工业码垛机器人机械结构与控制系统的研究-机械工程专业论文.docxVIP

山东理 山东理工大学硕士学位论文 摘要 I I 摘 要 随着科学技术的进步及企业生产自动化水平的提高，码垛机器人在自动化领域应 用越来越广泛。需要将袋装或箱装等物体按照一定的方式和顺序摆放到托盘上，进而 实现对物体的搬运和运输等工作。在大型食品饮料、化工和煤矿等企业，现代码垛技 术已得到广泛应用。由于我国的机器人行业发展较为缓慢，以及国内的控制器与伺服 电机都不能达到机器人的作业要求，因此与一些发达国家相比还有很大的差距。此外 由于我国目前自动化生产水平较为落后，大部分生产线的码垛工作还是通过工人搬运 来完成，不仅作业效率较低，而且浪费了大量的人力资源。因此对码垛机器人研究的 意义较为重大，可以较大的提高企业的生产效率，并节省劳动力资源。 为了解决以上问题，本文设计了 4 自由度的混联码垛机器人。该机器人能够实现 抓手在三维空间内的移动，以及绕自身中心轴的转动。与串联机器人相比，该机器人 具有精度高，承载能力强，末端执行器惯性小等优点。在对机械结构作运动学计算和 求解时，将其拆分成以下几个部分：机械臂在竖直平面内的运动，末端执行器绕机械 臂末端的转动以及机械臂整体机构围绕基座的转动三部分进行。最后将三部分运动进 行合成，运动分析较为简单和方便。为满足码垛机器人的作业要求，防止机器人零部 件在码垛过程中出现变形和断裂等现象，利用 ANSYS WORKBENCH 软件对机械结 构作了有限元分析，以证明选材和设计能够满足要求。 最后进行码垛机器人的主控制系统和示教盒的设计。示教盒以 C8051F 系列的单 片机芯片作为系统的芯片，主要有液晶屏、键盘、连接线和外壳组成，具有数据输出 与扫描和串口通信的功能。可以显示机械结构的运动状态，并对机械结构进行操作控 制及与主控制柜进行通信等。主控制系统采用 ARM 系列的单片机进行控制。ARM 单片机具有较强的计算能力，反应较快，运行稳定，能够完全满足操作者对码垛机器 人的控制要求。与普通的工控机相比，该控制系统体积小，便携性较好。另外该系统 的性价比极高，能够在企业现场得到广泛应用。 关键词：码垛机器人；结构设计；运动分析；有限元分析；示教盒；主控制系统 山东理 山东理工大学硕士学位论文 Abstract I II Abstract With the advancement of the science and technology and the improvement of the level of automation of production, palletizing robot is widely applied in the field of automation. The objects such as the pouches and the boxes are placed on the pallet in order to accomplish the works of the handling, storage, and handling and transportation logistics. The modern palletizing technology has been widely used in the large food and beverage, chemicals and coal mines and other enterprises. Due to the later start of the robotics industries, and domestic robot controller and servo motor cannot meet the technical requirements of palletizing robots, compared with the developed countries, we have a huge gap in this field. Moreover, China is a labor-intensive country now, and many palletizing works were completed by hand in many companies. Not only the efficiency is low, but also it causes the waste of labor force. So the research of the palletizing robot has a high value, and it can greatly improve production efficiency, and reduce labor costs. Bas