搬运码垛机器人毕业设计（参考）

1、某某科技大学本科生毕业设计 目录1绪论11.1研究背景及意义11.2国内码垛机器人的研究现状21.3码垛机器人的开展趋势42设计方案52.1设计要求52.2 机构组成52.3码垛机器人途径规划73起升机构设计计算93.1 起升机构电机选择9起升机构电机容量选择93.2 起升机构钢丝绳选择选择与计算10钢丝绳绳经的选择103.3卷筒的设计与计算113.4 起升机构减速器选择123.5起升机构联轴器的选择144旋转机构设计计算164.1旋转机构电机选择164.2旋转机构减速器选择184.3旋转机构联轴器的选择194.4旋转机构齿轮传动设计214.5旋转机构齿轮传动强度校核244.6旋转机构轴的设计计算27最小轴径确定27二轴的构造设计及强度校核28二轴上深沟球轴承校核335堆垛机构设计计算345.1堆垛机构电机选择345.2堆垛机构平台设计365.3槽轮机构设计365.4堆垛机构减速器的选择375.5堆垛机构联轴器的选择385.6堆垛机构轴最小直径计算39结论41致谢42参考文献43第 3 页某某科技大学本科生毕业设计 1绪论1.1研究背景及意义随着现代社会科技程度日新月异的变化，机器人技

2、术已经浸透到人类生活中的方方面面，演着不可替代的角色。机器人是多个学科技术综合而成的产物，其应用程度已经逐渐宽广起来研究机器人已经成为了当今时代的趋势。机器人的应用状况已经可以作为权衡一个国家现化程度上下的重要因素。 从机器人工作的环境来对机器人进展分类，大体上能划分成两种，就是工业机器人与特种机器人。工业机器人是一种具有良好性能的自动化机械装置，是典型的含有很高科技含量的机电一体化产品。它在进步产品质量、增加经济效益、进步消费率方面起着重要作用。同时工业机器人的开展情况也是日新月异的，所以研发工业机器人是一件刻不容缓的事情。码垛是随着物流产业的不断壮大而开展起来的一项高新技术，其思想是把物品按照一定规律码放在托盘上，从而可以使物品的存放、搬运、转移等活动变成单元化操作，从而大大进步物流运输的效率。 在物料质量不大、尺寸不大、码垛速度要求不高的情况下，码垛工作都是通过人工来实现的。后来为了减轻工人在码垛时的工作强度，产生了托盘操作机、工业机械手等一些比拟简单的机械设施。但是随着人们对码垛速度要求的不断进步，传统的人工码垛方式越来越难以到达人们的要求，这种情况下码垛机器人应运而生。 作为

3、工业机器人典型的一种，码垛机器人技术近几年有着非常快速的开展，这样的开展速度和当今世界制造业的小批量、多种类的开展形式是非常吻合的。码垛机器人有着工作才能强、运行速度快、体积比拟小、抓取种类多、应用范围广等特点，从而在市场上备受青睐，正因为这些优点，才使得码垛机器人被普遍应用于制造业、码垛、装配、焊接等诸多操作中。近年来，袋装物品的需求和产量都非常宏大，进而对袋装物品进展运输的需求也在急剧增长。在我国有大量的袋装物品需要进展码垛、卸垛和运输。目前，对袋装物品的火车运输来讲，火车站台卸车、站台码垛、运输装车、运输卸车、库房码垛等工作一般均为人力操作，这样做极大地消耗了人力物力。尤其是在环境比拟恶劣的情况下，工作本钱会很大且效率比拟低。而结合了机器人技术和码垛技术的码垛机器人既可以大幅度地进步工作效率，又可以大大增强工作过程中的平安性，从而节约了大量的人力资源，有很大的经济和现实意义。自从上世纪70年代码垛领域有了机器人技术的加盟之后，机器人码垛技术获得了很大的打破，抓取货物类型、抓取速度和运行过程中的准确性、稳定性都在不停地晋级。码垛机器人的这些优点会使码垛机器人的广泛使用变为一种不可阻

4、挡的趋势，会拥有极其广阔的应用前景。 人类科技文明的不断进步大大促进了人们对更有效工作方式的渴望，减少劳动强度，以及更加高效、高质量地完成码垛工作已经逐渐被人们重视起来。各行各业对其劳动效率和工作要求都在不断的进步，因此在码垛工作上也在寻找着更加方便、有效的工具来更好地完成各项任务，但是传统的码垛方式因为其种种弊端，已经越来越难以满足企业的需求了。近几年来，码垛机器人在各行各业的应用在逐渐增多，特别是在物流运输过程中有着举足轻重的作用，尤其是自动化仓库的出现，更加引导了码垛机器人的开展。 目前我国的码垛设备根本上是进口的，国内的码垛机器人研发技术还不是非常成熟，我国的码垛机器人研究程度和国外还有着很大差距。中国又是一个劳动力密集型的开展中国家，消耗人力资源进展的工作特别多，随着我国对码垛机器人的不断需求与我国码垛机器人技术落后之间的矛盾日益突出，开发和研究自己的码垛机器人就显得刻不容缓。1.2国内码垛机器人的研究现状国内的机器人相关技术起步比拟晚，20 世纪 70 年代，国内才开场引进机器人技术，因为当时受着很多因素的限制，开展相对缓慢，研究程度也较低。到了 80年代，我国的机器人程度

5、有了较快开展，“七五期间，国家也投入了很多的人力、物力来进展机器人技术的研究，并相继开发出了一些工业机器人和特种机器人，使中国的机器人从无到有，迈出了一大步。到了新世纪，我国的机器人技术有了长足的进步，各项新技术不断涌现，先后出现了电焊、装配、搬运、切割、码垛等很多机器人品种，码垛机器人的技术也获得了迅速的开展。在国内，哈尔滨工业大学的机器人研究所和上海交通大学的机器人研究所是码垛机器人的领头研究单位。主要的机器人公司是哈尔滨博实自动化设备、沈阳新松机器自动化股份以及首钢莫托曼机器人。 我国自行设计制造了多种形式的码垛机器人，其中直角坐标型和关节型为主要的构造形式。其中关节型机器人的机身比拟紧凑，动作灵敏并且工作空间大，是机器人中使用最多的一种，世界上许多知名品牌的机器人公司，如 ABB、KUKA、MTOMAN、PUMA 等都采用关节型机器人。哈尔滨工业大学研制的机器人码垛机已经成功地应用在了码垛包装的消费线上，并且获得了良好的效果该机器人采用了双自由度的笛卡尔坐标式机器人码垛机，并结合了编组机，这样就可以一个动作抓取两个或者三个物品，从而大大进步了工作才能，可以实现800袋/小时的工

6、作才能。上海交通大学机器人研究所与沃迪包装科技合作，共同研制了新一代 TPR 系列码垛机器人。此机器人采用的是线性四连杆机构和基于PC的控制系统，还能对码垛现场进展 3D仿真以及自动干预检查，可以大大进步机器人的各项性能，其工作才能可以到达1600包/小时。 哈尔滨博实自动化设备在2006年开发了基于FFS的高速高精度的称重包装码垛消费线，这个消费线的消费速度可以高达1600袋/小时，而在称重方面的精度可达0.1%。沈阳新松机器自动化股份主要研究工业机器人与工业自动化技术及产品的开发，在自主机器人技术方面，解决了机器人的控制、本体优化设计、机器人作业和工程应用中的很多难题，成功地开发了自主的码垛机器人系统。苏海新等人设计开发了一种四自由度新型工业码垛机器人，其机械本体构造采用以平衡吊原理为根底的连杆机构。控制系统采用的是基于 PC 和 PMAC 的分布式控制系统，这个控制系统开放性和实时性都比拟好，伺服控制的精度也非常高。杨灏泉等人设计研制了一种码垛SCARA机器人，该机器人机械本体构造使用程度关节型，控制系统的核心局部为基于PC的DSP多轴运动控制器。 尽管我国在码垛机器人的研究上获

7、得了一些成就，但是和国外的码垛机器人技术相比拟，我国还有明显的差距。日本和欧美等兴旺国家的码垛机器人技术已经到达了一个比拟高的程度，码垛机器人的工作才能在不断的进步，码垛机器人的柔性、处理速度以及负载才能方面也在不断提升，应用范围也在不断拓展，因此需要我国的科研工作者更加努力，从而使我国的码垛机器人技术有个更好的将来1.3码垛机器人的开展趋势 为了可以适应不断变化的商品对于码垛的要求，让码垛机器人尽可能更好地为码垛工业效劳，因此码垛机器人的将来开展趋势主要有： (1)自动化程度越来越高 机电综合技术将会成为码垛机器人开展的主流，衡量码垛机器人技术程度的一个非常重要的指标将会是自动化程度。码垛机器人的自动化主要包括自动控制和自动检测。一大批的微电子、红外线、传感器等新技术，尤其是微小型计算机的广泛使用会使码垛机器人的自动控制和自动检测程度飞速提升，从而大大进步码垛质量。 (2)高速化 不仅要促进单机高速化，而且要进步码垛系统的高速化。在不断提升自动化程度的前提下，不断改良码垛机器人的构造。同时将整个码垛系统的消费效率重视起来，这样才能让高速化向更深的层次开展。 (3)采用模块化构造 采用

8、模块化构造不仅可以让码垛机器人最大限度的满足不同物品对机器人的要求，同时可以让设备的设计和制造更方便，可以降低本钱、缩短消费周期。 (4)多功能码垛机器人 对于消费大批量、尺寸固定的商品，一般会有相应的设备进展码垛。但是近些年由于多品种、小批量商品市场的不断壮大以及中、小型用户的急剧增加，多功能通用码垛机器人的开展速度很快，应用前景也非常开阔。2设计方案2.1设计要求 在消费过程中，经常要搬运桶装的重物，工作简单枯燥，为了满足某工厂消费的直径高=420500mm，重量100kg的桶装化学品，本论文设计了工作寿命为15年，每年工作300天，两班制，每班8小时的搬运码垛机器人，来满足消费要求。2.2 机构组成本文设计了一种专门针对桶装物品的搬运码垛机器人，该机人构造简单，制造本钱低廉，运营维护方便，定位精度高，工作节拍快，合适在劳动密集型企业推广使用。该搬运码垛机器人构造主要分为三大局部，分别为：起升机构，旋转机构，堆垛机构，三个机构互相独立。各个机构有自己独立的电机驱动。搬运码垛机器人起升机构示意图如图2.1所示图2.1起升机构示意图它的工作原理是：电机1连接接弹性联轴器2连接制动器3，

9、通过减速器4，链接刚性联轴器7，带动卷筒6，通过滑轮机构提升重物5起升或下降。搬运码垛机器人旋转机构采用齿轮机构带动悬臂转动，槽轮每转一周，悬臂转动90，从而实现机器人搬运工能。堆垛过程示意图如图2-2所示，采用用单销四槽槽轮机构和曲柄滑块机构组合实现机器人的堆垛功能。图2-2堆垛过程示意图堆垛装置工作原理：每框的第一桶放在如下图位置，然后通过曲柄滑块装置带动和滑块连在一起的木桶动作到中间位置。以后每次动作将木桶放置到左上角，堆垛装置旋转90，直至其余四个位置都被装满为一个循环。2.3码垛机器人途径规划图2-3运动轨迹(1) 码垛机器人工作时，首先从初始位置A旋转45到达物品层B上方，角加速度=6.542rad/ 额定=1.308rad/s 所需时间=0.8s计算：令加/减速阶段所用时间=0.2s，旋转角度/24 rad，那么匀速运动角度/6 rad,所用时间为 =6.542rad/ =0.4s=1.308 rad/s(2) 然后抓手下放抓取重物，下放高度500mm，下降速度1m/s，耗时=0.5s。抓取重物后上升到初始位置高度500mm，额定上升速度v=1m/s，加速运动减速运动的加速度=5m/，所需时间=0.7s。计算：令抓取重物后加速/减速上升间隔 100mm，耗时=0.2s,匀速上升间隔 300mm,耗时，那么 那么=5m/ v=1m/s0.3= 那么=0.3s(3)抓手带动重物旋转由B到C位置，转过角度90。角加速度=7.753rad/ 额定=2.326rad/s 所需时间=0.975s。计算：令加/减速阶段所用时间=0.3s，旋转角度2/18 rad，那么匀速运动角度5/1

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