1、青 岛 科 技 大 学本 科 毕 业 设 计 （论 文）题 目 _指导教师 _辅导教师 _学生姓名 _学生学号 _院（部） _专业_班轮胎搬运机器人设计_年 _月 _日毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设
2、计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计） 。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为 。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日轮胎搬运机器人设计摘 要在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水
3、平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。本文研究了国内外轮胎硫化机用轮胎搬运机器人发展的现状，通过学习轮胎搬运机械手的工作原理，熟悉了搬运机器人的运动机理。在此基础上，确定了四自由度轮胎搬运搬运机器人的基本系统结构，对轮胎搬运搬运机器人的结构进行了简单的强度计算，完成了轮胎搬运机器人机械方面的设计（包括传动部分、执行部分、驱动部分）和简单的三维实体造型工作。设计的搬运机器人运用于自动化生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性劳动，同时又节约了成本，提高了工作效率。本文是对整个设计工作较全面
4、的介绍和总结。关键词：搬运机器人；三维模型；结构设计；TIRE TRANSPORT ROBOET DESIGNABSTRACTIn the recent large manufacturing industry, the industrial robot as an important menber of automatic production lines is gradually accepted and adopted by the enterprises for their sake of improving production efficiency and ensuring pro
5、duct quality. The technology level and appilication of industrial robot reflects the level of a coutry industrial automation in a certain extent. This paper studies the development of the tire conveying robot used on tire vulcanizing machine. .And through learning the pricinple of the tire carrying
6、manipulator, we get familiar with the motion mechanism of the conveyingrobots. On this basis, we confirm the basic system structure of four-degree-of-freedom(4-DOF) tire conveying robot, brieftly calculate the strength of its structure, and complete its mechanical designs(including transmission, exc
7、ution, and driving )and simple 3D entity modeling. .Applying this designed conveying robot to automatic production lines could achieve automated production and reduce manufacturing workers lots of repetitive work, meanwhile save the cost and bring the efficiency. This paper is a comprehensive introd
8、uction and conclution on the entire design.KEY WORDS: Transport robot； strength calculation,；sturcture design；目 录前言11 绪论21.1 搬运机器人概述21.2 搬运机械人的应用简况31.3 搬运机器人的应用意义41.4 机械手的发展概况与发展趋势51.4.1 机器手发展概况51.4.2 机械手的发展趋势61.5 绘图软件71.6 本论文的主要工作82 轮轮胎搬运机器人的总体设计方案92.1 搬运机器人要解决的92.2 胎搬运机器人各方向传动方式设计92.2.1 自由度和坐标系的选择
9、92.2.2 机器人各方向传动方式的设计102.2.2.1 水平和竖直方向直线运动传动方式设102.2.2.2 R 方向旋转运动的设计112.3 本章小结123 轮胎搬运机器人的零部件结构设计133.1 结构总体设计133.2 零部件设计143.2.1 底盘143.2.2 液压马达153.2.3 行星齿轮减速器163.2.4 回转支撑装置173.2.5.回转传动装置203.2.6 中央回转接头213.2.7 机械臂的组成及工作原理223.2.8 机械爪的组成及工作原理233.3 机械臂强度计算与校核264 液压系统294.1 液压传动的工作原理和组成 294.2 液压系统的基本动作分析314.
10、3 液压系统的基本回路分析314.3.1 限压回路314.3.2 缓冲回路324.3.3 节流回路334.3.4 闭锁回路345 总结35参考文献36致谢38前言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。机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。本文中研究的搬运机器人也是一种机械手，是一种专
11、门与轮胎硫化机相配合的机械手。通过研究国内外轮胎硫化机用搬运机器人的发展现状，通过学习机械手的工作原理，熟悉了搬运机器人的运动机理，继而发现现有的硫化机上配置的搬运机械手存在不合理的地方。在轮胎硫化机硫化一次轮胎的总工作时间中绝大部分时间是在进行硫化这个流程，而轮胎搬运机械手的工作时间极短，这就导致了轮胎硫化机大部分的工作时间中机械手都是闲置状态，本文的主要工作就是设计一款轮胎搬运机械手，将之从单个的硫化机中分离出来，在一台硫化机进入硫化流程是机械手可以通过驱动系统移动到下台硫化机的工作位置，为其放置轮胎，安置完成后可以依次为其他的硫化机安置轮胎，这样就可以达到充分提高搬运机械手的工作效率，实
12、现一台机器人为多台硫化机服务，还可以简化硫化机的结构，进而达到降低成本的目的。因为本设计中各方向上轮胎搬运机器人伸缩臂的工作范围很大，机械臂有很大的举升范围，回转支承装置采用全回转式，所以从机械结构方面来说本设计中的搬运机器人既是一种专用机器人，也可以作为通用机器人完成其他的工作。因为本文偏重轮胎搬运机器人机械结构方面的设计，所以在 PLC 控制系统、液压系统等方面没有进行很深入的研究。1 绪论1.1 搬运机器人概述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：其一、它能部分的代替人工操作；其二、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
13、成工件的传送和装卸；其三、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。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手 1。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生
14、产中获得广泛的引用 。1机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。机器人一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机器人，也即本文所研究的对象。它是一种独立的、不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机（Manipulator） 。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机器人来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专业机器人，主要附属于自动机
15、床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机器人在国外通常被称之为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动。除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的 。2机器人按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机器人以其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障碍物等这样一些特点，成为机器人中使用最多的一种结构形式，世界一些著名机器人的本体部分都采用这种机构形式的机器人。要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动传动系统；像大脑那样指挥手动
16、作的控制系统。这些系统的性能就决定了机器人的性能。一般而言，机器人通常就是由执行机构、驱动传动系统和控制系统这三部分组成 ，如图 1-1 所示。3执行 机构机器人控 制系统驱动 - 传动系统手部腕部臂部腰部基座部（ 固定或移动）电 、液或气 驱 动 装置单关节 伺服控制器关节协调及 其它信息交换计 算机图 1-1 机器人的一般组成Figure 1-1 general composition of the robot对于现代智能机器人而言，还具有智能系统，主要是感觉装置、视觉装置和语言识别装置等。目前研究主要集中在赋予机器人“眼睛” ，使它能识别物体和躲避障碍物，以及机器人的触觉装置。机器人的这
17、些组成部分并不是各自独立的，或者说并不是简单的叠加在一起，从而构成一个机器人的。要实现机器人所期望实现的功能，机器人的各部分之间必然还存在着相互关联、相互影响和相互制约 。它们之间的相互关系如图 1-2 所示。4位 形检测控 制系统 （ 二）驱动传动装置执行机构工作对象智 能系统控 制系统（ 一 ）图 1-2 机器人各组成部分之间的关系Figure 1-2 the robot between the various components机器人的机械系统主要由执行机构和驱动传动系统组成。执行机构是机器人赖以完成工作任务的实体，通常由连杆和关节组成，由驱动传动系统提供动力，按控制系统的要求完成工作
18、任务。1.2 搬运机械人的应用简况在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有 75是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在 50 件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的 5。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物
19、体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线 。5国内外机械工业机搬运械手主要应用于以下几方面：1）热加工方面的应用热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作。2）冷加工方面的应用冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。3）拆修装方面拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。
