包含有 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū) 咨詢(xún) Q401339828 包含有 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū) 咨詢(xún) Q401339828 包含有 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū) 咨詢(xún) Q401339828 包含有 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū) 咨詢(xún) Q401339828 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 論文 報(bào)告 論文 題目 物料包裝線模型 碼垛推動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 作者所在系部 作者所在專(zhuān)業(yè) 作者所在班級(jí) 作 者 姓 名 作 者 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師姓名 完 成 時(shí) 間 包含有 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū) 咨詢(xún) Q401339828 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書(shū) 理工類(lèi) 學(xué)生姓名 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 職 稱(chēng) 完成時(shí)間 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 題目 物料包裝線模型碼垛推動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 縱向課題 理論研究 教師科研 課 題 橫向課題 應(yīng)用研究 教師自擬課題 應(yīng)用設(shè)計(jì) 題目來(lái)源 學(xué)生自擬課題 題目類(lèi)型 其 他 注 請(qǐng)直 接在所屬 項(xiàng)目括號(hào) 內(nèi)打 總體設(shè)計(jì)要求及技術(shù)要點(diǎn) 根據(jù)碼垛機(jī)器人的末端執(zhí)行器工作的任務(wù) 設(shè)計(jì)一款碼垛機(jī)器人 并且給出該機(jī) 器人的三維模型 計(jì)算出該機(jī)器人的自由度 熟悉三維設(shè)計(jì)軟件能能更好的設(shè)計(jì)出來(lái) 機(jī)器人 1 分析國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 設(shè)計(jì)一種碼垛機(jī)器人 2 選擇碼垛機(jī)器人中的各構(gòu)件的組成材料 選擇電機(jī)以及齒輪等參數(shù) 3 繪制碼垛機(jī)器人的裝配圖 工作環(huán)境及技術(shù)條件 聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)一臺(tái) solidworks 軟件 有關(guān)的技術(shù)手冊(cè) 工作內(nèi)容及最終成果 1 分析國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 設(shè)計(jì)一種碼垛機(jī)器人 2 選擇碼垛機(jī)器人中的各構(gòu)件的組成材料 選擇電機(jī)以及齒輪等參數(shù) 3 繪制碼碼垛機(jī)器人的裝配圖 預(yù)期成果 提供一篇設(shè)計(jì)論文和給出該機(jī)器人的三維模型 包含有 CAD 圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū) 咨詢(xún) Q401339828 時(shí)間進(jìn)度安排 第 1 2 周查閱資料和閱讀參考文獻(xiàn) 了解國(guó)內(nèi)外碼垛機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r 了解碼 垛機(jī)器人的組成原理 同時(shí)完成開(kāi)題報(bào)告 第 3 4 周總體方案確定 確定研究碼垛機(jī)器人的組成機(jī)構(gòu) 對(duì)模型進(jìn)行總體方案 確定 第 5 12 周得到碼垛機(jī)器人的三維圖 第 13 14 撰寫(xiě)畢業(yè)論文 第 15 周準(zhǔn)備答辯 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 教研室主任意見(jiàn) 教研室主任簽字 年 月 日 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 原創(chuàng)性及知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 本人鄭重聲明 所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 物料包裝線模型碼垛推動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下 獨(dú)立進(jìn)行研究工作取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi) 容外 本設(shè)計(jì) 論文 不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品或成果 對(duì)本 設(shè)計(jì) 論文 的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 因本畢 業(yè)設(shè)計(jì) 論文 引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān) 本畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 成果歸北華航天工業(yè)學(xué)院所有 本人遵循北華航天工業(yè)學(xué)院有 關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 的相關(guān)規(guī)定 提交畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 的印刷本和電子版本 本人同 意北華航天工業(yè)學(xué)院有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 的印刷本和電子版 并提供目錄檢索與 閱覽服務(wù) 可以采用影印 縮印 數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文 在不以營(yíng)利為目的 的前提下 可以公布非涉密畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 的部分或全部?jī)?nèi)容 特此聲明 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 作者 指導(dǎo)教師 年 月 日 年 月 日 I II III 摘 要 碼垛機(jī)是根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和具體的工作環(huán)境要求對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的 它可代替人們繁 重勞動(dòng) 從而提高了生產(chǎn)的效率 本論文主要是根據(jù)碼垛機(jī)器人的末端執(zhí)行器工作的任 務(wù)進(jìn)行分析 設(shè)計(jì)出一款碼垛機(jī)器人 并且給出該機(jī)器人的三維模型 并計(jì)算出該機(jī)器 人的自由度和傳動(dòng)比 根據(jù)碼垛機(jī)器人的相關(guān)數(shù)據(jù)選用合適的電機(jī) 齒輪和軸 并對(duì)相 應(yīng)承擔(dān)扭矩的齒輪和軸進(jìn)行了校核 現(xiàn)在的碼垛機(jī)器人可用于代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn) 生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化 大部分的碼垛機(jī)器人都運(yùn)用了堆疊法 堆疊法是一種強(qiáng)大的機(jī) 器學(xué)習(xí)技術(shù) 通過(guò)基于交叉驗(yàn)證的元模型智能地結(jié)合其他方法的預(yù)測(cè)結(jié)果 關(guān)鍵詞 碼垛機(jī) 軸的扭矩 校核 IV Abstract The palletizing machine is designed according to its structural characteristics and specific working environment requirements which can replace people s heavy labor thus improving the efficiency of production In this paper we mainly analyze the task of the end effector of the palletizing robot design a palletizing robot and give the three dimensional model of the robot to calculate the freedom and transmission ratio of the robot According to the stacking robot Use the appropriate motor gear and shaft for the relevant data And the corresponding commitment to the torque of the gear and shaft were checked Stacking robots can replace people s heavy labor to achieve the mechanization and automation of production but also the use of the stack method stacking method is a powerful machine learning technology based on cross validation of the meta model intelligently combined with other methods of prediction results Keywords palletizing machine shaft torque checking 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 目 錄 摘要 I Abstract II 第 1 章 緒論 1 1 1 碼垛機(jī)的研究背景 1 1 2 碼垛機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1 3 碼垛機(jī)器人的主要發(fā)展趨勢(shì) 3 1 4 本課題研究的主要內(nèi)容 4 第 2 章 碼垛機(jī)器人的概要設(shè)計(jì) 5 2 1 總體設(shè)計(jì)參數(shù) 5 2 2 設(shè)計(jì)原理 5 2 3 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 5 2 3 1 底座傳動(dòng) 5 2 3 2 腰關(guān)節(jié)的傳動(dòng) 6 2 3 3 上臂的傳動(dòng) 6 2 3 4 夾持裝置的傳動(dòng) 6 2 4 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 第 3 章 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 8 3 1 液壓缸的選擇 8 3 2 確定所使用的電動(dòng)機(jī) 10 3 3 關(guān)鍵軸的計(jì)算 11 3 3 1 計(jì)算關(guān)鍵軸的轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩和輸入功率 11 3 3 2 確定關(guān)鍵軸的具體尺寸 12 3 4 齒輪參數(shù)的確定 15 3 4 1 壓力角 的選擇 16 3 4 2 模數(shù)和齒數(shù)的選擇 16 3 4 3 齒寬系數(shù) 的計(jì)算 16b 3 4 4 確定齒輪傳動(dòng)的精度 16 3 4 5 齒輪的校核 17 第 4 章 總 結(jié) 20 致 謝 21 參考文獻(xiàn) 22 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 1 第 1 章 緒論 1 1 碼垛機(jī)的研究背景 碼垛作業(yè)因其工作方式單調(diào) 體力消耗較大 作業(yè)批量化等特點(diǎn) 為碼垛機(jī)機(jī)器人 的引用提供了充足的理由和絕佳的應(yīng)用場(chǎng)合 1 碼垛機(jī)是以機(jī)械 電子 仿生學(xué)和計(jì)算 機(jī)等多種先進(jìn)學(xué)科技術(shù)為一體的現(xiàn)代化的高新技術(shù)產(chǎn)品 其中機(jī)電技術(shù)的日益成熟為工 業(yè)機(jī)器人技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了的動(dòng)力 碼垛機(jī)采用 PLC 控制技術(shù) 變頻器技術(shù) 檢測(cè)元件和觸摸式人機(jī)界面等優(yōu)良控制技術(shù)與控制元件 實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)包裝碼垛機(jī)對(duì)包裝 控制單元的控制要求 2 它現(xiàn)在也作為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志之一 現(xiàn)在各行各業(yè)都廣泛采用了碼垛機(jī) 它不僅可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量與數(shù)量 而且 對(duì)于解決勞動(dòng)力不足 提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率 節(jié)約原材料消耗 降低生產(chǎn)成本和工人勞動(dòng) 強(qiáng)度 能極大的改善工人的工作環(huán)境等等 3 碼垛機(jī)與計(jì)算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣 碼垛機(jī) 的應(yīng)用不但改變著人類(lèi)的生產(chǎn) 還改變著人類(lèi)的生活方式 因此推動(dòng)了許多傳統(tǒng)及新興 科技公司對(duì)碼垛機(jī)進(jìn)行研制開(kāi)發(fā) 至今 碼垛機(jī)已經(jīng)取得了巨大成就 并研發(fā)出許多高 性能的碼垛機(jī) 由于在各個(gè)領(lǐng)域中 人們的工作環(huán)境有時(shí)會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì) 甚至有可能會(huì) 危害到人們的生命安全 在這樣的情況下碼垛機(jī)誕生了 根據(jù)堆垛的形式 重疊式堆垛 縱橫交錯(cuò)式堆垛和壓縫式堆垛等等 進(jìn)行開(kāi)發(fā) 不僅對(duì)提高碼垛機(jī)的物料搬運(yùn)裝卸的效 率 而且還能有效節(jié)的節(jié)省存儲(chǔ)的空間 4 它對(duì)于保證產(chǎn)品完好 有著十分重要的意義 1 2 碼垛機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在國(guó)外起步較早 最早在搬運(yùn)行業(yè)中引入工業(yè)機(jī)器人的是日本和瑞 典 他們是在 1970 年左右引入的 首次將人類(lèi)從繁重而枯燥的搬運(yùn)工作中解放出來(lái) 它 是一個(gè)非常有發(fā)展前景的行業(yè) 就目前而言 世界各發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)器人公司主要針對(duì)各 種載荷 運(yùn)行空間和運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行研制 5 在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家 已相繼研制出半自動(dòng) 全自動(dòng)的碼垛機(jī) 后來(lái)也在結(jié)構(gòu)和機(jī)型方面進(jìn)行了不斷作改進(jìn)和完善 國(guó)產(chǎn)碼垛機(jī)至今 已經(jīng)研制了幾十年的時(shí)間 到目前為止 我國(guó)生產(chǎn)的碼垛機(jī)在性能 機(jī)型 品種規(guī)格和 產(chǎn)品質(zhì)量的方面 已經(jīng)有很大的進(jìn)步 并在許多方面已逐漸接近到國(guó)外同類(lèi)型的碼垛機(jī) 現(xiàn)在 基本上可以滿(mǎn)足大中型企業(yè)對(duì)產(chǎn)品包裝碼垛機(jī)的需求 碼垛機(jī)器人是一個(gè)有前景的行業(yè) 國(guó)外有許多有名的生產(chǎn)碼垛機(jī)器人的公司如 發(fā) 那科 FANUC 波士頓動(dòng)力公司 Fuji KUKA 等 碼垛機(jī)器人是對(duì)其多方面進(jìn)行研 究 如對(duì)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 控制系統(tǒng)的研究以及機(jī)器人智能化方面 的研究等 針對(duì)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的研究 是更好的實(shí)現(xiàn)各自的功能 如有 Fuji 的平行 四邊形連桿機(jī)構(gòu) Motoman 的多節(jié)機(jī)器人等 20 世紀(jì) 80 年代 德國(guó)庫(kù)卡機(jī)器人公司在 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 2 中國(guó)發(fā)展出 KR180PA 和 KR50PA 兩個(gè)型號(hào)的碼垛機(jī)器人 其高剛度 高定位精度 基 于 Windows 界面設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)和低廉的使用和維護(hù)陳本代表了當(dāng)時(shí)機(jī)器人技術(shù)的先進(jìn) 水平 6 經(jīng)過(guò)幾十多年的發(fā)展 碼垛機(jī)器人的應(yīng)用在制造業(yè)中的各個(gè)領(lǐng)域內(nèi) 尤其是在搬運(yùn)的領(lǐng) 域中 碼垛機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用 如在毛坯制造 沖壓 壓鑄 鍛造等 機(jī)械加工 中的焊接 熱處理 裝配 化工及倉(cāng)庫(kù)堆垛等作業(yè)中 還有再物流行業(yè)和電子電氣行業(yè) 等等 人工作業(yè)已經(jīng)漸漸的被機(jī)器人代替 7 近年來(lái) 大量 機(jī)器人員工 已經(jīng)被引入到許多會(huì)對(duì)人體有害的領(lǐng)域 20 世紀(jì) 60 年代末以來(lái) 機(jī)器人開(kāi)始逐步進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域 從目前看 碼垛機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域正向電 子信息產(chǎn)業(yè) 橡膠和塑料行業(yè)和物流等領(lǐng)域延伸 中國(guó) 印度等國(guó)家作為機(jī)器人的新興 市場(chǎng)也出現(xiàn)顯著增長(zhǎng) 其中出現(xiàn)在一線生產(chǎn)崗位的機(jī)器人操作更準(zhǔn)確 而且還降低了生 成本和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 而且 我國(guó)的聚丙烯產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的 10 以上 而長(zhǎng)期以來(lái) 國(guó)內(nèi)聚丙烯產(chǎn)品的包裝卻一直處于人工套袋的半自動(dòng)包裝狀態(tài) 針對(duì) PP 樹(shù)脂的特點(diǎn) 專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線工藝流程 8 我國(guó)對(duì)工業(yè)碼垛機(jī)器人示教在現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了研究與改進(jìn) 提出了一種新的示教再現(xiàn) 方法 按照文中所述方法 任一貨物在碼放放過(guò)程中 其碼垛軌跡經(jīng)過(guò)的四個(gè)空間點(diǎn)只 有一點(diǎn)需要經(jīng)過(guò)示教獲得 其余三點(diǎn)均可通過(guò)文中提出的算法程序根據(jù)貨物參數(shù)獲得 所建立的示教再現(xiàn)方法原理簡(jiǎn)單了 過(guò)程靈活精確 結(jié)果簡(jiǎn)潔高效 能夠大大提高工業(yè) 碼垛機(jī)器人示教再現(xiàn)的效率 9 為了使碼垛機(jī)器人完成對(duì)不同類(lèi)型和規(guī)格包裝件的碼垛作業(yè)要求 提出了一種新型 的碼垛機(jī)器人多功能末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)方案 10 該方案采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 通過(guò)夾持機(jī)構(gòu) 抓取機(jī)構(gòu)和吸附機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)各類(lèi)包裝件和托盤(pán)以及墊紙等的夾持 抓取 吸持等動(dòng)作 11 碼垛機(jī)器人還可以將已裝入容器的紙箱 按一定排列碼放在托盤(pán)上 進(jìn)行自動(dòng)堆碼 可 堆碼多層 然后退出 便于叉車(chē)運(yùn)至倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存 碼垛機(jī)采用 PLC 觸摸屏控制 實(shí)現(xiàn)智 能化操作管理 12 專(zhuān)家預(yù)計(jì) 未來(lái)碼垛機(jī)器人年均增速有可能會(huì)越來(lái)越快點(diǎn) 可能達(dá)到百分之三十左 右 用于搬運(yùn)的移動(dòng)機(jī)器人每年都會(huì)有一定的增幅 機(jī)器人將成為未來(lái)市場(chǎng)至關(guān)重要的 領(lǐng)域 為此世界各國(guó)都在搶占先機(jī) 希望可以贏在起跑線上 在 1990 年末 我國(guó)就已經(jīng)建立起 7 個(gè)科研基地和 9 個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地 它為我國(guó) 建設(shè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化帶來(lái)了希望 也為我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ) 目前 我國(guó)已 基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù) 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和某些典型工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)分析 軟件方面取得了進(jìn)步 現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)能生產(chǎn)具有國(guó)際先進(jìn)水平的裝配機(jī)器人 水下機(jī)器 人 服務(wù)機(jī)器人 軍用機(jī)器人 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人等一系列產(chǎn)品 有些機(jī)器人已經(jīng)可以實(shí) 現(xiàn)了小批量生產(chǎn) 13 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 3 我國(guó)的沃迪機(jī)器人智能裝備事業(yè)部源于智能食品裝備發(fā)展趨勢(shì)的推動(dòng) 專(zhuān)注于國(guó)產(chǎn) 工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化 事業(yè)部設(shè)有專(zhuān)門(mén)的機(jī)器人和工程技術(shù)應(yīng)用研究院 包 括機(jī)器人技術(shù)工程中心 實(shí)驗(yàn)分析檢測(cè)中心 工程試制部等等 承擔(dān)著國(guó)家和市級(jí)多項(xiàng) 機(jī)器人新實(shí)驗(yàn)室 規(guī)劃占地面積為 2000 平方米 具備恒溫和模擬各種各種使用環(huán)境的條 件 擁有完善的測(cè)試平臺(tái)和檢測(cè)設(shè)備 將用于對(duì)新型機(jī)器人的研發(fā)和驗(yàn)證 14 其搬運(yùn)機(jī) 器人設(shè)計(jì)年產(chǎn)大約為 2000 臺(tái) 目前已擁有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 并且是國(guó)內(nèi)最具規(guī)模的碼 垛機(jī)器人工業(yè)化生產(chǎn)企業(yè) 主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手為日本 德國(guó)及瑞典的國(guó)際行業(yè)巨頭 目前國(guó)內(nèi)一些科研 設(shè)計(jì)和生產(chǎn)單位 已擁有一批專(zhuān)門(mén)從事科研 設(shè)計(jì)和制造碼垛 機(jī)的技術(shù)隊(duì)伍 他們通過(guò)近 20 年的左右的摸索 研制和生產(chǎn)實(shí)踐已積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn) 現(xiàn)在已具備設(shè)計(jì)和研制出符合國(guó)情和先進(jìn)水平的碼垛機(jī)所必需的條件 在現(xiàn)在日常生活中 我們也能看見(jiàn)機(jī)器人身影 如 掃機(jī)器人 又叫自動(dòng)打掃機(jī) 憑借一定的人工智能 自動(dòng)在房間內(nèi)完成對(duì)地板的清理工作 早教機(jī)器人 顧名思義它就 是專(zhuān)門(mén)為兒童早教促進(jìn)孩子學(xué)習(xí)興趣的電子產(chǎn)品 對(duì)孩子的學(xué)習(xí)能力進(jìn)行全方位的訓(xùn)練 等等 對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō) 中國(guó)存在巨大潛的市場(chǎng) 15 由于國(guó)內(nèi)有許多汽車(chē)制造業(yè) 這為碼 垛機(jī)器人的裝配量將會(huì)快速增長(zhǎng)提供著條件 1 3 碼垛機(jī)器人的主要發(fā)展趨勢(shì) 碼垛機(jī)器人各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域的使用實(shí)踐證明 它在提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平 提高勞動(dòng)生 產(chǎn)率和降低了生產(chǎn)成本 改善工人勞動(dòng)條件等方面的作用很大 引起了世界各國(guó)的關(guān)注 在新的世紀(jì) 工業(yè)機(jī)器人的使用一定會(huì)更加廣泛 王衛(wèi)明曾經(jīng)就此發(fā)言 使用機(jī)器人最多的是汽車(chē)行業(yè) 醫(yī)藥等行業(yè)的對(duì)機(jī)器人的需 求甚至要達(dá)到 100 以上 在 2013 年 機(jī)器人在全國(guó)的銷(xiāo)量大約為 16 8 萬(wàn)臺(tái) 機(jī)器換 人 已經(jīng)是不可避免的了 在未來(lái)的 5 到 10 年機(jī)器人在中國(guó)市場(chǎng)將到達(dá)爆發(fā)期 曲道奎 認(rèn)同這一觀點(diǎn) 作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的機(jī)器人制造業(yè)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司的人 他 在會(huì)上不斷提醒企業(yè)要意識(shí)到該行業(yè)的殘酷性 16 他呼吁 中國(guó)應(yīng)在機(jī)器人這個(gè)高端產(chǎn) 業(yè)里避免處于產(chǎn)業(yè)鏈低端位置 在中國(guó)廉價(jià)勞動(dòng)力優(yōu)勢(shì)逐漸被機(jī)器人所替代 機(jī)器換 人 已是大勢(shì)所趨 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)就是誘人的 大蛋糕 中國(guó)各地都應(yīng)立即行動(dòng)起來(lái) 機(jī)器人企業(yè)和產(chǎn)業(yè)園如雨后春筍層出不窮 積極投身這場(chǎng) 掘金戰(zhàn) 中 從世界各國(guó)在堆垛機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過(guò)程可知 有三種不同的發(fā)展模式 日本模式 歐洲模式和美國(guó)模式 1 日本模式 此種模式的特點(diǎn)是 各司其職 分層面完成交鑰匙工程 即機(jī)器人制造廠商以開(kāi)發(fā) 新型機(jī)器人和批量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品為主要目標(biāo) 并由其子公司或社會(huì)上的工程公司來(lái)設(shè)計(jì) 制造各行業(yè)所需要的機(jī)器人成套系統(tǒng) 并完成交鑰匙工程 17 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 4 2 歐洲模式 此種模式的特點(diǎn)是 一攬子交鑰匙工程 即機(jī)器人的生產(chǎn)和用戶(hù)所需要的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 制造 全部由機(jī)器人制造廠商自己完成 3 美國(guó)模式 此種模式的特點(diǎn)是 采購(gòu)與成套設(shè)計(jì)相結(jié)合 美國(guó)國(guó)內(nèi)基本上不生產(chǎn)普通的堆垛機(jī) 器人 企業(yè)需要時(shí)機(jī)器人通常由工程公司進(jìn)口 再自行設(shè)計(jì) 制造配套的外圍設(shè)備 完 成交鑰匙工程 我國(guó)從上世紀(jì) 80 年開(kāi)始在高校和科研單位全面開(kāi)展堆垛機(jī)器人的研究 近 20 年來(lái) 取得不少的科研成果 但是由于沒(méi)有和企業(yè)有機(jī)地進(jìn)行聯(lián)合 至今仍未形成具有影響力 的產(chǎn)品和有規(guī)模的產(chǎn)業(yè) 18 目前國(guó)內(nèi)除了一家以組裝為主的中日合資的機(jī)器人公司外 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)器人尚停留在高校或科研單位組織的零星生產(chǎn) 未能形成氣候 19 近 10 年來(lái) 進(jìn)口機(jī)器人的價(jià)格大幅度降低 對(duì)我國(guó)堆垛機(jī)器人的發(fā)展造成了一定的影響 特別是我國(guó)自行制造的普通堆垛機(jī)器人在價(jià)格上根本無(wú)法與之競(jìng)爭(zhēng) 特別是我國(guó)在研制 機(jī)器人的初期 沒(méi)有同步發(fā)展相應(yīng)的零部件產(chǎn)業(yè) 使得國(guó)內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)的機(jī)器人過(guò)程中 只能依賴(lài)配套進(jìn)口的零部件 更削弱了我國(guó)企業(yè)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力 中國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)走什么道路 如何建立自己的發(fā)展模式 確實(shí)值得探討 中國(guó) 工程院在 2003 年 12 月完成并公開(kāi)的 我國(guó)制造業(yè)焊接生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略研究總結(jié)報(bào) 告 中認(rèn)為 我國(guó)應(yīng)從 美國(guó)模式 著手 在條件成熟后逐步向 日本模式 靠近 1 4 本課題研究的主要內(nèi)容 設(shè)計(jì)一種主要用于對(duì)物體的抓取的碼垛機(jī)器人 對(duì)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì) 畫(huà)出該 機(jī)器人的總裝配圖 給出該碼垛機(jī)器人的各種參數(shù) 然后對(duì)于主要部件進(jìn)行強(qiáng)度校核 得到最優(yōu)的碼垛機(jī)器人 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 5 第 2 章 碼垛機(jī)器人的概要設(shè)計(jì) 2 1 總體設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)此次設(shè)計(jì)的機(jī)器人具體應(yīng)用場(chǎng)合和實(shí)際應(yīng)用要求 設(shè)計(jì)的主要參數(shù)要求如下 1 抓取的重物 15kg 2 機(jī)械手的自由度數(shù) 4 個(gè) 3 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 底座旋轉(zhuǎn) 角速度 3 14 rads 支撐桿俯仰 線速度 0m 4 運(yùn)動(dòng)行程 底座旋轉(zhuǎn) 6 支撐桿俯仰 9 2 2 設(shè)計(jì)原理 本設(shè)計(jì)參照美國(guó) ABC 公司某些型號(hào)的機(jī)器人設(shè)計(jì)靈感 結(jié)構(gòu)上運(yùn)用了圓型好處在 于工作范圍較大 機(jī)器人的腰部和手腕都采用了液壓缸 液壓傳動(dòng)調(diào)速方便且調(diào)速范圍比 較大 可達(dá)到 100 1 2000 1 2 3 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 2 3 1 底座傳動(dòng) 底座是要驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu) 因此承受的質(zhì)量和慣量很大 所以因采用較大步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng) 驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu) 如圖 2 1 和圖 2 2 所示 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 6 圖 2 1 基底座傳動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 2 2 底座傳動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 電機(jī)安裝在基座上方 基座中是二個(gè)齒輪 用于提供較大的扭矩 基座是用鍵與大 齒輪固定 電機(jī)是通過(guò)螺釘與基座固定 大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)是通過(guò)電機(jī)輸出的扭矩產(chǎn)生的 底座基固定在地面上的 從而推動(dòng)其他部分轉(zhuǎn)動(dòng) 2 3 2 腰關(guān)節(jié)的傳動(dòng) 支撐桿的運(yùn)動(dòng)就是腰關(guān)節(jié)的傳動(dòng) 采用回轉(zhuǎn)軸使其與底部電機(jī)鏈接 其結(jié)構(gòu)如下圖 2 3 和圖 2 4 所示 圖 2 3 腰關(guān)節(jié)傳動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 2 4 傳動(dòng)軸 2 3 3 上臂的傳動(dòng) 為了減輕整個(gè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和重量 上桿不采用電動(dòng)機(jī) 而采用液壓缸可以大大 提高機(jī)械手的精度 如圖 2 5 所示 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 7 圖 2 5 上臂的液壓缸 2 3 4 夾持裝置的傳動(dòng) 夾持裝置采用液壓缸 通過(guò)改變流量和壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手爪張合的控制 如圖 2 6 圖 2 6 夾持裝置 2 4 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 用軟件 solidworks 畫(huà)出了碼垛機(jī)器人的三維圖如圖 2 7 所示 圖 2 7 總體結(jié)構(gòu)圖 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 8 第 3 章 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 整個(gè)機(jī)器人共有 4 個(gè)自有度 其中有三個(gè)是用液壓缸帶動(dòng)的 整個(gè)機(jī)構(gòu)只用了一個(gè) 電機(jī)來(lái)推動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng) 3 1 液壓缸的選擇 1 連桿上的液壓缸 液壓缸輸入是液體的流量和壓力 輸出的是力和直線運(yùn)動(dòng) 液壓缸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 工 作可靠性好 被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)部門(mén) 液壓缸可廣泛的分為通用型結(jié)構(gòu)和專(zhuān) 用型結(jié)構(gòu) 這里選用的是通用型中的拉桿型液壓桿 因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 拆裝簡(jiǎn)便 零件 通用化程度較高 制造成本較低 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算于選取 總質(zhì)量 mI 210kg 單杠最大的升起的質(zhì)量 M mI 2 105kg 上升速度等于下降速度 v 0 1m s 液壓上升的最大負(fù)載 Fmax Mg 1 05kN 液壓缸的機(jī)械效率 0 95 液壓缸的工作壓力由表 3 1 可知 P 0 7MPa 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 9 表 3 1 不同負(fù)載條件下的工作壓力 負(fù)載 F KN 50 工作壓力 P MPa 0 8 1 1 5 2 2 5 3 3 4 4 5 5 由公式 D 3 1 pFmax Fmax 1 05kN p 0 7Mpa 0 95 解得 D 0 044837m 根據(jù)表 3 2 可知 圓整成標(biāo)準(zhǔn)值后 得液壓缸內(nèi)徑 D 50mm 表 3 2 液壓缸內(nèi)徑尺寸 D 系列 mm GB T2348 1993 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 450 500 缸筒壁厚和外徑計(jì)算 本設(shè)計(jì)的內(nèi)徑 D 為 50mm 查液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸的外徑 D1 為 60mm 缸壁的厚度 為 6mm 正規(guī)的方法選取液壓缸壁厚都能滿(mǎn)足其強(qiáng)度 活塞桿直徑的計(jì)算 活塞桿是液壓缸傳遞動(dòng)力的主要零部件 他要承受拉力 壓力 彎力和震動(dòng)沖擊等 多種作用 必須有足夠的強(qiáng)度和剛度 活塞桿直徑的計(jì)算 根據(jù)活塞桿受力狀況來(lái)確定 一般為受拉力作用時(shí) d 0 3 0 5D 受壓力作用時(shí) P 5MPa 時(shí) 0 5 0 55D d 5MPa P7MPa 0 7D 因?yàn)?P 0 8MPa D 0 04695m 故 0 02582m 根據(jù)表 3 3 可知活塞桿直徑 28mmd 表 3 3 活塞桿直徑系列 mm GB T2348 1993 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 2 夾持裝置上的液壓缸 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 10 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算于選取 總質(zhì)量 mI 40kg 單杠最大的升起的質(zhì)量 M mI 40kg 上升速度等于下降速度 v 0 1m s 液壓上升的最大負(fù)載 Fmax MgKN4 0 液壓缸的機(jī)械效率 0 95 液壓缸的工作壓力由表 3 1 可知 aP1 0 由公式 3 6 95 0 5 111max apKNF 解得 D 0 051774m 根據(jù)表 3 2 可知 圓整成標(biāo)準(zhǔn)值后 得液壓缸內(nèi)徑 D 60mm 缸筒壁厚和外徑計(jì)算 本設(shè)計(jì)的內(nèi)徑 D 為 60mm 查液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸的外徑 D1 為 76mm 缸壁的厚度 為 8mm 正規(guī)的方法選取液壓缸壁厚都能滿(mǎn)足其強(qiáng)度 活塞桿直徑的計(jì)算 活塞桿是液壓缸傳遞動(dòng)力的主要零部件 他要承受拉力 壓力 彎力和震動(dòng)沖擊等 多種作用 必須有足夠的強(qiáng)度和剛度 活塞桿直徑的計(jì)算 根據(jù)活塞桿受力狀況來(lái)確定 一般為受拉力作用時(shí) d 0 3 0 5D 受壓力作用時(shí) P 5MPa 時(shí) 0 5 0 55dD 5MPa P7MPa 0 7D 因?yàn)?P 0 1MPa 0 051774m 故 0 25887md 根據(jù)表 3 3 可知活塞桿直徑 28mmd 3 2 確定所使用的電動(dòng)機(jī) 這里是通過(guò)求整個(gè)機(jī)構(gòu)的慣性量來(lái)確定所選用的電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的公式如下 S 則剖面安全 其它軸用相同方法計(jì)算 結(jié)果都滿(mǎn)足要求 3 4 齒輪參數(shù)的確定 常用的齒輪材料是各種牌號(hào)的優(yōu)質(zhì)碳素鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼 鑄鋼和鑄鐵等 一般多采 用鍛件或軋制鋼材 當(dāng)齒輪較大 例如直徑大于 400 600mm 而輪坯不易鍛造時(shí) 可采用 鑄鋼 所以根據(jù)所需性能要求 選擇材料為 45 鋼 經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理使硬度 HBS 可達(dá)到 229 286 3 4 1 壓力角 的選擇 由機(jī)械知識(shí)可知 增大 可以增大齒輪的齒厚以及節(jié)點(diǎn)處的齒廓曲率半徑 可以 提高齒輪的 和 此處 可取 20 s H 3 4 2 模數(shù)和齒數(shù)的選擇 對(duì)于齒輪的閉式齒輪傳動(dòng) 齒面接觸疲勞強(qiáng)度決定著齒的接觸疲勞強(qiáng)度 而齒面的 接觸應(yīng)力的大小與小齒輪的 和 的乘積有關(guān) 因此在滿(mǎn)足 的前提下 宜選擇較小的zmF 和較多的 這樣能使重合度增大 使傳動(dòng)的平穩(wěn)性得到改善 還能齒高 是隨 的mz hm 減小而降低 從而能使金屬的切削量減小 滑動(dòng)速度和磨損量減小 提高抗膠合能力 關(guān)鍵軸上的小齒輪的齒數(shù) 取20 大齒輪的齒數(shù) 取100 模數(shù)m 取4 z z 3 4 3 齒寬系數(shù) 的計(jì)算b 由強(qiáng)度公式可知 當(dāng) 一定時(shí) 齒輪直徑和齒輪圓周速度都將隨著齒寬的增大而減q 小 但是增大齒寬 將使分布在齒面上的 的不均勻性增大 關(guān)鍵軸上的齒輪在嚙合時(shí)q 所取的齒寬系數(shù) 為1 0 根據(jù)公式 計(jì)算結(jié)果應(yīng)是 5 的整數(shù)倍 作為大齒輪d db 的齒寬 小齒輪齒寬取 bII mm 從使加工和裝配過(guò)程中產(chǎn)生的誤差將得到 b 105 補(bǔ)償 3 4 4 確定齒輪傳動(dòng)的精度 根據(jù) 1988 年的國(guó)標(biāo) 10095 中的規(guī)定 齒輪精度共有 12 級(jí) 并從 1 級(jí)到 12 級(jí)逐漸降 低 經(jīng)常從 6 9 級(jí)中選取 這里的齒輪選用的精度為 7 級(jí) 齒輪嚙合的幾何尺寸 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 17 名稱(chēng) 公式 分度圓直徑 mzd401 mzd8024 齒頂高 ha 齒根高 5 2 cf 齒全高 fa95 齒頂圓直徑 da4082 hdaa82 齒根圓直徑 mhff 3 mff 70 基圓直徑 b 7cos b1 5cos 齒距 p561 齒厚 26 齒槽寬 me8 中心距 da402 頂隙 c15 3 4 5 齒輪的校核 齒輪所選定用的材料為45 鋼 在加工過(guò)程中對(duì)齒輪進(jìn)行滲碳淬火后使其硬度達(dá)到 本次設(shè)計(jì)的齒輪的精度為7 級(jí) 齒輪表面的粗糙度為 并且這一62 5HRC 1 6aR 對(duì)的齒輪需要進(jìn)行校核 齒數(shù)分別為 模數(shù)為 4 傳動(dòng)比 扭矩21 0 z 5 i mNT 34 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 按齒面 設(shè)計(jì) 再按齒根 校核 s b b 按齒面 計(jì)算H 3 31 mdHSEdt ZuKT 51 93 212 式中 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 用來(lái)考慮節(jié)點(diǎn)齒廓形狀對(duì)接觸應(yīng)力的影響 取 HZ HZ 2 5 材料系數(shù) 單位為MPa 查表3 5 Z E 189 8 MPa E 重合度系數(shù) 取 0 90 齒寬系數(shù) 查表3 6取 1 d d u 齒數(shù)比 其值為大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比 u 5 表3 5 彈性系數(shù) 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 鑄鋼 鍛鋼 加布膠木 鍛鋼 162 0 181 4 188 9 189 8 56 4 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 18 鑄鋼 161 4 180 5 188 0 球墨鑄鐵 156 6 173 9 灰鑄鐵 143 7 表3 6 齒寬系數(shù) d 吃面硬度 齒輪相對(duì)于軸承的位置 軟齒面 硬吃面 對(duì)稱(chēng)布置 0 8 1 4 0 4 0 9 非對(duì)稱(chēng)布置 0 2 1 2 0 3 0 6 懸臂布置 0 3 0 4 0 2 0 25 選擇材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為 1lim580HMPa 2lim560HMPa 選擇齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力為 1li23FF2li1 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N 計(jì)算可得 mm 3 32 1607 51608nat 64 則 3 33 112 4Ni 103 2 查得接觸疲勞壽命系數(shù)為 12 9 87NZ 查得彎曲疲勞壽命系數(shù)為 NY 查得接觸疲勞安全系數(shù) 1 彎曲疲勞安全系數(shù) 1 5 又 為試驗(yàn)齒輪minHSminFS STY 的應(yīng)力修正系數(shù) 按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)取2 0 試選 3tK 求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力 MPa 3 34 1limn580 92HNZS 3 35 2li1mn6 4H MPa 3 36 1li1Fn302 851 7 5STNY 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 19 3 37 2lim2Fn10 913 47 5STNYMPa 將有關(guān)值帶入公式 3 35 得 mdHSEdt ZuKT 3 673 212 則 3 38 1167 302 5 601tns 3 39 325 z 查圖得 查得 3vK A 查得 取 則17 1 3 40 2513 72 815HVK 修正 331 86 ttdm 1360dmz 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m 2mm 與前面選定的模數(shù)相同 所以m 2mm 符合要求 c 計(jì)算幾何尺寸 3 41 32501dmz 42dz 3 42 34 z 2 50 3am d 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 查得 取124 0 Y 8 FSFS 0 7Y 校核兩齒輪的彎曲強(qiáng)度 22 35MPA 1 3 43 mzKTFSd321 1F 3 44 6 212FSFMPaY 所以齒輪完全達(dá)到要求 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 20 第 4 章 總 結(jié) 碼垛機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域中扮演著重要的角色 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)四個(gè) 自由度的機(jī)器人 用于工廠中對(duì)貨物的搬運(yùn)工作 說(shuō)實(shí)話(huà) 剛接觸這個(gè)課題 有點(diǎn)抓不 著頭腦 不知從何入手 雖然在我們?nèi)ヂ尻?yáng)實(shí)習(xí)時(shí)見(jiàn)過(guò)實(shí)物 但真正要求自己設(shè)計(jì)一個(gè) 機(jī)器人 還是有一定難度的 后來(lái)意識(shí)到自己的不足 我去學(xué)校的圖書(shū)館 查閱了一些 資料 我發(fā)現(xiàn)圖書(shū)館關(guān)于這方面的資料確實(shí)不多 所以我就到網(wǎng)絡(luò)上找資料 發(fā)現(xiàn)這方 面的東西還真不少 看了幾天資料后 漸漸有點(diǎn)入門(mén)了 但有些地方還是不明白 例如 底座如何驅(qū)動(dòng)腰關(guān)節(jié) 上桿的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等等 我就跑去請(qǐng)教韓老師 在老師的細(xì)心指導(dǎo) 下 解決了很多困擾我已久的疑問(wèn) 在真正動(dòng)手畫(huà)圖之后 我發(fā)覺(jué)問(wèn)題也沒(méi)有想象的那 么困難 每當(dāng)不懂的地方 我會(huì)去尋求老師和同學(xué)的幫助或者去網(wǎng)絡(luò)查找資料 克服困 難之后也是挺有成就感的 到了校核軸和齒輪的階段 記得以前在學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候 進(jìn)行過(guò)一次減速箱的課程設(shè)計(jì) 里面也有軸和齒輪的校核 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)剛好把學(xué)過(guò)的 知識(shí)用上了 由于時(shí)間有限 本次設(shè)計(jì)還存在的許多不足 還需要進(jìn)一步提高 展望如下 1 本設(shè)計(jì)中的桿的設(shè)計(jì)還不夠精細(xì) 部分零件的結(jié)構(gòu)不夠合理 導(dǎo)致質(zhì)量偏大 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量偏大 因此也只能選擇功率比較大的電動(dòng)機(jī) 可能會(huì)比較耗電 2 對(duì)于夾持裝置 根據(jù)以前學(xué)習(xí)到的知識(shí) 我采用了四桿機(jī)構(gòu) 在以后的設(shè)計(jì)中 可以設(shè)計(jì)成可以替換的具有通用性的手爪 這樣可以在搬運(yùn)不同類(lèi)型的工件時(shí)只需要更 換機(jī)械手的手指 從而拓展了機(jī)器人的應(yīng)用范圍 這是很重要的待改進(jìn)的地方 3 各零件材料的選擇可以更多樣化 根據(jù)不同的性能要求 選擇合適的材料 甚 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 21 至于大膽選用一些新興材料 方向是質(zhì)量輕和強(qiáng)度高 因?yàn)闄C(jī)器人本身是一個(gè)高新產(chǎn)業(yè) 致 謝 隨著這 2 年大學(xué)生活的即將結(jié)束的腳步 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在導(dǎo)我的導(dǎo)師韓書(shū)葵老師的 幫助下也接近了尾聲 在我的認(rèn)識(shí)中韓老師是一位治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn) 學(xué)識(shí)豐富的老師 從開(kāi)題 開(kāi)始到論文結(jié)束給我許多指導(dǎo) 雖然韓老師工作繁忙 但她還是對(duì)我的倫文進(jìn)行了多次 修改 這確實(shí)是一個(gè)艱苦的過(guò)程 也是我們對(duì)本專(zhuān)業(yè)進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)的一次機(jī)會(huì) 更是一 個(gè)感恩和互助的過(guò)程 在倫文的完成過(guò)程中老師給予了我許多的幫助 在今后的學(xué)習(xí)工 作中 我將銘記恩師對(duì)我的教誨和鼓勵(lì) 盡自己最大的努力取得更好的成績(jī) 在此我要向我的指導(dǎo)老師表示由衷的感謝和深深的敬意 在兩年的大學(xué)學(xué)習(xí)期間 機(jī)械教研室的每位老師對(duì)我的學(xué)習(xí)和生活都給予了許多的 幫助和關(guān)心 使我在各個(gè)方面都得到了很大的提高 衷心感謝參加答辯和論文評(píng)閱的各位老師 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 22 參考文獻(xiàn) 1 李金泉 段冰蕾 南倩 TH50 型碼垛機(jī)器人動(dòng)態(tài)靜力學(xué)分析 J 2011 504 508 2 姜永增 姚忠敏 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32 3 94 96 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 23 15 李剛 工業(yè)用碼垛機(jī)器人 J 現(xiàn)代制造 2005 24 40 41 16 QianLiao EdwinA Cowen The Information Contentofa Scalar Plume APlume Tracing Perspective J Environmental Fluid Mechanics 2002 1 2 17 LI Jin quan DING Hong sheng DUAN Bing lei NAN Qian FU Tie Dyamic Analysis and Structural Optimization of a Novel Palletizing Robot J 2010 3 113 115 18 Lau H C Chan T M Tsui W T An AI approach for optimizing multi pallet loading opperations J 2009 3 part 1 19 BLOSS Richard Palletizing Candy Orders and Never gquee zing the Chocolates J Assembly Automation 2010 30 32 35 20 PIRES J Norberto Handling Production Changes Online Example Using a Robotic Palletizing System for the Automobile Glass Industry J Assembly Automation 2004 24 254 263
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)
外 文 翻 譯
原 文 標(biāo) 題
Influence of construction mass distribution on the walking robot's gait stability
Synthesis
譯 文 標(biāo) 題
施工質(zhì)量分布對(duì)步行機(jī)器人步態(tài)穩(wěn)定性的影響
作者所在系別
機(jī)電工程學(xué)院
作者所在專(zhuān)業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
作者所在班級(jí)
作 者 姓 名
作 者 學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師姓名
指導(dǎo)教師職稱(chēng)
完 成 時(shí) 間
譯文標(biāo)題
施工質(zhì)量分布對(duì)步行機(jī)器人步態(tài)穩(wěn)定性的影響
原文標(biāo)題
Influence of construction mass distribution on the walking robot's gait stability
作 者
H.W.Muller
譯 名
哈維穆勒
國(guó) 籍
美國(guó)
原文出處
Journal of Mechanism Design,1981,Vol.103.No.1-4
譯文：
摘要：本研究的目的是找出步行機(jī)的施工參數(shù)與其穩(wěn)定性之間的聯(lián)系。此外，本文展示了重要的質(zhì)量分布對(duì)于正確設(shè)計(jì)的步態(tài)生成算法。這項(xiàng)研究是基于在Matlab Simulink開(kāi)發(fā)的六邊形雙壓電機(jī)器人的仿真模型。分析了機(jī)器人的腿和軀干之間的可變百分比質(zhì)量分布。
基于結(jié)果，我們可以得出結(jié)論，行走機(jī)器人的腿和軀干的重量之間的比例對(duì)大多數(shù)步行參數(shù)，如步幅長(zhǎng)度和速度，穩(wěn)定姿勢(shì)的機(jī)器，控制方法和移動(dòng)性有很大影響。 它對(duì)質(zhì)心位置也有巨大的影響，這是行走機(jī)器人的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的關(guān)鍵問(wèn)題。 因此，在整個(gè)設(shè)計(jì)和編程過(guò)程中應(yīng)考慮步行機(jī)器人的質(zhì)量分布。
關(guān)鍵詞：六邊形雙壓機(jī)器人; 昆蟲(chóng); 質(zhì)量分布; 質(zhì)心; 步態(tài)穩(wěn)定性
1. 介紹
由身體的重量分布百分比限定的質(zhì)心位置影響所設(shè)計(jì)的機(jī)器的多個(gè)參數(shù)。 首先，它負(fù)責(zé)確保其在工作期間和靜止時(shí)的穩(wěn)定性。 它還對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)具有主要影響，尤其包括運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的慣性效應(yīng)。 這使得重量分布分析成為設(shè)計(jì)過(guò)程的重要部分，特別是在設(shè)計(jì)機(jī)器人，操縱器和處理設(shè)備時(shí)。
關(guān)于機(jī)器人的質(zhì)心位置的研究起源于人和動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)分析。 這樣的生物模型可以成功地用于機(jī)器工程。 當(dāng)代機(jī)器人的主要部分基于上述生物模型。 其中最重要的群體是步行機(jī)器人，其移動(dòng)類(lèi)似于大多數(shù)動(dòng)物使用步態(tài)循環(huán)組成的步驟[1]。
在當(dāng)前對(duì)質(zhì)心（c.o.m.）位置的研究中，重點(diǎn)在于確保機(jī)器人的靜態(tài)穩(wěn)定性。 當(dāng)c.o.m.時(shí)機(jī)器人被認(rèn)為是靜態(tài)穩(wěn)定的。 投影落在支撐多邊形內(nèi)。 支撐多邊形由所有接觸點(diǎn)定義，在多支腿機(jī)器人的情況下是支撐階段中機(jī)器人腿的尖端[1-3]。 在雙腿（雙足）機(jī)器人的情況下，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性是分析的因素，并且當(dāng)作用在質(zhì)心上的力矩在運(yùn)動(dòng)期間平衡時(shí)，機(jī)器人被認(rèn)為是動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的。
在大多數(shù)研究中，作者考慮c.o.m. 相對(duì)于機(jī)器人姿勢(shì)的位置[4]。 在大多數(shù)情況下忽略由機(jī)器人設(shè)計(jì)限定的結(jié)構(gòu)特性的影響。 它主要被認(rèn)為是關(guān)于雙足機(jī)器人的研究，其重量分布是身體平衡的關(guān)鍵問(wèn)題[5]。 本研究的重點(diǎn)是重量分布對(duì)步行機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定性的影響，基于六邊形雙晶機(jī)器人。 第2節(jié)提供了分析設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)要描述，包括原型的重量百分比分布。 第3節(jié)描述了本研究中使用的研究方法，第4節(jié)給出了他們獲得的結(jié)果
2. 六邊形雙壓機(jī)器人
六邊形雙晶機(jī)器人可以從六到四腿構(gòu)型（或相反方向）變換，而不需要改變。 由此，機(jī)器人可以在崎嶇的地形中以相對(duì)高的速度移動(dòng)，同時(shí)在站立和行走期間保持其操縱功能。 機(jī)器人主體（圖1）由三個(gè)主干段組成：前段KP，中間段KM和后段KT。 每個(gè)段配備有一對(duì)三連桿腿，命名為NL2，NP2，NL3，NP3（僅運(yùn)動(dòng)）和NP1和NL1（運(yùn)動(dòng)和操縱能力）。 作為一個(gè)特殊的特點(diǎn)，機(jī)器人配備了一個(gè)可擴(kuò)展的重量，可以控制c.o.m. 運(yùn)動(dòng)期間的位置[6]。
圖 1.六邊形雙壓機(jī)器人示意圖，顯示了原型的重量分布百分比KP-前主干節(jié)段，KM-中間主干節(jié)段，KT-后主干節(jié)段，1P-單軸接頭，2P-雙軸接頭，WM-可擴(kuò)展配重組件， NP1（NL1） - 右（左）前肢與操縱和運(yùn)動(dòng)功能，NP2（NL2） - 右（左）肢具有運(yùn)動(dòng)功能，NP3（NL3） - 右（左）后肢具有運(yùn)動(dòng)功能。
分析的行走機(jī)器人的原型組件的重量在表1中給出。可以在此基礎(chǔ)上計(jì)算總體重的百分比。 腿 - 軀干重量比為38.8％至61.2％。 軀干部分以及連接到它們的肢體的重量以總體重的百分比表示為24.4％/ 38.8％/ 36.8％（KP / KM / KT）
表1.六邊形雙壓機(jī)器人的段的重量
3. 研究方法
本文報(bào)告的研究是使用在軟件程序Matlab Simulink中開(kāi)發(fā)的仿真模型進(jìn)行的。 仿真模型是在六元四元雙機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，是先前研究的派生分析。 選擇來(lái)量化機(jī)器人的靜態(tài)穩(wěn)定性的參數(shù)是縱向穩(wěn)定裕度（LSM）。 它被定義為距離c.o.m的最小距離。 投影和支撐多邊形邊緣平行于機(jī)器的c.o.m速度矢量測(cè)量[7]。
在該研究下進(jìn)行了兩個(gè)分析。 第一個(gè)是調(diào)查肢體的重量相對(duì)于機(jī)器人的總重量和機(jī)器人的靜態(tài)穩(wěn)定性之間的關(guān)系。 針對(duì)所分析的六邊形雙壓電機(jī)器人的三個(gè)選定姿勢(shì)檢查五個(gè)肢體重量比。 比率從30％到70％相差10％。 為了執(zhí)行分析的目的，必須假定身體段之間具有恒定的比率。 選擇最接近實(shí)際結(jié)構(gòu)的比率，前部分占總重量的20％，剩余重量在中間和后部分之間平均分配（每個(gè)40％）。 注意，在這些分析中，段的重量不包括附接到它們的肢體的重量。
第二項(xiàng)研究的目的是檢查機(jī)器人部分中幾個(gè)重量分布對(duì)其靜態(tài)穩(wěn)定性的影響。 選擇五個(gè)重量分布模式，質(zhì)心位于軀干前段（40％/ 30％/ 30％），雙軸關(guān)節(jié)（40％/ 40％/ 20％），軀干中段 （20％/ 40％/ 40％）和軀干后段（20％/ 30％/ 50％）上的平均值（30％/ 40％/ 30％）。 以與研究No.1相同的方式進(jìn)行分析，即通過(guò)讀取用于相同的三個(gè)機(jī)器人姿勢(shì)和每個(gè)預(yù)定義的重量分布配置的模擬模型中的質(zhì)心位置，隨后確定 在站立階段的縱向穩(wěn)定裕度。 在這些分析中，假定所有模擬200克單腿重量包括肢體重量。 假定的體重為3000g。
考慮三種特征姿勢(shì)，如圖1所示。 姿勢(shì)No.1（圖2a）表示機(jī)器人在三腳架步態(tài)中行走，其中三個(gè)腿（NL1，NP2，NL3）處于向前擺動(dòng)（轉(zhuǎn)移）階段，而其余的腿（NP1，NL2，NP3） 相。 在姿勢(shì)No.2（圖2b）中，失去靜態(tài)穩(wěn)定性的最大風(fēng)險(xiǎn)。 在該姿勢(shì)中，右腿的后腿和中腿處于站立期，而其他腿處于搖擺階段。 在兩種姿勢(shì)中，六邊形雙態(tài)機(jī)器人處于六足（即主要）配置。 姿勢(shì)No.3表示其中機(jī)器人支撐在腿NP2，NP3和NL3上的替代配置（四路）。 在四通道結(jié)構(gòu)中，軀干的前段向上傾斜90度的角度。
圖2.表示六邊形雙壓機(jī)器人的分析姿態(tài)的象形圖：a）六足機(jī)配置中的三角架步態(tài)，b）六足機(jī)構(gòu)配置中的最低穩(wěn)定性情況，c）四足配置。
4. 研究結(jié)果
在站立階段期間肢體的重量相對(duì)于機(jī)器人的總重量和機(jī)器人的穩(wěn)定性之間的關(guān)系在圖1的圖表中呈現(xiàn)。從曲線可以看出，對(duì)于三腳架步態(tài)，肢體的重量相對(duì)于機(jī)器人的總重量的變化對(duì)LSM值幾乎沒(méi)有影響。軀干和四肢之間的平均重量分布提供了最大的穩(wěn)定性。對(duì)于姿勢(shì)2和姿勢(shì)3，LSM值隨著肢體相對(duì)于軀干重量的增加的重量而減小。它是一個(gè)或多或少的線性關(guān)系。姿勢(shì)2中的肢體的低重量將姿勢(shì)穩(wěn)定性的損失改變?yōu)闃O限穩(wěn)定性條件。因此，對(duì)于小肢體權(quán)重，廣義坐標(biāo)配置對(duì)c.o.m的變化幾乎沒(méi)有影響。位置。在姿勢(shì)編號(hào)3中提升軀干產(chǎn)生較高的LSM值。 65％的值被認(rèn)為是肢體的極限重量，在該極限重量下機(jī)器人不能再在替代QUADRUPED配置中操作。
圖3.相對(duì)于機(jī)器人的總重量的肢體的重量對(duì)于三種不同姿勢(shì)的LSM值。
圖1中的條形圖。 下面的圖4表示六邊形雙晶機(jī)器人的段之間的重量分布對(duì)其靜態(tài)穩(wěn)定性的影響。 虛線表示穩(wěn)定性極限。 從圖中可以看出，在這種情況下，三腳架步態(tài)特征總是具有大的穩(wěn)定性余量。 對(duì)于剩余的姿勢(shì)，只有當(dāng)c.o.m. 位于單軸接頭或行李箱的后部。
對(duì)于完好的功能性，步行機(jī)器人應(yīng)當(dāng)能夠以四腿構(gòu)型操作，其要求主干段KP / KM / KT之間的設(shè)計(jì)比接近20％/ 40％/ 40％或20％/ 30％/ 50 ％。
圖4.軀干部分相對(duì)于機(jī)器人的總重量的重量與三種不同姿勢(shì)的LSM值的重量。
所分析的六邊形雙壓電機(jī)器人的靜態(tài)穩(wěn)定姿勢(shì)在圖6的圖中示出。 圖5和圖6。 點(diǎn)表示與地面接觸的腿的尖端的位置，并且圓圈表示轉(zhuǎn)移階段中的腿。 點(diǎn)坐標(biāo)是根據(jù)手足動(dòng)物的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算的。 質(zhì)心位置用十字標(biāo)記，并且其坐標(biāo)從仿真模型中計(jì)算出來(lái)。 這種表示方法使得能夠及時(shí)驗(yàn)證靜態(tài)穩(wěn)定性。
圖5.相對(duì)于以六足配置（姿勢(shì)No.1）在三腳架步態(tài)中行走的機(jī)器人的支撐多邊形示出的質(zhì)心位置，軀干部分的重量比為20％/ 40％/ 40％。
圖。6.相對(duì)于機(jī)器人的支撐多邊形顯示的質(zhì)心位置為四足構(gòu)型（姿勢(shì)3），軀干部分的20％/ 30％/ 50％重量比。
5. 結(jié)論
該論文已經(jīng)證明重量分布配置對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定性以及因此速度，步幅長(zhǎng)度，機(jī)器人的控制方法和移動(dòng)性的顯著影響?？梢酝ㄟ^(guò)使用模擬模型對(duì)已經(jīng)在工程階段的步行機(jī)器人執(zhí)行這樣的分析。注意，盡管在常規(guī)六足機(jī)的情況下可以忽略重量的分布，但在六邊形雙壓電機(jī)器人的情況下它是最重要的。由于組件的重量設(shè)計(jì)不正確，機(jī)器人可能無(wú)法使用替代姿勢(shì)。在分析的六邊形雙晶機(jī)器人的原型的情況下，表示為相對(duì)于機(jī)器人的總重量的分量權(quán)重的權(quán)重分布接近于使用四極配置的關(guān)鍵值。通過(guò)驗(yàn)證所選擇的配置，這是本研究的主題，我們只能定義可以找到有效重量分布的范圍。為了找到這個(gè)參數(shù)，將需要在預(yù)定范圍內(nèi)執(zhí)行更復(fù)雜的分析。因此，這種分析可以包括在滿(mǎn)足初步計(jì)算的作用的工程過(guò)程中，在下一步設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特征被定義之后，需要進(jìn)行檢查檢查。
原文：
Abstract
The goal of this research is to find connections between construction parameters of walking machine and its stability. Further this paper shows how important mass distribution is for properly designed gait generation algorithms. This research was made based on the simulation model of a hexa-quad bimorphic robot developed in Matlab Simulink. The analyses were made for variable percent mass distribution between the legs and trunk of the robot.
Based on the results we can conclude that the ratio between the weight of legs and trunk of the walking robot has a great influence on most of the walking parameters like stride length and speed, stable postures of machine, method of control and mobility. It has also a huge influence on the centre-of-mass position, which is the key issue of static and dynamic stability of walking robots. Therefore, mass distribution of walking robots should be considered throughout the design and programming process.
Keywords: hexa-quad bimorphic robot; hexapod; mass distribution; centre of mass; gait stability;
1.Introduction
The centre-of-mass position defined by the percentage weight distribution of the body influences a number of parameters of the designed machine. First and foremost it is responsible for ensuring its stability both during work and when at rest. It has also a major effect on the kinematic and dynamic parameters, including, inter alia, inertial effects arising in motion. This makes the weight distribution analysis an important part of the design process,especially when designing robots, manipulators and handling equipment.
The studies on the robots' centre-of-mass position originate from biomechanical analyses of the movement of humans and animals. Such biological models can be successfully used in machine engineering. A major portion of contemporary robots are based on the above-mentioned biological models. The most important group among them are walking robots which move similarly to most animals using gait cycle consisting of steps [1].
In the current studies on the centre-of-mass (c.o.m.) position the focus is on ensuring static stability of the robot. A robot is considered statically stable when the c.o.m. projection falls within the support polygon. The support polygon is defined by all the contact points, which in the case of multi-legged robots are the tips of the robot legs in the support phase [1–3]. In the case of two-legged (biped) robots the dynamic stability is the analysed factor and the robot is considered dynamically stable when the moments acting on the centre of mass are balanced during motion.
In most studies the authors consider the c.o.m. position in relation to the robot's posture [4]. The effect of the structural characteristics defined by the robot design is ignored in most cases. It is considered primarily in the studies concerning biped robots for which the distribution of weight is the key issue for body balance [5]. The focus of this study is the influence of the weight distribution on the static stability of the walking machine on the basis of a hexa-quad bimorphic robot. Section 2 provides a brief description of the analysed design including the percentage weight distribution of the prototype. Section 3 describes the research methods used in this study and Section 4presents the results obtained with them.
2. Hexa-quad bimorphic robot
The hexa-quad bimorphic robot can transform from six- to four-legged configuration (or the other way round) without needing change over. Owing to this, the robot can move with a relatively high speed in rough terrain, while maintaining its manipulation functionality during standing and walking. The robot body (Fig. 1) is composed of three trunk segments: front segment KP, middle segment KM and rear segment KT. Each segment is equipped with a pair of three-link legs designated NL2, NP2, NL3, NP3 (locomotion only) and NP1 and NL1 (locomotion and manipulation capability). As a special feature the robot is equipped with an extendable weight enabling control of the c.o.m. position during locomotion [6].
Fig. 1. Schematic of hexa-quad bimorphic robot showing the prototype's percentage weight distribution KP – front trunk segment, KM – middle trunk segment, KT – rear trunk segment, 1P – single axis joint, 2P – biaxial joint, WM – extendable weight assembly, NP1(NL1) – right (left) front limb with manipulation and locomotion function, NP2(NL2) – right (left) limb with locomotion function,
NP3(NL3) – right (left) rear limb with locomotion function.
The weights of the prototype assemblies of the analysed walking robot are given in Table 1. The percentages of the total body weight can be calculated on this basis. The leg-to-trunk weight ratio ranges from 38.8% to 61.2%. The weights of the trunk segments together with the limbs attached to them expressed as a percentage of the total body weight are 24.4%/38.8%/36.8% (KP/KM/KT).
Table 1. Weights of the segments of hexa-quad bimorphic robot
3. Research methods
The research reported in this article was carried out using simulation model developed in the software program Matlab Simulink. The simulation model was developed on the basis of the mathematical model of hexa-quad bimorphic robot, derived analytically for previous studies. The parameter chosen to quantify the static stability of the robot was the longitudinal stability margin (LSM). It is defined as the smallest distance from the c.o.m. projection and the support polygon edge measured parallel to the c.o.m velocity vector of the machine [7].
Two analyses were carried out under the research. The first of them was to investigate the relationship between the weight of limbs relative to the total weight of the robot and the robot's static stability. Five limb-to-weight ratios were checked for three chosen postures of the analysed hexa-quad bimorphic robot. The ratios differed by 10% from 30% to 70%. For the purpose of carrying out the analyses it is necessary to assume a constant ratio between the body segments. The ratio closest to the actual construction was chosen with the front segment making up 20% of the total weight with the remaining weight split equally between the middle and rear segments (40% each). Note that in theseanalyses the weights of segments do not include the weights of limbs attached to them.
The objective of the second study was to examine the effect of a few weight distributions among the robot segments on its static stability. Five weight distribution patterns were chosen with the centre of mass positioned on the front segment of the trunk (40%/30%/30%), on biaxial joint (40%/40%/20%), on middle segment of the trunk (30%/40%/30%), on the single axis joint (20%/40%/40%) and on the rear segment of the trunk (20%/30%/50%). The analysis was carried out in the same way as in study No. 1, namely by reading the centre-of-mass position in the simulation model for the same three robot postures and each of the pre-defined weight distribution configurations followed by determination of the longitudinal stability margin during stance phase. In these analyses the limb weight was included assuming for all simulations 200 g weight of a single leg. The assumed body weight was 3000 g.
Three characteristic postures were considered, as presented in Fig. 2. Posture No. 1 (Fig. 2a) presents the robot walking in a tripod gait with three legs (NL1, NP2, NL3) in forward swing (transfer) phase and the remaining legs (NP1, NL2, NP3) in the stance phase. In Posture No. 2 (Fig. 2b) there is the greatest risk of losing static stability. In that posture the rear legs and the middle leg on the right-hand side are in the stance phase and the other legs are in the sway phase. In both postures the hexa-quad bimorphic robot is in hexapod (i.e. primary) configuration. Posture No. 3 represents the alternative configuration (quadruped) in which the robot is supported on legs NP2, NP3 and NL3. In the quadruped configuration the front segment of the trunk is tilted up by an angle of 90 degrees.
Fig. 2. Pictograms representing the analysed postures of hexa-quad bimorphic robot: a) tripod gait in hexapod configuration, b) the lowest stability situation in hexapod configuration, c) quadruped configuration.
4. Results of research
The relationship between the weight of limbs relative to the total weight of the robot and the robot's stability during the stance phase is presented in the graphs in Fig. 3. From the curves it can be seen that for the tripod gait a change in the weight of limbs relative to the total weight of the robot has little effect on the LSM value. Equal distribution of weight between the trunk and limbs offered the greatest stability. For Posture No. 2 and Posture No. 3 the LSM value decreases with the increasing weight of limbs in relation to the trunk weight. It is a more or less linear relationship. Low weight of limbs in Posture No. 2 changes the loss of postural stability to the limit stability condition. Hence, for small limb weights the generalized coordinates configuration has little effect on the change of c.o.m. position. Raising the trunk in Posture No. 3 produced higher LSM values. The value of 65% is considered the limit weight of limbs at which the robot can no longer operate in the alternative QUADRUPED configuration.
Fig. 3. Weight of limbs relative to the total weight of the robot vs. LSM value for three different postures.
The bar chart in Fig. 4 below represents the influence of the weight distribution between the segments of hexaquad bimorphic robot on its static stability. The dashed line represents the stability limit. As it can be figured out from the graph, also in this case the tripod gait features always a large stability margin. For the remaining postures stability can be achieved only when the c.o.m. is located on the single-axis joint or on the rear segment of the trunk.
For uncompromised functionality the walking robot should be able to operate in four-legged configuration which requires the design ratio between the trunk segments KP/KM/KT to be close to 20%/40%/40% or 20%/30%/50%.
Fig. 4. Weights of trunk segments relative to the total weight of the robot vs. LSM value for three different postures.
The statically-stable postures of the analysed hexa-quad bimorphic robot are illustrated in the graphs in Fig. 5 and Fig. 6. The dots represent the positions of the tips of legs in contact with the ground and the circles represent the legs in the transfer phase. The point co-ordinates were calculated on the basis of pedipulator forward kinematics. The centre-of-mass position is marked with a cross and its co-ordinates were figured out from the simulation model. This method of representation enables prompt verification of static stability.
Fig. 5. Centre-of-mass position shown against the support polygon of a robot walking in tripod gait in hexapod configuration (Posture No. 1),20%/40%/40% weight ratio of the trunk segments.
Fig. 6. Centre-of-mass position shown against the support polygon of a robot in quadruped configuration (Posture No. 3), 20%/30%/50% weightratio of the trunk segments.
5. Conclusions
The paper has demonstrated a significant influence of the weight distribution configuration on the static stability and, in consequence, also the speed, the stride length, the method of control and mobility of the robot. Such analyses can be carried out for walking robots already at the engineering stage by using simulation models. Note that while the distribution of weight can be ignored in the case of conventional hexapods it is of primary importance in the case of the hexa-quad bimorphic robots. With incorrectly designed weights of components it may be impossible for the robot to use the alternative posture. In the case of the analysed prototype of hexa-quad bimorphic robot the weight distribution expressed as the components weights relative to the total weight of the robot is close to the value critical for using the quadruped configuration. By verification of the chosen configurations, which was the subject of this research, we can only define the range in which effective weight distribution can be found. In order to find this parameter more complex analyses would need to be carried out in the pre-determined range. Therefore, such analyses can be included in process of engineering fulfilling the role of preliminary calculations, which need to be followed by check examinations after structural features have been defined in the next step of design.
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注：1. 指導(dǎo)教師對(duì)譯文進(jìn)行評(píng)閱時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：①翻譯的外文文獻(xiàn)與畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主題是否高度相關(guān)，并作為外文參考文獻(xiàn)列入畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的參考文獻(xiàn)；②翻譯的外文文獻(xiàn)字?jǐn)?shù)是否達(dá)到規(guī)定數(shù)量（3 000字以上）；③譯文語(yǔ)言是否準(zhǔn)確、通順、具有參考價(jià)值。
2. 外文原文應(yīng)以附件的方式置于譯文之后。
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