管理信息化智能制造輪胎搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)

管理信息化智能制造輪胎搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)輪胎搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)摘要器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作。本文研究了國(guó)內(nèi)外輪胎硫化機(jī)用輪胎搬運(yùn)機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)狀，通過(guò)學(xué)習(xí)輪胎行部分、驅(qū)動(dòng)部分）和簡(jiǎn)單的三維實(shí)體造型工作。設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大較全面的介紹和總結(jié)。關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)器人；三維模型；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；TIRETRANSPORTROBOETDESIGNABSTRACTIntherecentlargemanufacturingindustry,theindustrialrobotasanimportantmenberofautomaticproductionlinesisgraduallyacceptedandadoptedbytheenterprisesfortheirsakeofimprovingproductionefficiencyandensuringproductquality.Thetechnologylevelandappilicationofindustrialrobotreflectsthelevelofacoutryindustrialautomationinacertainextent.Thispaperstudiesthedevelopmentofthetireconveyingrobotusedontirevulcanizingmachine..Andthroughlearningthepricinpleofthetirecarryingmanipulator,wegetfamiliarwiththemotionmechanismoftheconveyingrobots.Onthisbasis,weconfirmthebasicsystemstructureoffour-degree-of-freedom(4-DOF)tireconveyingrobot,brieftlycalculatethestrengthofitsstructure,andpleteitsmechanicaldesigns(includingtransmission,excution,anddriving)andsimple3Dentitymodeling..Applyingthisdesignedconveyingrobottoautomaticproductionlinescouldachieveautomatedproductionandreducemanufacturingworkerslotsofrepetitivework,meanwhilesavethecostandbringtheefficiency.Thispaperisaprehensiveintroductionandconclutionontheentiredesign.KEYWORDS:Transportrobot；strengthcalculation,；sturcturedesign；目錄前言……………………11緒論…………………21.1搬運(yùn)機(jī)器人概述……………………21.2搬運(yùn)機(jī)械人的應(yīng)用簡(jiǎn)況……………31.3搬運(yùn)機(jī)器人的應(yīng)用意義……………41.4機(jī)械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢(shì)……51.4.1機(jī)器手發(fā)展概況…………………51.4.2機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)………61.5繪圖軟件………71.6本論文的主要工作………………82輪輪胎搬運(yùn)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案…………………92.1搬運(yùn)機(jī)器人要解決的……………92.2胎搬運(yùn)機(jī)器人各方向傳動(dòng)方式設(shè)計(jì)……………92.2.1自由度和坐標(biāo)系的選擇…………92.2.2機(jī)器人各方向傳動(dòng)方式的設(shè)計(jì)…………………水平和豎直方向直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式設(shè)……………R方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)………………112.3本章小結(jié)……………………123輪胎搬運(yùn)機(jī)器人的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………133.1結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)…………………133.2零部件設(shè)計(jì)…………143.2.1底盤…………143.2.2液壓馬達(dá)……………………153.2.3行星齒輪減速器………………163.2.4回轉(zhuǎn)支撐裝置………………173.2.5.回轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置………………203.2.6中央回轉(zhuǎn)接頭………………213.2.7機(jī)械臂的組成及工作原理…………………223.2.8機(jī)械爪的組成及工作原理…………………233.3機(jī)械臂強(qiáng)度計(jì)算與校核…………………264液壓系統(tǒng)…………294.1液壓傳動(dòng)的工作原理和組成……294.2液壓系統(tǒng)的基本動(dòng)作分析……314.3液壓系統(tǒng)的基本回路分析………314.3.1限壓回路……………………314.3.2緩沖回路……………………324.3.3節(jié)流回路……………………334.3.4閉鎖回路……………………345總結(jié)……………35參考文獻(xiàn)………36致謝…………38前言作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)。照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工。械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。人完成其他的工作。因?yàn)楸疚钠剌喬グ徇\(yùn)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)，所以在PLC控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等方面沒(méi)有進(jìn)行很深入的研究。1緒論1.1搬運(yùn)機(jī)器人概述產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；其三、復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。Manipulator常被稱之為“MechanicalHand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。的本體部分都采用這種機(jī)構(gòu)形式的機(jī)器人。要機(jī)器人像人一樣拿取東西，最簡(jiǎn)單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu)——系統(tǒng)這三部分組成，如圖1-1所示。圖1-1機(jī)器人的一般組成Figure1-1generalpositionoftherobot語(yǔ)言識(shí)別裝置等。目前研究主要集中在賦予機(jī)器人“眼睛，使它能識(shí)別物體和它們之間的相互關(guān)系如圖1-2所示。圖1-2機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系Figure1-2therobotbetweenthevariousponents力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。1.2搬運(yùn)機(jī)械人的應(yīng)用簡(jiǎn)況中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法，化的重要辦法。實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。據(jù)資料介紹，美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75％是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5％。從這里可看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工自動(dòng)線。國(guó)內(nèi)外機(jī)械工業(yè)機(jī)搬運(yùn)械手主要應(yīng)用于以下幾方面：1）熱加工方面的應(yīng)用勝任的作業(yè)就更需要采用機(jī)械手操作。2）冷加工方面的應(yīng)用下工序聯(lián)接的重要于段。3）拆修裝方面近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機(jī)械手，可用以對(duì)客車內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)噴漆，以改善勞動(dòng)條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。應(yīng)用，工業(yè)機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要因素。1.3搬運(yùn)機(jī)器人的應(yīng)用意義在機(jī)械工業(yè)中，搬運(yùn)機(jī)器人的應(yīng)用意義可以概括如下：1）可以提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。2以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。3）可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn)產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)器人是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。1.4機(jī)械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢(shì)增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。1.4.1機(jī)器手發(fā)展概況早在40年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。50～60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手。如尤尼曼特(Unimate)機(jī)械手即屬于這種類型。60～70亦即是第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。80-90年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時(shí)期，尤其是日本。90年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、90手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展?？傊?，目前機(jī)械手的主要經(jīng)歷分為三代：第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行控制，控制方式為開(kāi)環(huán)式，沒(méi)有識(shí)別能力；息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能；第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS(FlexibleManufacturingSystem)和柔性制造單元FMC(FlexibleManufacturingCell)中重要一環(huán)。放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能力。1.4.2機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。械手等?；締卧?。測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。工件。到1995年，全世界約有50%的汽車由機(jī)械手裝配。現(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。1.5繪圖軟件工程中所用的繪圖軟件有許多，如AUTOCAD、SOLIDWORKS、PRO/E、UG、CATIA、CAXA、MASTERCAM等，每個(gè)軟件都有自己的側(cè)重點(diǎn)，在二維繪圖應(yīng)用中，AUTOCAD應(yīng)用最為廣泛，最適合出二維工程圖，而像三維繪圖軟件SOLIDWOKS、PRO/E等雖說(shuō)可以從三維生成二維工程圖，但因?yàn)樗讯S只是作為一個(gè)輔助項(xiàng)出來(lái)的會(huì)是一種什么結(jié)果，即所想即所看，而不是必須要實(shí)際做出來(lái)才能看到；三維設(shè)計(jì)軟件中SOLIDWORKS一般工程設(shè)計(jì)它已足夠，PRO/E可能聽(tīng)的比較多了，但會(huì)的人不很多，它不像SOLIDWORKS做的很好；UG與MATERCAM都是與實(shí)際加工相關(guān)聯(lián)的，它們的設(shè)計(jì)功能并不很強(qiáng)UG而一般不用PRO/EPRO/E設(shè)計(jì)的的確很漂亮，但要把它與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合，它就不像UG那樣方便，如可以直接生成數(shù)控代碼等。AUTOCADSOLIDWORKS等繪圖軟件，因?yàn)槭亲鳛橐话愕墓こ淘O(shè)計(jì)，這些軟件已經(jīng)足夠滿足要求了，并且SW2012功能也很強(qiáng)大，它主要有如下一些功能[3]：1．參數(shù)化設(shè)計(jì)全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。2．基于特征建模Pro/E是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活。3．單一數(shù)據(jù)庫(kù)（全相關(guān)）Pro/EngineerCAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)，價(jià)格也更便宜。1.6本論文的主要工作執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分）和簡(jiǎn)單的三維實(shí)體造型工作。本課題將要完成的主要工作如下:1）選取機(jī)械手的座標(biāo)型式和自由度；2）確定四自由度搬運(yùn)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型；3）確定四自由度搬運(yùn)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案；4）設(shè)計(jì)出機(jī)械人的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)；5）零部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算與校核；6)畫出實(shí)體圖；2輪胎搬運(yùn)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案2.1搬運(yùn)機(jī)器人要解決的問(wèn)題簡(jiǎn)而言之輪胎搬運(yùn)機(jī)器人要解決的問(wèn)題就是用機(jī)械手從搬運(yùn)機(jī)器人一側(cè)的Z軸180X軌道軌道方臺(tái)搬運(yùn)機(jī)器人同時(shí)為多臺(tái)硫化機(jī)工作。2.2輪胎搬運(yùn)機(jī)器人各方向傳動(dòng)方式設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)形式部分進(jìn)行分析。2.2.1自由度和坐標(biāo)系的選擇機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度是指各運(yùn)動(dòng)部件在三維空間相當(dāng)于固定坐標(biāo)系所具有4自由度即：行走裝置X方向的移動(dòng)、回轉(zhuǎn)裝置繞R軸旋轉(zhuǎn)、機(jī)械手卡盤Y方向的移動(dòng)、機(jī)械手卡盤Z方向的移動(dòng)。工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下：直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)直角坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互垂直的直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1(a)有可能達(dá)到很高的位置精度（μm級(jí)）。但是，這種直角坐標(biāo)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)器人有懸臂式、龍門式、天車式三種結(jié)構(gòu)。2)圓柱坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖2-1（b空間是一個(gè)圓柱狀的空間。3)球坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)2-1（c業(yè)。其工作空間是一個(gè)類球形的空間。4)關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)2-1（d較大。此種機(jī)器人在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機(jī)器人。關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。根據(jù)要求及在實(shí)際生產(chǎn)中的用途，本次設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)器人采用圓柱坐標(biāo)。圖2-1四種機(jī)器人坐標(biāo)形式Figure2-1fourkindsofrobotcoordinateform2.2.2機(jī)器人各方向傳動(dòng)方式的設(shè)計(jì)水平和豎直方向直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)直線傳動(dòng)的傳動(dòng)形式有；液壓傳動(dòng)泄漏和液體的可壓縮性，使這種傳動(dòng)無(wú)法保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比；由于液體粘性大，對(duì)低，不適合做遠(yuǎn)距離傳動(dòng)和控制。氣壓傳動(dòng)小。其主要原因是氣壓系統(tǒng)工作壓力低（0.5~0.8MPa或轉(zhuǎn)矩。齒輪齒條嚙合傳動(dòng)距過(guò)大的傳動(dòng)及振動(dòng)沖擊較大的場(chǎng)合。絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)間隙。通過(guò)以上，綜合考慮，為了使機(jī)械手在負(fù)載方面有更大的承載能力，x軸y軸z軸方向均采用液壓傳動(dòng)，x方向選用液壓馬達(dá)，y、z方向選用液壓缸。R方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)（1）液壓（氣動(dòng)）馬達(dá)轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)速范圍一般在3000r／min或更高，轉(zhuǎn)矩在幾百牛頓米以下；另一類是低速、大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)速一般低于300r／min，轉(zhuǎn)矩為幾百至幾萬(wàn)牛頓米。機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（2）齒輪傳動(dòng)敏感性小，易于制造和精確加工，可進(jìn)行變?yōu)榍邢骱托扌?。?）蝸桿傳動(dòng)4）帶傳動(dòng)小。（5）鏈傳動(dòng)使轉(zhuǎn)速不均勻，故不宜用于高速級(jí)，應(yīng)布置在低速級(jí)。固定角度9090重較大，工作回轉(zhuǎn)臺(tái)選擇液壓馬達(dá)2.3本章小結(jié)動(dòng)的傳遞方式。X軸方向：此方向?yàn)閷?dǎo)軌方向，在此方向上行走裝置要實(shí)現(xiàn)相鄰硫化搬運(yùn)機(jī)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)輪搭配減速器與液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)X軸方向上的移動(dòng)。Y軸方向：此方向?yàn)樯炜s臂伸縮的方向，工作狀態(tài)中此方向受力不大，但是一起工作。Z軸方向：此方向?yàn)闄C(jī)械爪豎直移動(dòng)的方向，此方向上需要承擔(dān)的載荷為輪兩個(gè)液壓缸為機(jī)械臂豎直方向上的動(dòng)力。繞R負(fù)重進(jìn)行180°的回轉(zhuǎn)，故此方向選擇液壓馬達(dá)與行星減速器配合。量并不是滑塊的動(dòng)力源直接承擔(dān)。故機(jī)械爪的動(dòng)力來(lái)源為氣壓傳動(dòng)。3輪胎搬運(yùn)機(jī)器人的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個(gè)方向上傳遞運(yùn)動(dòng)的方式，本章就對(duì)這三種傳遞運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。3.1結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)搬運(yùn)機(jī)器人由行走裝置、回轉(zhuǎn)裝置、抓取工作裝置、液壓裝置四部分組成。下圖3-1是對(duì)該機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維立體圖。圖3-1搬運(yùn)機(jī)器手機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維立體圖Figure3-1Handlingrobotmechanicalstructureofthethree-dimensionalmap1-液壓馬達(dá)12-3-4-5-6-7-機(jī)械臂動(dòng)臂；8-回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置2；9-伸縮臂液壓缸；10-伸縮臂；11-機(jī)械爪；12-軌道；13-驅(qū)動(dòng)輪；14-車架；15-電機(jī)；16-聯(lián)軸器；17-液壓泵；18-液壓控制閥；19-液壓油箱；20-回轉(zhuǎn)支承裝置；本設(shè)計(jì)整體思路：作臺(tái)上。7-機(jī)械臂動(dòng)臂和10-伸縮臂在9-9-伸縮臂液壓缸為機(jī)械臂Y軸方向的移動(dòng)提供動(dòng)力。5-動(dòng)臂液壓缸的作用是在工作狀態(tài)中舉升機(jī)械臂，為機(jī)械臂Z4-配重的作用是抵消因?yàn)闄C(jī)械臂自重而產(chǎn)生的負(fù)載，減小5-動(dòng)臂液壓缸的工載荷，提高工作效率。11-機(jī)械爪與10-伸縮臂通過(guò)軸連接，工作狀態(tài)中通過(guò)機(jī)械爪與輪胎的自重使自身保持豎直。15-電機(jī)通過(guò)16-聯(lián)軸器與17-18-液壓控制閥、19-液壓油箱共同組成液壓系統(tǒng)。工作臺(tái)以下部分：包括行走裝置和回轉(zhuǎn)裝置。1-液壓馬達(dá)、2-減速器、13-1-液壓馬達(dá)提供動(dòng)力，1-液壓馬達(dá)通過(guò)2-減速器驅(qū)動(dòng)13-驅(qū)動(dòng)輪在12-導(dǎo)軌上沿X軸移動(dòng)。回轉(zhuǎn)裝置：回轉(zhuǎn)裝置由20-回轉(zhuǎn)支承裝置和8-回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置組成。3.2零部件設(shè)計(jì)與選擇3.2.1底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)采用兩個(gè)液壓馬達(dá)，兩個(gè)液壓馬達(dá)位于兩側(cè)的橫梁上，與兩個(gè)減速器配合將動(dòng)力傳輸?shù)津?qū)動(dòng)輪。圖3-2底盤機(jī)械結(jié)構(gòu)三維立體圖Figure3-2Chassismechanicalstructureofthree-dimensionalmap1-液壓馬達(dá)；2-減速器；6-中央回轉(zhuǎn)接頭；13-驅(qū)動(dòng)輪；14-車架；20-回轉(zhuǎn)支承裝置底盤包括車架和行走機(jī)構(gòu),主要由14-1-液壓馬達(dá)及其管路2-減速器、13-驅(qū)動(dòng)輪組成。其功能為支承輪胎搬運(yùn)機(jī)器人的重量，1-液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能通過(guò)2-減速器轉(zhuǎn)變?yōu)闋恳Γ瑢?shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)器人X軸方向的行走。14-車架總成為整體焊接件。采用X形結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點(diǎn)是具有高的承載能力.車架總成由左縱梁、主車架、右縱梁三部分焊接而成。行走機(jī)構(gòu)由1-液壓馬達(dá)、2-減速器、13-驅(qū)動(dòng)輪組成。6-中央回轉(zhuǎn)接頭將液壓能從工作臺(tái)上部傳輸?shù)降妆P的1-液壓馬達(dá)。1-液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過(guò)2-器人沿軌道X軸方向的移動(dòng)。3.2.2液壓馬達(dá)的選擇液壓馬達(dá)（hydraulicmotor元件。分類：（1）達(dá)按其結(jié)構(gòu)分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其他型式。（2）馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速分為高速和低速兩類，額定轉(zhuǎn)速高于5000r/min的屬于高速液壓馬達(dá)，額定轉(zhuǎn)速低于500r/min的屬于低速液壓馬達(dá)。圖3-3液壓馬達(dá)三維立體圖Figure3-3hydraulicmotorthree-dimensionalmap液壓馬達(dá)工作原理（1）葉片式液壓馬達(dá)由于壓力有作用，受力不平衡使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。葉片式液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩與液壓馬達(dá)的排量和液壓馬達(dá)進(jìn)出油口之間的壓力差有轉(zhuǎn)，所以葉片式液壓馬達(dá)的葉片要徑向放置。為了使葉片根部始終通有壓力油，的密封，因此在葉片根部應(yīng)設(shè)置預(yù)緊彈簧。轉(zhuǎn)矩小和動(dòng)作要求靈敏的場(chǎng)合。(2)徑向柱塞式液壓馬達(dá)工作原理，當(dāng)壓力油經(jīng)固定的配油軸4的窗口進(jìn)入X時(shí)，力對(duì)缸體產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩，使缸體旋轉(zhuǎn)。缸體再通過(guò)端面連接的傳動(dòng)軸向外輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。（3）軸向柱塞馬達(dá)軸向柱塞泵除閥式配流外，其它形式原則上都可以作為生一個(gè)法向反力ｐ，此力可分解為軸向分力及和垂直分力Q。Q與柱塞上液壓力相平衡，而Q則使柱塞對(duì)缸體中心產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)馬達(dá)軸逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。而且影響它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。斜盤傾角越大，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低。（4）齒輪液壓馬達(dá)在結(jié)構(gòu)上為了適應(yīng)正反轉(zhuǎn)要求，進(jìn)出油口相等、具有對(duì)采用滾動(dòng)軸承；為了減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)齒輪液壓馬達(dá)的齒數(shù)比泵的齒數(shù)要多。類液壓馬達(dá)的適用工況與應(yīng)用范圍圖3-4類液壓馬達(dá)的適用工況與應(yīng)用范圍Figure3-4classhydraulicmotorandapplicationoftheapplicablerangeofoperatingconditions液壓馬達(dá)的選取：過(guò)2M轉(zhuǎn)速高，需要搭配減速器作為驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)裝置。3.2.3行星齒輪減速器為結(jié)構(gòu)原因，單級(jí)減速最小為3，最大一般不超過(guò)10，常見(jiàn)減速比為：.8.10，減速機(jī)級(jí)數(shù)一般不超過(guò)3，但有部分大減速比定制減速機(jī)有4級(jí)減速。相對(duì)其他減速機(jī)，行星減速機(jī)具有高剛性、高精度(單級(jí)可做到1分以內(nèi))、高傳動(dòng)效率(單級(jí)在97%-98%)/矩，匹配慣量。為了配合雙作用葉片式液壓馬達(dá)，選擇傳動(dòng)比i=10的行星齒輪減速器。圖3-5行星減速器三維立體圖Figure3-5planetarygearthree-dimensionalmap3.2.4回轉(zhuǎn)支撐裝置圈上的齒圈相嚙合.小齒輪可繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，又可繞轉(zhuǎn)臺(tái)中心線公轉(zhuǎn)，當(dāng)回傳圖3-6回轉(zhuǎn)支承裝置Figure3-6slewingdevice1．轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承擺動(dòng)式液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)柱式支承如圖3-7所示?；剞D(zhuǎn)支承又稱轉(zhuǎn)盤軸承，是機(jī)械的兩個(gè)部分之間需要相對(duì)回轉(zhuǎn)又同時(shí)承各種機(jī)械回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不同回轉(zhuǎn)工況的要求。它由固定在回轉(zhuǎn)體1上的上、下支承軸4和6，上、下軸座3和7組成。軸承座用螺栓固定在機(jī)架5上?；剞D(zhuǎn)體與支承軸組成轉(zhuǎn)柱，插入軸承座的軸承中。外殼固定在機(jī)架5上的擺動(dòng)液壓缸輸出軸插入下支承軸6機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)體常做“匚形，以避免與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)碰撞。工作裝置鉸接在回轉(zhuǎn)體上，與回轉(zhuǎn)體一起回轉(zhuǎn)。圖3-7轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承Figure3-7turnpillarslewing1-回轉(zhuǎn)體；2-擺動(dòng)液壓缸；3-上軸承座；4-上支撐軸；5-機(jī)架；6-下支撐軸；7-下軸承座2．滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承大區(qū)別是它的轉(zhuǎn)速很慢。此外，一般軸承滾道中心直徑和高度比為4~5，而回轉(zhuǎn)支承則達(dá)10~15滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承的典型構(gòu)造如圖3-3齒圈或外齒圈。帶齒圈的座圈為固定圈，用沿圓周分布的螺栓4、5固定在底座上。不帶齒的座圈為回轉(zhuǎn)圈，用螺栓與轉(zhuǎn)臺(tái)連接。裝配時(shí)可先把座圈1、3和滾動(dòng)體8滾道與滾動(dòng)體的磨損而變化。所以在兩座圈之間設(shè)有調(diào)整墊片2，裝配和修理時(shí)可以調(diào)整間隙。隔離體7用來(lái)防止相鄰滾動(dòng)體8間的擠壓，減少滾動(dòng)體的磨損，并起導(dǎo)向作用。滾動(dòng)體可以是滾珠或滾柱。圖3-3滾動(dòng)軸承式支承圖3-8滾動(dòng)軸承式支承Figure3-8Rolling-insupport1-2-3-4、5-6-7-8-9-10-密封裝置承受軸向載荷，因此軌道上的接觸點(diǎn)的循環(huán)次數(shù)較少。本設(shè)計(jì)采用的是三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承。圖3-9回轉(zhuǎn)支承三維立體分解圖Figure3-9slewingChengsanWeiexplodedview1-上座圈；2-滾動(dòng)體1；3-滾動(dòng)體2；4-內(nèi)齒圈；5-滾動(dòng)體1；6-下座圈4-內(nèi)齒圈為固定座圈，2-滾動(dòng)體1中滾動(dòng)體的軸線方向與回轉(zhuǎn)支承裝置軸向方向垂直，其工作1-上座圈、6-下座圈和4-3-滾動(dòng)體2中滾動(dòng)體軸線方向與回轉(zhuǎn)支承裝置軸向方向平行，其承受的是回轉(zhuǎn)支承裝置工作時(shí)1-上座圈、6-下座圈與4-內(nèi)齒圈之間的軸向力。裝配時(shí)可先將1-上座圈、6-下座圈、2-滾動(dòng)體1、3-滾動(dòng)體2裝好如圖，形成一個(gè)完整的部件，然后將1-上座圈與上部工作臺(tái)通過(guò)螺栓連接，將4-內(nèi)齒以在兩座圈之間設(shè)有調(diào)整墊片裝配和修理時(shí)可以調(diào)整間隙。3.2.5回轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置回轉(zhuǎn)裝置的傳動(dòng)形式有直接傳動(dòng)和間接傳動(dòng)兩種。1）直接傳動(dòng)。在低速大扭矩液壓馬達(dá)的輸出軸上安裝驅(qū)動(dòng)小齒輪，與會(huì)轉(zhuǎn)齒輪嚙合。2）間接傳動(dòng)。由高速液壓馬達(dá)經(jīng)齒輪減速器帶動(dòng)回轉(zhuǎn)齒圈的間接傳動(dòng)結(jié)構(gòu)器，以便吸收較大的回轉(zhuǎn)慣性力矩?；剞D(zhuǎn)裝置的傳動(dòng)形式采用間接傳動(dòng)形式。轉(zhuǎn)，當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)就相對(duì)底架進(jìn)行回轉(zhuǎn)。圖3-10回轉(zhuǎn)支承傳動(dòng)裝置Figure3-10slewinggear1-制動(dòng)器；2-液壓馬達(dá)；3-行星齒輪減速器；4-回轉(zhuǎn)齒圈；5-潤(rùn)滑油杯；6-中央回轉(zhuǎn)接頭機(jī)構(gòu)的殼體固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，3-行星齒輪減速器上的小齒輪與回轉(zhuǎn)支承圈上的4-回轉(zhuǎn)齒圈相嚙合。2-3-行星齒輪減速器的降4-架進(jìn)行回轉(zhuǎn)。5-潤(rùn)滑油杯的作用是在3-行星齒輪減速器上的小齒輪與4-回轉(zhuǎn)齒6-中央回轉(zhuǎn)接頭的作用是將任意角度行走馬達(dá)都能得到正常供油。3.2.6中央回轉(zhuǎn)接頭任意角度后，還能正常給行走馬達(dá)供油。圖3-11中央回轉(zhuǎn)接頭Figure3-11centralrotaryjoint1-端蓋1；2-外殼體；3-入油口；4-密封圈；5-出油口；6-端蓋2；7-中心軸中央回轉(zhuǎn)接頭工作原理：2-外殼體固定在上部工作轉(zhuǎn)臺(tái)，7-中心軸固定在車架上。當(dāng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)2-外殼體與7-中心軸會(huì)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，3-入油口位于工作臺(tái)上，液壓油經(jīng)過(guò)控制閥在此進(jìn)入中央回轉(zhuǎn)接頭。液壓油進(jìn)入中央回轉(zhuǎn)接頭后會(huì)在4-密封圈之間的溝槽中形成液壓油帶，5-出油口位于溝槽底部，液壓油可以從5-出油口出進(jìn)入7-中心軸，通過(guò)7-中心軸內(nèi)部盲4-密封圈之間形成的液壓油帶為環(huán)狀繞7-中心軸一圈，所以不論2-外殼體旋轉(zhuǎn)什么角度，環(huán)狀液壓油帶中的液壓油都可以通過(guò)5-入油口進(jìn)入7-中心軸。所以無(wú)論上部工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)什么角度，液壓油都可以經(jīng)由中央回轉(zhuǎn)接頭到達(dá)底盤，為行走馬達(dá)供油。3.2.7機(jī)械臂的組成及工作原理工作裝置由兩部分組成：機(jī)械臂和機(jī)械爪。繞R軸方向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由回轉(zhuǎn)裝置完成，Z軸方向的運(yùn)動(dòng)在液壓缸2的作用下完成，Y軸方向伸縮臂的運(yùn)動(dòng)在液壓缸1作用下完成，機(jī)械爪的作用是通過(guò)卡盤上的機(jī)械結(jié)構(gòu)抓取與放置輪胎。圖3-12機(jī)械臂三維立體圖Figure3-12armthree-dimensionalmap1-伸縮臂；2伸縮臂液壓缸；3-機(jī)械臂支座；4-動(dòng)臂；5-動(dòng)臂液壓缸；6-軸；7-軸承；8-配重機(jī)械臂工作原理：機(jī)械臂采用伸縮臂+4-動(dòng)臂通過(guò)6-軸與7-軸承固定在工作臺(tái)上。在5-動(dòng)臂液壓缸的作用下4-動(dòng)臂可繞6-軸旋轉(zhuǎn)，完成機(jī)械臂Z軸方向的移動(dòng)。2-伸縮臂液壓缸一端固定在4-動(dòng)臂上，一端固定在1-伸縮臂上，在2-伸縮臂液壓缸的控制下機(jī)械臂可以帶動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)完成Y4-動(dòng)臂末端增加8-配重可以抵消機(jī)械臂的自重，減少5-動(dòng)臂液壓缸的工作載荷，5-動(dòng)臂液壓缸實(shí)際的工作載荷僅僅由抓取的輪胎的重量產(chǎn)生。圖3-13關(guān)節(jié)機(jī)器人Figure3-13jointrobot機(jī)械臂此種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)：3-13上靈活度需求的同時(shí)還有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。縮臂式的結(jié)構(gòu)式非常合適的。3.2.8機(jī)械爪結(jié)構(gòu)組成與工作原理機(jī)械爪的夾持方式分為外圍夾持方式與中心夾持方式如圖3-14只能采用中心夾持式。圖3-14輪胎抓取機(jī)械手Figure3-14TirecrawlrobotL型滑塊L型結(jié)構(gòu)可以將滑塊的一部分就是機(jī)械爪的設(shè)計(jì)思路。機(jī)械爪整體結(jié)構(gòu)：機(jī)械爪的整體結(jié)構(gòu)如圖3-15101-吊環(huán)的作用是5-馬達(dá)架主要左右是用來(lái)固定擺動(dòng)馬達(dá)，為擺動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)提供一個(gè)反作用力。6-聯(lián)軸器將4-擺動(dòng)馬達(dá)提供的扭矩傳遞給7-10-滑塊的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力8-連接塊、9-卡盤與10-L型滑塊是機(jī)械手中關(guān)鍵的三個(gè)個(gè)7-圓盤為10-8-9-卡盤為10-滑塊7-8-9-動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為10-L型滑塊的直線運(yùn)動(dòng)。圖3-15機(jī)械爪三維立體圖Figure3-15clawthree-dimensionalmap1-2-3-4-擺動(dòng)馬達(dá)；5-6-7-8-9-卡盤；10-L型滑塊1-Z軸方向移動(dòng)，而是會(huì)有一個(gè)有弧度的軌跡，所以如果機(jī)械爪與伸縮臂之間是硬Z持豎直狀態(tài)。機(jī)械爪工作原理機(jī)械爪卡盤部分結(jié)構(gòu)如圖3-16所示。圖3-16機(jī)械爪三維立體圖Figure3-16clawthree-dimensionalmap6-聯(lián)軸器；7-圓盤；8-連接塊；9-卡盤；10-滑塊；11-螺栓1；12-水平槽；13-螺栓24-擺動(dòng)馬達(dá)是一個(gè)擺動(dòng)角度恒定為90°的氣動(dòng)馬達(dá)，當(dāng)擺動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)8-聯(lián)軸器帶動(dòng)7-圓盤旋轉(zhuǎn)，8-滑塊連接器一端固定在7-圓盤上，另一端固定在10-滑塊上，7-圓盤的旋轉(zhuǎn)會(huì)通過(guò)8-連接塊帶動(dòng)10-滑塊在水平槽內(nèi)徑向移動(dòng)。4-擺動(dòng)馬達(dá)最終將液壓能轉(zhuǎn)化為扭矩通過(guò)7-圓盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)而轉(zhuǎn)化為了10-滑塊的水平直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)機(jī)械手抓取輪胎工作的工作狀態(tài)中，10-滑塊被推倒最外端，8-連接塊的方向正好垂直于7-安全性能得以提高。3.3機(jī)械臂強(qiáng)度計(jì)算與校核度就不會(huì)有問(wèn)題，伸縮臂橫截面如圖3-17。B=140mmb=120mmH=160mmh=140mm，查機(jī)械手冊(cè)可得、C點(diǎn)為機(jī)械臂配重100D點(diǎn)為機(jī)械臂自重100E點(diǎn)為工作負(fù)載100。圖3-17機(jī)械臂截面示意圖Figure3-17Schematiccross-sectionarm簡(jiǎn)化后的機(jī)械臂受力如圖3-18圖3-18機(jī)械臂簡(jiǎn)化受力圖Figure3-18armbytryingtosimplify取整體為研究對(duì)象，根據(jù)和求得支反力、為：，根據(jù)已知的所有力繪出剪力圖3-19與彎矩圖3-20圖3-19機(jī)械臂剪力圖Figure3-19ShearDiagramarm圖3-20機(jī)械臂彎矩圖Figure3-20armbendingmomentdiagram由彎矩圖可以得知最大彎矩為發(fā)生在A點(diǎn)抗彎截面系數(shù)的選?。河傻茫畲髲澢龖?yīng)力為梁的彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度滿足由得，最大彎曲切應(yīng)力梁的彎曲切應(yīng)力強(qiáng)度滿足。4液壓系統(tǒng)4.1液壓系統(tǒng)的基本組成及其基本要求液壓系統(tǒng)三維效果圖如圖4-1所示圖4-1液壓系統(tǒng)三維效果圖Figure4-13Dmaphydraulicsystem來(lái)就組成一個(gè)液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的基本組成（1）動(dòng)力元件：液壓缸——將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓力能，向系統(tǒng)提供壓力介質(zhì)。（2）執(zhí)行元件：液壓缸——直線運(yùn)動(dòng)，輸出力、位移；液壓馬達(dá)——回轉(zhuǎn)（3）控制元件：壓力、方向、流量控制的元件。用來(lái)控制液壓系統(tǒng)所需的壓力、流量、方向和工作性能，以保證執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)各種不同的工作要求。（4）輔助元件：油箱、管路、壓力表等。它們對(duì)保證液壓系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定工作具有非常重要的作用。（5）工作介質(zhì)：液壓油。是傳遞能量的介質(zhì)按照不同的功能可將液壓系統(tǒng)分為三個(gè)基本部分：工作裝置系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)。圖4-2液壓系統(tǒng)組成圖Figure4-2Figurehydraulicsystemponents工作裝置主要由動(dòng)臂、固定臂、機(jī)械爪及相應(yīng)的液壓缸組成。理地分配去各機(jī)構(gòu)的流量。象，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)輪與導(dǎo)軌發(fā)生不必要的摩擦。動(dòng)力輸出路線：圖4-3動(dòng)力傳輸原理圖Figure4-3SchematicPowerTransmission—聯(lián)軸節(jié)—液壓泵（機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能）—分配閥—中央回轉(zhuǎn)接頭——減速箱—驅(qū)動(dòng)輪—實(shí)現(xiàn)行走—聯(lián)軸節(jié)—液壓泵（機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能）—分配閥—回轉(zhuǎn)馬達(dá)（液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能）—減速箱—回轉(zhuǎn)支承—實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)—聯(lián)軸節(jié)—液壓泵（機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能）—分配閥—?jiǎng)颖塾透祝ㄒ簤耗苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能）—實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)—聯(lián)軸節(jié)—液壓泵（機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能）—分配閥—伸縮臂油缸（液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能）—實(shí)現(xiàn)伸縮臂運(yùn)動(dòng)4.2液壓系統(tǒng)的基本動(dòng)作分析（1）機(jī)械爪抓取輪胎。在抓取過(guò)程中主要是舉升液壓缸與伸縮液壓缸的復(fù)合動(dòng)作。（2）舉升回轉(zhuǎn)。抓取結(jié)束后，動(dòng)臂缸將動(dòng)臂頂起，同時(shí)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向輪胎硫化機(jī)，此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動(dòng)作。（3）放置輪胎?；剞D(zhuǎn)至輪胎硫化機(jī)位置時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)，在動(dòng)臂液壓缸與伸縮液壓缸配合下將輪胎放置與工作位置。（4）空爪返回。放置結(jié)束后，轉(zhuǎn)臺(tái)反向回轉(zhuǎn)，同時(shí)動(dòng)臂缸和伸縮缸相互配4.3液壓系統(tǒng)的基本回路分析沖回路、節(jié)流回路、行走回路、合流回路、再生回路、閉鎖回路、操縱回路等。4.3.1限壓回路的流量通過(guò)此閥流回油箱，因此溢流閥是常開(kāi)的。元件和管路免受損壞，這種限壓閥（圖4-4）實(shí)際上起了卸荷閥的作用。維持正常工作，動(dòng)臂液壓缸雖然處于“不工作狀態(tài)，但必須具有足夠的閉鎖力來(lái)防止壓力大于限壓閥調(diào)定值時(shí)，限壓閥打開(kāi)，使油液流回油箱。圖4-4限壓回路Figure4-4pressurelimitingLoop1-換向閥2-限壓閥3-油缸4.3.2緩沖回路4-5為液壓系統(tǒng)中比較普遍采用的幾種緩沖回路。圖4-5(A)中回轉(zhuǎn)馬達(dá)兩個(gè)油路上各裝有動(dòng)作靈敏的小型直動(dòng)式緩