多自由度直角坐标型码垛机器人本体结构设计工作内容和要求本毕业设计要求掌握机器人或工业机械手的结构及工作原理，实现机械手的三个方向的移动和一个方向的回转，完成一个四自由度的直角坐标型码垛机器人设计，要求所设计机器人能抓取一定质量的工件，完成抓取、搬运、码放功能，并且具有较高的运动平稳性和重复精度。主要内容是设计一具有四个自由度的直角坐标码垛机器人，4根运动轴对应直角坐标系中的X轴、Y轴和Z轴,以及Z轴上带有的一个旋转轴，能够实现自动装载和卸载功能。我所做的工作（1）、了解掌握机器人或工业机械手的结构及工作原理，通过方案对比确定最终适合的方案。（2）、对各部件的计算和选型，和对某些重要构件部件的强度校核。（3）、通过cad画出总装配图和零件图，和pro/E画出三维模型与运动仿真。参数要求1）单箱重量≤15KG，一次搬运两箱，一次总搬运重量≤30KG。2）托盘尺寸1600×1600，码垛完了托盘上纸箱最高处到地面≤1700mm。3）行程：X方向2200mm,Y方向1700mm,Z方向1700mm,水平旋转：+90o.4）最快码垛速度可达到1000mm/s，平均速度为500mm/s，码垛精度为1mm。5)码放方式的要求是在托盘尺寸内每层尽可能多地摆放纸箱，托盘四周的纸箱尽可能平稳，要保证运输过程中平稳不倒。而码好的托盘每两层纸箱间要像砌砖墙那样，尽可能地相互压住和咬合，如图下图单数层和双数层的摆放方式不一样。这样才可以保证码满纸箱的托盘（最高1.7米）在运输过程中平稳。方案选择设计方案初步有两种方案：一种是悬臂式的码垛机器人，第二种是龙门式的码垛机器人。悬臂式码垛机器人龙门式码垛机器人方案选择因为在所需工作空间比较大的情况下，龙门式的码垛机器人机构比较稳定，机器人在工作的时候不容易产生晃动，所以选择第二种龙门式码垛机器人。机构设计1、机械抓手设计2、z旋转轴设计3、z轴设计4、x和y轴的设计1、机械抓手设计(1)、因为码垛机器人要求要准确的把物品放到指定的位置，要求物品能够紧密放置，所以机械抓手设计成一边是固定的夹板，一边是活动的夹板。(2)、为了能够有更大的夹紧力和更好的平衡性能，采用两个气缸提供夹紧力。抓手的动作过程如下图所示：运动仿真机械抓手示意图2、x旋转轴3、z轴设计Z轴是上下运动，有两个方案：方案一是采用丝杆螺母形式传动，方案二是采用齿轮齿条形式传动。但方案二抓手和物体的重量直接要求齿轮和齿条来承受，对齿条和齿轮要有很大的强度要求，而且因为齿轮的传动特性，会使下降和上升的速度产生齿轮的多边形效应。所以比较后采取方案一丝杆螺母形式传动。采用丝杠螺母形式也有两方案可以选择，第一种方案是丝杠不动，抓手和物体通过螺母座与丝杠螺母连接做上下运动。第二种是丝杠螺母通过螺母座固定在y轴的工作台上，而丝杠的底部与抓手连接做上下运动。但第二种方案做上下运动的重量比较大，会导致做很多无用功从而使码垛机器人的效率降低。所以通过比较后采取第一种方案。采用这种方案因为只受到竖直的载荷，所以不需要滚动导轨，只需要滚珠丝杆螺母副的计算与选型。z轴装配z轴装配4、x、y轴设计x和y轴也是通过丝杆螺母传动，驱动元件也是步进电机，和x-y工作台有点相似。但x轴采用龙门机构，需要锥齿轮连接传动，x轴的简图如下。1、电动机；2、锥齿轮z1；3、锥齿轮z2；4、丝杆x、y轴装配图齿轮放大部分各组件计算选型的结果机械抓手的气缸型号为：10A-5LA50B50型气缸x、y、z轴和z旋转轴的步进电动机型号都为：130BYG2502型步进电机x、y轴直线滚动导轨副都为：KL系列的JSA-LG35型线滚动导轨副x、y、z轴滚动丝杆螺母副的型号都为：GD系列2005-3型滚珠丝杠副锥齿轮副为相同的参数的两个锥齿轮组成，具体参数为：齿数Z=40，模数m=2mm，分锥角δ=45o，齿宽b=17，分度圆直径为80mm，齿轮采用40Cr（调质）。谢谢大家