、左右旋转、升 降（或俯仰）运动。
设计的搬运机器人的腕部的运 动为一个自由度的回转运动， 运动参数是实现手部回转的角 度控制是在0°~180°范围内。 如图
腕部回转基本结构示 意
搬运机器人的机械设计------腕部设计
腕部的驱动方式采用直接驱动 的方式，由于腕部装在手臂的 末端，所以必须设计的十分紧 凑可以把驱动源装在手腕上。 机器人手部的张合是由双作用单 柱塞液压缸驱动的；而手腕的回 转运动则由回转液压缸实现。将 夹紧活塞缸的外壳与摆动油缸的 动片连接在一起；当回转液压缸 中不同的油腔中进油时即可实现 手腕不同方向的回转。
搬运机器人的机械设计------机座设计
机座设计
机座是机身机器人的基础部分，起支撑作用。机身由 臂部运动（升降、平移、回转和俯仰）机构及其相关 的导向装置、支撑件等组成。并且，臂部的升降、回 转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上。 臂部的运动越多，机身的结构和受力越复杂。
此次设计的搬运机器人的机身选用升降回转型机身结 构；臂部和机身的配置型式采用立柱式单臂配置，其 驱动源来自回转液压缸。
搬运机器人的机械设计------腕部设计
目前 ， 应 用最为广 泛 的手腕回 转运动机 构 为回转液压（气）缸， 它的结构 紧凑 ， 灵 巧 但回转角 度小 （ 一 般 小于 270 °） , 并且要 求严格密 封 ， 否则 就 难保证稳 定的输出 扭 矩。因此 在要求较 大 回转角的 情况下 ， 采 用齿条传 动或链轮 以 及轮系结 构 。 举例 设 计的搬运 机器人的 腕 部是实现手部 180°的 旋转运动
搬运机器人的机械设计------臂部设计
手臂的各种运动通常用 驱动机构（如液压缸或 者气缸）和各种传动机 构来实现，从臂部的受 力情况分析，它在工作 中既受腕部、手部和工 件的静、动载荷，而且 自身运动较为多，受力 复杂。因此，它的结构、 工作范围、灵活性以及 抓重大小和定位精度直 接影响机械手的工作性 能。
搬运机器人的历史
仓储业是AGV最早应用的场所。1954 年世界上首台AGV 在美国的South Carolina州的Mercury Motor Freight公 司的仓库内投入运营，用于实现出入库货物的自动搬运。
目前世界上约有2万台各 种各样AGV运行在2100 座大大小小仓库中。海尔 集团于2000年投产运行的 开发区立体仓库中，9台 AGV组成了一个柔性的 库内自动搬运系统，成功 地完成了每天23400的出 入库货物和零部件的搬运 任务。
搬运机器人简介 ------搬运机器人的机械设计
组员：陆真元（PPT演示） 芮荣震（PPT制作）
邵刚（答 辩）
孙明森（资料准备）
目录
搬运机器人的历史
搬运机器人的意义
搬运机器人的机械设计 机械整体设计 执行机构 驱动机构
控制机构
搬运机器人的历史
搬运机器人【transfer robot】 是可以进行自动化搬运作业的工 业机器人，也被称为无人搬运车 或者是 AGV 。最早的搬运机器 人出现在1960年的美国， Versatran和Unimate两种机器 人首次用于搬运作业。搬运作业 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。
搬运机器人的机械设计------控制机构
考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编 程序控制器 (PLC) 对机械手进行控制。当机械手的动作流程改变 时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。
搬运机器人的机械设计------手部设计
传力机构形式较多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠 杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧 式和重力式。举例设计的手部为夹持类回转型结构手 部，如图所示是搬运机器人手部执行部件结构简图
搬运机器人的机械设计------手部设计
手部执行依靠杆的伸缩 运动来实现其张合运动， 杆的动力源来自后续驱 动源的液压缸，该液压 缸采用的是伸缩式液压 缸，该液压缸能够节省 横向的工作空间
搬运机器人的意义
搬运机器人在实际的工作中就 是一个机械手，机械手的发展 是由于它的积极作用正日益为 人们所认识：
1、它能部分的代替人工操作；
2 、它能按照生产工艺的要求，遵 循一定的程序、时间和位置来 完成工件的传送和装卸；
3 、它能操作必要的机具进行焊接 和装配，从而大大的改善了工 人的劳动条件，显著的提高了 劳动生产率，加快实现工业生 产机械化和自动化的步伐。
因而，受到很多国家的重视， 投入大量的人力物力来研究和 应用。尤其是在高温、高压、 粉尘、噪音以及带有放射性和 污染的场合，应用的更为广泛。
搬运机器人的机械设计------机械整体设计
对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾放和搬运物件，这就要 求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和 灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性 设计气动机械手的原则是: I. 充分分析作业对象(工件)的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工 艺，满足系统功能要求和环境条件; II. 明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受 力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控 制的要求； III. 尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性， 并能实现柔性转换和编程控制。
搬运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搬 运工作，大大减轻了人类繁重的体力 劳动。目前世界上使用的搬运机器人 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、码垛搬运、集装箱等的自动搬运。 部分发达国家已制定出人工搬运的最 大限度，超过限度的必须由搬运机器 人来完成。
搬运机器人的机械设计------驱动机构
驱动机构
驱动机构是搬运机器人的重要组成部分。根据动力源 的不同，工业机械手的驱 动机构大致可分为液压、 气动、电动和机械驱动等四类。 液压驱动压力高，可获得大的输出力，反应灵敏，可 实现连续轨迹控制，维修方便，但是，液压元件成本 高，油路比较复杂。气动驱动压力低，输出力较小如 需要输出力大时，其结构尺寸过大，阻尼效果差低速 不易控制，但结构简单，能源方便，成本低。电动机 驱动有：异步电动机、步进电动机为动力源，电动机 使用简单，且随着材料性能的提高，电动机性能也逐 渐提高。本次设计的搬运机器人的驱动机构采用液压 驱动的方式。
搬运机器人的机械设计------各部件设计
搬运机器人由三部分组成
执行机构
驱动机构
控制机构
搬运机器人的机械设计------执行机构
执行机构由四部分组成
（1）手部设计 （2）腕部设计 （3）臂部设计
（4）机座设计
搬运机器人的机械设计------执行机构
手部设计
手部既直接与工件接触的部分， 一般是回转型或平动型（多为回 转型，因其结构简单）。
ห้องสมุดไป่ตู้
传力机构形式较多，常用的有： 滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔 杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母 式、弹簧式和重力式。本次设计 的手部选择夹持类回转型结构手 部。
1.步进电机 2.标准气缸 3.标准气缸 4.平行气爪
四自由度搬运机器人结构简图
机械手结构示意图
搬运机器人的机械设计------腕部设计
腕部设计
腕部是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物 体的方位，以扩大机械手 14 的动作范围，并使机械 手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。 有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回 转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些 动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不 设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。
搬运机器人的机械设计------臂部设计
手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和 手部（包括工作或 夹具），并带动他们做空间运动。
臂部运动的目的：把手 部送到空间运动范围内 任意一点。如果改变手 部的姿态（方位），则 用腕部的自由度加以实 现。因此，一般来说臂 部具有三个自由度才能 满足基本要求，即手臂 的伸缩、左右旋转、升 降（或俯仰）运动。
设计的搬运机器人的腕部的运 动为一个自由度的回转运动， 运动参数是实现手部回转的角 度控制是在0°~180°范围内。 如图
腕部回转基本结构示 意
搬运机器人的机械设计------腕部设计
腕部的驱动方式采用直接驱动 的方式，由于腕部装在手臂的 末端，所以必须设计的十分紧 凑可以把驱动源装在手腕上。 机器人手部的张合是由双作用单 柱塞液压缸驱动的；而手腕的回 转运动则由回转液压缸实现。将 夹紧活塞缸的外壳与摆动油缸的 动片连接在一起；当回转液压缸 中不同的油腔中进油时即可实现 手腕不同方向的回转。
搬运机器人的机械设计------机座设计
机座设计
机座是机身机器人的基础部分，起支撑作用。机身由 臂部运动（升降、平移、回转和俯仰）机构及其相关 的导向装置、支撑件等组成。并且，臂部的升降、回 转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上。 臂部的运动越多，机身的结构和受力越复杂。
此次设计的搬运机器人的机身选用升降回转型机身结 构；臂部和机身的配置型式采用立柱式单臂配置，其 驱动源来自回转液压缸。
搬运机器人的机械设计------腕部设计
目前 ， 应 用最为广 泛 的手腕回 转运动机 构 为回转液压（气）缸， 它的结构 紧凑 ， 灵 巧 但回转角 度小 （ 一 般 小于 270 °） , 并且要 求严格密 封 ， 否则 就 难保证稳 定的输出 扭 矩。因此 在要求较 大 回转角的 情况下 ， 采 用齿条传 动或链轮 以 及轮系结 构 。 举例 设 计的搬运 机器人的 腕 部是实现手部 180°的 旋转运动
搬运机器人的机械设计------臂部设计
手臂的各种运动通常用 驱动机构（如液压缸或 者气缸）和各种传动机 构来实现，从臂部的受 力情况分析，它在工作 中既受腕部、手部和工 件的静、动载荷，而且 自身运动较为多，受力 复杂。因此，它的结构、 工作范围、灵活性以及 抓重大小和定位精度直 接影响机械手的工作性 能。
搬运机器人的历史
仓储业是AGV最早应用的场所。1954 年世界上首台AGV 在美国的South Carolina州的Mercury Motor Freight公 司的仓库内投入运营，用于实现出入库货物的自动搬运。
目前世界上约有2万台各 种各样AGV运行在2100 座大大小小仓库中。海尔 集团于2000年投产运行的 开发区立体仓库中，9台 AGV组成了一个柔性的 库内自动搬运系统，成功 地完成了每天23400的出 入库货物和零部件的搬运 任务。
搬运机器人简介 ------搬运机器人的机械设计
组员：陆真元（PPT演示） 芮荣震（PPT制作）
邵刚（答 辩）
孙明森（资料准备）
目录
搬运机器人的历史
搬运机器人的意义
搬运机器人的机械设计 机械整体设计 执行机构 驱动机构
控制机构
搬运机器人的历史
搬运机器人【transfer robot】 是可以进行自动化搬运作业的工 业机器人，也被称为无人搬运车 或者是 AGV 。最早的搬运机器 人出现在1960年的美国， Versatran和Unimate两种机器 人首次用于搬运作业。搬运作业 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。
搬运机器人的机械设计------控制机构
考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编 程序控制器 (PLC) 对机械手进行控制。当机械手的动作流程改变 时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。
搬运机器人的机械设计------手部设计
传力机构形式较多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠 杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧 式和重力式。举例设计的手部为夹持类回转型结构手 部，如图所示是搬运机器人手部执行部件结构简图
搬运机器人的机械设计------手部设计
手部执行依靠杆的伸缩 运动来实现其张合运动， 杆的动力源来自后续驱 动源的液压缸，该液压 缸采用的是伸缩式液压 缸，该液压缸能够节省 横向的工作空间
搬运机器人的意义
搬运机器人在实际的工作中就 是一个机械手，机械手的发展 是由于它的积极作用正日益为 人们所认识：
1、它能部分的代替人工操作；
2 、它能按照生产工艺的要求，遵 循一定的程序、时间和位置来 完成工件的传送和装卸；
3 、它能操作必要的机具进行焊接 和装配，从而大大的改善了工 人的劳动条件，显著的提高了 劳动生产率，加快实现工业生 产机械化和自动化的步伐。
因而，受到很多国家的重视， 投入大量的人力物力来研究和 应用。尤其是在高温、高压、 粉尘、噪音以及带有放射性和 污染的场合，应用的更为广泛。
搬运机器人的机械设计------机械整体设计
对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾放和搬运物件，这就要 求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和 灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性 设计气动机械手的原则是: I. 充分分析作业对象(工件)的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工 艺，满足系统功能要求和环境条件; II. 明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受 力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控 制的要求； III. 尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性， 并能实现柔性转换和编程控制。
搬运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搬 运工作，大大减轻了人类繁重的体力 劳动。目前世界上使用的搬运机器人 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、码垛搬运、集装箱等的自动搬运。 部分发达国家已制定出人工搬运的最 大限度，超过限度的必须由搬运机器 人来完成。
搬运机器人的机械设计------驱动机构
驱动机构
驱动机构是搬运机器人的重要组成部分。根据动力源 的不同，工业机械手的驱 动机构大致可分为液压、 气动、电动和机械驱动等四类。 液压驱动压力高，可获得大的输出力，反应灵敏，可 实现连续轨迹控制，维修方便，但是，液压元件成本 高，油路比较复杂。气动驱动压力低，输出力较小如 需要输出力大时，其结构尺寸过大，阻尼效果差低速 不易控制，但结构简单，能源方便，成本低。电动机 驱动有：异步电动机、步进电动机为动力源，电动机 使用简单，且随着材料性能的提高，电动机性能也逐 渐提高。本次设计的搬运机器人的驱动机构采用液压 驱动的方式。
搬运机器人的机械设计------各部件设计
搬运机器人由三部分组成
执行机构
驱动机构
控制机构
搬运机器人的机械设计------执行机构
执行机构由四部分组成
（1）手部设计 （2）腕部设计 （3）臂部设计
（4）机座设计
搬运机器人的机械设计------执行机构
手部设计
手部既直接与工件接触的部分， 一般是回转型或平动型（多为回 转型，因其结构简单）。