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1、青 岛 科 技技 大 学本 科 毕 业业 设 计 （论 文）轮胎搬运机器人设计题 目 _指导教师_辅导教师_学生姓名_学生学号_院院（部）_专业_班_年年 _月月 _日日轮胎搬运机器人人设计摘 要在当今大规模制制造业中，企企业为提高生生产效率，保保障产品质量量，工业机器器人作为自动动化生产线上上的重要成员员，逐渐被企企业所认同并并采用。工业业机器人的技技术水平和应应用程度在一一定程度上反反映了一个国国家工业自动动化的水平。目目前，工业机机器人主要承承担着焊接、喷喷涂、搬运以以及堆垛等重重复性并且劳劳动强度极大大的工作。本文研究了国内内外轮胎硫化化机用轮胎搬搬运机器人发发展的现状，通通过学习轮胎
2、胎搬运机械手手的工作原理理，熟悉了搬搬运机器人的的运动机理。在在此基础上，确确定了四自由由度轮胎搬运运搬运机器人人的基本系统统结构，对轮轮胎搬运搬运运机器人的结结构进行了简简单的强度计计算，完成了了轮胎搬运机机器人机械方方面的设计（包包括传动部分分、执行部分分、驱动部分分）和简单的的三维实体造造型工作。设计的搬运机器器人运用于自自动化生产线线，实现自动动化生产，减减轻产业工人人大量的重复复性劳动，同同时又节约了了成本，提高高了工作效率率。本文是对对整个设计工工作较全面的的介绍和总结结。关键词：搬运机机器人；三维维模型；结构构设计；TIRE TRRANSPOORT ROOBOET DESIGGN
3、ABSTRACCTIn the recennt larrge maanufaccturinng inddustryy, thee induustriaal robbot ass an iimporttant mmenberr of aautomaatic pproducction liness is ggraduaally aacceptted annd adoopted by thhe entterpriises ffor thheir ssake oof impprovinng prooductiion effficieency aand ennsurinng prooduct quali
4、ity. TThe teechnollogy llevel and aappiliicatioon of indusstriall roboot refflectss the levell of aa couttry inndustrrial aautomaation in a certaain exxtent. This paaper sstudiees thee deveelopmeent off the tire conveeying robott usedd on ttire vvulcannizingg machhine.Anddthrooughllearniingthhepriic
5、inplleofthettireccarryiingmaanipullator,weggetfaamiliaarwitththeemotiionmeechaniismofftheconveeyingrobotts.Onnthissbasiis,weeconffirmtthebaasicssystemmstruuctureeofffour-ddegreee-of-ffreedoom(4-DDOF)ttirecconveyyingrrobot,brieeftlycalcuulatethesstrenggthoffitsstruccture,andcomplleteiitsmeechaniicald
6、designns(inccludinngtraansmisssion,excuution,anddriviing)aandsiimple3Denntitymodelling.Applyiingthhisdeesigneedconnveyinngrobbottooautoomaticcprodductioonlinnescoouldaachievveauttomateedprooductiionanndredducemmanufaacturiingwoorkersslotssofrrepetiitivework,meannwhileesaveethecostandbbringtheeeffici
7、iency.Thisspapeerisacommpreheensiveeintrroducttionaandcooncluttionoontheeentiiredeesign.KEY WORRDS:Transsport robott；streengthcalcuulatioon,；sturccturedesiggn；目 录前言11 绪论21.1搬运机器器人概述21.2搬运机械械人的应用简简况31.3搬运机器器人的应用意意义41.4机械手的的发展概况与与发展趋势51.4.1机器器手发展概况况51.4.2机械械手的发展趋趋势61.5绘图软件件71.6本论文的的主要工作82 轮轮胎搬运运机器人的总总
8、体设计方案案92.1搬运机器器人要解决的的92.2胎搬运机机器人各方向向传动方式设设计92.2.1自由由度和坐标系系的选择992.2.2 机机器人各方向向传动方式的的设计102.2.2.11水平和竖直直方向直线运运动传动方式式设102.2.2.22 R方向旋转转运动的设计计112.3 本章小小结123 轮胎搬运运机器人的零零部件结构设设计1333.1结构总体体设计133.2零部件设设计1443.2.1底盘盘1443.2.2液压压马达1553.2.3行星星齿轮减速器器1163.2.4回转转支撑装置1773.2.5.回回转传动装置置2203.2.6中央央回转接头2113.2.7机械械臂的组成及及工
9、作原理2223.2.8机械械爪的组成及及工作原理2333.3机械臂强强度计算与校校核264 液压系统294.1液压传动动的工作原理理和组成 2994.2液压系统统的基本动作作分析3314.3液压系统统的基本回路路分析314.3.1限压压回路3114.3.2缓冲冲回路3224.3.3节流流回路3334.3.4闭锁锁回路3445 总结35参考文献366致谢38前言搬运机器人在实实际的工作中中就是一个机机械手，机械械手的发展是是由于它的积积极作用正日日益为人们所所认识。机器人就是用机机器代替人手手，把工件由由某个地方移移向指定的工工作位置，或或按照工作要要求以操纵工工件进行加工工。在现代工业中，生生
10、产过程的机机械化、自动动化已成为突突出的主题。因因此，国内主主要是逐步扩扩大机械手应应用范围，在在应用专用机机械手的同时时，相应地发发展通用机械械手，有条件件的还要研制制示教式机械械手、计算机机控制机械手手和组合式机机械手等。本文中研究的搬搬运机器人也也是一种机械械手，是一种种专门与轮胎胎硫化机相配配合的机械手手。通过研究国内外轮胎硫硫化机用搬运运机器人的发发展现状，通通过学习机械械手的工作原理理，熟悉了搬搬运机器人的运动机机理，继而发现现现有的硫化机机上配置的搬搬运机械手存存在不合理的的地方。在轮轮胎硫化机硫硫化一次轮胎胎的总工作时时间中绝大部部分时间是在在进行硫化这这个流程，而而轮胎搬运机
11、械械手的工作时时间极短，这这就导致了轮轮胎硫化机大大部分的工作作时间中机械械手都是闲置置状态，本文文的主要工作作就是设计一一款轮胎搬运运机械手，将将之从单个的的硫化机中分分离出来，在在一台硫化机机进入硫化流流程是机械手手可以通过驱驱动系统移动动到下台硫化化机的工作位位置，为其放放置轮胎，安安置完成后可可以依次为其其他的硫化机机安置轮胎，这这样就可以达达到充分提高高搬运机械手手的工作效率率，实现一台台机器人为多多台硫化机服服务，还可以以简化硫化机机的结构，进进而达到降低低成本的目的的。因为本设设计中各方向向上轮胎搬运运机器人伸缩缩臂的工作范范围很大，机机械臂有很大大的举升范围围，回转支承承装置采
12、用全全回转式，所所以从机械结结构方面来说说本设计中的的搬运机器人人既是一种专专用机器人，也也可以作为通通用机器人完完成其他的工工作。因为本文偏重轮轮胎搬运机器器人机械结构构方面的设计计，所以在PPLC控制系系统、液压系系统等方面没没有进行很深深入的研究。1 绪论1.1 搬运机机器人概述搬运机器人在实实际的工作中中就是一个机机械手，机械械手的发展是是由于它的积积极作用正日日益为人们所所认识：其一一、它能部分分的代替人工工操作；其二二、它能按照照生产工艺的的要求，遵循循一定的程序序、时间和位位置来完成工工件的传送和和装卸；其三三、它能操作作必要的机具具进行焊接和和装配，从而而大大的改善善了工人的劳
13、劳动条件，显显著的提高了了劳动生产率率，加快实现现工业生产机机械化和自动动化的步伐。因因而，受到很很多国家的重重视，投入大大量的人力物物力来研究和和应用。尤其其是在高温、高高压、粉尘、噪噪音以及带有有放射性和污污染的场合，应应用的更为广广泛。在我国国近几年也有有较快的发展展，并且取得得一定的效果果，受到机械械工业的重视视。机械手的的结构形式开开始比较简单单，专用性较较强。随着工工业技术的发发展，制成了了能够独立的的按程序控制制实现重复操操作，适用范范围比较广的的“程序控制通通用机械手”，简称通用用机械手。由由于通用机械械手能很快的的改变工作程程序，适应性性较强，所以以它在不断变变换生产品种种的
14、中小批量量生产中获得得广泛的引用用。机器人就是用机机器代替人手手，把工件由由某个地方移移向指定的工工作位置，或或按照工作要要求以操纵工工件进行加工工。机器人一一般分为三类类。第一类是是不需要人工工操作的通用用机器人，也也即本文所研研究的对象。它它是一种独立立的、不附属属于某一主机机的装置，可可以根据任务务的需要编制制程序，以完完成各项规定定操作。它是是除具备普通通机械的物理理性能之外，还还具备通用机机械、记忆智智能的三元机机械。第二类类是需要人工工操作的，称称为操作机（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
15、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。机器人按照结构构形式的不同同又可分为多多种类型，其其中关节型机机器人以其结结构紧凑，所所占空间体积积小，相对工工作空间最大大，甚至能绕绕过基座周围围的一些障碍碍物等这样一一些特点，成成为机器人中中使用最多的的一种结构形形式，世界一一些著名机器器人的本体部部分都采用这这种机构形式式的机器人。要机器人像人一一样拿取东西西，最简单的的基
16、本条件是是要有一套类类似于指、腕腕、臂、关节节等部分组成成的抓取和移移动机构执行机构；像肌肉那样样使手臂运动动的驱动传传动系统；像像大脑那样指指挥手动作的的控制系统。这这些系统的性性能就决定了了机器人的性性能。一般而而言，机器人人通常就是由由执行机构、驱驱动传动系系统和控制系系统这三部分分组成，如图图1-1所示。图1-1机器人人的一般组成成Figure 1-1 ggeneraal commposittion oof thee roboot对于现代智能机机器人而言，还还具有智能系系统，主要是是感觉装置、视视觉装置和语语言识别装置置等。目前研研究主要集中中在赋予机器器人“眼睛”，使它能识识别物体和
17、躲躲避障碍物，以以及机器人的的触觉装置。机机器人的这些些组成部分并并不是各自独独立的，或者者说并不是简简单的叠加在在一起，从而而构成一个机机器人的。要要实现机器人人所期望实现现的功能，机机器人的各部部分之间必然然还存在着相相互关联、相相互影响和相相互制约。它它们之间的相相互关系如图图1-2所示。图1-2机器人人各组成部分分之间的关系系Figure 1-2 tthe roobot bbetweeen thee variious ccomponnents机器人的机械系系统主要由执执行机构和驱驱动传动系系统组成。执执行机构是机机器人赖以完完成工作任务务的实体，通通常由连杆和和关节组成，由由驱动传动动
18、系统提供动动力，按控制制系统的要求求完成工作任任务。1.2搬运机械械人的应用简简况在现代工业中，生生产过程的机机械化、自动动化已成为突突出的主题。在在机械工业中中，加工、装装配等生产是是不连续的。专专用机床是大大批量生产自自动化的有效效办法，程控控机床、数控控机床、加工工中心等自动动化机械是有有效解决多品品种小批量生生产自动化的的重要办法。但除切削加工本本身外，还有有大量的装卸卸、搬运、装装配等作业，有有待于进一步步实现机械化化。据资料介介绍，美国生生产的全部工工业零件中，有有75是小小批量生产；金属加工生生产批量中有有四分之三在在50件以下下，零件真正正在机床上加加工的时间仅仅占零件生产产时
19、间的5。从这里可可看出，装卸卸、搬运等工工序机械化的的迫切性，工工业机械手就就是为实现这这些工序的自自动化而产生生的。机械手手可在空间抓抓放物体，动动作灵活多样样，适用于可可变换生产品品种的中、小小批量自动化化生产，广泛泛应用于柔性性自动线。国内外机械工业业机搬运械手手主要应用于于以下几方面面：1）热加工方面面的应用热加工是高温、危危险的笨重体体力劳动，很很久以来就要要求实现自动动化。为了提提高工作效率率，和确保工工人的人身安安全，尤其对对于大件、少少量、低速和和人力所不能能胜任的作业业就更需要采采用机械手操操作。2）冷加工方面面的应用冷加工方面机械械手主要用于于柴油机配件件以及轴类、盘盘类和
20、箱体类类等零件单机机加工时的上上下料和刀具具安装等。进进而在程序控控制、数字控控制等机床上上应用，成为为设备的一个个组成部分。最最近更在加工工生产线、自自动线上应用用，成为机床床、设备上下下工序联接的的重要于段。3）拆修装方面面拆修装是铁路工工业系统繁重重体力劳动较较多的部门之之一，促进了了机械手的发发展。目前国国内铁路工厂厂、机务段等等部门，已采采用机械手拆拆装三通阀、钩钩舌、分解制制动缸、装卸卸轴箱、组装装轮对、清除除石棉等，减减轻了劳动强强度，提高了了拆修装的效效率。近年还还研制了一种种客车车内喷喷漆通用机械械手，可用以以对客车内部部进行连续喷喷漆，以改善善劳动条件，提提高喷漆的质质量和
21、效率。近些年，随着计计算机技术、电电子技术以及及传感技术等等在机械手中中越来越多的的应用，工业业机械手已经经成为工业生生产中提高劳劳动生产率的的重要因素。1.3搬运机器器人的应用意意义在机械工业中，搬运机器人的应用意义可以概括如下：1）可以提高生生产过程的自自动化程度应用机械手，有有利于提高材材料的传送、工工件的装卸、刀刀具的更换以以及机器的装装配等的自动动化程度，从从而可以提高高劳动生产率率，降低生产产成本，加快快实现工业生生产机械化和和自动化的步步伐。2）可以改善劳劳动条件、避避免人身事故故在高温、高高压、低温、低低压、有灰尘尘、噪声、臭臭味、有放射射性或有其它它毒性污染以以及工作空间间狭
22、窄等场合合中，用人手手直接操作是是有危险或根根本不可能的的。而应用机机械手即可部部分或全部代代替人安全地地完成作业，大大大地改善了了工人的劳动动条件。在一一些动作简单单但又重复作作业的操作中中，以机械手手代替人手进进行工作，可可以避免由于于操作疲劳或或疏忽而造成成的人身事故故。3）可以减少人人力，便于有有节奏地生产产应用机械人代替替人手进行工工作，这是直直接减少人力力的一个侧面面，同时由于于应用机械手手可以连续地地工作，这是是减少人力的的另一个侧面面。因此，在在自动化机床床和综合加工工自动生产线线上，目前几几乎都设有机机械手，以减减少人力和更更准确地控制制生产的节拍拍，便于有节节奏地进行生生产
23、。综上所述，有效效地应用机器器人是发展机机械工业的必必然趋势。1.4机械手的的发展概况与与发展趋势专用机械手经过过几十年的发发展，如今已已进入以通用用机械手为标标志的时代。由由于通用机械械手的应用和和发展，进而而促进了智能能机器人的研研制。智能机机器人涉及的的知识内容，不不仅包括一般般的机械、液液压、气动等等基础知识，而而且还应用一一些电子技术术、电视技术术、通讯技术术、计算技术术、无线电控控制、仿生学学和假肢工艺艺等，因此它它是一项综合合性较强的新新技术。目前前国内外对发发展这一新技技术都很重视视，几十年来来，这项技术术的研究和发发展一直比较较活跃，设计计在不断地修修改，品种在在不断地增加加
24、，应用领域域也在不断地地扩大。1.4.1机器器手发展概况况早在40年代，随随着原子能工工业的发展，已已出现了模拟拟关节式的第第一代机械手手。5060年代代即制成了传传送和装卸工工件的通用机机械手和数控控示教再现型型机械手。这这种机械手也也称第二代机机械手。如尤尤尼曼特(UUnimatte)机械手手即属于这种种类型。6070年代代，又相继把把通用机械手手用于汽车车车身的点焊和和冲压生产自自动线上，亦亦即是第二代代机械手这一一新技术进入入了应用阶段段。80-90年代代，装配机械械手处于鼎盛盛时期，尤其其是日本。90年代机械手手在特殊用途途上有较大的的发展，除了了在工业上广广泛应用外，农农、林、矿业
25、业、航天、海海洋、文娱、体体育、医疗、服服务业、军事事领域上有较较大的应用。90年代以后，随随着计算机技技术、微电子子技术、网络络技术等的快快速发展，机机械手技术也也得到飞速的的多元化发展展。总之，目前机械械手的主要经经历分为三代代：第一代机械手主主要是靠人工工进行控制，控控制方式为开开环式，没有有识别能力；改进的方向向主要是将低低成本和提高高精度；第二二代机械手设设有电子计算算机控制系统统，具有视觉觉、触觉能力力，甚至听、想想的能力。研研究安装各种种传感器，把把接收到的信信息反馈，使使机械手具有有感觉机能；第三代机械械手能独立完完成工作过程程中的任务。它它与电子计算算机和电视设设备保持联系系
26、，并逐步发发展成为柔性性系统FMSS(Flexxible Manuffacturring SSystemm)和柔性制制造单元FMMC(Fleexiblee Manuufactuuring Cell)中重要一环环。随着现代化科学学技术的飞速速发展和社会会的进步，针针对于上述各各个领域的机机器人系统的的应用和研究究对系统本身身也提出越来来越多的要求求。制造业要要求机器人系系统具有更大大的柔性和更更强大的编程程环境，适应应不同的应用用场合和多品品种、小批量量的生产过程程。计算机集集成制造要求求机器人系统统能和车间中中的其它自动动化设备集成成在一起。研研究人员为了了提高机器人人系统的性能能和智能水平平
27、，要求机器器人系统具有有开放结构和和集成各种外外部传感器的的能力。1.4.2机械械手的发展趋趋势目前国内工业机机械于主要用用于机床加工工、铸锻、热热处理等方面面，数量、品品种、性能方方面都不能满满足工业生产产发展的需要要。因此，国内主要要是逐步扩大大机械手应用用范围，重点点发展铸锻、热热处理方面的的机械手，以以减轻劳动强强度，改善作作业条件。在在应用专用机机械手的同时时，相应地发发展通用机械械手，有条件件的还要研制制示教式机械械手、计算机机控制机械手手和组合式机机械手等。将机械手各运动动构件，如伸伸缩、摆动、升升降、横移、俯俯仰等机构，以以及适于不同同类型的夹紧紧机构，设计计成典型的通通用机构
28、，以以便根据不同同的作业要求求，选用不用用的典型部件件，即可组成成各种不同用用途的机械手手。既便于设设计制造，又又便于改换工工作，扩大了了应用的范围围。同时要提提高精度，减减少冲击，定定位精确，以以更好地发挥挥机械手的作作用。此外还还应大力研究究伺服型、记记忆再现型，以以及具有触觉觉、视觉等性性能地机械手手，并考虑于于计算机联用用，逐步成为为整个机械制制造系统中的的一个基本单单元。在国外机械制造造业中，工业业机械手应用用较多，发展展较快。目前前主要用于机机床、模锻压压力机的上下下料，以及点点焊、喷漆等等作业中，它它可按照事先先制定的作业业程序完成规规定的操作，但但是还不具备备任何传感反反馈能力
29、，不不能应付外界界的变化。如如发生某些偏偏离时，就将将引起零部件件甚至机械手手本身的损坏坏。为此，国国外机械手的的发展趋势是是大力研制具具有某些智能能的机械手，使使其拥有一定定的传感能力力，能反馈外外界条件的变变化，做出相应的变更更。如位置发发生稍些偏差差时，即能更更正，并自行行检测，重点点是研究视觉觉功能和触觉觉功能。视觉功能即在机机械手上安装装有电视照相相机和光学测测距仪（即距距离传感器）以以及卫星计算算机。工作时时，电视照相相机将物体形形象变成视频频信号，然后后传送给计算算机，以便分分析物体的种种类、大小、颜颜色和方位，并并发出指令控控制机械手进进行工作。触觉功能即在机机械手上安装装有触
30、觉反馈馈控制装置。工工作时机械手手先伸出手指指寻找工件，通通过装在手指指内的压力敏敏感元件产生生触感作用，然然后伸向前方方，抓住工件件。手的抓力大小可可通过装在手手指内侧的压压力敏感元件件来控制，达达到自动调整整握力的大小小。总之，随随着传感技术术的发展，机机械手的装配配作业的能力力将进一步提提高。到19995年，全全世界约有550%的汽车车由机械手装装配。现今机械手的发发展更主要的的是将机械手手和柔性制造造系统以及柔柔性制造单元元相结合，从从而根本改变变目前机械制制造系统的人人工操作状态态。1.5 绘图软软件工程中所用的绘绘图软件有许许多，如AUUTOCADD、SOLIIDWORKKS、PR
31、OO/E、UGG、CATIIA、CAXXA、MASSTERCAAM等，每个个软件都有自自己的侧重点点，在二维绘绘图应用中，AAUTOCAAD应用最为为广泛，最适适合出二维工工程图，而像像三维绘图软软件SOLIIDWOKSS、PRO/E等虽说可可以从三维生生成二维工程程图，但因为为它把二维只只是作为一个个辅助项目，因因而它缺少很很多应有的标标准等其它项项目，有些还还没有国标库库；但随着工工业化速度的的加快，三维维实体必然是是一个趋势，人人们最先想看看到的是根据据自己的想法法做出来的会会是一种什么么结果，即所所想即所看，而而不是必须要要实际做出来来才能看到；三维设计软软件中SOLLIDWORRKS
32、做的很很简单化。所所谓简单化，是是指很容易使使人上手，一一般工程设计计它已足够，PPRO/E可可能听的比较较多了，但会会的人不很多多，它不像SSOLIDWWORKS那那样很容易让让人上手，但但它设计功能能绝对是一流流的，特别是是曲面设计，做做的很好；UUG与MATTERCAMM都是与实际际加工相关联联的，它们的的设计功能并并不很强大，一一般小的模具具厂都会选用用UG而一般般不用PROO/E，因为为PRO/EE设计的的确确很漂亮，但但要把它与实实际生产结合合，它就不像像UG那样方方便，如可以以直接生成数数控代码等。在本次轮胎搬运运机器人结构构设计中，用用到了AUTTOCAD、SSOLIDWWOR
33、KS等等绘图软件，因因为是作为一一般的工程设设计，这些软软件已经足够够满足要求了了，并且SWW2012功功能也很强大大，它主要有有如下一些功功能3：1参数化设计计相对于产品而言言，我们可以以把它看成几几何模型，而而无论多么复复杂的几何模模型，都可以以分解成有限限数量的构成成特征，而每每一种构成特特征，都可以以用有限的参参数完全约束束，这就是参参数化的基本本概念。2 基于特征征建模Pro/E是基基于特征的实实体模型化系系统，工程设设计人员采用用具有智能特特性的基于特特征的功能去去生成模型，如如腔、壳、倒倒角及圆角，您您可以随意勾勾画草图，轻轻易改变模型型。这一功能能特性给工程程设计者提供供了在设
34、计上上从未有过的的简易和灵活活。3 单一数据据库（全相关关）Pro/Enggineerr是建立在统统一基层上的的数据库上，不不像一些传统统的CAD/CAM系统统建立在多个个数据库上。所所谓单一数据据库，就是工工程中的资料料全部来自一一个库，使得得每一个独立立用户在为一一件产品造型型而工作，不不管他是哪一一个部门的。换换言之，在整整个设计过程程的任何一处处发生改动，亦亦可以前后反反应在整个设设计过程的相相关环节上。例例如，一旦工工程详图有改改变，NC（数数控）工具路路径也会自动动更新；组装装工程图如有有任何变动，也也完全同样反反应在整个三三维模型上。这这种独特的数数据结构与工工程设计的完完整的结
35、合，使使得一件产品品的设计结合合起来。这一一优点，使得得设计更优化化，成品质量量更高，产品品能更好地推推向市场，价价格也更便宜宜。1.6 本论文文的主要工作作本文研究了国内内外轮胎硫化化机用搬运机机器人的发展展现状，通过过学习机械手手的工作原理理，熟悉了搬搬运机器人的运动机机理，继而发发现现有的硫硫化机上配置置的搬运机械械手存在不合合理的地方。在在硫化机的总总工作时间中中绝大部分时时间是在进行行硫化这个流流程，而机械械手的工作时时间极短，这这就导致了硫硫化机大部分分的工作时间间中机械手都都是闲置状态态，本文的主主要工作就是是设计一款轮轮胎搬运机械械手，将之从从单个的硫化化机中分离出出来，在一台
36、台硫化机进入入硫化流程是是机械手可以以通过驱动系系统移动到下下台硫化机的的工作位置，为为其放置轮胎胎，安置完成成后可以依次次为其他的硫硫化机安置轮轮胎，这样就就可以达到充充分提高搬运运机械手的工工作效率，实实现一台机器器人为多台硫硫化机服务，还还可以简化硫硫化机的结构构，进而达到到降低成本的的目的。经过过考虑，最终确定了四自由由度搬运机器人的基本系系统结构，对对搬运机器人人机械臂的结构进行了简简单的强度计计算，完成了了搬运机器人机械方面面的设计（包包括传动部分分、执行部分分、驱动部分分）和简单的的三维实体造造型工作。本课题将要完成成的主要工作作如下:1）选取机械手手的座标型式式和自由度；2）确
37、定四自由由度搬运机器器人驱动系统统的类型；3）确定四自由由度搬运机器器人的整体结结构设计方案案；4）设计出机械械人的各执行行机构；5）零部件结构构强度计算与与校核；6)绘制机器人人的各零部件件图，并完成成搬运机器人人装配图，最最后运用三维维软件画出实实体图； 2 轮胎搬运运机器人的总总体设计方案案2.1 搬运运机器人要解解决的问题简而言之轮胎搬搬运机器人要要解决的问题题就是用机械械手从搬运机机器人一侧的的传送带上抓抓取轮胎，然然后工作台完完成绕Z轴1180旋转，将轮轮胎放置在搬搬运机器人另另一侧的轮胎胎硫化机上。等等硫化机进入入硫化工作时时间后，机器器人沿X轨道道轨道方向，进进入下一台硫硫化机
38、的工作作位置，完场场轮胎的抓取取与放置，依依次循环。完完成一台搬运运机器人同时时为多台硫化化机工作。2.2轮胎搬运运机器人各方方向传动方式式设计该设计的目的是是为了设计一一台轮胎搬运运机器人，本本章主要对搬搬运机器人的的的运动形式式部分进行分分析。2.2.1自由由度和坐标系系的选择机器人的运动自自由度是指各各运动部件在在三维空间相相当于固定坐坐标系所具有有的独立运动动数，对于一一个构件来说说，它有几个个运动坐标就就称其有几个个自由度。各各运动部件自自由度的总和和为机器人的的自由度数。本本次设计的搬搬运机器人为为4自由度即即：行走装置置X方向的移移动、回转装装置绕R轴旋旋转、机械手手卡盘Y方向向
39、的移动、机机械手卡盘ZZ方向的移动动。工业机器人的结结构形式主要要有直角坐标标结构、圆柱柱坐标结构、球球坐标结构、关关节型结构四四种。各结构构形式及其相相应的特点，分分别介绍如下下：直角坐标机器人人结构直角坐标机器人人的空间运动动是用三个相相互垂直的直直线运动来实实现的，如图图2-1(a)所示。由由于直线运动动易于实现全全闭环的位置置控制，所以以，直角坐标标机器人有可可能达到很高高的位置精度度（m级）。但是，这这种直角坐标标机器人的运运动空间相对对机器人的结结构尺寸来讲讲，是比较小小的。因此，为为了实现一定定的运动空间间，直角坐标标机器人的结结构尺寸要比比其他类型的的机器人的结结构尺寸大得得多
40、。直角坐标机器人人的工作空间间为一空间长长方体。直角角坐标机器人人主要用于装装配作业及搬搬运作业，直直角坐标机器器人有悬臂式式、龙门式、天天车式三种结结构。2)圆柱坐标机机器人结构圆柱坐标机器人人的空间运动动是用一个回回转运动及两两个直线运动动来实现的，如如图2-1（b）。这种种机器人构造造比较简单，精精度还可以，常常用于搬运作作业。其工作作空间是一个个圆柱状的空空间。3)球坐标机器器人结构球坐标机器人的的空间运动是是由两个回转转运动和一个个直线运动来来实现的，如如图2-1（c）。这种种机器人结构构简单、成本本较低，但精精度不很高。主主要应用于搬搬运作业。其其工作空间是是一个类球形形的空间。4
41、) 关节型机机器人结构关节型机器人的的空间运动是是由三个回转转运动实现的的，如图2-1（d）。关节节型机器人动动作灵活，结结构紧凑，占占地面积小。相相对机器人本本体尺寸，其其工作空间比比较大。此种种机器人在工工业中应用十十分广泛，如如焊接、喷漆漆、搬运、装装配等作业，都都广泛采用这这种类型的机机器人。关节型机器人结结构，有水平平关节型和垂垂直关节型两两种。根据要求及在实实际生产中的的用途，本次次设计的搬运运机器人采用用圆柱坐标。(a)直角坐标型（b）圆柱坐标型（c）球坐标型（d）关节型图2-1四种种机器人坐标标形式Figure 2-1 ffour kkinds of roobot ccoord
42、iinate form2.2.2 机器人各各方向传动方方式的设计2.2.2.11 水平和和竖直方向直直线运动传动动方式设计 能够够实现直线传传动的传动形形式有；液压传动特点：液压传动动传递运动的的动力大，运运动平稳，换换向冲击小，便便于实现频繁繁换向；在同等功率率下，液压装装置的体积小小、重量轻、结结构紧凑。但但液压传动中中的泄漏和液液体的可压缩缩性，使这种种传动无法保保证严格的传传动比；由于于液体粘性大大，在流动过过程中有较大大的能量损失失（泄漏损失失、摩擦损失失等），因此此，传动效率率相对低，不不适合做远距距离传动和控控制。气压传动特点：以空气为为工作介质，来来源方便，工工作压力较低低，用
43、后可直直接排入大气气而无污染，处处理方便，洁洁净环境；与与液压传动相相比，气压传传动反应快、动动作迅速、维维护简单、工工作介质清洁洁、管路不易易堵塞，不存存在工作介质质变质、补充充和更换等问问题；而且成成本低，能实实现过载保护护。但因空气气的可压缩性性较大，使系系统的动作和和工作速度稳稳定性受负载载变化的影响响大，运动平平稳性较差，不不易实现准确确的速度控制制和很高的定定位精度；而而且气动装置置的体积与液液压传动相比比较大，产生生的推力小。其其主要原因是是气压系统工工作压力低（0.50.8MPa），不易获得较大的输出力或转矩。齿轮齿条啮合传传动特点：齿轮齿条条传动将旋转转运动转变为为直线运动，它它传递的功率率大，速度范范围广，效率率高，工作可可靠，寿命长长，机构紧凑凑，能保证恒恒定的传动比比。但是，这这样的运动也也可以反向驱驱动，也就是是齿条作直线线运动来带动动齿轮旋转，适适