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1. 研究目的与意义

随着中国制造2025战略的推进，我国制造业正朝着智能制造的方向快速发展，制造过程的自动化、数字化和智能化是装备研制的重要特征。

物料搬运是制造自动化生产线的有机组成部分，物料搬运自动化实现生产线自动化和智能化的必备基础。

工业机器人由于其柔性化和自动化特点，广泛应用与自动化生产中，通过机器人实现物料搬运、加工、检测等大大提高了制造过程中的自动化程度，随着传感器技术、机器视觉、大数据处理等技术的发展，机器人功能单元的智能化程度进一步提升，机器人是实现中国智能制造2025的重要一环。

2. 国内外研究现状分析

工业机器人（机械手）的概念最早由戴沃尔与1954年提出，并申请了一系列相应的专利。他所提出的机器人形式主要就是今天所谓的示教再现机器人。示教再现机器人是一种可重复再现通过示教编程存储起来的作业程序的机器人^[1]。借助于伺服控制技术来控制机器人的关节，通过对机器人进行动作示教，机器人完成动作的记录和再现。示教编程指通过下述方式完成程序的编制:由人工导引机器人末端执行器(安装于机器人关节结构末端的夹持器、工具、焊枪、喷枪等),或由人工操作导引机械模拟装置,或用示教盒(与控制系统相连接的一种手持装置,用以对机器人进行编程或使之运动)来使机器人完成预期的动作 ;作业程序(任务程序)为一组运动及辅助功能指令,用以确定机器人特定的预期作业,这类程序通常由用户编制^[2]。由于此类机器人的编程通过实时在线示教程序来实现,而机器人本身凭记忆操作,故能不断重复再现。

1958年，世界上第一台工业机器人由世界上第一个机器人公司公司一unimation公司设计出来，该公司的创立人是被誉为＂工业机器人之父＂的joseph f.engel berger。这台机器人是一个五轴液压驱动的、用于压铸作业的机器人，其手臂的动作由一台专用计算机来控制，这台机器人能完成并记忆的工作步骤多达180个^[3]。与此同时，美国的amf公司开始研制versatran工业机器人。这种机器人的机械臂能够通过底座进行回转运动，能做垂直方向的升降运动，还能做沿手臂方向的伸缩运动，这种机器人被主要用来进行物料运输工作^[4]。unimation和versatran被公众认为是世界上最早的两种工业机器人，这两种机器人的控制方式与如今的数控机床相类似。在1978年，美国unimate公司还与斯坦福大学、麻省理工学院联合研制了一些定位精度高、平均无故障时间达 1500 小时的高可靠性、低成本的机械手，尤其有一种位置误差可小于1mm，并装有小型电子计算机以进行控制的名叫unimate-vic-arm的工业机械手，主要用于装配工作^[5]。

日本则于1969年向美国引进unimation和versatran两种典型机械手，并在之后大力开展机械手方面的研究，到1979 年时，日本从事机械手相关研究与生产的研究单位、院校多达50家，生产的机械手数量多达约56900台。1990年时拥有55万台机械手，是发展工业机械手最快，应用领域最广的国家，每年的增长率达到了55%，在汽车生产线上投入使用的机械手最多，目前已成为世界上应用工业机械手最多的国家之一^[6]。

3. 研究的基本内容与计划

本次任务的主要目的是设计搬运末端执行器结构，与工业机器人进行虚拟装配及运动仿真，通过离线编程实现对机器人控制程序的编制。

已知条件：kuka工业机器人，负载30kg，抓取末端执行器具备a/b两个抓取头。

1、学习三维造型软件（cad、proe）； 2、设计末端执行器结构； 3、搬运系统的装配； 4、运动仿真、干涉检查； 5、离线编程。

4. 研究创新点

区别于以往的单种物料搬运，本论文设计了一种利用视觉传感器来自主辨别不同工件并实行抓取动作的基于PLC控制系统的机械手。