河北工业大学城市学院2015届本科毕业设计说明书
总体装配图如图2.13所示：
图2.13码垛机器人总装配体
3 水泥码垛机器人工程图的设计
3．1 水泥码垛机器人结构形式的选择
结构参数的确定：
机器人开始设计之前，对人的手臂进行分析，使机器人的动作接近于人类甚至比人类更好。人的整个手臂可绕一条直线连接两个自转球形对，在不改变手的位置和方向，利用这一功能的优点是可以很容易地避免一些障碍和清除腕肩奇出现形状。基于解剖学的知识每只手的运动范围显示，前部和后部臂人的长度分别为0.206倍和该人的0.22倍的高度。[9]
参考同类机器人选取的的运动参数，结合本课题机器人工作时的实际情况，
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初步选取其结构参数和运动参数：
结构参数：
腰部回转半径d：350mm 大臂长a：2000mm 小臂长b：1800mm 运动参数：
腰部回转关节α：-180°——+180° 大臂摆动关节β：0°一一+180° 小臂摆动关节θ：0°一一+120° 手腕旋转关节γ：-180°一一+180°
3．2码垛机器人设计过程中的计算与校核
手腕处的旋转电机的选取计算：
水泥和手爪的总重约为70kg，码垛速度约为1000袋/分钟； 电动机所需的工作效率
Pw
P??=
ηΣ（3-1）
式中：PW为电机的有效功率，单位为kW，由电机的工作阻力和运动参数确定； η
Σ
为从电动机到手爪的总效率。
同步带的传动效率设为η1=0.98，
2
ηΣ=η1 =0.982=0.96
T=FL （3-2） ????P??==3.66kW
9550则Pd=3.82kW，转速n取1500r/min。由此选取电机型号为AKM72L。对应同步带减速比为3:2。
水平位移和竖直位移结构所用电机的选取计算：
机器人手臂及腰部的材料选用优质轻巧的铸铝材料（ZL401），密度取为2.95kg/m3，该材料具有较高的强度，铸造性好、价格便宜等优点。底座需承受
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大臂及以上结构的全部重量，故材料选为HT200，该材料铸造性能和减震性能好，主要用来铸造承受压力及震动的部件，根据GB/T9439-2010可查得HT200的密度为7.15kg/m3。由此可估算出机器人腰部及以上结构的重量为200kg。
水平方向传动结构和竖直方向传动结构受力基本相同，传动方式同样选取同步带，故
η??=0.96
T=FL=200×0.11=22N.m P??=
????
=2.3kW 9550故两个电机均选为AKM83T型号电机。 腰部旋转机构所用电机的选择：
T=FL=200×0.16=32N.m
类似可选出腰部旋转机构电机，为AKM83T型号电机。
腰部旋转机构所用减速器：机器人腰部及以上结构的重量为200kg，T=32N.m，
根据图3.1可选出对应减速器型号为：RV-400C-35.6-A-B
图3.1 RV-C系列减速机性能参数表
夹紧气缸的选择计算：
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水泥的重量为50kg，连同手爪和连接件的重量，取系数为1.4，则总重：
??=500×1.4=700??
对气缸传动系统进行受力分析，求得每个夹紧气缸需提供的力为：
??1=??2=350??
假定气缸的使用压强为0.5MPa,则由公式：
F=PS （3-3）
1
S=????2
4 （3-4） 可得：
4??D= =29.85????
????选用西门子的CM2系列标准气缸，取缸径为32mm，行程为100mm。 选取夹紧气缸的型号为CDG1U32F-100J-H7BW。 夹紧气缸的基本尺寸如图3.2所示：
图3.2夹紧气缸的基本尺寸
前立柱下轴的受力分析与校核计算：
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进行轴的强度校验时，根据在负载和应力作用下轴的实际情况，采取合适的校验方式并选择合适的许用应力。对于只承受扭矩地轴应进行扭转强度条件计算；对于只能承受弯矩地轴，应按照弯曲强度条件计算；对于同时承受扭矩和弯矩的轴，应该按照弯扭组合强度条件计算。
按弯扭合成强度条件计算：
通过对轴的结构设计，轴的基本参数和受力情况可以确定，一般轴可以计算按照弯扭组合强度条件计算。计算步骤过程如下：
1. 做出轴的计算简图
轴所受的载荷是从轴上零件传来的。计算过程中，将轴收到的分散的载荷折算为集中力，作用点一般为载荷分布的几何中点。扭矩则一般取为轮毂宽度的中点计算。一般支反力的作用点与轴承的类型和位置有关。在做计算简图时，将轴所受载荷分解为水平分力和垂直分力。然后求出各支撑处的水平反力Fnx和垂直反力Fny。如图3.3所示：
图3.3轴的计算简图
2. 做出弯矩图，如图3.4所示。
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