污泥压料自动码垛系统的机械结构设计(附件)【字数：15127】
摘 要随着企业工业4.0的大力推广，传统的人工堆放工件存在着分拣识别率低、堆放效率低等弊端。本课题基于工业相机的识别原理和桁架机械手的抓取功能，进行了系统的整体布局设计，主要针对污泥成型压块后进行自动运送、识别、抓取、码放以及最终打包运走的功能实现，提出了自动运送的机械结构设计、工件识别、机械手的抓取设计、夹爪高度微调的设计、栈板自动拆垛堆垛输送设计等。本文实现了污泥压块整体自动化系统的功能和结构设计，对泥块进行自动运送、识别、抓取、码放，旨在解决现有人工堆放污泥块的过程存在的问题。论文基于某公司的污泥压块生产线提出的自动码垛系统设计，本文针对自动码垛系统进行整体机械结构设计，设计内容主要包括工件检测输送线结构设计、桁架机械手夹取流程设计、堆放栈板自动拆垛运送设计三部分。（1）选取合适的输送线、相机和传感器等配件，设计用于泥块检测和运送的系统，实现泥块的合格/NG检测，通过合理的机械结构将合格/NG品分流，并实现合格品的运送和排列整形。（2）选取合适的夹爪、电机和模组等配件，设计用于泥块抓取码垛的桁架机械手夹取系统。系统能够在匹配生产输出的泥块节拍的情况下，实现泥块的抓取，并且能够多个抓取和多层堆放。（3）设计自动拆垛运送系统，实现栈板的自动化到位输送，实现堆放作业中物流部分的智能化。经过验证，该原理系统可以完成对泥块的自动化检测、分流运输及堆放。
目 录
摘 要 I
Abstract II
一、绪 论 1
（一）课题来源及研究意义 1
（二）国内外研究现状 1
（三）主要研究内容 3
二、自动码垛系统总体概述 4
（一）码垛系统整体设计方案 4
（二）泥块码垛系统的特点 5
（三）整体技术参数 5
（四）本章小结 6
三、装置配套件选型 7
（一）输送线的选型 7
（二）气缸和传感器的选型 8
（三）工业相机选型 8
（四）夹取机构的选型 10
（五）电机减速器的选型 13
（六）本章小结 15
四、自动码垛系统结构设计 16
（一）工件检测输送线结构设计 16< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
br /> （二）栈板拆垛输送线结构设计 18
（三）桁架机械手结构设计 19
（四）本章小结 24
五、泥块码垛系统整体设计 25
（一）泥块码垛系统整体结构 25
（二）泥块码垛系统整体流程 27
（三）整体技术参数 27
总 结 28
参考文献 29
致 谢 30
附 录 31
（一）机械图纸 31
（二）在学科研成果 33
（三）证明材料 34
一、绪 论
（一）课题来源及研究意义
工业产品的堆放是制造业的关键组成部分，也是后期产品生产中的重要过程。以往的工件码垛主要采用人工的方式进行，通过产线员工间的合作对产品码垛，这种方法最大的问题是长时间工作会导致员工身体疲劳，影响工作效率。21世纪以来，随着生产自动化的推进，很多车间采用机器人对工件进行码垛，机器人的动作需要事先进行设置，设置完成后可按设置好的程序做给定动作，这需要产品必须按照预先设定好的位置进行摆放，同时对相应的产品模具提出很高的精度要求。实际生产活动由于各方面条件限制，工件位置容易出现偏差，这对现有的工业机器人提出了更高的要求[13]。利用现代人工智能化的技术，如机器视觉、神经网络、图像处理技术应用于工业机器人的生产活动中，是现阶段工业产品自动化生产的一大趋势[45]。对于污泥压块的生产来说，传统作业中的堆放码垛工作由人力完成，效率低错误率高，整体工作稳定性低，无法参数化统计生产时间。因此将自动化生产方式用于污泥压块的码垛工作对于提高产品质量，改进管理难度，提高生产效率都有着积极意义。
（二）国内外研究现状
目前工业革命4.0的提出，发达国家的工业产品需求更加多样化，在新技术的推动下，工业产品的精密程度越来越高，装配自动化技术获得迅猛的发展。目前部分发达国家在自动化装配技术方面处于世界领先地位。比如说美国，现在有很成熟的自动化装配工业体系，生产的装配线已经达到了部分通用的程度。初期自动化生产时生产节拍大约控制在10到30秒之间，到六七十年代时已经有大约十七万台自动装配线在生产中得到应用[3]。
近年来工业自动化水平在不断的发展，工业机器人、桁架机械手。自动仓储等自动化产品在工业生产、仓储物流的自动化无人化推进中的作用愈发重要。美国、日本、德国、瑞士等国家在工业机器人领域拥有领先于全球的技术实力，比如现今机器人占有率最高的四大家族中的安川、发那科就是日本研发的工业机械手，四大家族中另外两家KUKA（库卡）、ABB公司，则是由欧洲机电行业公司研发成功并推广使用的，这些公司都在工业机器人领域投入了大量时间和金钱，代表目前世界上工业机器人的最高水平。
1960年以后，首先研究工业机器人的部分发达国家已经开始了它的应用。随着制造业的不断发展，自动化水平不断更新提高，使得工业机器人的应用范围不断扩大，工作领域也不断拓宽，从日常的搬运，到产品的装配以及码垛，越来越多的工业领域用到了机械手。其中日本和瑞典在工业机器人的研究和制造方面比较先进，同时也将工业机器人的技术运用到制造业生产的码垛运输环节上，进而实现了工业机器人代替人工进行码垛的设想。1970年前后，瑞典 ABB 公司设计并研制成功了世界上首台电控制工业机器人IRB6，该机器人主要用于生产中货物的运输。十几年以后，立体仓库概念得到进一步发展，物流运输和码垛堆料工业机器人在工业生产中得到进一步的使用，在此期间其它国家也应用于码垛和搬运方向的机械手技术进行了积极的研究，取得了一系列研究成果[410]。
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图11 关节型机器人示意图
目前生产上用到的码垛机器人，通常都是四轴空间关节式的机械手，这种类型的机械手一般分为三个部分，分别为机械手本体结构、机械手控制柜和末端执行器。机械手的机械本体结构由底座、大小臂、和手腕等部件组成，如图 11 所示。机械手的控制系统通常采用基于工控机的开放式控制系统，对于不同体积和重量的工件，还可以更换相匹配的末端夹爪，这样可以让机械手更加高效精准地抓取工件[6,7]。
四轴关节型机械手通常用于体积重量较小的工件的抓取和运输，而对于大尺寸的重型工件进行码垛或运输时，桁架式机械手的使用更为广泛。该类型的机械手遵从笛卡尔空间坐标系，由支撑框架、直线导轨、伺服电机、指定夹具、工控机控制柜组成，如图 12所示。桁架式机械手在国外起步较早，发展也比较成熟，尤其是在驱动控制系统的设计和配置以及软件设计和编程等关键技术方面有许多突破。
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目 录
摘 要 I
Abstract II
一、绪 论 1
（一）课题来源及研究意义 1
（二）国内外研究现状 1
（三）主要研究内容 3
二、自动码垛系统总体概述 4
（一）码垛系统整体设计方案 4
（二）泥块码垛系统的特点 5
（三）整体技术参数 5
（四）本章小结 6
三、装置配套件选型 7
（一）输送线的选型 7
（二）气缸和传感器的选型 8
（三）工业相机选型 8
（四）夹取机构的选型 10
（五）电机减速器的选型 13
（六）本章小结 15
四、自动码垛系统结构设计 16
（一）工件检测输送线结构设计 16< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
br /> （二）栈板拆垛输送线结构设计 18
（三）桁架机械手结构设计 19
（四）本章小结 24
五、泥块码垛系统整体设计 25
（一）泥块码垛系统整体结构 25
（二）泥块码垛系统整体流程 27
（三）整体技术参数 27
总 结 28
参考文献 29
致 谢 30
附 录 31
（一）机械图纸 31
（二）在学科研成果 33
（三）证明材料 34
一、绪 论
（一）课题来源及研究意义
工业产品的堆放是制造业的关键组成部分，也是后期产品生产中的重要过程。以往的工件码垛主要采用人工的方式进行，通过产线员工间的合作对产品码垛，这种方法最大的问题是长时间工作会导致员工身体疲劳，影响工作效率。21世纪以来，随着生产自动化的推进，很多车间采用机器人对工件进行码垛，机器人的动作需要事先进行设置，设置完成后可按设置好的程序做给定动作，这需要产品必须按照预先设定好的位置进行摆放，同时对相应的产品模具提出很高的精度要求。实际生产活动由于各方面条件限制，工件位置容易出现偏差，这对现有的工业机器人提出了更高的要求[13]。利用现代人工智能化的技术，如机器视觉、神经网络、图像处理技术应用于工业机器人的生产活动中，是现阶段工业产品自动化生产的一大趋势[45]。对于污泥压块的生产来说，传统作业中的堆放码垛工作由人力完成，效率低错误率高，整体工作稳定性低，无法参数化统计生产时间。因此将自动化生产方式用于污泥压块的码垛工作对于提高产品质量，改进管理难度，提高生产效率都有着积极意义。
（二）国内外研究现状
目前工业革命4.0的提出，发达国家的工业产品需求更加多样化，在新技术的推动下，工业产品的精密程度越来越高，装配自动化技术获得迅猛的发展。目前部分发达国家在自动化装配技术方面处于世界领先地位。比如说美国，现在有很成熟的自动化装配工业体系，生产的装配线已经达到了部分通用的程度。初期自动化生产时生产节拍大约控制在10到30秒之间，到六七十年代时已经有大约十七万台自动装配线在生产中得到应用[3]。
近年来工业自动化水平在不断的发展，工业机器人、桁架机械手。自动仓储等自动化产品在工业生产、仓储物流的自动化无人化推进中的作用愈发重要。美国、日本、德国、瑞士等国家在工业机器人领域拥有领先于全球的技术实力，比如现今机器人占有率最高的四大家族中的安川、发那科就是日本研发的工业机械手，四大家族中另外两家KUKA（库卡）、ABB公司，则是由欧洲机电行业公司研发成功并推广使用的，这些公司都在工业机器人领域投入了大量时间和金钱，代表目前世界上工业机器人的最高水平。
1960年以后，首先研究工业机器人的部分发达国家已经开始了它的应用。随着制造业的不断发展，自动化水平不断更新提高，使得工业机器人的应用范围不断扩大，工作领域也不断拓宽，从日常的搬运，到产品的装配以及码垛，越来越多的工业领域用到了机械手。其中日本和瑞典在工业机器人的研究和制造方面比较先进，同时也将工业机器人的技术运用到制造业生产的码垛运输环节上，进而实现了工业机器人代替人工进行码垛的设想。1970年前后，瑞典 ABB 公司设计并研制成功了世界上首台电控制工业机器人IRB6，该机器人主要用于生产中货物的运输。十几年以后，立体仓库概念得到进一步发展，物流运输和码垛堆料工业机器人在工业生产中得到进一步的使用，在此期间其它国家也应用于码垛和搬运方向的机械手技术进行了积极的研究，取得了一系列研究成果[410]。
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图11 关节型机器人示意图
目前生产上用到的码垛机器人，通常都是四轴空间关节式的机械手，这种类型的机械手一般分为三个部分，分别为机械手本体结构、机械手控制柜和末端执行器。机械手的机械本体结构由底座、大小臂、和手腕等部件组成，如图 11 所示。机械手的控制系统通常采用基于工控机的开放式控制系统，对于不同体积和重量的工件，还可以更换相匹配的末端夹爪，这样可以让机械手更加高效精准地抓取工件[6,7]。
四轴关节型机械手通常用于体积重量较小的工件的抓取和运输，而对于大尺寸的重型工件进行码垛或运输时，桁架式机械手的使用更为广泛。该类型的机械手遵从笛卡尔空间坐标系，由支撑框架、直线导轨、伺服电机、指定夹具、工控机控制柜组成，如图 12所示。桁架式机械手在国外起步较早，发展也比较成熟，尤其是在驱动控制系统的设计和配置以及软件设计和编程等关键技术方面有许多突破。
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