平面并联码垛机器人设计(附件)
本课题是对平面码垛机器人做出的结构设计，阐述并联结构的工作原理，通过参考目前市面上的关节式码垛机器人的运动环境，制定生产要求，计算平面码垛机器人的尺寸。利用UG绘制出码垛机器人的结构图，并且对于主要的零部件生成二维工程图，为满足设计以及生产要求，利用UG中高级仿真模块对机械臂、关节以及手爪部分进行强度校核。对平面并联码垛机器人的驱动原件和传动结构进行选型。所设计的结构应符合生产要求，具有使用性。关键词 码垛机器人，结构设计，关节，强度校核目录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 码垛机器人的发展现状 1
1.3 码垛机器人的发展趋势 3
1.4 课题研究内容及意义 3
2 平面并联码垛机器人臂架系统设计 3
2.1 课题研究方案 3
2.2 机械臂结构简介 4
2.3 平面二自由度运动原理 5
2.4 平面并联机器人机械臂的设计及优化 7
3 平面并联码垛机器人关节设计 14
3.1 机械臂关节1处的设计 15
3.2 机械臂关节2处的设计 19
4 平面码垛机器人手爪的设计 20
4.1 手爪材料的选择 20
4.2 手爪的结构设计 21
4.3 手爪运动原理 22
4.4 液压缸的选型 23
4.5 轴承的选用及及强度校核 24
4.6 爪齿强度的校核 25
5 平面码垛机器人手腕的设计 26
5.1 手腕结构设计 26
5.2 液压缸的选型 27
结论 29
致谢 30
参考文献 31
1 绪论
1.1 引言
码垛技术是一门重要的技术，它应用于现代物流自动化技术领域。随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，码垛机器人的产生使码垛技术更加完善。在机械制造、医疗卫生、石油化工、食品饮料、交通运输等领域，都能见到码垛机器人的身影。
码垛机器人是指在生产过程中，代替搬运工人执行物体的搬起 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
30
参考文献 31
1 绪论
1.1 引言
码垛技术是一门重要的技术，它应用于现代物流自动化技术领域。随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，码垛机器人的产生使码垛技术更加完善。在机械制造、医疗卫生、石油化工、食品饮料、交通运输等领域，都能见到码垛机器人的身影。
码垛机器人是指在生产过程中，代替搬运工人执行物体的搬起、运输、堆垛、拆垛等任务的工业机器人。在降低操作者劳动强度，提高企业生产效率，优化作业布局方面起着及其重要的作用。传统的机器人一般采用的是串联结构，而本次采用的为并联机构，它具有运动惯量小，负载能力强、刚度大、精度高等优点。
平面并联码垛机器人是基于平面二自由度结构的码垛机器人，平面二自由度结构是并联结构的一个分支，其运动形式简单，易于控制。将平面二自由度结构运用于码垛机器人中，不仅减少了机器人的运动惯量，提高了运动精度，而且简化了控制流程。
本课题主要是对平面并联码垛机器人的结构进行研究，给出合理的设计方案，包括臂架系统和关节、关节形式和手爪结构。使该结构能投入码垛生产线的使用中。
1.2 码垛机器人的发展现状
1.2.1 国外现状
对码垛机器人技术研究最早的国家是日本和瑞典。日本在20世纪70年代末首次将在物体的堆放作业中投入使用机器人技术。1974年，瑞典的ABB公司推出了世界第一台码垛机器人IRB6，并投入到工业生产中，大大提高了传统工业中物品的堆放效率。
随着科学技术的发展，工业机器人的研究和机电一体化技术的相对成熟，以德国和美国为首的科学技术相对发展较快的工业强国先后研制出适用于现代生产要求的码垛机器人。
例如，德国的KUKA型码垛机器人，如图1。它的主要部分分为用于支撑的底座、连杆、机械臂、手腕部分和用于抓取物体的手爪部分。KUKA型机器人全身采用铝制材料制造，其重量轻、强度大、抗抖动性的优点为今后的机器人技术的研究提供科学的范例。随后奥地利将2到3台KUKA型机器人进行组合使用，研制出适用于啤酒、果汁等瓶装类生产线的码垛机器人系统。该系统由PC控制，并且配备了特殊的机械爪，实现了精准快速的抓取，吸附作业。在结构设计方面，该机器人结构紧凑，轻巧便利，达到了工作空间的最优化利用。
1.2.2 国内现状
我国码垛机器人研究从20世纪70年代开始，由于当时我国经济水平较低，发展相对缓慢，码垛机器人的研究水平不足，实用领也域较少。到20世纪80年代，改革开放使得我国经济飞速发展，国民生活水平显著提高，科技随之进步的同时带动我国工业生产的进步。我国工业机器人的研究与应用才逐步发展。
由于关节型机器人相对于直角坐标型机器人而言，具有更高的市场竞争力，在产业化进步的同时，近年来，对关节型机器人的研究迅猛发展。沈阳新松机器人自动化股份有限公司为实现特殊环境下的码垛要求，成功创建了码垛机器人系统，为我国码垛机器人技术的进步奠定了扎实的基础。哈尔滨工业大学在2004年成功研制出1600型称重包装码垛生产线，该码垛生产线具有运行速度快，精度高，全自动等特点，集称重、包装、自动码垛于一身，实际码垛能力达每小时1600包。
上海交通大学机器人研究所和沃迪包装科技有限公司合作，共同研发出新一代TPR系列码垛机器人，如图2。该系列机器人利用复杂的四连杆线性机构，机械臂则使用铝合金为材质制造，其强度高，重量轻，耐磨损，不易弯折且节能环保，很大程度上提高了码垛机器人系统的稳定性，操作性。TRP系列机器人的生产能力能够达到每小时1600包。
图1 德国的KUKA型码垛机器人 图2 TPR系列码垛机器人
1.3 码垛机器人的发展趋势
传统的码垛机器人一般采用的是串联结构，也可叫做开链结构。顾名思义，机器人的底座、机械臂、末端执行器串联在一起，构成一整条运动链。该结构惯量大，负载能力较弱，运动误差多，已经不再适合高速度，高精度，高效率的生产的要求。因此，一种并联形式的码垛机器人幸运而生，并联机构能实现空间中多自由度的移动和转动，而且多条支链同时运动，同时支撑，主要应用于工作空间内的精准定位和任意轨迹跟踪。与传统的串联码垛机器人相比，并联机器人具有运动惯量小，负载能力强、刚度大、精度高等优点，因此，对并联码垛机器人的研究已成为国内外研究的热点。
1.4 课题研究内容及意义
本课题所要做的是：以工业生产中单包化肥的的码放为例，对平面并联码垛机器人的结构设计，并将该机器人用于实际生产中。目前市场上出现的并联机器人多为多自由度的并联机器人，该类型机器人虽然运动速度快，但控制复杂，为达到多自由度的要求，手臂多是细杆类结构，承载能力差，只能抓起小尺寸，
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 码垛机器人的发展现状 1
1.3 码垛机器人的发展趋势 3
1.4 课题研究内容及意义 3
2 平面并联码垛机器人臂架系统设计 3
2.1 课题研究方案 3
2.2 机械臂结构简介 4
2.3 平面二自由度运动原理 5
2.4 平面并联机器人机械臂的设计及优化 7
3 平面并联码垛机器人关节设计 14
3.1 机械臂关节1处的设计 15
3.2 机械臂关节2处的设计 19
4 平面码垛机器人手爪的设计 20
4.1 手爪材料的选择 20
4.2 手爪的结构设计 21
4.3 手爪运动原理 22
4.4 液压缸的选型 23
4.5 轴承的选用及及强度校核 24
4.6 爪齿强度的校核 25
5 平面码垛机器人手腕的设计 26
5.1 手腕结构设计 26
5.2 液压缸的选型 27
结论 29
致谢 30
参考文献 31
1 绪论
1.1 引言
码垛技术是一门重要的技术，它应用于现代物流自动化技术领域。随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，码垛机器人的产生使码垛技术更加完善。在机械制造、医疗卫生、石油化工、食品饮料、交通运输等领域，都能见到码垛机器人的身影。
码垛机器人是指在生产过程中，代替搬运工人执行物体的搬起 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
30
参考文献 31
1 绪论
1.1 引言
码垛技术是一门重要的技术，它应用于现代物流自动化技术领域。随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，码垛机器人的产生使码垛技术更加完善。在机械制造、医疗卫生、石油化工、食品饮料、交通运输等领域，都能见到码垛机器人的身影。
码垛机器人是指在生产过程中，代替搬运工人执行物体的搬起、运输、堆垛、拆垛等任务的工业机器人。在降低操作者劳动强度，提高企业生产效率，优化作业布局方面起着及其重要的作用。传统的机器人一般采用的是串联结构，而本次采用的为并联机构，它具有运动惯量小，负载能力强、刚度大、精度高等优点。
平面并联码垛机器人是基于平面二自由度结构的码垛机器人，平面二自由度结构是并联结构的一个分支，其运动形式简单，易于控制。将平面二自由度结构运用于码垛机器人中，不仅减少了机器人的运动惯量，提高了运动精度，而且简化了控制流程。
本课题主要是对平面并联码垛机器人的结构进行研究，给出合理的设计方案，包括臂架系统和关节、关节形式和手爪结构。使该结构能投入码垛生产线的使用中。
1.2 码垛机器人的发展现状
1.2.1 国外现状
对码垛机器人技术研究最早的国家是日本和瑞典。日本在20世纪70年代末首次将在物体的堆放作业中投入使用机器人技术。1974年，瑞典的ABB公司推出了世界第一台码垛机器人IRB6，并投入到工业生产中，大大提高了传统工业中物品的堆放效率。
随着科学技术的发展，工业机器人的研究和机电一体化技术的相对成熟，以德国和美国为首的科学技术相对发展较快的工业强国先后研制出适用于现代生产要求的码垛机器人。
例如，德国的KUKA型码垛机器人，如图1。它的主要部分分为用于支撑的底座、连杆、机械臂、手腕部分和用于抓取物体的手爪部分。KUKA型机器人全身采用铝制材料制造，其重量轻、强度大、抗抖动性的优点为今后的机器人技术的研究提供科学的范例。随后奥地利将2到3台KUKA型机器人进行组合使用，研制出适用于啤酒、果汁等瓶装类生产线的码垛机器人系统。该系统由PC控制，并且配备了特殊的机械爪，实现了精准快速的抓取，吸附作业。在结构设计方面，该机器人结构紧凑，轻巧便利，达到了工作空间的最优化利用。
1.2.2 国内现状
我国码垛机器人研究从20世纪70年代开始，由于当时我国经济水平较低，发展相对缓慢，码垛机器人的研究水平不足，实用领也域较少。到20世纪80年代，改革开放使得我国经济飞速发展，国民生活水平显著提高，科技随之进步的同时带动我国工业生产的进步。我国工业机器人的研究与应用才逐步发展。
由于关节型机器人相对于直角坐标型机器人而言，具有更高的市场竞争力，在产业化进步的同时，近年来，对关节型机器人的研究迅猛发展。沈阳新松机器人自动化股份有限公司为实现特殊环境下的码垛要求，成功创建了码垛机器人系统，为我国码垛机器人技术的进步奠定了扎实的基础。哈尔滨工业大学在2004年成功研制出1600型称重包装码垛生产线，该码垛生产线具有运行速度快，精度高，全自动等特点，集称重、包装、自动码垛于一身，实际码垛能力达每小时1600包。
上海交通大学机器人研究所和沃迪包装科技有限公司合作，共同研发出新一代TPR系列码垛机器人，如图2。该系列机器人利用复杂的四连杆线性机构，机械臂则使用铝合金为材质制造，其强度高，重量轻，耐磨损，不易弯折且节能环保，很大程度上提高了码垛机器人系统的稳定性，操作性。TRP系列机器人的生产能力能够达到每小时1600包。
图1 德国的KUKA型码垛机器人 图2 TPR系列码垛机器人
1.3 码垛机器人的发展趋势
传统的码垛机器人一般采用的是串联结构，也可叫做开链结构。顾名思义，机器人的底座、机械臂、末端执行器串联在一起，构成一整条运动链。该结构惯量大，负载能力较弱，运动误差多，已经不再适合高速度，高精度，高效率的生产的要求。因此，一种并联形式的码垛机器人幸运而生，并联机构能实现空间中多自由度的移动和转动，而且多条支链同时运动，同时支撑，主要应用于工作空间内的精准定位和任意轨迹跟踪。与传统的串联码垛机器人相比，并联机器人具有运动惯量小，负载能力强、刚度大、精度高等优点，因此，对并联码垛机器人的研究已成为国内外研究的热点。
1.4 课题研究内容及意义
本课题所要做的是：以工业生产中单包化肥的的码放为例，对平面并联码垛机器人的结构设计，并将该机器人用于实际生产中。目前市场上出现的并联机器人多为多自由度的并联机器人，该类型机器人虽然运动速度快，但控制复杂，为达到多自由度的要求，手臂多是细杆类结构，承载能力差，只能抓起小尺寸，
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