智能碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)含10張CAD圖,智能,碼垛,設(shè)計(jì),10,CAD XXXX智能碼垛機(jī)XXXXXXXX答 辯 人：X X X導(dǎo) 師：X X X專 業(yè)：X X X12345設(shè)計(jì)的背景和國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r總體方案確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)PLC程序設(shè)計(jì)總結(jié)主目錄設(shè)計(jì)的背景和國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r第一部分設(shè)計(jì)背景設(shè)計(jì)意義國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 碼垛機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀從年代開(kāi)始，在工業(yè)發(fā)達(dá)的德國(guó)、意大利、日本等國(guó)家，已相繼研制出半自動(dòng)、全自動(dòng)碼垛機(jī)，后來(lái)在結(jié)構(gòu)和機(jī)型方面，還不斷作了改進(jìn)和完善。國(guó)產(chǎn)碼垛機(jī)從年代開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)到現(xiàn)在，已經(jīng)歷了年左右的時(shí)間。到目前為止，我國(guó)生產(chǎn)的碼垛機(jī)，機(jī)型，品種規(guī)格、設(shè)備性能和產(chǎn)品質(zhì)量等各方面，有很大的發(fā)展和提高，并在很多方面已逐步接近或達(dá)到國(guó)外同類型碼垛機(jī)的技術(shù)性能及各項(xiàng)參數(shù)，已基本上能滿足大中型企業(yè)產(chǎn)品包裝碼垛的需要，但與國(guó)外先進(jìn)水平相比，還存在一定的差距。步入21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，在現(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)線當(dāng)中碼垛機(jī)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。而隨著機(jī)械電氣技術(shù)與液壓氣動(dòng)技術(shù)的高速發(fā)展，使得碼垛機(jī)的類型變得越來(lái)越多樣化，工作效率越來(lái)越高效，在很多領(lǐng)域中都有很好的應(yīng)用，因此，對(duì)于碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)有了更高的要求。行業(yè)大背景設(shè)計(jì)背景國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀國(guó)外現(xiàn)狀 目前,我國(guó)的碼垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)型式主要有直角坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型。直角坐標(biāo)機(jī)器人具有定位精度高、空間軌跡易于求解、計(jì)算機(jī)控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。與直角坐標(biāo)機(jī)器人相比,關(guān)節(jié)型機(jī)器人機(jī)身小而且動(dòng)作空間大,動(dòng)作靈活,可滿足更多的生產(chǎn)要求,應(yīng)用范圍更廣。國(guó)外碼垛機(jī)所采用的算法與國(guó)內(nèi)不同，所采用的傳感器也更多，這就使得國(guó)外的碼垛機(jī)比國(guó)內(nèi)的碼垛機(jī)性能更加優(yōu)良。此外，國(guó)外的碼垛機(jī)有的還配置了遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)。外國(guó)碼垛機(jī)的發(fā)展技術(shù)已經(jīng)日益成熟，而國(guó)內(nèi)的碼垛機(jī)技術(shù)更多的還停留于實(shí)驗(yàn)室階段，不能夠很好的應(yīng)用到很多領(lǐng)域當(dāng)中，許多當(dāng)代的碼垛機(jī)設(shè)計(jì)很多都是從國(guó)外引進(jìn)并加以改造，自主創(chuàng)新研發(fā)的碼垛機(jī)少之又少。由于各種各樣的原因，我認(rèn)為技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該更傾向于應(yīng)用到生活中，而不是停留于紙面。設(shè)計(jì)意義 本論文設(shè)計(jì)的碼垛機(jī)，可以很好的提高裝卸效率，更能適應(yīng)高節(jié)奏的生產(chǎn)方式，同時(shí)調(diào)整參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)大型貨物的碼垛，使碼垛更加智能高效化，從而提高公司的經(jīng)濟(jì)效益。故我們決定對(duì)碼垛機(jī)器人進(jìn)行研究，使碼垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和控制程序變得相對(duì)簡(jiǎn)單，提高其可靠性，減低其成本，以滿足我國(guó)的企業(yè)的生產(chǎn)要求，以便碼垛機(jī)器人在工廠中能夠更好的普及?？傮w方案確定第二部分設(shè)計(jì)方案難點(diǎn)克服03030201設(shè)計(jì)方案碼垛機(jī)手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)碼垛機(jī)驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)碼垛機(jī)控制方案設(shè)計(jì)碼垛機(jī)其他技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)智能碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)思路為：首先充分考慮工作目標(biāo)的各方面的特性與要求，然后指定最優(yōu)化的方案，并且進(jìn)行仿真模擬，看設(shè)計(jì)的各種參數(shù)是否符合預(yù)期的工作標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)相應(yīng)的控制程序進(jìn)行不斷改進(jìn)，綜合考慮各方面的經(jīng)濟(jì)效能與成本，逐步找到一中最適合此工作的最佳方案，另外，也要充分考慮到各種突發(fā)情況以及售后服務(wù)等方面，設(shè)計(jì)后續(xù)方案。難點(diǎn)克服020103040506持續(xù)性自我調(diào)節(jié)能力經(jīng)濟(jì)成本與效益準(zhǔn)確度高效性靈活性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第三部分工作原理設(shè)計(jì)過(guò)程工作原理 碼垛機(jī)的工作原理就是利用PLC控制系統(tǒng)，先讓智能碼垛機(jī)的機(jī)械臂下降，抓取相應(yīng)的物品，之后使得機(jī)械臂上升，通過(guò)機(jī)械臂的伸縮和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，把物品放在相應(yīng)的位置后，夾具松開(kāi)，然后機(jī)械臂上升，如此反復(fù)進(jìn)行，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度的作業(yè)過(guò)程。設(shè)計(jì)過(guò)程智能碼垛機(jī)底座的設(shè)計(jì) 碼垛機(jī)的底座部分是一個(gè)單獨(dú)的部分，不會(huì)有和其他構(gòu)件之間的配合，所以，底座的內(nèi)表面不需要做特殊處理，對(duì)于外表面要進(jìn)行粗糙度的要求，在左右兩端的表面上要打上M10的螺紋孔，再底座的的下方打上一個(gè)光孔，用來(lái)固定整個(gè)碼垛機(jī)的中心位置，方便以后的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程智能碼垛機(jī)柱桿的設(shè)計(jì) 根據(jù)計(jì)算所得出來(lái)的結(jié)果，應(yīng)該選擇比33.2大的軸徑，為了保證有工作余量，可取D=40mm，又因?yàn)檩S徑尺寸小，所承受的重量很小，可以不做校核。設(shè)計(jì)過(guò)程智能碼垛機(jī)軸承的設(shè)計(jì) 軸承方式的選擇有很多，但是根據(jù)本論文的條件要求，滑動(dòng)軸承或滾動(dòng)軸承都可以滿足其工作需要?；瑒?dòng)軸承承受載荷的方式是通過(guò)各個(gè)零部件工作過(guò)程當(dāng)中的滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就加劇了各個(gè)構(gòu)件之間的摩擦，增大了阻力，影響啟動(dòng)速度，容易損壞部件，使得效率變低，維修費(fèi)用變高。所以我們采用滾動(dòng)軸承，可以有效避免上述所出現(xiàn)的情況。那么進(jìn)一步分析，滾動(dòng)軸承也有很多的類型，選擇哪一種滾動(dòng)軸承還需要綜合各方面因素考慮，但根據(jù)要求能夠選擇滾子軸承和球軸承，球軸承與滾子軸承特性完全相反。如果是在大規(guī)模生產(chǎn)當(dāng)中選擇滾子軸承，小規(guī)模生產(chǎn)選擇球軸承。此外根據(jù)滾動(dòng)軸承能否自動(dòng)調(diào)心的工作特性，還需要配合推力軸承和向心軸承。設(shè)計(jì)過(guò)程智能碼垛機(jī)上軸承座的設(shè)計(jì) 由于上軸承座需要和很多機(jī)構(gòu)鏈接，為了提高碼垛機(jī)的穩(wěn)定性，軸承外圈與軸承座孔采用基軸制配合，軸承內(nèi)圈與軸頸采用基孔制配合，軸承內(nèi)圈與軸頸的配合要遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)要求。此外軸承內(nèi)外圈之間的配合需要根據(jù)工作條件來(lái)制定，如果配合不合適會(huì)影響碼垛機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度與精度，甚至?xí)霈F(xiàn)卡殼死機(jī)等情況，所以軸承內(nèi)外圈的配合要謹(jǐn)慎選擇，一般取決于物品重量的大小，構(gòu)件的壽命，動(dòng)作的連貫不卡頓，以及工作條件與環(huán)境的變化。設(shè)計(jì)過(guò)程智能碼垛機(jī)下軸承座的設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，要注意其表面粗糙度的要求，還要注意各個(gè)構(gòu)件之間的配合是否合理。設(shè)計(jì)過(guò)程智能碼垛機(jī)機(jī)械大臂的設(shè)計(jì) 碼垛機(jī)機(jī)械大臂沒(méi)有過(guò)多要求，內(nèi)部有動(dòng)作需要的氣缸即可。設(shè)計(jì)過(guò)程智能碼垛機(jī)機(jī)械小臂的設(shè)計(jì) 碼垛機(jī)機(jī)械小臂的設(shè)計(jì)和大臂的設(shè)計(jì)一樣，并沒(méi)有過(guò)多要求。設(shè)計(jì)過(guò)程智能碼垛機(jī)夾具的設(shè)計(jì) 因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境比較多樣化，可根據(jù)不同需要設(shè)計(jì)不同的夾具，在此設(shè)計(jì)了一種最常見(jiàn)的碼垛機(jī)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)過(guò)程智能碼垛機(jī)夾緊氣缸的設(shè)計(jì) 根據(jù)計(jì)算（具體見(jiàn)論文），可以確定夾緊氣缸的尺寸，從而選擇合適的夾緊氣缸型號(hào)。設(shè)計(jì)過(guò)程智能碼垛機(jī)升降氣缸的設(shè)計(jì) 根據(jù)計(jì)算（具體見(jiàn)論文），可以確定升降氣缸的尺寸，從而選擇合適的升降氣缸型號(hào)。設(shè)計(jì)過(guò)程智能碼垛機(jī)伸縮氣缸的設(shè)計(jì) 根據(jù)計(jì)算（具體見(jiàn)論文），可以確定伸縮氣缸的尺寸，從而選擇合適的伸縮氣缸型號(hào)。設(shè)計(jì)過(guò)程智能碼垛機(jī)旋轉(zhuǎn)氣缸的設(shè)計(jì) 根據(jù)計(jì)算（具體見(jiàn)論文），可以確定旋轉(zhuǎn)氣缸的尺寸，從而選擇合適的旋轉(zhuǎn)氣缸型號(hào)。設(shè)計(jì)過(guò)程智能碼垛機(jī)氣壓傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 根據(jù)本論文的設(shè)計(jì)思路,碼垛機(jī)的工作原理就是先讓智能碼垛機(jī)的機(jī)械臂下降，抓取相應(yīng)的物品，之后使得機(jī)械臂上升，通過(guò)機(jī)械臂的伸縮和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，把物品放在相應(yīng)的位置后，夾具松開(kāi)，然后機(jī)械臂上升，如此反復(fù)進(jìn)行的動(dòng)作。PLC程序設(shè)計(jì)第四部分電磁鐵動(dòng)作順序I/O分配PLC控制梯形圖電磁鐵動(dòng)作順序 電磁鐵1YA、2YA實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)的升降，電磁鐵3YA、4YA實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)的抓取,電磁鐵5YA、6YA實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)的伸縮，電磁鐵7YA、8YA實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)的旋轉(zhuǎn)。I/O分配PLC與碼垛機(jī)各部分的電路圖PLC控制梯形圖 PLC控制梯形圖總結(jié)第五部分結(jié)論主要參考文獻(xiàn)結(jié)論 本畢業(yè)設(shè)計(jì)是采用氣壓傳動(dòng)的智能碼垛機(jī)，與其他智能碼垛機(jī)相比，靈活性更強(qiáng)，準(zhǔn)確度與精度更高，可以應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)拸V。論文主要設(shè)計(jì)介紹了智能碼垛機(jī)的夾具部分、動(dòng)作部件以及PLC編程控制裝置的流程圖，這使得智能碼垛機(jī)的整體協(xié)調(diào)性變得更強(qiáng)，這跟以往傳統(tǒng)的碼垛方式有很大不同，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)可以靈活的改變作業(yè)方式，通過(guò)夾具部分的改變可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物品的碼垛，通過(guò)各個(gè)零部件的復(fù)合運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)各種角度的作業(yè)，使得智能碼垛機(jī)更好的體現(xiàn)機(jī)電一體化的發(fā)展方向。該論文設(shè)計(jì)的智能碼垛機(jī)所采用的氣壓傳動(dòng)與電氣控制系統(tǒng)相結(jié)合的思想是一大特點(diǎn)，氣壓傳動(dòng)能夠使工作更加快速，準(zhǔn)確，而且介質(zhì)來(lái)源廣泛，取之不竭、用之不盡，非常契合當(dāng)今世界環(huán)保發(fā)展理念，而PLC控制技術(shù)的各個(gè)部分的模塊化使得碼垛機(jī)的操作性變的非常簡(jiǎn)便，只需要修改相應(yīng)程序指令便可完成相應(yīng)的動(dòng)作，兩者的結(jié)合能夠降低很多成本，帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。主要參考文獻(xiàn)濮良貴、紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2005成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-氣壓傳動(dòng).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002陳建明.電氣控制與PLC應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2006王承義.碼垛機(jī)及其應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981胡弘、姚伯威.機(jī)電一體化原理及應(yīng)用.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1999陳秀寧.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).浙江：浙江大學(xué)出版社，1995123456主要參考文獻(xiàn)感謝語(yǔ)THANKS!首先，我非常感謝姜老師對(duì)我的指導(dǎo)，在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我總是有這樣或那樣的問(wèn)題，姜老師一直都是不厭其煩的一一為我解答，并且時(shí)刻啟發(fā)著我的設(shè)計(jì)思路，使我受益匪淺，深刻理解了其中的知識(shí)，此外，姜老師對(duì)于知識(shí)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和對(duì)研究的求實(shí)態(tài)度，也指引給了我以后的人生發(fā)展方向。另外，我還要感謝兩年來(lái)幫助過(guò)我的老師和同學(xué)，正是由于他們的教導(dǎo)和幫助，才能使我的畢業(yè)論文能夠順利進(jìn)行，才能把所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到論文當(dāng)中。最后，感謝兩年來(lái)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院對(duì)我的培養(yǎng)，衷心的祝愿海院能夠發(fā)展的越來(lái)越好。懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正！THANKS演示完畢感謝觀看I智能碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)目 錄摘 要.IABSTRACT（英文摘要）.引 言.11.1 設(shè)計(jì)的背景和意義.11.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀.2第二章 總體方案確定.32.1 總體方案論證.32.1.1 碼垛機(jī)手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) .32.1.2 碼垛機(jī)驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) .32.1.3 碼垛機(jī)控制方案設(shè)計(jì) .42.1.4 碼垛機(jī)主要參數(shù) .42.1.5 碼垛機(jī)的技術(shù)參數(shù)列表 .5第三章 智能碼垛機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).63.1 動(dòng)作工況與分析.63.2 碼垛機(jī)各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).73.2.1 智能碼垛機(jī)的底座設(shè)計(jì).73.2.2 智能碼垛機(jī)的柱桿 設(shè)計(jì).73.2.3 智能碼垛機(jī) 軸承的設(shè)計(jì).83.2.4 智能碼垛機(jī) 上軸承座的 設(shè)計(jì) .93.2.5 智能碼垛機(jī) 下軸承座的 設(shè)計(jì) .103.2.6 智能碼垛機(jī)機(jī)械 大臂的設(shè)計(jì) .10II3.2.7 智能碼垛機(jī)機(jī)械 小臂的設(shè)計(jì) .113.2.8 智能碼垛機(jī)夾具 的設(shè)計(jì) .113.2.9 智能碼垛機(jī) 夾緊氣缸 的設(shè)計(jì) .123.2.10 智能碼垛機(jī) 升降氣缸 的設(shè)計(jì) .143.2.11 智能碼垛機(jī) 伸縮氣缸 的設(shè)計(jì) .173.2.12 智能碼垛機(jī) 回轉(zhuǎn)氣缸 的設(shè)計(jì) .19第四章 智能碼垛機(jī)氣壓傳動(dòng)的設(shè)計(jì) .21第五章 智能碼垛機(jī) PLC 程序的設(shè)計(jì) .225.1 電磁鐵動(dòng)作順序.225.2 I/O 分配.225.3 PLC 控制梯形圖.23結(jié) 論 .25- 1 -摘 要步入 21 世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，在現(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)線當(dāng)中碼垛機(jī)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。而隨著機(jī)械電氣技術(shù)與液壓氣動(dòng)技術(shù)的高速發(fā)展，使得碼垛機(jī)的類型變得越來(lái)越多樣化，工作效率越來(lái)越高效，在很多領(lǐng)域中都有很好的應(yīng)用，因此，對(duì)于碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)或者說(shuō)改進(jìn)有了更多元化的要求。本論文設(shè)計(jì)的智能 碼垛機(jī)由夾具部分 、動(dòng)作部件 和程序控制裝置 三大部分組成。夾具部分的功能是抓取所需的物品 ，由于物品的不確定性，夾具部分可按照要求設(shè)計(jì)成為不同的類型 。動(dòng)作部件的功能是通過(guò)各個(gè)部件之間的配合使碼垛機(jī)完成所需要完成的動(dòng)作。程序控制裝置的功能是通過(guò)各種程序來(lái)實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)的智能化。智能碼垛機(jī)主要有抓取、旋轉(zhuǎn)、伸縮、升降 四個(gè)自由度組成 。論文主要從三個(gè)方面對(duì)智能碼垛機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別為各個(gè)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，傳動(dòng)方式的設(shè)計(jì)以及程序系統(tǒng)的編程。根據(jù)各種條件的綜合考慮，各機(jī)構(gòu)部件參數(shù)設(shè)計(jì)更加的向高效化與智能化靠近。傳動(dòng)方式選擇氣壓傳動(dòng)，并結(jié)合圖片表述其工作原理。程序系統(tǒng)的編程也給出了語(yǔ)句指令與編程圖片。智能碼垛機(jī)性能優(yōu)良，工作方式靈活，成本較低，并且還有很大的發(fā)展空間，無(wú)論是在機(jī)械領(lǐng)域還是在電氣領(lǐng)域，甚至在液壓領(lǐng)域中，都能夠有很好的應(yīng)用。隨著時(shí)間的推移，科學(xué)技術(shù)發(fā)展的越來(lái)越成熟，相信智能碼垛機(jī)在很多地方都能夠看到它工作的身影。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：機(jī)械手，自動(dòng)化，氣動(dòng)，PLC- 2 - AbstractIn the 21st century, with the rapid development of science and technology, stacker plays an important role in the modern automatic production line. With the rapid development of mechanical and electrical technology and hydraulic and pneumatic technology, the types of palletizer become more and more diversified, the working efficiency is more and more efficient, and it has a good application in many fields. Therefore, the design of palletizer has higher requirements.The design of this project comes from the transportation station in the production line. The transmission mode is pneumatic transmission, that is to control the action of the stacker with various cylinders. The control part combines the programmable control technology to write a program to control the transportation between the two stations.The intelligent stacker is composed of three parts: clamp part, action part and program control device. The function of the fixture part is to grab the required items. Due to the uncertainty of the items, the fixture part can be designed into different types according to the requirements. The function of the action parts is to make the stacker complete the actions needed by the cooperation between the various parts. The function of the program control device is to realize the intellectualization of the stacker through various programs. The intelligent stacker mainly consists of four degrees of freedom: grabbing, rotating, stretching and lifting.This paper mainly designs the intelligent stacker from three aspects: the design of each component, the design of transmission mode and the programming of program system. According to the comprehensive consideration of various conditions, the parameter design of each mechanism component is closer to the high efficiency and intelligence. The transmission mode is pneumatic transmission, and its working principle is described with pictures. The programming of the program system also gives the statement instruction and programming picture.Intelligent stacker has excellent performance, flexible working mode, low cost, and there is a lot of room for development, whether in the field of machinery or in the field of electrical, or even - 3 -in the field of hydraulic, it can have a good application. With the development of science and technology, it is believed that intelligent stacker can see its work in many places.Keywords:Manipulator, automation, pneumatic, PLC- 4 -引引 言言1.11.1 設(shè)計(jì)的背景和意義設(shè)計(jì)的背景和意義步入 21 世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，在現(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)線當(dāng)中碼垛機(jī)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。而隨著機(jī)械電氣技術(shù)與液壓氣動(dòng)技術(shù)的高速發(fā)展，使得碼垛機(jī)的類型變得越來(lái)越多樣化，工作效率越來(lái)越高效，在很多領(lǐng)域中都有很好的應(yīng)用，因此，對(duì)于碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)有了更高的要求。手工方式的碼垛是傳統(tǒng)的碼垛方式，通過(guò)人工把貨盤(pán)先放在地面上，然后按照一定順序把貨物依次放在貨盤(pán)上。對(duì)于這種非常傳統(tǒng)的碼垛方式也有顯著的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樾枰と藖?lái)進(jìn)行搬運(yùn)碼垛，成本較低，并且讓人覺(jué)得安全可靠。但是人工碼垛的方式一旦運(yùn)用到大規(guī)模生產(chǎn)的過(guò)程中，就會(huì)有很多不足，耗時(shí)耗力，而且效率不高，并且還有可能出現(xiàn)很多意想不到的情況。此外，某些項(xiàng)目有嚴(yán)格的衛(wèi)生安全規(guī)范，必須盡可能防止與人體的相互作用。而且傳統(tǒng)的碼垛方式因?yàn)橐紤]工人的工作環(huán)境，所以就變得更加具有局限性了。因?yàn)槿斯ごa出的垛容易重復(fù)、質(zhì)量參差不齊、在搬運(yùn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)倒垛現(xiàn)象，所以使產(chǎn)品更容易損壞。上述情況在很多領(lǐng)域內(nèi)都存在，不管是搬運(yùn)什么物品，保證其物品的完整性很重要，因此，這也是此次設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)：怎么樣才能在在一些列的搬運(yùn)過(guò)程中，不讓物品損壞，提高其設(shè)備機(jī)器的穩(wěn)定性。一些易碎易損壞的玻璃制品根本經(jīng)不起這樣一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間搬運(yùn)的過(guò)程。本論文設(shè)計(jì)的碼垛機(jī)，可以很好的提高裝卸效率，更能適應(yīng)高節(jié)奏的生產(chǎn)方式，同時(shí)調(diào)整參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)大型貨物的碼垛，使碼垛更加智能高效化，從而提高公司的經(jīng)濟(jì)效益。故我們決定對(duì)碼垛機(jī)器人進(jìn)行研究，使碼垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和控制程序變得相對(duì)簡(jiǎn)單，提高其可靠性，減低其成本，以滿足我國(guó)的企業(yè)的生產(chǎn)要求，以便碼垛機(jī)器人在工廠中能夠更好的普及。- 5 -1.21.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀關(guān)于外國(guó)碼垛機(jī)領(lǐng)域發(fā)展的一些方面:a.智能碼垛機(jī)技術(shù)很先進(jìn)，性能優(yōu)良，但是不同碼垛機(jī)的價(jià)格卻起伏不定，沒(méi)有形成一個(gè)很好的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。b.碼垛機(jī)各部分的構(gòu)件設(shè)計(jì)分布更為合理，更加精巧，并且控制系統(tǒng)算法更為先進(jìn)，因此，碼垛機(jī)的成本提高了很多。c.國(guó)外碼垛機(jī)所采用的算法與國(guó)內(nèi)不同，并且各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)向可重構(gòu)化發(fā)展，由于這個(gè)原因，如果國(guó)采用外國(guó)的設(shè)備應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線當(dāng)中，其零部件的替換會(huì)變得相當(dāng)復(fù)雜麻煩，其維修費(fèi)用會(huì)提高。d.智能碼垛機(jī)所采用的傳感器更多，而且相對(duì)于國(guó)內(nèi)的碼垛機(jī)有更為成熟的發(fā)展，國(guó)內(nèi)所采用的傳感器多為重力，動(dòng)作，速度傳感器，而國(guó)外還采用了色彩，光線，視覺(jué)傳感器，這就使得國(guó)外的碼垛機(jī)比國(guó)內(nèi)的碼垛機(jī)性能更加優(yōu)良。對(duì)于復(fù)雜的工作條件，智能碼垛機(jī)具有更多的操作空間。e.國(guó)外的碼垛機(jī)有的還配置了遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，此外，VR技術(shù)也已經(jīng)在發(fā)展過(guò)程當(dāng)中。f.外國(guó)碼垛機(jī)的發(fā)展技術(shù)已經(jīng)日益成熟，而國(guó)內(nèi)的碼垛機(jī)技術(shù)更多的還停留于實(shí)驗(yàn)室階段，不能夠很好的應(yīng)用到很多領(lǐng)域當(dāng)中，許多當(dāng)代的碼垛機(jī)設(shè)計(jì)很多都是從國(guó)外引進(jìn)并加以改造，自主創(chuàng)新研發(fā)的碼垛機(jī)少之又少。由于各種各樣的原因，我認(rèn)為技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該更傾向于應(yīng)用到生活中，而不是停留于紙面。 - 6 -第二章第二章 總體方案確定總體方案確定2.12.1 總體方案論證總體方案論證智能碼垛機(jī)由動(dòng)作構(gòu)件，操作系統(tǒng)，傳感器裝置和程序指令裝置等構(gòu)成。為了能夠高效化的搬運(yùn)指定的物品或者貨物，智能碼垛機(jī)應(yīng)該具備高準(zhǔn)確度、高快速度、穩(wěn)定的承載性、一定的自我調(diào)節(jié)恢復(fù)能力，長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作以及工作作業(yè)方式更加靈活的諸多特性。智能碼垛機(jī)的設(shè)計(jì)思路為：首先充分考慮工作目標(biāo)的各方面的特性與要求，然后指定最優(yōu)化的方案，并且進(jìn)行仿真模擬，看設(shè)計(jì)的各種參數(shù)是否符合預(yù)期的工作標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)相應(yīng)的控制程序進(jìn)行不斷改進(jìn)，綜合考慮各方面的經(jīng)濟(jì)效能與成本，逐步找到一中最適合此工作的最佳方案，另外，也要充分考慮到各種突發(fā)情況以及售后服務(wù)等方面，設(shè)計(jì)后續(xù)方案。本論文設(shè)計(jì)的碼垛機(jī)采用氣壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)雖不能應(yīng)用于大型工業(yè)生產(chǎn)的作業(yè)，但是其靈活度高，性能穩(wěn)定，更能廣泛應(yīng)用于生活當(dāng)中。2.1.12.1.1 碼垛機(jī)手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)碼垛機(jī)手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)為了作業(yè)的靈活度，智能碼垛機(jī)設(shè)計(jì)成為 4 個(gè)自由度，即機(jī)械手的抓取、手臂的升降、手臂的伸縮和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)，機(jī)械臂的伸縮通過(guò)立柱的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而機(jī)械臂的其他復(fù)合動(dòng)作則由氣缸控制。2.1.22.1.2 碼垛機(jī)驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)碼垛機(jī)驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：1.相對(duì)于其他傳動(dòng)形式而言，選擇氣壓傳動(dòng)能更好的保證其靈活性和穩(wěn)定性，如果出現(xiàn)損壞，維修費(fèi)用成本低；2保護(hù)環(huán)境，重復(fù)契合當(dāng)今中國(guó)環(huán)保的發(fā)展理念，并且由于是空氣充當(dāng)空氣介質(zhì)，具有很好介質(zhì)來(lái)源，相對(duì)于其他傳動(dòng)方式，成本低，安全可靠；- 7 -3.氣壓傳動(dòng)的方式可以使得碼垛機(jī)的動(dòng)作更加快速，更加協(xié)調(diào)，并且速度的快慢可以調(diào)節(jié)，可適用于更廣的領(lǐng)域；4.可靠性高，使用壽命長(zhǎng)；5.利用空氣的可壓縮性，可儲(chǔ)存能量，實(shí)現(xiàn)集中供氣；6.由于空氣損失小，壓縮空氣可集中供應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸送。2.1.32.1.3 碼垛機(jī)控制方案設(shè)計(jì)碼垛機(jī)控制方案設(shè)計(jì)根據(jù)本論文的設(shè)計(jì)初衷，智能碼垛機(jī)需要完成很多的復(fù)合動(dòng)作，所以對(duì)于PLC 模塊的設(shè)計(jì)就變得尤為重要，既要考慮經(jīng)濟(jì)成本與所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)收益之間的關(guān)系，又得保證其工作的穩(wěn)定性與靈活性，還要意識(shí)到可操作性是否簡(jiǎn)便的問(wèn)題?？傊?，綜合各方面的考慮，西門(mén)子公司的 S7-200 系 CPU226 型 PLC 最為適用，不管是從成本角度，還是從技術(shù)角度，都能夠滿足要求碼垛機(jī)的啟動(dòng)裝置，各個(gè)位置的開(kāi)關(guān)與 PLC 輸入端相連，PLC 的輸出端則是與各部位相應(yīng)閥連接，用 24V 電源驅(qū)動(dòng)，配套相應(yīng)的 STEP 7-MicroWIN V4.4 版程序軟件進(jìn)行編程。2.1.42.1.4 碼垛機(jī)主要參數(shù)碼垛機(jī)主要參數(shù)a.主參數(shù)智能碼垛機(jī)的主參數(shù)是以機(jī)械手最大抓取的重量為基準(zhǔn)的，考慮到是適用于小規(guī)模生產(chǎn)，也該考慮到常規(guī)參數(shù)的要求，將最大抓取重量的主參數(shù)設(shè)置為1KG。 b.基本參數(shù)智能碼垛機(jī)的最為重要的基本參數(shù)就是各個(gè)部位運(yùn)動(dòng)速度參數(shù)。各個(gè)部位運(yùn)動(dòng)速度參數(shù)影響著碼垛機(jī)整體的協(xié)調(diào)性與精度，過(guò)快過(guò)慢都不行，需要設(shè)定合理的參數(shù)范圍。此碼垛機(jī)的機(jī)械臂平均升降速度為 75m/s-80m/s，機(jī)械臂平均旋轉(zhuǎn)速度為80/s-90/s，其最大升降速度不超過(guò) 110mm/s，最大旋轉(zhuǎn)速度不超過(guò) 460- 8 -/s2.1.52.1.5 碼垛機(jī)的技術(shù)參數(shù)列表碼垛機(jī)的技術(shù)參數(shù)列表A.設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):a)抓重1 公斤(夾持式手部)b)自由度數(shù) 4 個(gè)自由度c)最大工作半徑 279mmd)手臂最大中心高 684.5mmB.手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)夾緊行程 50mm夾緊速度 50mn/s升降行程 100mm升降速度 100mm/s回轉(zhuǎn)范圍 0180回轉(zhuǎn)速度 90/sC.手指夾持范圍 塑料:40mmD.定位方式 行程開(kāi)關(guān)E.定位精度 士 0.5mmF.緩沖方式 液壓緩沖器G.驅(qū)動(dòng)方式 氣壓傳動(dòng)H.控制方式 點(diǎn)位程序控制(采用 PLC)- 9 -第三章第三章 碼垛機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)碼垛機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.13.1 動(dòng)作工況與分析動(dòng)作工況與分析智能碼垛機(jī)是采用氣壓傳動(dòng)的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的，介質(zhì)來(lái)源廣，耗費(fèi)能源小，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，運(yùn)動(dòng)動(dòng)作迅速，維修簡(jiǎn)便。但是，由于氣壓傳動(dòng)需要壓縮空氣的原因，在實(shí)際的作業(yè)中，速度起伏會(huì)很大，啟動(dòng)較慢，對(duì)于各部件有一定的沖擊力，不能抓取重量特別大的物品。因此適用于小規(guī)模生產(chǎn)。碼垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作是由氣缸帶動(dòng)，而氣缸則是由與 PLC 相連的電磁閥控制。雙線圈電磁閥控制機(jī)械臂的伸縮與升降，單線圈的電磁閥控制機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)及機(jī)械手的抓取。智能碼垛機(jī)的工作目標(biāo)是將物品從不同的工作臺(tái)轉(zhuǎn)移，碼垛機(jī)示意圖如圖 3-1 所示：- 10 -圖 3-1 碼垛機(jī)示意圖碼垛機(jī)的工作原理就是利用 PLC 控制系統(tǒng)，先讓智能碼垛機(jī)的機(jī)械臂下降，抓取相應(yīng)的物品，之后使得機(jī)械臂上升，通過(guò)機(jī)械臂的伸縮和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，把物品放在相應(yīng)的位置后，夾具松開(kāi)，然后機(jī)械臂上升，如此反復(fù)進(jìn)行，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度的作業(yè)過(guò)程。3.23.2 智能碼垛機(jī)各機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)智能碼垛機(jī)各機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.2.13.2.1 智能碼垛機(jī)的底座設(shè)計(jì)智能碼垛機(jī)的底座設(shè)計(jì)首先要考慮設(shè)計(jì)的便是底座部分，各種機(jī)構(gòu)與系統(tǒng)的重量均由底座來(lái)支撐，此外，底座還連接了碼垛機(jī)的各個(gè)機(jī)構(gòu)。碼垛機(jī)底座設(shè)計(jì)如圖所示： - 11 - 圖 3-2 智能碼垛機(jī)底座示意圖碼垛機(jī)的底座部分是一個(gè)單獨(dú)的部分，不會(huì)有和其他構(gòu)件之間的配合，所以，底座的內(nèi)表面不需要做特殊處理，對(duì)于外表面要進(jìn)行粗糙度的要求，在左右兩端的表面上要打上 M10 的螺紋孔，再底座的的下方打上一個(gè)光孔，用來(lái)固定整個(gè)碼垛機(jī)的中心位置，方便以后的設(shè)計(jì)。3.2.23.2.2 智能碼垛機(jī)的柱桿設(shè)計(jì)智能碼垛機(jī)的柱桿設(shè)計(jì)對(duì)于機(jī)械臂的柱桿，立柱所支撐的重量取決于機(jī)械臂的重量，機(jī)械臂四自由度的運(yùn)動(dòng)也與立柱密不可分。此外，還可以根據(jù)工作需要將立柱設(shè)計(jì)成各種樣式，以滿足碼垛機(jī)動(dòng)作的要求。 （1）立柱的材料因?yàn)槭菤鈮簜鲃?dòng)，不需要太大的功率，所以選擇 45 號(hào)鋼。（2）計(jì)算尺寸根據(jù)相關(guān)知識(shí)，查1表 10-2，得 Q=110120，因?yàn)橛信まD(zhuǎn)力的因素，取Q=115，代入公式：- 12 - 3minnMQD其中： Q查表得出的參數(shù)； M柱桿的額定輸出功率，單位取 KW； n轉(zhuǎn)速，單位取 r/min.規(guī)定 Q=110、M=20KW、n=320，計(jì)算得： mmD2 .33320201103min根據(jù)計(jì)算所得出來(lái)的結(jié)果，應(yīng)該選擇比 33.2 大的軸徑，為了保證有工作余量，可取D=40mm，又因?yàn)檩S徑尺寸小，所承受的重量很小，可以不做校核。3.2.33.2.3 智能碼垛機(jī)軸承的智能碼垛機(jī)軸承的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)軸承方式的選擇有很多，但是根據(jù)本論文的條件要求，滑動(dòng)軸承或滾動(dòng)軸承都可以滿足其工作需要?；瑒?dòng)軸承承受載荷的方式是通過(guò)各個(gè)零部件工作過(guò)程當(dāng)中的滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就加劇了各個(gè)構(gòu)件之間的摩擦，增大了阻力，影響啟動(dòng)速度，容易損壞部件，使得效率變低，維修費(fèi)用變高。所以我們采用滾動(dòng)軸承，可以有效避免上述所出現(xiàn)的情況。那么進(jìn)一步分析，滾動(dòng)軸承也有很多的類型，選擇哪一種滾動(dòng)軸承還需要綜合各方面因素考慮，但根據(jù)要求能夠選擇滾子軸承和球軸承，球軸承與滾子軸承特性完全相反。如果是在大規(guī)模生產(chǎn)當(dāng)中選擇滾子軸承，小規(guī)模生產(chǎn)選擇球軸承。此外根據(jù)滾動(dòng)軸承能否自動(dòng)調(diào)心的工作特性，還需要配合推力軸承和向心軸承。a.向心軸承選擇角接觸向心軸承，3060，因?yàn)榻墙佑|向心軸承既可以承受徑向載荷，又可以承受軸向載荷。b.推力軸承選擇角接觸推力軸承，6090，原因和向心軸承一樣，能夠承受雙向載荷。- 13 -根據(jù)上述分析，確定了滾動(dòng)軸承的選擇，查表得選用 6006 深溝球軸承和50032 推力球軸承。3.2.43.2.4 智能碼垛機(jī)上軸承座的智能碼垛機(jī)上軸承座的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)智能碼垛機(jī)上軸承座的尺寸如圖所示:圖 3-3 智能碼垛機(jī)上軸承座示意圖由于上軸承座需要和很多機(jī)構(gòu)鏈接，為了提高碼垛機(jī)的穩(wěn)定性，軸承外圈與軸承座孔采用基軸制配合，軸承內(nèi)圈與軸頸采用基孔制配合，軸承內(nèi)圈與軸頸的配合要遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)要求。此外軸承內(nèi)外圈之間的配合需要根據(jù)工作條件來(lái)制定，如果配合不合適會(huì)影響碼垛機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度與精度，甚至?xí)霈F(xiàn)卡殼死機(jī)等情況，所以軸承內(nèi)外圈的配合要謹(jǐn)慎選擇，一般取決于物品重量的大小，構(gòu)件的壽命，動(dòng)作的連貫不卡頓，以及工作條件與環(huán)境的變化。所以 30 的 6006 軸徑上安裝軸承，這個(gè)軸徑就是根據(jù)軸承的 d 來(lái)的，36 是 6006 軸承的安裝尺寸，同樣根據(jù)推力軸承的尺寸來(lái)確定軸承座的尺寸。- 14 -3.2.53.2.5 智能碼垛機(jī)下軸承座的智能碼垛機(jī)下軸承座的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)智能碼垛機(jī)下軸承座的尺寸如圖所示：圖 3-4 智能碼垛機(jī)下軸承座示意圖根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，要注意其表面粗糙度的要求，還要注意各個(gè)構(gòu)件之間的配合是否合理。3.2.63.2.6 智能碼垛機(jī)機(jī)械大臂的設(shè)計(jì)智能碼垛機(jī)機(jī)械大臂的設(shè)計(jì)碼垛機(jī)機(jī)械大臂沒(méi)有過(guò)多要求，內(nèi)部有動(dòng)作需要的氣缸即可，如圖所示：圖 3-5 智能碼垛機(jī)機(jī)械大臂的示意圖- 15 -3.2.73.2.7 智能碼垛機(jī)機(jī)械小臂的設(shè)計(jì)智能碼垛機(jī)機(jī)械小臂的設(shè)計(jì)碼垛機(jī)機(jī)械小臂的設(shè)計(jì)和大臂的設(shè)計(jì)一樣，并沒(méi)有過(guò)多要求，如圖所示：圖 3-6 智能碼垛機(jī)機(jī)械小臂的示意圖3.2.83.2.8 智能碼垛機(jī)夾具的設(shè)計(jì)智能碼垛機(jī)夾具的設(shè)計(jì)因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境比較多樣化，可根據(jù)不同需要設(shè)計(jì)不同的夾具，在此設(shè)計(jì)了一種最常見(jiàn)的碼垛機(jī)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式。圖 3-7 智能碼垛機(jī)夾具的示意圖碼垛機(jī)的夾具應(yīng)該具備以下幾點(diǎn)要求：1.能夠準(zhǔn)確高效的抓取物品2.夾具中的角度要適合抓取3.具有較長(zhǎng)的使用壽命4.可根據(jù)工作條件隨時(shí)改變5.操作指令要盡可能的簡(jiǎn)單- 16 -3.2.93.2.9 智能碼垛機(jī)夾緊氣缸的設(shè)計(jì)智能碼垛機(jī)夾緊氣缸的設(shè)計(jì)（1）夾具驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算如果取載荷 T=20，A=75mm，B=140mm，規(guī)定其摩擦系數(shù) N=0.20。圖3-8 智能碼垛機(jī)夾緊機(jī)構(gòu)示意圖運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算公式為： AKBM2運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，夾具的夾緊力的計(jì)算公式為: ）（NNTK1000.202將數(shù)值代入驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式得： )(373751401002NM參照17中所提到的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式: fCCMM21實(shí)際查1中表得，f=0.96，C1=2 - 17 -查17中的數(shù)據(jù)，C2=4： 將所有數(shù)值代入實(shí)際驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式得：）（實(shí)際NM1200所以?shī)A具的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力約為1200N。（2）夾具上氣缸直徑的計(jì)算根據(jù)17中得公式: TzTMDTl421其中，T1 是施加在氣缸得推動(dòng)力，單位是 N，TL氣缸彈簧的反力，單位是 N，TZ夾具上氣缸的摩擦力，單位是 N，M夾具的承重，單位是 P 考慮到摩擦力的影響，則:lTMfDT421氣缸直徑可由以下公式計(jì)算:CMfTTD)21(4代入數(shù)據(jù)得：mmDCMfTT30)21(4規(guī)定內(nèi)外徑之比為 0.53，可以確定氣缸的直徑mmDd1653. 0根據(jù)表17中的公式校核氣缸直徑，取=160MP )/(14Td 則: mmmmd16687. 2因此校核成功，該計(jì)算結(jié)果可以使用。（3）碼垛機(jī)氣缸壁厚度計(jì)算根據(jù)17中的知識(shí)與大小徑之間的關(guān)系，可由以下公式計(jì)算: 2mdMH其中 H 是所需計(jì)算的厚度，d 已經(jīng)算出，是載荷重力，取 2.5Pa，取mM- 18 -1.6MP將相關(guān)數(shù)據(jù)代入得:mmdMHm84. 12 取 H=2mm，那么大徑為 34mm綜上所述，可以確定夾緊氣缸的尺寸，從而選擇合適的夾緊氣缸型號(hào)。 3.2.103.2.10 智能碼垛機(jī)升降氣缸的智能碼垛機(jī)升降氣缸的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)機(jī)械臂的升降機(jī)構(gòu)由升降氣缸、機(jī)械臂、伸縮氣缸，加緊氣缸、氣爪等組成。其工作原理為：立柱上方的氣管將經(jīng)過(guò)壓縮的空氣輸送到伸縮氣缸、加緊氣缸與旋轉(zhuǎn)氣缸，立柱下方的氣管把壓縮空氣輸送到升降氣缸，當(dāng)經(jīng)過(guò)壓縮的空氣進(jìn)入升降氣缸的上腔后，使缸體上升，同時(shí)與升降氣缸相接的鐵塊也上移，當(dāng)鐵塊觸碰到上方的液壓緩沖器后緩沖。如圖所示：圖3-9 智能碼垛機(jī)升降機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖（1）升降氣缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算- 19 - 根據(jù)17中的有關(guān)知識(shí)，確定升降氣缸的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為： NTTf取N=500N，f=0.36。那么：NNTTf680根據(jù)17中所知的公式:NCCTT21實(shí)際規(guī)定N=0.96，并取C1=2 那么可以確定C2的具體值，其結(jié)果為： 3212C將數(shù)據(jù)代入公式得：）（實(shí)際NT1700夾緊氣缸工作中得實(shí)際驅(qū)動(dòng)力約為1700N。.（2）夾緊氣缸的直徑計(jì)算根據(jù)17中的公式:TzTMDTl421其中，T1 是施加在氣缸得推動(dòng)力，單位是 N，TL氣缸彈簧的反力，單位是 N，TZ夾具上氣缸的摩擦力，單位是 N，M夾具的承重，單位是 Pa?？紤]到摩擦力的影響，則:lTMfDT421氣缸直徑由以下公式計(jì)算:CMfTTD)21(4- 20 -計(jì)算得：32)21(4CMfTTD規(guī)定內(nèi)外徑之比為 0.53，可得確定升降氣缸直徑:mmDd96.1653. 0根據(jù)表17中的公式校核氣缸的直徑，取=160MP)/(14Td 則: mmmmd96.1684. 2因此校核成功，該計(jì)算結(jié)果可以使用。（3）升降氣缸壁厚的計(jì)算根據(jù)17中的知識(shí)與大小徑之間的關(guān)系，可由以下公式計(jì)算:2mdMH其中 H 是所需計(jì)算的厚度，d 已經(jīng)算出，是載荷重力，取 2.5Pa，取mM1.6MP將相關(guān)數(shù)據(jù)代入得:mmdMHm67. 22 取 H=3，那么大徑為 38mm。綜上所述，可以確定升降氣缸的尺寸，從而選擇合適的升降氣缸型號(hào)。3.2.113.2.11 智能碼垛機(jī)伸縮氣缸的智能碼垛機(jī)伸縮氣缸的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)機(jī)械臂伸縮機(jī)構(gòu)也是由各氣缸以及壓力緩沖器所組成的，具體的工作過(guò)程就是通過(guò)氣管把壓縮空氣壓入伸縮氣缸的上腔，從而推動(dòng)剛體向右移動(dòng)，使得機(jī)械臂完成相應(yīng)動(dòng)作，當(dāng)觸碰到壓力緩沖器的時(shí)候，會(huì)進(jìn)行緩沖處理，左右行程的位移距離可以通過(guò)定位塊也可以調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示：- 21 -圖3-10 智能碼垛機(jī)伸縮機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖（1）伸縮氣缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算規(guī)定摩擦系數(shù) N=0.20。根據(jù)所學(xué)知識(shí)，驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算公式為： NTZ 取T=400N。那么： NTNZ80根據(jù)17中所提到的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式:fCCMM21實(shí)際查1中表得，f=0.96，C1=2 查17中的數(shù)據(jù)，C2=4 將所有數(shù)值代入實(shí)際驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式得：）（實(shí)際NM246所以伸縮氣缸的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力約為246N。（2）伸縮氣缸直徑的計(jì)算根據(jù)17中的公式:- 22 -TzTMDTl421其中，T1 是施加在氣缸得推動(dòng)力，單位是 N，TL氣缸彈簧的反力，單位是 N，TZ夾具上氣缸的摩擦力，單位是 N，M夾具的承重，單位是 Pa考慮到摩擦力的影響，則:lTMfDT421氣缸直徑可由以下公式計(jì)算:CMfTTD)21(4代入數(shù)據(jù)得：mmDCMfTT36)21(4規(guī)定內(nèi)外徑之比為 0.53，可以確定氣缸的直徑mmDd08.1953. 0根據(jù)表17中的公式校核氣缸直徑，取=160MP)/(14Td 則：mmmmd08.19654. 1因此校核成功，該計(jì)算結(jié)果可以使用。（3）碼垛機(jī)氣缸壁厚計(jì)算根據(jù)17中的知識(shí)與大小徑之間的關(guān)系，可由以下公式計(jì)算:2mdMH取 H=1.5，那么大徑為 36mm。綜上所述，可以確定伸縮氣缸的尺寸，從而選擇合適的伸縮氣缸型號(hào)。- 23 -3.2.123.2.12 智能碼垛機(jī)旋轉(zhuǎn)氣缸的設(shè)計(jì)智能碼垛機(jī)旋轉(zhuǎn)氣缸的設(shè)計(jì)機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)采用多點(diǎn)定位緩沖裝置，其工作原理與旋轉(zhuǎn)液壓緩沖部分一樣。工作原理如圖所示。圖3-10 智能碼垛機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖根據(jù)17中所提到的壓力與驅(qū)動(dòng)力的關(guān)系公式： 222dDGBT或 222dDBTG旋轉(zhuǎn)氣缸的尺寸可由上述的關(guān)系公式得出，從而選擇合適的旋轉(zhuǎn)氣缸型號(hào)。- 24 -第四章第四章 智能碼垛機(jī)氣壓傳動(dòng)的設(shè)計(jì)智能碼垛機(jī)氣壓傳動(dòng)的設(shè)計(jì)根據(jù)本論文的設(shè)計(jì)思路,碼垛機(jī)的工作原理就是先讓智能碼垛機(jī)的機(jī)械臂下降，抓取相應(yīng)的物品，之后使得機(jī)械臂上升，通過(guò)機(jī)械臂的伸縮和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，把物品放在相應(yīng)的位置后，夾具松開(kāi)，然后機(jī)械臂上升，如此反復(fù)進(jìn)行的動(dòng)作。碼垛機(jī)氣壓傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 如圖所示 。- 25 -圖 4-1 碼垛機(jī)氣壓傳動(dòng)示意圖氣壓傳動(dòng)各部件的需要 表如圖所示 ： 圖 4-2 氣壓傳動(dòng)所需產(chǎn)品圖產(chǎn)品型號(hào)名稱數(shù)量1M26C-14-B1二位三通電磁閥12GI-62截止閥1 3YC-7 壓力繼電器14QSL-36WQDE-30-S 氣壓構(gòu)件25L6-17節(jié)流閥6632LZ-22-G 三位四通電磁閥2第五章第五章 智能碼垛機(jī)智能碼垛機(jī) PLCPLC 程序的設(shè)計(jì)程序的設(shè)計(jì)5.15.1 電磁鐵動(dòng)作順序電磁鐵動(dòng)作順序由圖 4-1 可知,電磁鐵 1YA、2YA 實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)的升降，電磁鐵- 26 -3YA、4YA 實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)的抓取,電磁鐵 5YA、6YA 實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)的伸縮，電磁鐵 7YA、8YA 實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)的旋轉(zhuǎn)。碼垛機(jī)的動(dòng)作指令 如表 5-1。表 5-1 電磁鐵動(dòng)作順序電磁鐵指令號(hào)動(dòng)作1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA0初始位置+-+1向下移動(dòng)+-+-+2夾具抓取+-+3向上移動(dòng)-+-+4向右移動(dòng)+-+-+5向右伸縮+-+-+6向下移動(dòng)+-+ +7夾具松開(kāi)+-+8向上移動(dòng)-+-+9向左伸縮+-+-10向左移動(dòng)+-+-+ 5.25.2 I/OI/O 分配分配PLC 與碼垛機(jī)各部分的電路圖 ，見(jiàn)圖 5-2：- 27 -圖 5-2 PLC 與各部分之間的接線情況圖5.35.3 PLCPLC 控制梯形圖控制梯形圖根據(jù)以上分析可以設(shè)計(jì)程序，見(jiàn)圖 5-3：- 28 -圖 5-3 梯形圖結(jié)結(jié) 論論本畢業(yè)設(shè)計(jì)是采用氣壓傳動(dòng)的智能碼垛機(jī)，與其他智能碼垛機(jī)相比，靈活性更強(qiáng)，準(zhǔn)確度與精度更高，可以應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)拸V。論文主要設(shè)計(jì)介紹了智能- 29 -碼垛機(jī)的夾具部分、動(dòng)作部件以及PLC編程控制裝置的流程圖，這使得智能碼垛機(jī)的整體協(xié)調(diào)性變得更強(qiáng)，這跟以往傳統(tǒng)的碼垛方式有很大不同，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)可以靈活的改變作業(yè)方式，通過(guò)夾具部分的改變可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物品的碼垛，通過(guò)各個(gè)零部件的復(fù)合運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)各種角度的作業(yè)，使得智能碼垛機(jī)更好的體現(xiàn)機(jī)電一體化的發(fā)展方向。該論文設(shè)計(jì)的智能碼垛機(jī)所采用的氣壓傳動(dòng)與電氣控制系統(tǒng)相結(jié)合的思想是一大特點(diǎn)，氣壓傳動(dòng)能夠使工作更加快速，準(zhǔn)確，而且介質(zhì)來(lái)源廣泛，取之不竭、用之不盡，非常契合當(dāng)今世界環(huán)保發(fā)展理念，而 PLC 控制技術(shù)的各個(gè)部分的模塊化使得碼垛機(jī)的操作性變的非常簡(jiǎn)便，只需要修改相應(yīng)程序指令便可完成相應(yīng)的動(dòng)作，兩者的結(jié)合能夠降低很多成本，帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。致 謝首先，我非常感謝姜老師對(duì)我的指導(dǎo)，在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我總- 30 -是有這樣或那樣的問(wèn)題，姜老師一直都是不厭其煩的一一為我解答，并且時(shí)刻啟發(fā)著我的設(shè)計(jì)思路，使我受益匪淺，深刻理解了其中的知識(shí)，此外，姜老師對(duì)于知識(shí)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和對(duì)研究的求實(shí)態(tài)度，也指引給了我以后的人生發(fā)展方向。另外，我還要感謝兩年來(lái)幫助過(guò)我的老師和同學(xué)，正是由于他們的教導(dǎo)和幫助，才能使我的畢業(yè)論文能夠順利進(jìn)行，才能把所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到論文當(dāng)中。最后，感謝兩年來(lái)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院對(duì)我的培養(yǎng)，衷心的祝愿海院能夠發(fā)展的越來(lái)越好。參考文獻(xiàn)- 31 -1 濮良貴、紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，20052 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-氣壓傳動(dòng).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 3 陳建明.電氣控制與 PLC 應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，20064 王承義.碼垛機(jī)及其應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19815 鄭笑紅 唐道武.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用.北京：煤炭工業(yè)出版社，20046 龔振邦.機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：電子工業(yè)出版社，19957 周伯英主編.工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19958 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