畢業(yè)設計（論文）開題報告題目：辦公打印機整箱碼垛機械手的設計系別機電信息系專業(yè)機械設計制造及其自動化班級姓名學號導師2013年12月20日1、畢業(yè)設計（論文）題目背景、研究意義及國內外相關研究情況。1.1課題名稱辦公打印機整箱碼垛機械手的設計1.2課題研究背景和意義隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和科學技術的突飛猛進，現(xiàn)代物流作為現(xiàn)代經(jīng)濟的重要組成部分和工業(yè)化進程中最為經(jīng)濟合理的綜合服務模式，正在全國范圍內得以迅速發(fā)展。自動化立體倉庫作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，是一種多層存放貨物的高架倉庫系統(tǒng)，它是在不直接進行人工干預的情況下自動地存儲和取出物流的系統(tǒng)。碼垛機械手是完成自動化立體倉庫中最重要的設備之一，是貨物堆放到立體倉庫的前端設備，它能夠把單一的物料碼放到一起，便于運輸，提高了生產(chǎn)效率。它將已裝入容器的紙箱，裝入大袋的化工產(chǎn)品、水泥、糧食等按一定排列碼放在木質（或塑料）托盤上，進行自動堆碼，可堆碼多層，然后推出，便于叉車運至倉庫儲存?？纱蟠蟮販p少勞動人員和降低勞動強度，是現(xiàn)代工業(yè)社會發(fā)展的高科技產(chǎn)物，對提高生產(chǎn)率、降低成本有著重要意義。1.3國內外相關研究情況最早將工業(yè)機器人技術用于物體的碼放和搬運是日本和瑞典。20世紀70年代末日本第一次將機器人技術用于碼垛作業(yè)。1974年，瑞典ABB公司研發(fā)了全球第一臺全電控式工業(yè)機器人IRB6，主要應用于工件的取放和物料的搬運。除此之外，德國、意大利、韓國等國家工業(yè)機器人的研發(fā)水平也相當高。隨著計算機技術、工業(yè)機器人技術以及人工智能控制等技術的發(fā)展和日趨成熟，日本、德國、美國、瑞典、意大利、韓國等國家在包裝碼垛機器人的研究上做了大量工作，相應推出了自己的碼垛機器人，如日本的FANUC和OKURA以及FUJI系列，德國的KUKA系列，瑞典的ABB系列等。德國、瑞典以及日本等國家的碼垛機器人一般為46軸機器人，主要由固定底座、連桿、連桿臂、臂部、腕部以及末端執(zhí)行器組成。機器人主體多采用優(yōu)質輕巧的鑄鋁材料制造和連桿式關節(jié)型的機構形式，均利用CAD和FEM有限元技術進行結構優(yōu)化設計，具有較高的機械性能和抗震能力；驅動系統(tǒng)均采用模塊式數(shù)字化AC伺服電機和RV減速器，取消了腕部關節(jié)驅動電機和平衡塊，大大優(yōu)化了整機結構；針對不同類型的產(chǎn)品和包裝件，還設計了真空吸持、夾持、義式等多種形式的智能末端執(zhí)行器。這些先進碼垛機器人最顯著的技術特點就是采用了基于PC的開放式控制系統(tǒng)，令機器人能夠高速、精準、穩(wěn)定可靠地運行。如瑞典ABB公司為IRB系列碼垛機器人研發(fā)了主動安全軟件和被動安全軟件，可對機器人的運動和載荷情況進行監(jiān)控；電子穩(wěn)定路徑功能可確保機器人在考慮加速度、阻力、重力、慣性等條件的同時，遵循預定運行路徑；主動制動系統(tǒng)可以確保機器人維持運行路徑的同時對制動予以控制，被動安全功能可實現(xiàn)機器人進行負載識別。日本FANUCM410i系列碼垛機器人軟件體系也非常強大，PalletTool/PalletPROTM用于碼垛設置、仿真和操作；SupportsCollisionGuardTM用于減少機器人、夾持器、箱/袋以及外圍設備的碰撞損壞；基于網(wǎng)絡的軟件工具用于遠程聯(lián)機、診斷和生產(chǎn)監(jiān)控；還專門配備了機器視覺引導系統(tǒng)，用于引導機器人完成拆垛和檢查工作。我國的工業(yè)機器人從上世紀80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前已基本掌握了機器人的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人，其中有130多臺套噴漆機器人在20余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線站上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人也已應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總體來看，我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外相比還有一定的差距，如可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應用工程起步較晚，應用領域狹窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外相比仍有差距；在應用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200多臺，僅占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。形成以上現(xiàn)象的主要原因是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是迎合客戶的要求，即“一個客戶，一次重新設計”，品種規(guī)格多，批量小，零部件通用化程度低，供貨周期長，成本高，而且質量和可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關鍵技術，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，完善系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。2本課題研究的主要內容和研究方法或措施。2.1主要內容（1）了解工業(yè)機器人的發(fā)展及在工業(yè)生產(chǎn)中的應用、基本結構和工作原理。（2）了解并分析辦公打印機下線搬運碼垛的工作路線。（3）完成該機械手的結構設計和主要部件的設計計算。（4）應用軟件繪制所設計機械手的裝配圖。2.2研究方法（1）收集相關資料，并對現(xiàn)有的資料進行研究分析，進而分析自己完成本課題還存在那方面的困難，除了現(xiàn)有的知識外還應該具備那些新的知識。（2）向指導老師咨詢有關問題和上網(wǎng)查文獻資料。（3）設定并計算機械手的相關參數(shù)。（4）畫出裝置草圖并進行相關修改。（5）用計算機繪制裝配圖和零件圖。（6）模擬調試后對整個機械手進行完善。2.3機械手的組成碼垛的作用是將裝箱的產(chǎn)品有規(guī)律地碼放在垛盤上，以便入庫和出廠。碼垛機械手的工作原理是在高速干包生產(chǎn)線上，通過輸箱鏈道將箱子有規(guī)律地集中到整理平臺上，外形尺寸和垛盤相等，上下層排列方式不同，機械手從整理平臺上將整層的箱子抓起、上升、旋轉到垛盤上方、下降、放到垛盤上，碼到規(guī)定的層數(shù)，完成一垛的碼垛。機械手主要由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。如下圖所示：(1)執(zhí)行機構包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。手部即與物件接觸的部件。由于與對象接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。手腕是連接手部和手臂的部件，并可用來調整被抓取物件的方位(即姿勢)。手臂手臂是支承被抓對象、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取對象，并按預定要求將其搬運到指定的位置.立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降(或俯仰)運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立往通常為固定不動的，但因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。行走機構當工業(yè)機械手需要完成較遠距離的操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安裝滾輪、軌道等行走機構，以實現(xiàn)工業(yè)機械手的整機運動。滾滾輪輪式式布行走機構可分為有軌的和無軌的兩種。驅動滾輪運動則應另外增設機械傳動裝置。機座機座是機械手的基礎部分，機械手執(zhí)行機構的各部件和驅動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。(2)驅動系統(tǒng)驅動系統(tǒng)是驅動機械手執(zhí)行機構運動的動力裝置，通常由動力源、控制調節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動。根據(jù)設計要求選用直接驅動，沒有遠距離傳動的必要。(3)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由過程控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。(4)位置檢測裝置控制機械手執(zhí)行機構的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調整，從而使執(zhí)行機構以一定的精度達到設定位置。機械手的手部是用來抓持工件的部件，將直接影響到機械手的工作性能，它是工業(yè)機械手的關鍵部件之一。設計時要注意的問題：結構盡量緊湊重量輕，以利于腕部和臂部的結構設計手指應