双抓手码垛机器人结构优化设计及控制系统研究

作     者：邹亮 

作者单位：合肥学院 

学位级别：硕士

导师姓名：吕刚;马祖长

授予年度：2023年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：码垛机器人 受力分析 结构优化设计 控制系统 远程控制 

摘      要：现如今企业自动化程度日益完善,其中化工生产行业对物料搬运机械的应用规模庞大,简单的人工满足不了大规模生产的需求,而机器人搬运能够辅助完成人工不适宜操作的工作,未来人工码垛搬运的场景将会越来越少,会逐渐被码垛机器人代替工作。目前市面上存在的大多数码垛机器人抓手负载能力较小,本身质量大,工作效率缓慢且抓取精度不高,严重影响了企业的生产效率,大大迟滞了企业的发展。为了解决码垛机器人在该行业的特殊应用问题,实现重载码垛的功能,提高码垛生产效率,本论文首先对码垛机器人本体展开优化设计,对抓取袋装物料的末端执行机构以及机器人控制系统展开新型设计,对所设计的末端执行机构进行受力分析,使末端执行器能够满足工作要求,从而使码垛行业更加的方便快捷,以确保码垛生产线的效率。首先,分析了码垛机器人的总体结构框架,阐述机器人的工作要求以及基本参数性能。依据码垛机器人的市场需求和前景以及总体设计要求,制定机器人主体的实施方案,以及末端执行机构的实施方案。对码垛机器人控制系统的实施方案做出初步确定。对码垛机器人的重要组成部分高精度减速器、伺服电机及驱动器进行选型设计,对机器人本体进行运动学分析,对机器人重要零部件进行详细的有限元分析,对双抓手末端执行机构展开初步的设计和优化。然后,阐述说明码垛机器人具体的相关性能参数和所优化设计的总体机构,确定出机器人外部形状和尺寸大小,并说明其工作范围、性能参数。介绍了机器人的重要组成部分,对机器人重要零部件进行详细优化设计与分析,根据确定的详细机器人性能参数对各部分进行必要的分析。先对袋装物料动态受力情况做出受力分析,再画出下压气缸对装袋物料的受力简图和手爪开合机构的受力简图,通过受力简图分析计算其受力情况判断是否满足工作要求。最后,设计优化出符合工作需要的码垛机器人控制系统,说明控制系统的功能如何实现,同时加入机器人远程监控系统,搭建监控系统架构实现远程监控调试和故障诊断功能,实现了码垛智能化。本文通过对码垛机器人的优化设计,使机器人末端执行器保证轻量化的同时,确保其刚度符合工作要求,提升了码垛机器人的负载能力、码垛精度和工作效率,解决了目前大多数码垛机器人不能实现高速重载的工作要求。此外,由于缺少专业维护码垛机器人的人员,使码垛机器人在使用方面存在诸多不便,引入的远程监控系统能够让用户实时监测机器人的工作状态,随时解决机器人出现的各种问题,使码垛机器人的应用更加广泛。