1.1工业机器人研究背景与意义

工业机器人自动化生产线设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。目前，工业机器人制造技术不断与先进技术融合，为工业机器人的发展提供了良好环境。机器人在自动化工厂中扮演着重要的角色，极大程度地提高了生产效率

中国作为一个制造业大国，但在工业生产过程中，由于机械化和自动化水平较低，往往需要投入大量的人力和物力，尤其是在冲床、铣床、车床等领域。在机床加工生产零件的过程中，工人不仅需要通过手动触发动作指令来配合机床完成上下料，同时还需要不停地进行重复性动作，工作强度极大。在非自动化工业生产中，以人工为主要生产方式的现象极大地制约了中国制造业的发展，同时由于工业生产中存在不可避免的危险因素，人工作业的方式已经不能满足企业生产效率的要求。因此，部分欧洲国家已经开始提倡以机器人代替人工进行重复性的生产劳作，实现生产过程的全自动化。在机床生产加工领域，部分企业紧跟新型科学技术步伐，引进了工业机器人进行上下料，在保证了生产效率的同时保证了生产的安全性[工业机器人的应用以及与实际的结合能够有效的提高产品品质。随着工业机器人技术的不断进步，机器人成为自动化生产不可缺少的部分，根据机器人的作业任务可以分为加工、装配、搬运、安装四种；针对目标分类为：通用性、专用性；根据结构特点，按坐标分类为圆柱坐标型、直角坐标型、极坐标型、平面关节型；根据机器人位置变化，分为地面固定型和移动型。目前工业自动化产业中，机器人设计采用的是以智能化、模块集成和系统集成技

2. 研究内容与预期目标

目前国内在生产加工行业的自动化程度还不够高，大多中小型企业在机床的生产加工过程中，通常以人工作为主要生产方式。但是目前通过人工进行上下料的方式已经不能够满足机床加工的生产需求，且机床加工的工作环境十分恶劣，对工人伤害极大。因此，本文通过设计一个自动上下料机器人及其控制系统以满足中小型企业实现自动化上下料的需求。

3. 研究方法与步骤

基于企业上下料的实际需要，本课题设计了摇臂式自动上下料机器人的机械机构，选用 STM320F2812 微控制芯片为控制核心，应用改进幂次趋近律的滑模变结构控制系统完成自动上下料的工作任务。系统的研究思路和技术路线如图 所示。 摇臂式自动上下料机器人的设计研究主要包括：机械设计、硬件设计、控制系统设计。机械结构设计部分包括关节结构设计、传动方案设计、动力参数和仿真验证。硬件部分主要包括复位电路、电源电路、微控制器核心电路、步进电机驱动电路和通讯模块电路。控制系统设计主要是基于改进幂次趋近律的滑模变结构控制，通过改进幂次趋近律与幂次趋近律的仿真对比，确定改进幂次趋近律的控制性能

4. 参考文献

[1]李伟军.硫化机群组上下料自动化系统设计与开发[D].重庆:重庆大学; 2016. [2]余文英.连续冲压自动上下料机器人的结构设计与仿真研究[D].西安;陕西科技大学; 2018. [3]刘永安,余天荣.工业机器人的应用研究[J].机电工程技术. 2014, (02): 02-08. [4]刘海涛.工业机器人的高速高精度控制方法研究[D].广州:华南理工大学, 2012. [5]孙开林.六自由度工业机器人运动与控制技术的研究[D],无锡:江南大学, 2012. [6]卜王辉,陈茂林,李梦如. MATLAB 基础与机械工程应用[M].北京:科学出版社, 2015, 29(6): 113-124. [7]Xu-Zhi Lai, Jin-Hua, She, et al. Singularity avoidance for acrobots based on fuzzy-control strategy[J]. Robotics and Autonomous Systems, 2009: 202-11. [8]金海龙.插秧机视觉导航关键技术的研究[D].杭州:浙江理工大学学位论文, 2015. [9]吕学勤,张轲,吴毅雄.移动焊接机器人轨迹跟踪控制机制及实验[J].上海交通大学学报, 2015, 49(3): 371-374.

5. 工作计划

1. 2022年2月21~3月6日文献检索，方案论证

2. 2022年3月7~3月20日 结构设计与计算

3. 2022年3月21~4月10日 上下料单元总体结构装配图