圆柱坐标型箱装码垛机器人结构设计开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1目的及意义

传统码垛作业常分为人工码垛、机械辅助码垛两种形式。人工码垛应用于物料重量轻、形状尺寸变化大、码货强度低的场合。当码垛的吞吐量上升、物料重量增加时,人们便会采用机械辅助的方式来优化码垛作业。机械辅助式码垛能增快码垛速度,降低工人的劳动强度,获得规整的码垛效果,减轻对物料的损伤[1]。传统码垛方式虽然增加了托盘操纵机、升降台等设施提高码垛效率,但是,随着社会速度发展加快,人们对物流、包装的速度需求提高,人工成本不断提升,土地价格越发昂贵,传统码垛方式已经难以满足现今的需求。综上所述,急需一种具有高速码垛能力,占地面积小,工作范围大的自动化码垛机器人。

目前市面上常见的码垛机器人可以分为:直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、关节型坐标机器人、球坐标型机器人等[2]。直角坐标式码垛机器人沿各个轴的动作互不干涉,结构简单造价低,机器人动作较为精确,运动方式简单,电机控制方法简单。但是直角坐标式码垛机器人整体体积大,活动范围小,占用的面积较大。圆柱坐标式码垛机器人通过基座的回转运动和两个方向的伸缩运动将机构运动范围构成圆柱体,这类机器人的结构设计较为简单,且运动精度高占用空间小,工作范围大,但存在抓取盲区,机械臂较长。球坐标式和关节式占用空间小,工作范围大,空间运动速度快,但是其精度低,控制计算量大,且在空间内存在奇异点[3]。综上所述,根据选题中物料参数,工作要求,操作范围等特点,选择四自由度圆柱坐标型机器人即可满足工作要求。

本次毕业设计提出四自由度圆柱坐标机器人的设计方案,将大大提升货箱的码垛速度,对物流,包装等行业的效率提升具有重要意义。

1.2国内外的研究现状分析

目前在码垛机器人领域,欧美国家和日本具有重大影响力,欧美国家以美国为首,在综合技术研究水平处于前列,日本则在机器人的种类与数量上占优势[4]。随着计算机技术、伺服技术、控制技术的发展与成熟,美国、日本、意大利、瑞典、德国、韩国等国相继退出了自己的码垛机器人。如日本的FANUC和OKURA,德国的KUKA系列,瑞典的ABB系列等[5]。国外研究的新型结构主要有以下几种:立式机械臂型、SCARA型、并联杆式。立式机械臂型码垛机器人具有极高的运动灵活性,且能拟合人体手臂运动构造,具有很高的空间自由度。SCARA型为线性码垛机器人到机械臂式码垛机器人的过渡型,通过旋转关节的运动代替了线性运动关节,末端机械手的运动方式也由几个关节的扇形旋转运动和垂直方向的线性运动叠加[6]。并联杆式机器人与上述几类码垛机器人有显著区别,该机器人的机械手通过并联的承重杆和关节相连,每个承重杆由独立电机驱动,机械手通过各个电机协调控制完成夹货动作。但是此结构仅能实现两平行平面间的码货运动,而且由于电机协同工作,承重杆通过并联运动做出非线性的运动相对于线性运动的码垛机器人控制更加复杂化,由于结构由细杆组成这便限制了这类机器人只能负责夹取小质量的物体[2]。而成整体结构上可分为串联、并联、混联型。传统的码垛机器人多采用串联式机构,串联式机构的系统刚性差,运动耦合存在问题,难以胜任高速重载的码垛工作。并联和混合式机构的码垛机器人则能克服串联机构存在的不足[7]

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