1．目的及意义

1. 目的及意义（含国内现状分析） 随着现代社会科技水平日新月异的变化，机器人技术已经渗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高低的重要因素。从机器 人工作的环境来对机器人进行分类，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。它在提高产品质量、增加经济效益、提高生产率方面起着重要作用。同时工业机器人的发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发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，从而能够使物品的存放、搬运、转移等活动变成单元化操作，从而大大提高物流运输的效率。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--些比较简单的机械设施。但是随着人们对码垛速度要求的不断提高，传统的人工码垛方式越来越难以达到人们的要求，这种情况下码垛机器人应运而生。 作为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发展，这样的发展速度和当今世界制造业的小批量、多种类的发展模式是十分吻合的。码垛机器人有着工作能力强、运行速度快、体积比较小、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 自从上世纪70年代码垛领域有了机器人技术的加盟之后，机器人码垛技术取得了很大的突破,抓取货物类型、抓取速度和运行过程中的精确性、稳定性都在不停地升级。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提高，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发展。目 前我国的码垛设备基本上是进口的，国内的码垛机器人研发技术还不是十分成熟，我国的码垛机器人研究水平和国外还有着很大差距。中国又是一个劳动力密集型的发展中国家，耗费人力资源进行的工作特别多，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8益突出，开发和研究自己的码垛机器人就显得刻不容缓。 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有限公司、沈阳新松机器自动化股份有限公司以及首钢莫托曼机器人有限公司。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结构形式。其中关节型机器人的机身比较紧凑，动作灵活并且工作空间大，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生产线上，并且取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，从而大大提高了工作能力，可以实现800袋/小时的工作能力。 尽管我国在码垛机器人的研究上取得了一些成就，但是和国外的码垛机器人技术相比较，我国还有明显的差距。日本和欧美等发达国家的码垛机器人技术已经到达了一个比较高的水平，码垛机器人的工作能力在不断的提高，码垛机器人的柔性、处理速度以及负载能力方面也在不断提升，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。 本文通过资料与文献查阅，了解搬运实际情况和工作要求，针对码垛机结构特点，进行结构布置和功能划分，完成码垛机的总体机构设计、重要零部件设计和校核的目的。

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2. 研究的基本内容与方案

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2.1本课题所设计的主要目标和内容

通过考察国内研究成果与厂家提供的设计要求，实现码垛搬运机结构的集成创新,本文将实现以下目标:
(1)提出适合于中小型企业能够接受的码垛搬运机的设计方案，通过对结构进行分析，选择桥架式码垛搬运机结构。
(2)对码垛搬运机进行三维建模，进行结构设计，实现码垛机稳定使用的目的。

课题主要对码垛搬运机的机架、移动平台及抓取部分进行结构设计。对于移动平台而言设计的首要工序是设计能够沿x、y. z移动的机构，目的是以机械移动替代人工移动，提高移动的速度，进而提高搬运夹取速度。其次是对物料的抓取部分进行设计，完成对物料夹取、搬运、以及放料等工序。针对码垛搬运机的设计，研究内容具体如下:
(1)针对码垛搬运机的设计需求，研究分析码垛搬运机应具备的主要功能作用、工作原理等。

(2)研究码垛搬运机的结构组成，讨论设计分析计算要点,对码垛搬运机设计所需理论进行初步研究，进而确定码垛搬运机初步方案。
(3)关键部件的结构设计，包括机架，移动平台和夹具机构。

2.2 本课题所设计拟采用的技术方案

本文设计的码垛搬运机为直角坐标型，主要用于自动化物流生产的后端,用于搬运长方体盒子，代替工人完成重复繁重的工作，减轻工人的劳动强度，提高工作效率。一般的码垛搬运机工作流程为:抓取货物，搬运物料，搬运物料至栈板上方的码垛位置，按照事先设定的垛形图调整物料位姿，把物料按照规定的姿态放置到正确位置堆垛成型,整个的码垛过程就是上述四个动作的不断循环。按照实际的工作需求，码垛搬运机设计的需求如下:

(1)整体结构要轻巧，操作要简便。

(2)足够的结构强度、刚度，以承受各种载荷。

(3)尽可能减轻结构重量、降低制造成本，维修方便。

(4)码垛机的长宽高必须符合厂房大小尺寸。

(5)X、Y、Z向运动机构移动速度在10cm/s~ 120cm/s。

(6)夹具每次夹取量为1盒，每盒物品重10kg-30kg。

2.2.1码垛搬运机总体设计方案

图1 码垛机简图

码垛搬运机(图1)由机架、移动平台和夹具机构组成,总共有四个自由度，沿x、y、z轴移动以及绕着z轴旋转。移动平台在机架组成的固定空间中移动，在移动平台z轴末端固定有夹具机构。通过移动平台，实现物体平面运动的任意路径，从而夹取物料。

2.2.2码垛搬运机的运行方式

图2 码垛机运动轨迹

码垛搬运机的运动方式是根据对实际工作现场作业的要求实现的，因此首先是确定了沿z轴方向运动的机构末端运动轨迹的要求，使之能够完成预定轨迹的移动。具体实现运动方式则根据电控系统来完成预订动作和保证运动稳定性。具体运动包括两个运动轨迹:

(1)从任意位置到达流水线预定位置抓取货物。

(2)从抓取准备位置到达码放货物的垛型具体位置。其轨迹分别为:

P1-gt;P2-gt;P3-gt;P4-gt;P5-gt;P6完成从初始位置到放下物品的过程，以及P6-gt;P7-gt;P8-gt;P1完成放料后回复到初始位置。各点的定义如下：

P1-gt;P2 ： P1夹具机构的初始位置，P2 夹取物料最初摆放位置

P2-gt;P3 ： P3夹取物料后上升后的等待位

P3-gt;P4 ： P4旋转位，判断物料是否需要旋转

P4-gt;P5 ： P5夹具机构水平移动后的下降等待位

P5-gt;P6 ： P6放料位

P6-gt;P7 ： P7夹具机构升后的等待位

P7-gt;P8 ： P8夹具机构的旋转位，判断夹具机构是否需要旋转恢复到初始P8-gt;P1 ： 夹具机构恢复到初始位置

3. 参考文献

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