《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-快遞自動(dòng)分揀機(jī)器人設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-快遞自動(dòng)分揀機(jī)器人設(shè)計(jì)（56頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 · 快遞自動(dòng)分揀機(jī)器人設(shè)計(jì) 摘 要 基于視覺的快遞分揀機(jī)器人在當(dāng)今自動(dòng)化生產(chǎn)線上，作為工業(yè)機(jī)器人的一員起著重大的作用，在國(guó)內(nèi)外相當(dāng)多物流業(yè)內(nèi)都有使用。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展， 機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域運(yùn)用的十分廣泛，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要進(jìn)行的機(jī)械設(shè)計(jì)和電氣控制，輔助以工業(yè)相機(jī)配套的視覺識(shí)別功能，對(duì)部分非標(biāo)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行有限元分析與優(yōu)化。并且，繪制出與之對(duì)應(yīng)的電氣原理圖，實(shí)現(xiàn)機(jī)械與電氣的一體化，是機(jī)器人更好地完成指定的工作。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)除了機(jī)器人本體的非標(biāo)件設(shè)計(jì)之外，還包括末端執(zhí)行器機(jī)械手爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，

2、主要包括齒輪臂、手掌等設(shè)計(jì)。末端執(zhí)行器具有兩個(gè)自由度，一個(gè)是旋轉(zhuǎn)自由度，另一個(gè)是夾取的自由度，可以使機(jī)器人的路徑規(guī)劃更為靈活多選，二者均是由舵機(jī)驅(qū)動(dòng)。在電路原理圖中均有體現(xiàn)。 機(jī)器人本體以及傳送帶，相機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)，承載平臺(tái)之間的配合組成了這個(gè)快遞分揀系統(tǒng)，傳送帶運(yùn)送物件到相機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)下拍照，將獲得的信息發(fā)送至控制柜，再由機(jī)器人本體負(fù)責(zé)執(zhí)行工作。系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，可以有序地完成所指定的快遞分揀的任務(wù)。 該論文有圖 42 幅，表 9 個(gè)，參考文獻(xiàn) 41 篇。

3、關(guān)鍵詞：快遞分揀；工業(yè)機(jī)器人；視覺；伺服電機(jī)；有限元分析 全套圖紙加扣 3346389411或3012250582 IV Vision-based express sorting robots play an important role as members of industrial robots in today's automated production lines, and are used in many logistics industries at home and abroad. With the continuous develop

4、ment of China's industry, robots are widely used in the industrial field. This graduation project mainly carries out mechanical design and electrical control, assists with the visual recognition function of the industrial camera, and designs and performs some non-standard parts. Finite element analy

5、sis and optimization. And, drawing the corresponding electrical schematic diagram to realize the integration of machinery and electrical is better for the robot to complete the specified work. The focus of this graduation project is not only the design of the non- standard parts of the robot body,

6、but also the structural design of the end effector manipulator claw, mainly including the design of the gear arm and palm. The end effector has two degrees of freedom, one is the rotation degree of freedom, and the other is the degree of freedom of gripping, which can make the robot's path planning

7、more flexible and multiple choices, both of which are driven by the servo. It is reflected in the circuit schematic diagram. The cooperation between the robot body, conveyor belt, camera adjustment mechanism, and carrier platform constitutes this express sorting system. The conveyor belt transports

8、objects to the camera adjustment mechanism to take pictures, sends the obtained information to the control cabinet, and the robot body is responsible for performing the work. Under the normal operation of the system, the designated express sorting tasks can be completed in an orderly manner.

9、 Keywords: express sorting; industrial robot; vision; servo motor; finite element analysis 目錄 1 緒論 ....................................................... 1 1.1 選題背景 ................................................ 1 1.2 研究現(xiàn)狀 ................................................ 1 1.3 國(guó)內(nèi)外

10、研究現(xiàn)狀 .......................................... 2 1.4 本章小結(jié) ................................................ 2 2 自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)整體方案設(shè)計(jì) .................................... 3 2.1 主要內(nèi)容和擬解決的問題.................................. 3 2.2 研究方法 ................................................ 3 2.3 并聯(lián)機(jī)器人簡(jiǎn)介.

11、......................................... 5 2.4 發(fā)展展望................................................ 9 2.5.控制硬件的介紹.......................................... 9 2.6.相機(jī)標(biāo)定............................................... 10 2.7 有限元分析概述 ......................................... 10 2.8 本章小結(jié).......

12、........................................ 11 3 快遞分揀機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................... 11 3.1.關(guān)節(jié)參數(shù)的確定......................................... 11 3.2 鉸鏈的選型............................................. 11 3.3 傳動(dòng)參數(shù)的確定......................................... 14 3.4 并聯(lián)機(jī)器人各部位形狀設(shè)計(jì)......

13、......................... 18 3.5 機(jī)械手的選型........................................... 21 3.6 關(guān)鍵零件模型的有限元分析............................... 23 3.7 裝載機(jī)器人平臺(tái)尺寸選定................................. 25 3.8 相機(jī)調(diào)整裝置........................................... 26 3.8 本章小結(jié)....................................

14、........... 27 4 并聯(lián)機(jī)器人電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..................................... 28 4.1 電氣系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)....................................... 28 4.3 電氣系統(tǒng)模塊介紹....................................... 28 4.4 本章小結(jié)............................................... 30 5 并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 ....................................

15、.. 31 5.1 并聯(lián)機(jī)器人自由度分析............................... 31 5.2 并聯(lián)分揀機(jī)器人的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)分析..................... 32 5.3 并聯(lián)機(jī)器人逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)分析........................... 33 5.4 并聯(lián)機(jī)器人工作空間的解算........................... 34 5.5 機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)分析 ................................. 36 6 并聯(lián)分揀機(jī)器人的軌跡規(guī)劃 ...

16、................................ 37 6.1 兩點(diǎn)間直線插補(bǔ)算法 37 6.2 三點(diǎn)間圓弧插補(bǔ)算法................................. 38 6.3 本章小結(jié)........................................... 39 7 快遞分揀裝置可行性分析 .................................... 40 7.1 安全可行性分析..................................... 40 7.2 綠色

17、可行性分析..................................... 40 7.3 經(jīng)濟(jì)可行性分析 ..................................... 40 8 總結(jié) ...................................................... 41 參考文獻(xiàn).................................................... 43 VI CONTENTS 1 Introduction .............................

18、.................. 1 1.1 Background.............................................. 1 1.2 Research Status......................................... 1 1.3 Research status abroad.................................. 2 1.4 Summary of The Chapter.................................. 2 2 Overall schem

19、e design ...................................... 3 2.1 Main content, and problems to be solved................. 3 2.2 Research methods........................................ 3 2.3 Introduction to parallel robots......................... 5 2.4 Development prospect.............................

20、....... 9 2.5 Introduction of control hardware........................ 9 2.6 Camera calibration..................................... 10 2.7 Overview of finite element analysis.................... 10 2.8 Chapter summary........................................ 11 3 Mechanical structure design of exp

21、ress sorting robot ....... 11 3.1 Determination of joint parameters...................... 11 3.2 Selection of hinge..................................... 11 3.3 Determination of transmission parameters............... 14 3.4 Shape design of various parts of parallel robot........ 18 3.5 Manipulato

22、r selection.................................. 21 3.6 Finite element analysis of key parts model............. 23 3.7 Loading robot platform size selection.................. 25 3.8 Camera adjustment device............................... 26 3.8 Chapter summary........................................

23、27 4 Design of electrical system of parallel robot .............. 28 4.1 Electrical system overall design....................... 28 4.3 Introduction to electrical system modules.............. 28 4.4 chapter summary........................................ 30 5 Kinematics analysis of parallel

24、robot ..................... 31 5.1 Degree of freedom analysis of parallel robot........... 31 5.2 Forward Kinematics Analysis........................ 32 5.3 Inverse kinematics analysis of parallel robot...... 33 5.4 Solution of Workspace of Parallel Robot............ 34 5

25、.5 Robot Dynamics Analysis............................ 36 6 Trajectory planning of parallel sorting robot .............. 37 6.1 Linear interpolation algorithm between two points 37 6.2 Circular interpolation algorithm................... 38 6.3 Chapter summary............................

26、........ 39 7 Feasibility analysis of express sorting device ............. 40 7.1 Safety feasibility analysis........................ 40 7.2 Green feasibility analysis......................... 40 7.3 Economic feasibility analysis...................... 40 8 Conclusion ..............

27、.................................. 41 REFENCES ................................................... 43 緒論 1 緒論 1. Introduction ? 選題背景（Background） 各個(gè)快遞公司間的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越大，在對(duì)客戶的競(jìng)爭(zhēng)上就會(huì)越來(lái)越關(guān)注，而客戶一般就會(huì)關(guān)注服務(wù)的態(tài)度和物流運(yùn)輸?shù)乃俣壬纤裕绾文軌蚩焖贉?zhǔn)備地實(shí)現(xiàn)快遞的分揀，就成為了大家對(duì)于快遞行業(yè)所關(guān)注的問題。在國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際上，就形成了以提高效率的物流運(yùn)輸研究，其中快遞分揀的過程包含其中，同時(shí)也就為

28、快遞分揀機(jī)器人的誕生提供了背景條件。 ? 研究現(xiàn)狀（Research Status） 迄今為止，快遞分揀中還沒有實(shí)現(xiàn)無(wú)人化，一些環(huán)節(jié)不能完全拋棄人工的幫助。我們?cè)O(shè)計(jì)所需要盡可能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)就是機(jī)械化，智能化，高度自動(dòng)化，同時(shí)減小人工工作的強(qiáng)度，解放人的雙手。目前并沒有固定的自動(dòng)分揀設(shè)備，不同的公司或者企業(yè)都在生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，分揀的效率也在行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中大大的提升，達(dá)到新的高度，世界領(lǐng)先的水準(zhǔn)。 圖 1-1 工廠中常用的快遞分揀設(shè)備 Figure 1-1 express sorting machine in factory 48 此時(shí)，自動(dòng)分揀機(jī)器人就應(yīng)

29、運(yùn)而生。自動(dòng)分揀技術(shù)的出現(xiàn)剛好既可以解放人力，又可以保證分揀過程中的工作效率。在視覺技術(shù)逐漸成熟的今天，自動(dòng)分揀機(jī)器人更是如虎添翼?；谝曈X的快遞分揀機(jī)器人也即成為近些年來(lái)快遞行業(yè)提高工作效率方案的最好選擇。 ? 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 (Research status abroad) 視覺識(shí)別搭配自動(dòng)技術(shù)在物流行業(yè)的應(yīng)用有很多，以國(guó)內(nèi)快遞公司所使用的視覺分揀機(jī)器來(lái)說。自動(dòng)化技術(shù)，例如自動(dòng)掃描，機(jī)械處理和高效率，已成為快遞公司關(guān)注的焦點(diǎn)。 基于視覺識(shí)別的自動(dòng)化技術(shù)在快遞公司中的應(yīng)用，不僅在快遞行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中發(fā)揮著重要作用，而且在快遞公司自身的轉(zhuǎn)型中也發(fā)揮著重要作用。這類自動(dòng)分揀系統(tǒng)的控制裝置主要根

30、據(jù)供應(yīng)商或者貨主提供快遞所包含的眾多因素，并根據(jù)這些因素確定分揀要求，隨后按照快遞種類、目的地進(jìn)行自動(dòng)化識(shí)別。舉例來(lái)說，物流工作人員通過對(duì)快遞上二維碼進(jìn)行檢錄，自動(dòng)分揀系統(tǒng)收到賬這些信息后，將會(huì)按照分揀系統(tǒng)給出的要求判斷快遞最終將會(huì)進(jìn)入的分揀區(qū)域中。供應(yīng)商提供的商品的總件數(shù)量一般會(huì)很大，大量商品按照客戶各種各樣的所在地區(qū)送到各個(gè)目的地。 未來(lái)，智能化的趨勢(shì)逐漸到來(lái)，如今大數(shù)據(jù)以及人工智能的迅速發(fā)展以及日漸一日完善化、快遞所包含的信息也將變得標(biāo)準(zhǔn)起來(lái)，統(tǒng)一起來(lái)、系統(tǒng)智能控制的高度集成化，分揀系統(tǒng)將會(huì)成為快遞行業(yè)由人力資源密集型產(chǎn)業(yè)向自動(dòng)化與智能化轉(zhuǎn)型很關(guān)鍵的一環(huán)。 傳統(tǒng)物流行業(yè)在智能快遞分揀

31、設(shè)備的引導(dǎo)之下進(jìn)入了新的發(fā)展階段智能化階段，設(shè)計(jì)出眾的自動(dòng)分揀設(shè)備能夠適用于各種各樣的分揀任務(wù)，成為了物流科技發(fā)展的明珠，得到快遞物流公司的喜愛。與此同時(shí)，客戶越來(lái)越多，物流服務(wù)需求越來(lái)越大的大壞境的面前，自動(dòng)分揀效率變得越來(lái)越高，更智能的分揀、更人性化的技術(shù)也都會(huì)相繼出現(xiàn)。 ? 本章小結(jié)（Summary of The Chapter） 本章從視覺機(jī)器人的基本介紹講起，對(duì)比傳統(tǒng)機(jī)器人突出其靈活穩(wěn)定的特點(diǎn)， 并說明了視覺機(jī)器人在當(dāng)今社會(huì)的現(xiàn)實(shí)意義，研究意義；對(duì)國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的 研究現(xiàn)狀進(jìn)行大致介紹，指出我國(guó)機(jī)器人研究的成就和不足之處。 整體方案設(shè)計(jì) 2. 自動(dòng)

32、分揀機(jī)構(gòu)整體方案設(shè)計(jì) 1. Overall scheme design 1.1 主要內(nèi)容和擬解決的問題(Main content, and problems to be solved) 查閱資料了解的自動(dòng)分揀機(jī)器人現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，可以了解其工作原理。標(biāo)準(zhǔn)合理的類型和尺寸選擇，使穩(wěn)定性有保障； 工作時(shí)要求可靠，結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單， 裝卸時(shí)要方便，易于維護(hù)和調(diào)節(jié)。機(jī)器人自身系統(tǒng)與工業(yè)相機(jī)相結(jié)合，利用其快速讀碼以及智能分揀系統(tǒng)的功能，完成包裝，稱重，讀碼等工作，從而實(shí)現(xiàn)快速的分揀和信息記錄交互，以及設(shè)計(jì)自動(dòng)抓取快遞裝置和整體自動(dòng)分類系統(tǒng)裝置。 1.2 研究方法(Research methods)

33、 隨著科學(xué)的發(fā)展，如今自動(dòng)化程度越來(lái)越高。而自動(dòng)分揀系統(tǒng)就是其中的代表產(chǎn)品。整個(gè)自動(dòng)分揀裝置之中主要包含著分揀機(jī)器人本體、分揀平臺(tái)、工業(yè)相機(jī)、傳送帶四部分組合在一起，在一些特殊情況中，如快遞卡件，出現(xiàn)過于龐大的快遞件，可能還需要人工處理這些問題的形式以讓這個(gè)快遞分揀系統(tǒng)正常的運(yùn)作起來(lái)。另外，這個(gè)帶有圖像識(shí)別的快遞分揀系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化的前提下，還可以在快遞分揀的正確與錯(cuò)誤的概率之間有保障率，可以真正地應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品之中。中國(guó)物流行業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，如果真的可以在物流行業(yè)加以應(yīng)用，可以解決現(xiàn)在國(guó)內(nèi)快遞分揀效率不夠高的問題，也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，快遞行業(yè)需要大量的人力，人在分揀的過程中，受到自身狀態(tài)的

34、影響，正確的概率難以得到保障。首先，在畢業(yè)實(shí)習(xí)中了解到了相似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，這篇設(shè)計(jì)的主體部分在于機(jī) 械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在畢業(yè)實(shí)習(xí)兼調(diào)研完成后，對(duì)所選題目已經(jīng)有了初步的想法。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分圖紙的繪制采用 SolidWorks2017 繪制，逐一繪制出零件圖并完成裝配。再使用軟件中自帶的轉(zhuǎn)換為工程圖紙的方法，最后得到二維圖紙，再使用CAD 進(jìn)行細(xì)致的二維圖紙的修改與標(biāo)注工作。 除機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)之外，自動(dòng)化分揀必不可少的問題還有自動(dòng)分揀裝置的控制問題。選用工業(yè)相機(jī)可以將圖片拍攝，對(duì)快遞件上的碼進(jìn)行掃描讀取，獲取所包含的信息。將獲得信息傳送給控制裝置，經(jīng)過編程等方式，將所獲得的信息作為輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為相

35、應(yīng)的輸出，這就實(shí)現(xiàn)了機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制工作。分揀信號(hào)的捕獲有很多種方式，這里采用工業(yè)相機(jī)識(shí)別的方式，既不會(huì)成本太高，又可以讀取出所包含的信息。這里不采取條形碼，而采取二維碼作為掃描碼，下文中也將會(huì)介紹原因。 圖 2-1 物流工廠的快遞分揀流水線 在圖像處理以及識(shí)別的過程之中，采取讀取二維碼的方式。相比于條形碼， 二維碼所包含的信息更多，掃描速度也不會(huì)由于信息量的變大而變慢。在未來(lái)的快遞行業(yè)之中，我們打算在快遞的二維碼之中包含著各種各樣的信息，從而實(shí)現(xiàn)快遞信息的多樣化，實(shí)時(shí)化以及便捷化。但是，二維碼也有可能出現(xiàn)無(wú)法檢測(cè)的情況，比如二維碼的磨損問題；這些問題的解決需要

36、二維碼的提取算法， 其中一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)就是預(yù)處理。預(yù)處理的步驟大概分為圖像灰度化，降低圖片的維度等五個(gè)步驟；二維碼的提取算法則包括定位和變形的矯正，使真實(shí)狀況之中發(fā)生畸變的二維碼之中的信息仍然可被提取出來(lái)。 下圖表示的二維碼中包含的各類信息，相比于條形碼，二維碼包含著更多功能，也存儲(chǔ)更大的信息量。條形碼一旦彎折或者損壞，就可能造成無(wú)法讀碼的情況，相比之下，二維碼就顯得更加智能，更適用于作為物流分揀的標(biāo)識(shí)碼。 在分揀控制系統(tǒng)之中，如果通過傳感器檢測(cè)到?jīng)]有快遞在運(yùn)動(dòng)，將以低能耗的形式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。若檢測(cè)到有物體在平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，就會(huì)對(duì)其所帶有的標(biāo)識(shí)碼進(jìn)行掃描，根據(jù)條碼里所包含的結(jié)果決定如何分揀。如果

37、檢測(cè)不出結(jié)果，將其放入單獨(dú)的分錯(cuò)的快遞中，匹配成功，將進(jìn)行快遞的抓取，移動(dòng)。為保證快遞分揀的高速， 靈活，采取并聯(lián)機(jī)器人。 圖 2-2 二維碼各部分的功能介紹 1.3 并聯(lián)機(jī)器人簡(jiǎn)介(Introduction to parallel robots) ? 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的提出、特點(diǎn) 20 世紀(jì) 60 年代，德國(guó)人斯徒爾特繪制并制造出第一臺(tái)了并聯(lián)機(jī)構(gòu)（具有六 個(gè)自由度）。到了 70 年代，澳洲頗負(fù)盛名的機(jī)構(gòu)研究專家亨特（Hunt）提出了對(duì)機(jī)械臂可以使用并行機(jī)制的想法。并聯(lián)機(jī)構(gòu)相比較于串聯(lián)機(jī)構(gòu)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)固，且材料更結(jié)實(shí)；除此之外，其可以承受較大的重量的同時(shí)

38、，又具有很高的精度。 整體方案設(shè)計(jì) ? 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的分類 圖 2-3 典型并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 并聯(lián)機(jī)構(gòu)分類一般按照自由度分類，可以劃分為三到六自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。其中不同自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)又具有不同的樣式，同自由度的種類也可能不同，種類眾多，特點(diǎn)不一。我們可以根據(jù)不同的需要，去選用不同類型的并聯(lián)機(jī)器人和機(jī)構(gòu)。 ? 并聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 典型產(chǎn)品介紹 并聯(lián)型運(yùn)動(dòng)機(jī)器人,英文名稱為 parallel mechanism,也可以簡(jiǎn)稱叫 pm,通過動(dòng)平臺(tái)和并聯(lián)定位器將動(dòng)平臺(tái)以及兩個(gè)以上獨(dú)立的閉環(huán)運(yùn)動(dòng)支鏈連

39、一起,該閉環(huán)機(jī)構(gòu)可以具有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的自由度,并且實(shí)際上是一種并行驅(qū)動(dòng)的通用型封閉裝置。這種機(jī)器人產(chǎn)品具備的主要特點(diǎn)之一是部件無(wú)需消除累積的運(yùn)動(dòng)誤差,精度高。并聯(lián)驅(qū)動(dòng)支鏈裝置部件可以直接放置在一個(gè)固定的平臺(tái)上或者放置在靠近固定平臺(tái)的任何位置,使得并聯(lián)運(yùn)動(dòng)支鏈部件的重量輕,速度快,動(dòng)態(tài)控制和響應(yīng)好。 FANUC 并聯(lián)機(jī)器人 圖 2-4 ABB 并聯(lián)機(jī)器人各部位 圖 2-5 ABB 并聯(lián)機(jī)器人實(shí)物圖 FANUC 公司所研究的并聯(lián)機(jī)器人是四軸控制的機(jī)器人，安裝方式較多，比較常用的有兩種：它可以懸掛著安裝，也

40、可以在地面上安裝進(jìn)行工作。不過因?yàn)槠涑叽缫约敖Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為輕巧，承載能力較差，僅僅 0.5 千克，通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，重復(fù)定位精度可以達(dá)到 0.02mm，精度十分高。 表 2-1 FANUC 機(jī)器人相關(guān)參數(shù) ABB 并聯(lián)機(jī)器人 圖 2-6 adept 機(jī)器人結(jié)構(gòu)詳情 相比較于 FANUC 公司產(chǎn)品，這個(gè)產(chǎn)品承載能力大大增強(qiáng)，但與此同時(shí)所付出的代價(jià)就是重復(fù)定位精度的變低，重復(fù)定位精度為 0.1 毫米。整體顯得更為龐大，工作范圍更為寬泛，可實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)的物品分揀與抓取。 圖 2-7 adept 機(jī)器人產(chǎn)品規(guī)格 與上述兩

41、種機(jī)器人知名大公司產(chǎn)品作為參考，設(shè)計(jì)中應(yīng)采取更接近于第二種并聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也就是能夠?qū)崿F(xiàn)一定重量物體的搬運(yùn)，同時(shí)不需要太高的重復(fù)定位精度。 1.4 發(fā)展展望 Development prospect 并聯(lián)機(jī)器人因?yàn)槠浔旧淼膬?yōu)點(diǎn)注定將會(huì)于未來(lái)某些行業(yè)的發(fā)展之中大顯身手，高速靈活是主要的優(yōu)勢(shì)，也使其非常適用于某些行業(yè)，尤其是分揀。近些年來(lái)，并聯(lián)機(jī)器人的逐漸熱門也證明了這一點(diǎn)。在未來(lái)，包裝行業(yè)，物流分揀行業(yè)的發(fā)展，并聯(lián)機(jī)器人的高速，靈巧，輕型優(yōu)點(diǎn)也將尤其顯露出來(lái)，未來(lái)的發(fā)展中， 并聯(lián)機(jī)器人可能會(huì)發(fā)展得比六軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人和 scara 型機(jī)器人更加迅速。目前， 很多公司也很注意并聯(lián)機(jī)器人的研

42、發(fā)工作，國(guó)內(nèi)的發(fā)展注重技術(shù)的研發(fā)，雖現(xiàn)在不及國(guó)際水平，但在不遠(yuǎn)的將來(lái)，技術(shù)一定可以得到發(fā)展，出于世界高水準(zhǔn)。 1.5 .控制硬件的介紹 Introduction of control hardware 經(jīng)常選用的控制硬件可以分為 plc 和單片機(jī)兩種。與單片機(jī)相比,PLC 優(yōu)點(diǎn)就十分突出，PLC 的故障率低在萬(wàn)分之一左右。 S7-1200 的工作方式 PLC 工作流程圖如下： 圖 2-8 plc 運(yùn)行流程圖 1.6 .相機(jī)標(biāo)定 Camera calibration 在工業(yè)機(jī)器人的視覺中,標(biāo)定的問題主要

43、是涉及兩個(gè)基本方面,目的之一是為了建立一個(gè)相機(jī)的坐標(biāo)與所獲取的世界坐標(biāo)之間的準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)和相互關(guān)系。機(jī)器人視覺系統(tǒng)的標(biāo)定原理可以用來(lái)直接確定一個(gè)相機(jī)和視覺處理機(jī)構(gòu)之間的關(guān)系,將一個(gè)相機(jī)坐標(biāo)所獲取的世界空間坐標(biāo)直接轉(zhuǎn)換為一個(gè)工業(yè)機(jī)器人的手臂可以移動(dòng)的世界空間坐標(biāo)。在視覺工業(yè)和機(jī)器人的應(yīng)用中,相機(jī)的標(biāo)定是一個(gè)非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié),也是我們用來(lái)衡量一個(gè)工業(yè)應(yīng)用的機(jī)器人及其視覺處理系統(tǒng)的性能優(yōu)劣的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),是保證后續(xù)的工作準(zhǔn)確執(zhí)行的一個(gè)重要前提,會(huì)直接地影響整個(gè)工業(yè)機(jī)器人的工作和運(yùn)動(dòng)。根據(jù)工業(yè)相機(jī)標(biāo)定和成像的原理,對(duì)于一個(gè)單目的機(jī)器人視覺來(lái)說,二維空間點(diǎn)像素的特征點(diǎn)坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)整個(gè)三維世界的空間坐標(biāo)是一條線

44、,通過世界空間坐標(biāo)的變換就是可以直接求出整個(gè)相機(jī)的特征點(diǎn)和相關(guān)世界坐標(biāo)數(shù)據(jù)。所以工業(yè)相機(jī)視覺系統(tǒng)標(biāo)定的主要技術(shù)基礎(chǔ)就是如何獲得二維空間特征點(diǎn)的像素世界坐標(biāo)和三維空間點(diǎn)像素坐標(biāo)的相互關(guān)系,并且系統(tǒng)需要確定的世界坐標(biāo)精度直接決定了機(jī)器人視覺處理系統(tǒng)的效率和精度。 1.7 有限元分析概述（Overview of finite element analysis） 有限元就是對(duì)一個(gè)不可計(jì)算的物理模型整體進(jìn)行劃分，劃分成很多塊，塊之間存在相互作用，那么就可以將已知條件在塊上進(jìn)行分解，通過相互作用關(guān)系就可以列出和塊的個(gè)數(shù)正相關(guān)的數(shù)學(xué)方程式進(jìn)行求解，其個(gè)數(shù)相當(dāng)龐大，因此人不可能計(jì)算，得益于今天計(jì)算機(jī)技術(shù)的

45、發(fā)展在計(jì)算機(jī)上可以進(jìn)行快速的計(jì)算，因此使這種方法得以實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槭菍⒁粋€(gè)不規(guī)則的東西劃分成規(guī)則的東西，因此劃分的過程其實(shí)本身就是不準(zhǔn)確的，就是一個(gè)近似的過程，劃分網(wǎng)格時(shí)劃分的網(wǎng)格越密，所計(jì)算得的解越接近模型的實(shí)際情況，但是網(wǎng)格數(shù)量的增多使列出的數(shù)學(xué)方程也增加，計(jì)算機(jī)的工作量增加，計(jì)算的時(shí)間相應(yīng)也會(huì)增加。因此在解決實(shí)際問題時(shí)，只需自行調(diào)節(jié)分解單元的大小，滿足需要的精度要求即可。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)或想要分析某一復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變或位移時(shí)，往往只需要某一個(gè)精度層次上的結(jié)果，這種分析方法可以根據(jù)自身需求劃分網(wǎng)格求出一個(gè)滿足我們要求的結(jié)果，因此在現(xiàn)代工程分析中應(yīng)用廣泛。 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

46、 1.8 本章小結(jié)（Chapter summary） 本章從系統(tǒng)功能出發(fā)，確定了設(shè)計(jì)任務(wù)的基本要求與解決方案。通過各類型 機(jī)器人的對(duì)比并結(jié)合本系統(tǒng)的工作要求選擇了并聯(lián)型機(jī)器人，并對(duì)機(jī)器運(yùn)動(dòng)范圍、機(jī)身大小初步確定。根據(jù)機(jī)械臂的工作方式以及本系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)了總體工作方 案、總體布局和總體控制流程。完成控制硬件 PLC 的選擇并進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。最后補(bǔ)充了有關(guān)相機(jī)標(biāo)定的相關(guān)內(nèi)容。 2. 快遞分揀機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1. Mechanical structure design of express sorting robot ? .關(guān)節(jié)參數(shù)的確定（Determinatio

47、n of joint parameters） 根據(jù)真實(shí)快遞分揀的情況，另外參考上述 FANUC 機(jī)器人的尺寸以及負(fù)載大小，可以初步先進(jìn)行基本關(guān)節(jié)參數(shù)的擬定。 為方便描述，定位下列幾個(gè)結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，更加方便確定機(jī)器人結(jié)構(gòu)的整體大小。 表 3-1 并聯(lián)機(jī)器人的尺寸擬定表 ? 鉸鏈的選型 Selection of hinge 鉸鏈?zhǔn)遣⒙?lián)機(jī)器人動(dòng)靜平臺(tái)之間連接的關(guān)鍵連接件， 最常見的有下列幾種： 1.虎克鉸 虎克鉸中間通過一個(gè)十字形狀的軸，從而實(shí)現(xiàn)兩桿之間的立體空間的運(yùn)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)兩者空間的夾角變化，但虎克鉸所做的是空間運(yùn)動(dòng)。通常，虎克鉸一共有 2 個(gè)自由度，為

48、了方便理解，我們可以將其想象為兩軸線相交的轉(zhuǎn)動(dòng)副的連接體。 2.萬(wàn)向節(jié) 圖 3-1 虎克鉸結(jié)構(gòu)實(shí)物圖 萬(wàn)向節(jié)也可用于改變軸線的方向。在結(jié)構(gòu)上與虎克鉸很是接近，出路可以實(shí)現(xiàn)虎克鉸的功能之外，既可以實(shí)現(xiàn)角度變化，又可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。萬(wàn)向節(jié)和虎克鉸相同，同樣也能夠提供兩個(gè)回轉(zhuǎn)自由度。 圖 3-2 萬(wàn)向節(jié)的爆炸視圖 3.球鉸鏈 球鉸鏈?zhǔn)窃谧詣?dòng)控制系統(tǒng)中連接執(zhí)行器件和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的附件，通過靈活的球形軸承結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到控制準(zhǔn)確，扭轉(zhuǎn)幅度大的目的。優(yōu)點(diǎn)是該球形鉸鏈安裝，拆卸、調(diào)整都很方便，又安全可靠，所以被大量的用于電力行業(yè)，石油與地質(zhì)，礦山機(jī)械

49、，食品加工等工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)里。 圖 3-3 應(yīng)用于真實(shí)結(jié)構(gòu)中的球鉸裝置 4.關(guān)節(jié)軸承 關(guān)節(jié)軸承由兩部分組成，一部分是內(nèi)球面，也叫內(nèi)表面；一部分叫外球面， 也叫外表面。用于機(jī)構(gòu)中，所連接的機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可以任意角度轉(zhuǎn)動(dòng)，一般其表面會(huì)采取噴漆，氮化等特殊工藝處理。 圖 3-4 關(guān)節(jié)軸承實(shí)物圖 根據(jù)前人的設(shè)計(jì)而改進(jìn)，為求美觀以及其他工作需求，以球鉸鏈代替虎克鉸。且兩端各安裝一下壓緊彈簧，以便于保持兩個(gè)從動(dòng)軸能夠保持平行，而且方便拆卸。根據(jù)球鉸鏈所具備的若干優(yōu)點(diǎn)，1.選用球形結(jié)構(gòu) 2.能夠靈活承受各個(gè)面的壓力 3.可控性良好

50、 4.易于裝配 具有很好的維護(hù)性 關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角為 120 度，因此選用球鉸鏈。其中 SolidWorks 中球鉸鏈的繪制步驟為球形面使用同心約束，兩個(gè)零件的中心軸需要使用高級(jí)約束里的線性/線性耦合，其中給定角度即可。 ? 傳動(dòng)參數(shù)的確定（Determination of transmission parameters） ? 電動(dòng)機(jī)的分類 目前，電機(jī)的種類豐富，設(shè)計(jì)者需要根據(jù)場(chǎng)合以及要求選用最為合適的電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)控制。電機(jī)分類方式很多，根據(jù)制定的標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)的分類也不一樣。電機(jī)是裝置驅(qū)動(dòng)提供動(dòng)力的主要部件。因此，在電機(jī)選型過程中需要綜合考慮電機(jī)的成本、能耗、裝配性能、承載、控制要求，

51、輸出形式等，同時(shí)，機(jī)器人選用的電機(jī)還應(yīng)該盡可能滿足：空間小，輕盈、較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和調(diào)速范圍大這些條件。 可選電動(dòng)機(jī)介紹 主要考慮兩類電動(dòng)機(jī)，伺服電機(jī)（包括直流以及交流）和步進(jìn)電機(jī)。伺服電機(jī)所具有的優(yōu)點(diǎn)眾多： 1.沒有電刷，無(wú)換向器 2.定子繞組散熱比較方便 3.工作可靠，維護(hù)要求不高 4.適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài) 圖 3-5 伺服電機(jī)實(shí)物圖 步進(jìn)電機(jī)存在下列的缺陷： 步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)控制較為復(fù)雜，相比于伺服電機(jī)精度不夠。另外，可能出現(xiàn)共振現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，速度很難很高，而且難以得到大的轉(zhuǎn)矩。除此之外，并聯(lián)機(jī)器人整體輕巧，而步進(jìn)電機(jī)并不滿足輕巧的要求，能

52、量損耗大。當(dāng)超過額定載荷的時(shí)候，同步運(yùn)動(dòng)就會(huì)暫停，運(yùn)轉(zhuǎn)速度大的時(shí)候，也會(huì)運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，不穩(wěn)定的同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生噪聲。 步進(jìn)電機(jī)存在的上述缺陷使其不適用于此系統(tǒng)，不能滿足此機(jī)器人高速靈活的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。 綜合以上所述，伺服電動(dòng)機(jī)在許多方面表現(xiàn)得都更加優(yōu)秀，所以選用伺服電動(dòng)機(jī)。 ? 傳動(dòng)方案的選擇 在并聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中，結(jié)構(gòu)緊湊是其最明顯的特點(diǎn)。可供選擇的傳動(dòng)方案有很多，如鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等。經(jīng)過對(duì)機(jī)器人整體抓取精度以及自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，所需要滿足的要求的考量，齒輪傳動(dòng)是最適合于電機(jī)與主動(dòng)臂之間的傳動(dòng)的。 在末端執(zhí)行器機(jī)械手爪的設(shè)計(jì)中，旋轉(zhuǎn)動(dòng)作以及抓取動(dòng)作選用舵機(jī)操控。精確地實(shí)現(xiàn)

53、其旋轉(zhuǎn)動(dòng)作以及夾取動(dòng)作，是機(jī)器人更快更好地完成目標(biāo)工作。 ? 電機(jī)的選擇 電機(jī)分為好幾處，下列將分別介紹各個(gè)電機(jī)的選擇。 1.與主動(dòng)臂相連接的電機(jī)選用： 下列通過具體的計(jì)算來(lái)進(jìn)行選型工作： 根據(jù)實(shí)際要求，設(shè)定主動(dòng)臂的轉(zhuǎn)速為 1m/s，總重力為 5 千克。 所以可以得到電機(jī)所承受的重力為：G = mg = 5 ? 9.8 = 49N （ 3-1 ） 設(shè)電機(jī)功率為𝑃𝑚 ，則有： 𝑃𝑚 = 𝐺𝑣 = 24𝑤 （ 3-2 ） 𝜂

54、 所以選擇電機(jī)瓦數(shù)為 30w，減速比設(shè)定為 15。 2.與底座相連接舵機(jī)的選擇： 經(jīng)過與上述類似的計(jì)算可以得到： 根據(jù)工作旋轉(zhuǎn)的實(shí)際要求，設(shè)定機(jī)械手爪的最大轉(zhuǎn)速為 1m/s，機(jī)械手以及物料的總重力為 4 千克。 所以可以得到驅(qū)動(dòng)舵機(jī)需要承受的重力為： G = mg = 4 ? 9.8 = 40N （ 3-3 ） 設(shè)電機(jī)功率為𝑃𝑚，則有： 𝑃𝑚 = 𝐺𝑣 = 20𝑤 （ 3-4 ） 𝜂 3.負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)手爪的舵機(jī)選擇 根據(jù)工

55、作旋轉(zhuǎn)的實(shí)際要求，設(shè)定主動(dòng)臂的轉(zhuǎn)速為 1m/s，在豎直方向受力最大，總重力為 2.5 千克。 所以可以得到電機(jī)所承受的重力為： G = mg = 2.5 ? 9.8 = 24.5N （ 3-5 ） 設(shè)電機(jī)功率為𝑃𝑚，則有： 𝑃𝑚 = 𝐺𝑣 = 12𝑤 （ 3-6 ） 𝜂 綜合上述計(jì)算過程，電機(jī)我們可以選用德馬克公司的 GB3246-30，舵機(jī)可以選用 TD8120 型號(hào)，功率分別為 15w，20w。 ? 齒輪的設(shè)計(jì)選擇 根據(jù)

56、實(shí)際的情況設(shè)定，大齒輪與小齒輪的材料應(yīng)選用不同的材料。根據(jù)傳動(dòng)的減速比可以確定選用材料。 根據(jù)實(shí)際的情況設(shè)定，大齒輪與小齒輪的材料應(yīng)選用不同的材料。根據(jù)傳動(dòng)的減速比可以確定選用材料。 所選用的材料均進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理； 確定輸入軸的齒輪硬度和輸出軸的齒輪硬度； 1.輸入軸的齒輪s B 2.輸出軸的齒輪s B = 700MPa s = s s = 650MPa s = 500MPa ； 360MPa ；； 3.兩者所用制造材料的硬度差為 40HBS，選擇 8 級(jí)精度； 4.輸入軸的齒輪模數(shù)m = 4 ，齒輪齒數(shù)z = 40，齒寬b = 40m

57、m ； 5.輸出軸的齒輪模數(shù)𝑚 = 2，齒數(shù)齒數(shù)z = 根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 根據(jù)機(jī)械手冊(cè)查找校核公式可得： 40, 齒寬b = 40mm ； H s = 2.5 KF1 × u ±1 × Z ￡ [s ] （3-7） bd1 u E H u ±1 = 1 （3-8） u KFt bd1 應(yīng)該滿足： s H = 2.5 ? ZE ￡ [s H ] （3-9） 下面開始求解轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)候的力矩： 𝑇 = 95.5 × 105 𝑃1

58、?𝑛1 = 1.28 × 105𝑁 ? mm （3-10） 𝐹1 = 2 𝑇1?𝑑1 = 1600𝑁 （ 3-11 ） 下面開始𝜎𝐻的計(jì)算工作： [𝜎𝐻 ] = 𝐾𝑁1𝜎lim1 = 0.95 × 600 = 570MPa （3-12） 𝑆 [𝜎

59、; ] = 𝐾𝑁2𝜎lim2 = 1.18 × 550 = 649MPa （3-13） 𝐻 2 𝑆 選定各個(gè) k 值，可計(jì)算得總系數(shù)： K = K A KV KHa KHb 校核得到： = 1.0 ′1.08 ′1.2 ′1.28 = 1.659 （3-14） 𝜎 = 2.5√ 𝐾𝐹1 ? 𝑍 = 352.8MPa < [𝜎 ] = 570M

60、Pa （3-15） 𝐻 bd1 𝐸 𝐻 1 從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，上述的比較結(jié)果證明完全校核滿足要求。 下面開始𝜎𝐹的計(jì)算工作 𝜎 = 2𝐾𝑇2 𝑌 𝑌 = 231MPa < 238.86MPa （3-16） 𝐹2 𝜑𝑑𝑚3𝑧2 𝐹𝑎2 sa2 根據(jù)上

61、述計(jì)算結(jié)果，可以得到校 核的結(jié)果為安全。 ? 并聯(lián)機(jī)器人各部位形狀設(shè)計(jì)（Shape design of various parts of parallel robot） 并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要包括上頂板（吊頂），靜平臺(tái)，主動(dòng)臂， 從動(dòng)臂以及底座五部分。其中動(dòng)平臺(tái)與靜平臺(tái)之間通過三條運(yùn)動(dòng)鏈相連接，所以稱之為并聯(lián)結(jié)構(gòu)。各個(gè)形狀的設(shè)計(jì)都有其設(shè)計(jì)的原因，選用的材料也有其原因， 遵循的設(shè)計(jì)原則是在保證校核滿足情況的前提之下，盡可能的做到美觀，省材。整個(gè)結(jié)構(gòu)從上往下，依次是上頂板，靜平臺(tái)，三條運(yùn)動(dòng)鏈（包括主動(dòng)臂以及從動(dòng)臂的設(shè)計(jì)），動(dòng)平臺(tái)。 ? 上頂板

62、 上頂板主要起到固定支撐，以及連接平臺(tái)的作用，是負(fù)責(zé)將并聯(lián)機(jī)器人懸掛在平臺(tái)的連接裝置，這里將其設(shè)計(jì)為空心圓柱形，方便連接和拆卸，便于加工， 也比較美觀省材。上頂板選用的材料為鋁材。 ? 靜平臺(tái) 在本設(shè)計(jì)中，靜平臺(tái)主要負(fù)責(zé)連接主動(dòng)臂以及盛放電機(jī)以及減速器，另外可能還需要電路孔的留白。靜平臺(tái)設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)單的長(zhǎng)方體板狀結(jié)構(gòu)，形狀容易生產(chǎn)制造的同時(shí)，也能夠滿足強(qiáng)度的要求。整個(gè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了美觀是使用對(duì)稱分布的，靜平臺(tái)與電機(jī)固定板連接的螺紋孔，四個(gè)螺紋孔一組呈現(xiàn)等邊三角對(duì)稱分布。設(shè)置在平臺(tái)的幾何中心處的工藝孔是為了其他安裝孔的定位，還有電氣線路 和氣路孔的設(shè)計(jì)，3 個(gè)空位在圓周上均勻分布

63、。設(shè)計(jì)原則即為滿足強(qiáng)度要求的前提，盡可能地做到省材與美觀的要求。 采用懸掛電機(jī)的方式安裝并聯(lián)機(jī)器人，為了實(shí)現(xiàn)懸掛，將需要一定的接觸空間用于安裝，因此設(shè)計(jì)為 L 型支撐板。在支撐板過渡處安裝一個(gè)加強(qiáng)筋可以避免轉(zhuǎn)角較小而造成的應(yīng)力集中現(xiàn)象。除此之外，將上表面的設(shè)計(jì)足夠平整，有利于安裝的穩(wěn)定性，安裝剛度也隨之增大，另外，支撐板另外一側(cè)機(jī)械孔還有限位孔，主要用來(lái)限制大臂的擺動(dòng)角，避免過大的轉(zhuǎn)動(dòng)。 ? 主動(dòng)臂 主動(dòng)臂在機(jī)構(gòu)里起著重要作用，可以說是關(guān)鍵的部位設(shè)計(jì)。其主要作用就是與減速器相連接傳遞扭矩，又與小臂相連接，將動(dòng)力傳動(dòng)給小臂，從而驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。 主動(dòng)臂的設(shè)計(jì)既保證主動(dòng)臂對(duì)其以下

64、部件的支撐作用，又可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)由減速器帶來(lái)的扭矩。因此不但要滿足強(qiáng)度上的要求，也要使質(zhì)量盡可能的輕。在高速的轉(zhuǎn)動(dòng)之中，由于質(zhì)量小，不會(huì)產(chǎn)生較大的慣性力，從而導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)中的不穩(wěn)定。 主動(dòng)臂設(shè)計(jì)的另外的原則是美觀省材，另外因?yàn)橹鲃?dòng)臂每一部分所受轉(zhuǎn)矩大小不同，每一個(gè)部分的作用也是不同的，根據(jù)每個(gè)部位所受轉(zhuǎn)矩大小不一樣， 拋棄傳統(tǒng)的圓柱式設(shè)計(jì)，采用新式的樣式設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)物盡其用，主動(dòng)臂較大端承擔(dān)電機(jī)的較大轉(zhuǎn)矩和更大的支撐力，小端則不與減速器相連，與從動(dòng)臂相連接，無(wú)需較大的剛度，承擔(dān)的慣性力也不如大端。最大化的在滿足要求的前提之下，使用料達(dá)到最少，同時(shí)可以在保證主動(dòng)臂強(qiáng)度的前提之下，大幅度減少大臂

65、的重量和旋轉(zhuǎn)時(shí)候的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使其在機(jī)器運(yùn)動(dòng)的時(shí)候中具備更靈活的運(yùn)動(dòng)。 ? 從動(dòng)臂 從動(dòng)臂在機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程之中，受力較小?？梢圆扇≥^細(xì)的圓柱形。將從動(dòng)臂設(shè)計(jì)成為平行四邊形的樣式，使動(dòng)平臺(tái)在空間中始終保持平動(dòng)，并在桿件之間加有彈簧構(gòu)建，不但可以保持從動(dòng)臂平行，而且可以方便拆卸與安裝工作的進(jìn)行。從動(dòng)臂的設(shè)計(jì)所采用得平行四邊形結(jié)構(gòu)之中，每一根桿采取長(zhǎng)圓柱設(shè)計(jì)， 可同時(shí)具備靈活，省材，拆卸方便等優(yōu)點(diǎn)，分別通過球鉸與主動(dòng)臂和動(dòng)平臺(tái)相連接。 圖 3-7 單根從動(dòng)臂實(shí)物圖 圖 3-8 平行四邊形結(jié)構(gòu) ? 動(dòng)平臺(tái) 動(dòng)平臺(tái)是連接從動(dòng)件和末端執(zhí)

66、行器的裝置，其作用是支撐末端執(zhí)行器，改變其運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)。 采取下圖樣式設(shè)計(jì)，形狀美觀輕巧，節(jié)省材料，減輕裝置整體負(fù)載。這種類似扇形的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可避免過于浪費(fèi)材料和顯得過于笨重。 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 3-9 動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)圖 3.5 機(jī)械手的選型（Manipulator selection） 3.5.1 機(jī)械手的設(shè)計(jì)和工作原理 本設(shè)計(jì)中末端執(zhí)行器采取機(jī)械手的設(shè)計(jì)，具體工作原理如下所示。 首先，與法蘭相連接處有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，設(shè)置這個(gè)自由度的原因是因?yàn)樵诼窂降囊?guī)劃之中，機(jī)械手會(huì)更加靈活，路徑的規(guī)劃會(huì)更具有合適的選擇。這個(gè)旋轉(zhuǎn)的自由度的驅(qū)動(dòng)是依靠其中一個(gè)舵機(jī)工作，控

67、制的是整個(gè)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)工作。 除了旋轉(zhuǎn)自由度之外，另外一個(gè)自由度是負(fù)責(zé)夾取的夾取自由度，夾取自由度的工作原理是：另外一個(gè)舵機(jī)帶動(dòng)所設(shè)計(jì)的非標(biāo)設(shè)計(jì)零件運(yùn)動(dòng)，之間再通過齒的連接，帶動(dòng)另外一個(gè)非標(biāo)件的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)夾取的動(dòng)作。其中，齒數(shù)和齒輪上下轉(zhuǎn)動(dòng)的齒數(shù)決定了手爪能夠開合的程度。 這個(gè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是非標(biāo)件齒輪臂的設(shè)計(jì)，它決定著手爪的開合程度和夾取動(dòng)作是否能夠完成。 運(yùn)用所學(xué)習(xí)力學(xué)知識(shí)進(jìn)行相關(guān)分析：如圖，其中 F1 和F2 是兩個(gè)反作用力，反作用力的方向如圖所示： 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 3-10 機(jī)械手爪運(yùn)動(dòng)

68、簡(jiǎn)圖 機(jī)械手沿著水平方向的力  ?x = 0,  （3-17） 即： F1 = F2 （3-18） 機(jī)械手沿著豎直方向的力即： ? y = 0 ， （3-19） 𝐹 = ?𝐹′ （3-20） 對(duì) O1 點(diǎn)出的合力矩為 0 所以： 𝐹 = 𝐹𝑁 ? 𝑙 （3-21） 𝐹 = 𝑏 𝑐𝑜𝑠2 𝜃 𝐹 （3-22） 𝑙 𝑁 其中 a 表示手爪的對(duì)稱中心到其旋轉(zhuǎn)的中點(diǎn)的距離。 通過上述分析結(jié)果： 當(dāng)力 F 為定值時(shí)，a 角擴(kuò)大，則夾取物品的力 FN 也隨著齒輪臂旋轉(zhuǎn)的角度度的運(yùn)動(dòng)而變化，a 角需要有一定的范圍，手爪不能過度開合，會(huì)引起機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng) 的碰撞以及不穩(wěn)定性，經(jīng)過過往產(chǎn)品，確定其工作