图书自动分类装置.doc

《图书自动分类装置.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《图书自动分类装置.doc（27页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、摘 要图书自动分类装置是图书馆机器人的一种，是实现图书馆信息化与自动化融合的重要工具。本课题研发一种适用于闭架借阅图书的图书馆图书自动分类装置。该装置可以代替人工完成图书的自动分类和输送工作，既减轻图书馆员的劳动强度，又提高工作效率。机器人是在机械化、自动化生产过程中发展的一种新型装置，是一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置。机器人能代替人类、重复枯燥完成危险工作，提高劳动生产力，减轻人类劳动强度。本课题所设计的自动化装置，主要用于完成图书的分类工作。此装置拥有将图书旋转、伸降、推送的功能。同时机器人应具有灵活、安全性好等特点。论文的主要内容包括对装置中的换位机的设计、竖直方向升降机构的设计

2、、水平方向推送机构的设计及手爪的设计。关键词：机器人；图书分类；旋转；升降；推送26AbstractThe automatic book classification device is a kind of Library robot and an important tool to realize the integration of library informatization and automation. This paper develops an automatic classification device for closed-shelf borrowing books in

3、 libraries. The device can replace manual work to complete the automatic classification and transmission of books, which not only reduces the labor intensity of librarians, but also improves work efficiency.Robot is a new device developed in the process of mechanization and automation production. It

4、 is an automatic device with the function of grasping and moving workpieces. Robots can take the place of human beings and repeat boring work to complete dangerous tasks, improve labor productivity and reduce human labor intensity.The automation device designed in this subject is mainly used to comp

5、lete the classification of books. The device has the functions of rotating, stretching and pushing books. At the same time, the robot should be flexible and safe. The main contents of this paper include the design of transposer, vertical lifting mechanism, horizontal pushing mechanism and gripper.Ke

6、y Words: robot；library classify；rotating；streching; pushing目 录摘 要1Abstract2目 录31. 绪论51.1课题背景51.2 本课题研究的目的和意义51.3 国际图书分类装置的发展状况61.4 国内图书分类装置的发展状况72. 装置结构及驱动方式的选择82.1图书分类装置的设计要求82.2 装置结构的方案分析与选择82.2.1 方案一82.2.2 方案一优缺点的分析92.2.3 方案二10 2.2.4 方案二的修改与确定102.3图书分类机器人驱动方式的选择112.3.1 常见的驱动方式112.3.2 选择的驱动方式113.

7、图书分类机器人各部分的选择及计算133.1 装置中两个单轴机器人的选择133.1.1单轴机器人的几个重要参数133.1.2升降方向单轴机器人的选择133.1.3水平方向单轴机器人的选择143.2装置中书架的设计153.2.1书架上水平方向板的设计163.2.2书架上竖直方向板的设计163.2.3书架加工方式的选择173.3 装置中书箱的设计173.4手爪部分的设计183.5变位机部分的设计204. 单轴机器人的校核214.1竖直方向单轴机器人内部滚珠丝杆的校核21结束语24致谢25参考文献261. 绪论1.1课题背景本课题研究一种用于图书馆的图书自动分类装置，这种自动化装置能够帮助图书馆将一堆

8、堆的书籍逐本分开然后送走。在图书馆的日常管理中，图书的归类、搬运和上下架等作业需要花费大量人力和时间，增加了图书馆员的劳动强度，有时还会出现图书归类错误和上架错误等现象。目前，多数图书馆利用二维条码和数据库技术实现了图书信息系统管理，即图书采购、图书典藏、读者借还书等环节的信息化管理，提升了图书馆的管理和服务水平。在信息化浪潮中，图书馆缺少以机械化为基础的自动化装置。图书馆作业的自动化和智能化，能够从根本上减轻图书馆员的劳动强度、提高工作效率，尤其适用于釆用闭架借阅图书的图书馆。在博物馆和档案馆，重要文献资料需要在恒温、恒湿环境下保存。利用机器人实现图书和文献资料的归类、自动存取操作，不仅能减

9、少馆员频繁进出馆藏室对重要文献的保存环境造成扰动和破坏，更有利于文献保护。因此，自动化技术和信息技术的有效融合，是未来图书馆的重要发展趋势。如果能将图书馆信息资理系统、图书自动分类系统和物流配送系统结合起来，可以实现读者居家借阅和归还图书的目标，满足高龄读者自由借阅图书的需要。因此，研究和开发图书自动分类装置是一项有社会和经济价值的研究项目。1.2 本课题研究的目的和意义（1）通过对图书分类机器人的设计让自己得到对所学相关课程的综合训练；（2）在图书馆中，图书的分类是一个非常重要却又麻烦的工作。为了减轻图书馆工作人员的负担、方便图书馆图书进行分类，本课题决定设计一个图书分类装置。（3）本课题的

10、主要任务是完成图书的分类。所以所设计的装置应该具有自动识别图书类型、将一堆的图书分开，并将它们送到分类后该去的地方的功能。同时该装置应具有安全，经济，便捷等特点。普通的的机械机构无法在一堆图书之间准确又稳定的取出最上面一本图书再将图书送走，因此需要设计出一款独特的装置，这款装置能够将一堆图书每次分出一本，分出一本图书的时候不会碰到其它图书，并将这本图书送到应去的地方。1.3 国际上图书分类装置的发展状况自动仓储式图书馆是一种大型的图书自动化存取装置。这种名为ARC(Automated Retrieval Center)设备首先在美国犹他州J.Willard Marriott图书馆投入使用，如图

11、1-2所示。该图书馆藏书200万册，藏书库被设计成大型自动化立体化仓库，由码垛机和机器人配合完成图书的自动存取。当图书馆员或读者发出取书指令后，码垛机从立体仓库中取出图书，由移动机器人将图书送到借书口，还书过程与収书过程相反。自动仓储式图书馆系统的工作效率和自动化程度高，但系统造价高，仅机器人系统就高达1200万美元，一般图书馆没有财力购买。但J.Willard Marriott图书馆的管理层认为，应用ARC系统能够节省巨大的图书管理成本。同时，ARC系统还存在一旦自动化系统发生故障，则整个书库无法运行的缺点，美国芝加哥大学图书馆、内华达大学图书馆、加拿大的不列颠哥伦比亚大学图书馆等高校图书馆

12、也在使用这种图书自动存取装置。由于造价过高和其他原凶，我国还没有图书馆使用这种设备。图1-1 犹他州自动仓储式图书馆德国洪堡大学图书馆日本大阪市立大学图书馆已经在使用这种移动式图书馆机器人。德国洪堡大学图书使用的图书搬运机器人，如图1-2所示。机器人由设在其上部的导轨导引，可在总服务台与子服务区之间自动传送需要上架和分检的书刊。并可自动乘坐电梯，往返于一楼和二楼之间。整个机器人系统耗资约38万欧元，相当于7个图书馆员的年薪。日本大阪市立大学图书馆的搬运机器人，如图1-3所示，可以根据指令将图书送到指定的地方。读者阅读后将书籍放在指定的小车上，搬运机器人自动行驶到小车旁边，通过托盘将小车托起并搬

13、运到指定地点。图书搬运机器人是依靠埋设在图书馆地面上的电磁导引线进行自主导航的。以上两种图书馆图书搬运机器人只能将图书按照图书分类搬运到指定位置，并不能完成图书的自动上下架操作，图书的整理和上下架操作仍然需要人工来完成。 图1-2 德国洪堡大学图书馆机器人 图1-3 日本大阪市立大学图书馆机器人1.4 国内机器人的研究自助阁书馆是一种类似于银行ATM的迷你图书自助存取设备。该设备的书库由若干排可独立移动的机械柜组成，每个机械柜配有独立的图书自动传送机构，可单独实现图书自动存取操作。读者借阅阁书类似于从银行 ATM机上取钞票已样。归还图书时，读者只需要将阁书放入还书口即可。2007年12月，我国

14、广东省东莞市推出了国内首台图书馆ATM，如图1-4所示。该设备可容纳图书500册，兼容条形码和RFID (Radio Frequency Identification，无线射频识别)技术，并结合智能机械手技术实现图书的自动外借、归还，降低了图书物流等运行成本。这种自助图书馆打破了传统图书馆的概念，为市民提供24小时图书自助借还服务，市民不必花很长时间到图书馆去借还书，而是到离家较近的服务终端就可以借还书籍，极大的提高了市民对阅读的兴趣。截至2010年底，北京、上海、广州、深圳、郑州、鄂尔多斯等省市相继推出了这种迷你型自助图书馆。图1-4 深圳图书馆ATM2. 装置结构及驱动方式的选择2.1图书

15、分类装置的设计要求（1）图书分类装置的总空间不超过150012002000（2）图书的重量不超过两千克（3）图书分类装置的工作台高度为600（4）图书分类装置能应对不同图书的分类任务（5）分类节拍为20秒每本（6）图书的尺寸不大于350300602.2装置结构的方案分析与选择2.2.1 方案一方案一是把分类装置做成一个普通的机器人加上独特的手爪来实现图书的分类工作。机器人选择圆柱坐标系统的机器人，它的优点是有着简单的运动学模型，运行速度比较高，机器人可输出的动力较大，手部可以伸到一些有凹槽的地方去，而且它和直角坐标式相比占的空间范围还要更小。然后二轴设置为能够做升降运动的轴，在手爪夹取图书后把

16、它送到需要的高度；三轴设为可以在水平方向运动的轴，将图书送到远处；四轴是等夹爪接近图书之后用来做Z轴上的小范围的移动所用，手爪则是选择了普通的二指手爪的样式，整体结构如图2-1所示，图2-1 方案一的分类装置对这个装置实现图书分类的设想是：机器人一开始的姿态是保持着一个手爪在送图书的流水线前的一个姿态，图书送到手爪面前，手爪刚好闭合夹紧图书，然后靠着扫描的装置来扫图书上的码，确定这本图书该被送到哪里，之后通过机器人几个轴的运动来将图书送到该去的地方完成一本图书的分类。2.2.2 方案一优缺点的分析方案一的优点是：这样的一个装置活动范围大，手爪夹取到图书后需要送去的地方基本都能送到。并且手爪的结

17、构简单，便于设计，只需要有一个类似流水线的装置来送书给它配合使用，就能达到将图书送到该去的地方的功能。方案一的缺点：分类的重点是要能把一堆大小不一的书一本一本的分开。而不是像方案一中着重于每本书给送到该去的地方，方案一太注重于搬运而忽视了将图书分开了，成堆的图书堆放在那里，方案一的机器人无法将手爪伸入一堆图书的中间去夹出一本图书来，无法进行分类。2.2.3 方案二方案二的结构介绍：装置的两旁设置有一变位机能够把装了一堆图书的箱子给架在空中，旋转一定的角度后让所有的图书都贴着箱子的一边，然后依靠一个摄像头来记录下每本图书的厚度。箱体内部设置有一个伸降机构，可以把一堆图书中最上层的一本送到一定的高

18、度，这个高度再设置一个能够将图书推出的机构，经过推出机构一推之后图书刚好落到流水线上被送走。整体结构如图2-2所示图2-2 方案二的分类装置2.2.4 方案二的修改与确定方案二中的换位机起着很重要的作用，即把整个书架翻转一定的角度，让所有的图书都贴紧书架的一壁。开始也尝试过用其它的机构而不是变位机来将图书都贴到书箱内部的一边上，比如将书箱的底板分为两块，每块底下各自安置一个伸降机构。一块底上升另一块不动，这样来把图书都推到书箱的一个壁上。后来发现这个设想有问题，问题在于以下几点（1）底板是平的，如果有的书刚好比较靠在上伸的那块板那边，那就可能被带着一起上伸。（2）图书即使被推到那块不动的底板上

19、也很可能不会紧贴住书箱内部的壁，不利于摄像头测量图书的厚度。（3）图书可能会掉到上伸的那一块底板的下面去。因此，最终还是选择了在装置的两旁安置换位机来实现图书贴紧书箱内部的功能，选用变位机带动整个书箱旋转，以此达到把图书贴紧书箱内壁便于测量厚度的目的。2.3 图书分类机器人驱动方式的选择2.3.1 常用的驱动方式根据能量转换的方式，目前的机器人有着液压驱动，气压驱动，电动驱动和新型驱动四种驱动方式。机器人选择什么样的驱动方式一般要考虑机器人工作的环境，运行速度，负载的重量，运行时的稳定性，精度，工作时的平稳性等要素。液压驱动优点是功率重量比高；驱动油缸可以作为机器人的一个轴，使得机器人结构紧凑

20、；润滑性好，寿命长等。气压传动优点是传动速度很快，在管道中空气的流动速度可以达到液体的数十倍；气体一般是选用空气，不会造成污染；也可以把驱动器做成机器人的一个轴，结构紧凑；可以做到无级变速。缺点是功率重量比小，驱动装置的体积较大；定位精度一般不高。电动传动中步进电机的运行速度不太高；直线电机的精度较低，伺服电机是机器人常用的电机。2.3.2 选择的驱动方式经过考量后决定全部选用电动的驱动方式（1）气动驱动的方式缺点是气体是可压缩的，所以不方便定位。而本装置中无论是旋转运动将书贴紧书箱内壁，还升降书架，推出图书的运动，对精度都是要有一定要求的，所以首先排除气动驱动。（2）液压驱动可以用在推出的机

21、构上，但是液压一般是用油的，如果油液漏出的话可能会影响图书的清洁，故也不使用液压驱动。（3）新型驱动方式使用较少，了解也不充分，故也不选用。最后只能是选择电动驱动的方式，带动书架上升和将书推走的部分都选择单轴机器人来驱动，即将伺服电机的转动转化为滚珠丝杆螺母移动的机构。这样的单轴机器人市场上都有出售，选择合适的型号即可。带动书箱转动的换位机则选择伺服电机加加速器来驱动，另一端的从动端安置一个轴承座。3. 图书分类装置各部分的设计及计算3.1 装置中两个单轴机器人的选择3.1.1 单轴机器人的几个重要参数（1）机器人的最大负载，单轴机器人的最大负载指的是机器人能承受多大的重量还能正常工作。竖直使

22、用时和水平使用时的最大负载是不一样的，一般来说同一个单轴机器人在竖直使用时的最大负载都要小于水平使用时的。（2）机器人的运行速度，任务书要求20秒分类完一本图书，所以机器人的运行速度这一参数将决定图书分类装置能不能来得及给图书完成分类。安排是换位机5秒内带动箱体旋转90度再转回原位置，升降方向机器人5秒内将图书升到要求高度，水平方向机器人3秒内将图书推走，升降方向机器人2秒内回到原位置，这一整套流程算作完成一本图书的分类工作。（3）机器人的自由度，本装置的升降方向的机器人人给了一个自由度，水平方向的推杆给了一个自由度，两旁的换位机给了一个自由度，本装置一共是三个自由度。（4）机器人的精度，机器

23、人的精度主要受到机器人内部的机械误差，控制算法误差还有分辨率系统误差的影响，机器人的精度低了的话会无法准确的完成工作，精度要求太高则会需要更多的费用。换位机的作用是将书箱内所有的图书全部推的贴着书箱内部的一边，所以对精度的要求不高，选择普通的伺服电机加上减速器即可；伸降方向机器人需要把图书送到特定的高度，方便水平方向上的推杆把图书推出，所以选择精度0.1的单轴机器人。水平方向的推杆对精度要求也并不高，只需将书本推出即可，选择普通的电机及丝杆就行。（5）机器人的重复定位精度，是关于精度的统计数据，机器人每次回到同样一个坐标的时候位置其实都会发生一些细微的偏移，而重复定位精度指的就是机器人每次回到

24、这个坐标的时候偏移的位置和平均位置之间的偏差，升降方向机器人重复定位精度一般在零点零五毫米左右。（6）机器人的最大工作范围：单轴机器人的行程便是它的最大工作范围，两个单轴机器人都要选择合适的行程来达到工作要求。3.1.2 升降方向单轴机器人的选择升降方向的单轴机器人需要带动所有的书及书架来做升降运动。因此需要确定二者的重量，根据最大负载来选择单轴机器人。分类装置一次要分类的图书最多十本，重量不超过20kg，放图书的书架的体积为3031.12+82.521.12-6342=4843.5()。书架要支撑书的重量，也会被单轴机器人抬起，因此书架的材料应该选择一种密度较低而强度又比较高的材料。铝合金是

25、满足这两个条件的常见材料，铝合金的密度为2.7g/，书架的重量为P=mv=4843.52.7=13077.45g13（kg）竖直方向单轴机器人需要承受的总重量为13+20=33（kg）YBSC17系列的单轴机器人在竖直方向上的最大负载为40kg，如图3-1所示图3-1单轴机器人参数分类装置设置为一次性最多为10本书来分类，因为每本书的厚度不超过60mm，所以单轴机器人的有效行程选择600mm就足够。机器人内部的滚珠丝杆导程会影响到升降方向的定位精度，导程越小的精度越高，因为书架上的图书需要被送到刚好最上头一本能被手爪推到，下面的不会被推到的高度，所以对升降方向的精度是有一定要求的，因此我选择导

26、程为5mm的滚珠丝杆。丝杆导程5mm，有效行程600mm时，此型号单轴机器人的最高运行速度为250mm每秒，只需要三秒就可以把图书升到合适的高度。3.1.3 水平方向单轴机器人的选择水平方向的单轴机器人用来带动手爪去将图书推走，单轴机器人在水平方向上使用时最大负载要比竖直方向使用时的负载大的多，所以可以选择型号较小的单轴机器人。水平方向我选择一般环境型YBSC6单轴机器人，此型号的单轴机器人在水平方向的最大负载可以达到30kg，如图3-2所示图3-2 机器人推荐部件单轴机器人的电机选择图中推荐的100W伺服电机，因为相比步进电机。伺服电机内部有编码器，可以控制电机的转速；伺服电机响应快；步进电

27、机在低速运转时可能会出现振动现象，而伺服电机不会出现这种现象。丝杆导程同样选择5mm，5mm的导程下此型号单轴机器人的负载比10mm导程的负载大的多。3.2 装置中书架的设计本装置中的书架是用来摆放所有的图书，并跟图书一同升到高处的机构。书架设计的外形如图3-3所示图3-3 书架3.2.1书架上水平方向板的设计水平方向的板的作用是把一堆需要分类的图书放置在上面，板子长宽方向尺寸为311mm300mm，足够放置最大360mm300mm的图书。为了减轻重量，节约材料，板子厚度设置为20mm。3.2.2书架上竖直方向板的设计竖直方向的板子尺寸为825mm211mm，中间开了一块宽度为40mm的口子，

28、和水平方向的板子连接处的两边也各被削去了50mm，这三块被削去的地方的作用是留出空间给手爪推书，并且摄像头可以从这些缝隙中照到图书的厚度。左右两块留下的部分宽度都是85.5mm，这样在两旁的换位机带动这个书架旋转的时候，这两块板可以挡住图书书身的大部分，不至于让图书掉下去。平板的到竖板最上面的距离经过多次调整后设置为600mm，一开始把这个距离设置成了不到500mm，然后发现不到500mm的话，这个距离是不足以让10本图书在旋转时依靠着它的，最上层的书没有板子挡着是会滑落的。之后又把距离加到600mm出头，便发现单轴机器人的行程也是600mm，这样便会造成最底下的一本书送不到手爪高度的问题。一

29、本图书最厚的厚度为600mm，而需要分类的图书厚度有大有小，600的距离足够挡住需要分类的10本图书了，而这个距离又不到单轴机器人的600mm的行程，也可以让机器人把最底下的一本书送到需要的高度。板子和驱动它的机器人的连接部分选择在板子的最下方，一开始的时候是把这个连接部分放在了中间的，然后发现这样的话会出现单轴机器人已经走完了600mm的有效行程，而放书的板子却并没有升多少的高度上去，所以连接的部位选在板子的最下方可以最大程度的利用单轴机器人的升降能力。3.2.3书架加工方式的选择书架的材料同样是选择铝合金的材料，竖板中间是要切割出一块的，常见的切割方式有激光切割、水切割、等离子切割、线切割

30、、切割机切割等，因为书架上的那一块用来让手爪推图书而留的，对切割精度的要求不高，而且为了便于找到加工地点，我选择普通的铝合金切割机来切割。书架是由一块竖直方向的板和一块水平方向的板合在一起组成的，需要焊接才能让两块板子连在一起。常见的焊接方式有焊条电弧焊、埋弧焊、二氧化碳气体保护焊、MIG/MAG焊，TIG焊、等离子弧焊。因为书架只需要能将两块板子焊在一起就行，对焊接的要求并不高，因此我选择最常见的焊条电弧焊。3.3 装置中书箱的设计书箱是整个机构中同时连接了换位机和竖直方向单轴机器人的部分结构如图3-4所示图3-4 书箱书箱中间的那块板是用来和竖直方向的单轴机器人来连接的，宽度设置的和书架竖

31、板的宽度一样，都是211mm，方便手爪穿过它去推图书。长度设置为850mm，这个长度是根据单轴机器人的长度来设计的，单轴机器人背部从上到下均匀排列着20个用来打螺钉的空，所以这块板的长度也要和单轴机器人相当才能方便定位。两边的板子是用来连接换位机而设置的，这两块板只需打好和两边的电机输出端及轴承输出端相连接的定位孔就行。书箱的材料同样选择铝合金，这三块板子的加工方式也是选择铝合金切割机切割，电焊将板子焊接起来的加工方式。3.4 装置中手爪的设计装置中的手爪是用来将图书推到流水线上的装置，外形如图3-5所示图3-5 手爪手爪的外形设计为三叉式的手爪，其是由一块T型的板子和三根长长的板子连接组成。

32、T型板的作用是用来和驱动手爪的单轴机器人的螺母相连接，设置成T型的好处是方便切割、节省材料。手指是用来穿过书箱与书架的空隙，推动图书而设置的。手指最初的设置的是两根，中间的间距设为了180mm，原本的设想是图书分类装置不为180mm尺寸以下的图书去分类，后来改为三根手指的样式，每两根手指之间的间距是105mm，这样一些尺寸比较小的图书手指也可以推到它了，装置能够分类的图书的种类也变多了。手指的长度设置为500mm，如图3-6所示图3-6 手爪侧面变位机要带动书箱向左旋转一定的角度来让图书贴紧书箱内壁，旋转的时候手爪可以穿过缝隙不会碰到右边的机构，而驱动手爪的单轴机器人如果贴近了还是可能会碰到右

33、边的机构的，所以左右两边的机构中间要预留一定的距离，手爪的位置也会跟着单轴机器人一起往左边移动，手指前端到能够推到书的距离约为270mm，手爪的长度足够将图书向前推动200mm往上，足够将图书推出去了。手指的厚度设置为40mm，因为图书厚度最厚为60mm，40mm的手爪能够接触的图书的厚度的大半，不会出现接触面太小，手指伸到图书中间的问题。手爪的材料也选择铝合金材料，加工方式同样为铝合金切割机切割加上焊条电弧焊来加工。3.5 装置中变位机的设计换位机在整个装置中起到的作用是和书箱的两边连接在一起，旋转带动书箱倾斜的同时可以将书箱中的图书倾斜一定的角度，来达到让所有图书紧靠边一边的目的。换位机需

34、要承受书箱、书架、图书，以及竖直方向单轴机器人的重量，这些材料的重量加起来约为150kg，所以选择一个中惯量的电机配合减速器来作为变位机的主动端。电机带动书箱转动所需的最小力矩为： =1509.80.15=220.5(N*M)忽略传动效率，电机需要传递的最小转矩为T=294/40=5.5(N*M)由T=9550=5.5=1.15（KW）因此选择MDMA15ZP1U型2KW伺服电机配合HHRV40-ED谐波减速器作为驱动。电机的另一端是从动端，选择一个轴承座来作为从动端，轴承座选择BHJ01-6002ZZ-h50的轴承座，配合半径15的轴使用。4. 单轴机器人的校核4.1 竖直方向单轴机器人内部

35、滚珠丝杆的校核（1）最大工作载荷的计算丝杆的最大载荷为工作时的最大进给力加摩擦力，最小载荷即为摩擦力。设此Z向的最大进给力=400N，移动部件的重量约为40kg，摩擦系数为0.04，故丝杠的最小载荷（即摩擦力） （N） 丝杠最大载荷是： 400156.8556.8（N） 平均载荷是：=424（N） （2）当量动载荷的计算 滚珠丝杠副类型的选择主要是根据导程和动载荷两个参数，其选择的原则为:滚珠丝杠的静载荷Coa不能大于额定静载荷Coam，即CoaCoam；滚珠丝杠的动载荷Ca不能大于额定动载荷Cam，即CaCam。驱动电机额定转速3000 r/min丝杠额定转速为2000r/min，丝杠使用寿

36、命T=15000h，故丝杠的工作寿命=1800（r） 当量动载荷值： (4-1) 式中： 载荷性质系数，无冲击取1-1.2，一般情况取1.2-1.5，有较大冲击振动时取1.5-2.5； 精度影响系数，对1、2、3级精度的滚珠丝杠取=1.0，对4、5级精度的丝杠取=0.9。 根据要求去=1.5，=0.9，代入数据得 7.73（KN） （4）刚度的验算本传动系统的丝杠采用一端轴向固定，一端浮动的结构形式。固定端采用一对面对面角接触球轴承和一个角接触球轴承，另一端也采用角接触球轴承，这种安装适应于较高精度、中等载荷的丝杠。滚珠丝杠螺母的刚度的验算可以用接触量来校核。a、滚珠丝杠滚道间的接触变根据公式

37、Z=，求得单圈滚珠数Z=19，滚珠的圈数列数为32，代入公式圈数列数，得滚珠总数量=114。丝杠预紧时，取轴向预紧力=185.6（N）。查相关公式得滚珠丝杠与螺纹滚道间接触变形 (4-2) 式中=7.73N。代入数据得； =0.00137730/=0.01(mm)因为丝杠有预紧力，且为轴向负载，所以实际变形量可以减少一半，取=0.005mm。 b、丝杠在工作载荷作用下的抗压变形 丝杠采用的是两端都为角接触球轴承，轴承的中心距a=600mm，钢的弹性模量E=，由表2.1中可知，滚珠直径=3.175mm，丝杠底径=15mm，则丝杠的截面积： =176()根据公式代入数据得：=0.009(mm)C、

38、总的变形=0.005+0.009=0.014mm，丝杠的有效行程为600，丝杠在有效行程300600mm时，行程偏差允许达到30m，可见丝杠刚度足够。（5）稳定性的验算 (4-3) 公式中取支撑系数=2，由丝杠底径=15mm求的截面惯性矩=2483()，压杆稳定安全系数K取3（丝杠卧式水平安装），滚珠螺母至轴向固定处的距离取最大值600mm，代入公式得：=9520()则f=9520N大于=7730N，故不会失稳，满足使用要求。 （6）临界转速的验算 对于滚珠丝杠还有可能发生共振，需要验算其临界转速，设不会发生共振的最高转速为临界转速。查资料得公式 ： (4-4) 其中： (mm)； 为临界转速

39、计算长度=600(mm)； 为丝杠支承方式系（一端固定，一端游动）代入数据得：3104(r/min)，临界速度远大于丝杠所需转速，故不会发生共振。由以上验算可以知道，单轴机器人内部的丝杆完全符合要求。 结束语毕业设计转眼间就到了扫尾阶段，在这几个月的设计学习过程中，我感觉自己的毕设做的异常的艰辛，走了不少的弯路，所幸老师指出了我的问题，给了我宝贵的建议，让我在最后的时间里修改了自己的方案。在这次毕业设计中，我收获了很多，首先，对知识有了更深的了解，几年的知识做了系统的回顾，图书馆使用培养独立分析的知识，我学会了如何更好的利用网络寻找信息解决问题的能力，以及信息使用，但也使我学会如何与同学讨论问

40、题。这是我未来的工作有很大的帮助，我将继续在未来的工作中，努力提高自己的水平。虽然我的设计存在诸多不足，但我今后会继续锻炼自己分析问题，解决一般问题的能力，我希望通过这次毕业设计，为未来将从事的训练，为将来的工作打好基础。致 谢毕业设计完成在即，感慨颇多。感谢学校为我提供优质资源，为我提供各种机会机遇，能够让我在这里提升进步。感谢各位老师的辛勤传授，为我解惑答疑，学到了许多知识。谢谢指导老师提供给我的指导和帮助,您展现出来他那种对待工作高度严谨认真的精神让我折服，也感谢机械制图、机械设计基础、机械制造基础、工业机器人技术及应用、互换性与测量技术、机械制造装备设计等学科的任课老师，各位老师提供给

41、我基础课程的辅导，为我本次毕业设计的完成也起到了重要的作用，感谢各位老师的辛勤付出。在完成本次毕业设计的过程中，各位同学也对我支持和提供帮助，再次感谢大家。 本次毕业设计中，也暴露出一些问题，许多方面并没有根据设想完成，究其原因，还是自身能力不足，许多方面的知识储备不够，还有待补充，使得本次设计也留下了遗憾。值得肯定的是，本次设计启发了我固有的思维模式，动手实践能力得到了明显的提高，所学知识也得到了进一步的巩固，为今后学习工作也打下了基础。再次感谢各位大学老师的教导与帮助，您们是我人生路上的贵人，您们的倾囊相授让我终生受用，我会永远铭记恩情，谢谢您们。感谢母校。参考文献1 徐灏.机械设计手册3

42、M.北京：机械工业出版社，1998，p20-p552 徐灏.机械设计手册4M.北京：机械工业出版社，1998，p34-p563 徐灏.机械设计手册5M.北京：机械工业出版社，1998，p44-p784 刘琼.图书馆机器人系统研究C.杭州:第五届全球智能控制与自动化大会，2004:4891-48935 工业电动机器人编写组.工业电动机器人-机械结构上M.上海：上海科学技术出版社，2005，p46-p776 机床设计手册编写组.机床设计手册3M.北京：机械工业出版，1999，p23-p447 丁树模.电动传动M.北京：机械工业出版社，1998，p34-p458 颜永年.机械制图M.大连：大连理工大

43、学工程画教教研室，1998，p12-p609 李恒权.朱明臣.王德云.毕业设计指导书M.山东：青岛海洋出版社，1990，p12-p3010 杨可桢.程光蕴，李仲生.钱瑞明.机械设计基础M.北京：高等教育出版社，201311 贺春山.蔡云光.张明猛.AUTOCAD实用教程M.：同济大学出版社，2004，p20-p3012 黄鹤汀.机械制造技术M.北京：机械工业出版社，1998.13 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京：高等教育出版社，2006，p23-p4514 李允文.工业电动机器人设计M.机械工业出版社，北京，1996，p45-p7015 丁树模.电动传动M.机械工业出版社，北京，1992，p1-p4016 关惠贞.机械制造装备设计M.机械工业出版社，北京，2014，p1-p4017 J. Ding；T. Tsuzuki Journal of Materials Science 1999，p12-p4418 Xie，F；Tsutsui，JM ；Gao，L ；Zucker，IH ；Porter，TR Ultrasound in Medicine and Biology 2007，p55-p67