最新5--MDZ码垛机器人系统-设计计算说明书-1128汇总

毕业设计说明书（论文）论文题目：码垛机器人的机械结构设计系部：机械工程系专业：班级：学生姓名：学号：指导教师：2014年月日I摘要以码垛机器人本体为研究对象，通过分析其结构特点与性能参数，明确了设计的基本指标，为码垛机器人产品开发提供指标。

并依此为依据针对物流自动化行业中对箱包高速码垛的需求，并依据搬运机器人的性能要求，设计了一种四自由度的码垛机器人。

应用CERO2.0进行三维建模，并通过CERO2.0的机械设计分析模块，对其构建的三维模型的运动仿真。

结果表明，所设计机器人完全满足工业现场的需求。

关键词：码垛机器人机械设计 CERO2.0运动分析AbstractIn this paper,the structure characteristics and performance indicators of palletizing robot body are an alyzed．It provides a reference for product development．In accordance with the requirement of robot palletizer in logistics automation technology，a universal robot palletizer was designed based on the functional requirement.Application CERO2.0 for 3 d modeling, and through the analysis of the mechanical design CERO2.0 module, the building of 3 d motion simulation of the model。

the experimental results show that the robot meets the objectives of the logistics automation requirements．Key Words：palletizing robot；machine design；cero2.0 motion analysisI目录绪论 (1)第1章码垛机器人现状研究 (2)1.1 引言 (2)1.2 结构分析 (2)1.3本体性能研究 (3)第2章码垛机器人的机械设计和电气控制 (6)2.1机械设计 (6)2.2电气控制系统 (12)第3章码垛机器人运动分析 (15)3.1 CERO2.0动态机构仿真简介 (15)3.2 CERO2.0机器人运动仿真 (19)致谢 (28)绪论随着21世纪工业及经济的蓬勃发展以及对产品精度的要求不断提高，机器人加工逐渐成为一种被普遍应用的加工方法，而码垛是物流自动化技术领域一门新兴技术，码垛按照一定模式，一件件堆成码垛，以便使单元化的码垛实现物料的搬运、存储、装卸运输等物流活动，随着工业化大生产规模的扩大，促使码垛自动化，以加快物流的速度，保护工人的安全和健康，同时也能获得整齐一致的物垛，减少物料的破损和浪费。

码垛机设计毕业设计说明书机电工毕业设计说明书设计题目: 载物码垛机设计学生姓名：学号：专业班级：指导教师：2012 年 5 月19 日目次1 前言 (1)1．1课题的背景 (1)1.2课题的意义 (1)1.3课题的设计目的 (2)1. 4课题的主要设计内容 (2)2 设计进度安排和任务书 (3)2.1设计进度安排 (3)2.2设计任务分析 (3)2.2.1本次毕业设计的任务 (3)2.2.2码垛机的技术要求 (4)2.2.3尺寸及动力分析 (4)3 设计方案的确定 (5)3.1总体方案的论证和选定 (5)3.2主要部件方案的确定 (7)3.2.1水平方向的移动方案 (7)3.2.2竖直方向的移动方案 (8)3.2.3绕竖直方向的转动方案 (8)3.2.4实现载物交错放置的方案确定 (8)4 设计计算书 (9)4.1齿轮传动的设计计算 (9)4.1.1.驱动齿轮传动的电动机的选择 (9)4.1.2.选定齿轮材料，类型，齿数及精度等级........ 错误！未定义书签。

4.1.3.按齿根弯曲强度设计........................................ 错误！未定义书签。

4.1.4.计算大小齿轮的几何尺寸参数........................ 错误！未定义书签。

4.2 丝杠的设计与校核 (6)4.2.1，螺杆和螺母材料的选择.................................. 错误！未定义书签。

4.2.2.螺杆螺纹数据的初步设计与校核.................... 错误！未定义书签。

4.2.3.螺母的参数选择及设计校核............................ 错误！未定义书签。

4.3 驱动丝杠螺母传动的齿轮的设计与校核 (19)4.3.1驱动齿轮的电动机的选择 (19)4.3.2.选定齿轮材料，类型，齿数及精度等级 (19)4.3.3按齿根弯曲强度设计 (19)4.3.4计算大小齿轮的几何尺寸参数......................... 错误！未定义书签。

搬运机器人设计计算说明书搬运机器人设计计算说明书一、摘要本说明书旨在为搬运机器人设计者提供一份全面的设计计算指南。

本文首先概述了搬运机器人的基本功能和工作原理，然后详细介绍了设计计算过程，包括机器人的结构、运动学、动力学、控制系统和传感系统的设计和计算。

最后，本文提供了一些测试和优化搬运机器人的方法。

二、搬运机器人概述搬运机器人是一种能够自动执行货物搬运任务的移动设备。

它们通常由一系列传感器、控制器、驱动器和机械结构组成，能够自主或半自主地在不同地点之间搬运物品。

搬运机器人广泛应用于制造业、物流业和医疗保健等领域，显著提高了工作效率和便利性。

三、设计计算说明1、机器人结构设计与计算机器人结构应考虑强度、刚度、耐久性和轻量化等因素。

可以使用有限元分析等工程方法来分析结构的力学性能，并优化设计。

此外，需要根据实际应用需求，设计合适的移动平台、机械臂、抓取装置等。

2、机器人运动学与动力学计算搬运机器人的运动学和动力学特性直接决定了其搬运能力和效率。

通过建立运动学和动力学模型，可以分析机器人的运动轨迹、速度、加速度和力矩等参数，进而优化运动控制算法，提高搬运效率。

3、控制系统设计控制系统是搬运机器人的核心组成部分，负责协调各个部件的运动，实现精确的定位和搬运。

可以根据机器人的运动学和动力学模型，设计合适的控制算法，如PID控制器、模糊控制器等。

4、传感系统设计搬运机器人需要依靠传感器来感知周围环境和工作对象。

可以根据实际需求，选择合适的传感器，如摄像头、激光雷达、超声波传感器等，以实现精确的环境识别和定位。

四、搭建机器人系统在完成设计计算后，就可以开始搭建搬运机器人系统。

首先，按照设计图纸准备好所需的材料和部件，然后进行机械组装和电路布线。

在系统搭建完成后，需要进行初步的调试和测试，确保各个组成部分能够正常工作。

五、机器人测试与优化在完成机器人系统的搭建后，需要对机器人进行实际的测试，以验证其性能和稳定性。

分类号密级毕业设计(论文)码垛机器人设计所在学院机械与电气工程学院专业机械设计制造及其自动化班级11机自x班姓名学号指导老师2015年3月31日1摘要机器人码垛机非常适合用于柔性包装流水线，大大缩短了包装周期时间。

具有极高的精度，再加上卓越的传送带跟踪性能，不论是固定位置操作，还是运动中操作，其拾放精度均为一流。

体积小、速度快，配有全套辅助设备（从集成式空气与信号系统至抓料器）。

可配套使用包装软件，机械方面集成简单，编程更是十分方便。

从效率上说，码垛机器人不仅能承担高负重，而且速度和质量远远高于人工。

关键词：机器人，码垛IIAbstractThe robot palletizer is very suitable for the flexible packaging production line, greatly shorten the cycle time of packaging. With high precision, and excellent tracking performance of conveyor belt, whether fixed position operation, or movement in the operation, the pick and place precision are first-class. Small size, fast speed, equipped with a full set of auxiliary equipment (from the integrated air and signal system to catch feeder). Supporting the use of packaging machinery integration software, simple programming, it is very convenient. From the efficiency, palletizing robot can not only bear the high load, and the speed and quality is much higher than that of artificial.Key Words:palletizer3目录第一章前言1.1机械手概述 (1)1.2机械手的组成和分类 (2)1.2.1机械手的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.2.2机械手的分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 第二章机械手的设计方案2.1机械手的坐标型式与自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.2机械手的手部结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.3机械手的手腕结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.4机械手的手臂结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82.5机械手的驱动方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.6机械手的控制方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102.7机械手的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．112.8机械手的技术参数列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 第三章手部结构设计3.1夹持式手部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．123.1.1手指的形状和分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．133.1.2设计时考虑的几个问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．143.1.3动力设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15第四章手腕结构设计4.1手腕的自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．164.2手腕的驱动力矩的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．164.2.1手腕转动时所需的驱动力矩．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．174.2.2回转气缸的驱动力矩计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 第五章手臂伸缩，升降，回转气缸的设计与校核5.1手臂伸缩部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．195.1.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．205.1.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．215 .1 .3导向装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．225 .1 .4平衡装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．235.2手臂升降部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．235.2.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．235.2.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．235.3手臂回转部分尺寸设计与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．235.3.1尺寸设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．245.3.2尺寸校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 第六章机械手的PLC控制设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2546.1可编程序控制器的选择及工作过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．256.1.1可编程序控制器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．256.1.2可编程序控制器的工作过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．256.2可编程序控制器的使用步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 第七章结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 专业相关的资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．275摘要在设计手臂时考虑到工作要求并不高，承重也不大，所以在设计中优先考虑用同步电机驱动，其中底盘第一轴电机选择动力较大的马达，第二轴选择力度适中的马达第三轴选择了力度比前2个较小的马达，底盘考虑用压铸模做，因为底盘一定要重才行，否则很可能会整个机器侧翻，手臂选用钣金做，一个是考虑钣金加工简单，成本低，可塑性强，在轴的位置选择用轴承来固定旋转，固定轴承的部件用车床加工。

全自动机器人码垛机说明书1.设备设备名称：机器人码垛机设备型号：IRC5 Single出厂编号：出厂日期：2018 9设备简单介绍：机械人示教器机械人电柜PLC触摸屏2.主要参数生产能力：额定功率：10KW主电压：AC380V±10%频率：50Hz，3PH，N，PE控制电源：24V DC使用气源：进气管Ф12mm; 4-5Kgf/cm2机器重量：外形尺寸：3. 安装条件3.1).安装环境：无强烈震动、高温多湿、油污、易燃性气体、尘埃飘浮等物质。

3.2).机器安装：选择基础坚固的地面，坡度应小于1：60，调整好机器水锁紧地脚螺丝。

3.3).电气安装：引入良好的接地线（10mm2）至机器电柜中的接地螺钉处，用螺母紧固连接好；电源连接线用5芯电缆（10mm2）引入电柜中，分别接在主开关的上庄头。

4.概述本系统由自动送箱，自动送板送垛，ABB机器人高速码垛几部分组成。

由西门子S7-1200系列PLC作主控制，西门子精简系列触摸屏操作显示。

本系统自动化程度高，操作简便，切换品种快捷。

电气元件分布，结构，功能及线路请看电气原理图。

机械元件分布，结构，功能及保养请看机械人手册。

5.安全说明要正确接电源，气源。

机器运行时禁止在机器工作范围行走，禁止把手脚头等伸到机器里。

要定期对机器检查保养，以保证机器安全运转。

6.机器工作原理。

6.0). 输箱工作原理6.0.1).输箱主要部件：外输箱分箱皮带、外输箱、转箱滚筒、转箱前皮带、转箱装置。

6.0.2).输箱光电分布：外输箱检测1（转箱前皮带）、外输箱检测2、转箱计数、编组皮带前有箱检测。

6.0.3).输箱过程:在PLC触摸屏选参数画面,系统自动生成输箱控制画面，自动运行时，各电机进箱，转箱计数通过参数画面设置的总进箱数，来控制转箱装置，转箱计数每达到一次总进箱数，就转换AB层来进箱，然后重新计数。

6.1). 编组工作原理。

6.1.1).编组主要部件：编组站、推箱电机、推箱上下气缸.6.1.2).编组光电分布：进箱计数、超箱保护、前满箱、后满箱、推箱上下检测，推箱后限位，推箱后减速限位，推箱前限位，推箱前减速限位，推箱进抓手限位。

（分类号:学校代码: 10128 U D C :学 号: ************科研训练开题报告 题 目：码垛机器人控制系统设计 ****：*** 学 院：机械学院 班 级：机制11-3 ****：*** 二零一四年十二月1.选题目的和意义近几年机器人自动化生产线已经不断出现，机器人自动化生产线的市场也会越来越大，并且逐渐成为自动化生产线的主要方式，而过去的自动化码垛作业大部分是由机械式码垛机完成或人工搬运，由于机械式码垛机其结构等因素的限制，存在着占地面积大、程序更改麻烦（甚至无法更改）、耗电量大等缺点；而人工搬运劳动量大，完成同一工作量所需不少工人，在一些实际场所应用中，码垛机器人与传统码垛机一样，一次能搬运一整层箱子，有些顾客在传统码垛机坏了时，就用机器人代替，通常这些机器人系统都有层成型平台和臂尾加工装置，能将整层箱子搬起来，功能较强的码垛机器人还能更换不同的货盘；其码垛速度甚至可以达到100个小箱/分钟；码垛机器人装有低水平纸箱横进给装置，使用灵活底盘，有利于车间的良好布局；另外其性能可靠，大多用户容易掌握使用的软件，能够迅速转换对进行不同箱子的码垛。

2．国内外研究现状及其发展趋势2.1课题来源：内蒙古工业大学2.2码垛机器人控制系统设计的发展前景作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。

据相关统计数据表明，工业机器人主要用于汽车工业及汽车零部件工业，占整个机器人市场的61%，金属制品业占8%、橡胶及塑料工业和电子电气行业分别占7%，食品工业占2%，其他工业占15%。

依赖进口——我国工业机器人之阵痛目前，我国进口的工业机器人主要来自日本，随着我国从劳动密集型向现代化制造业方向发展，虽然机器人保有量达到一定的规模，但与发达国家相比仍然有不少差距。

仅从汽车工业每百万名生产工人占有的机器人来讲，（日本1710台、意大利1600台、美国770台、英国610台、瑞典630台，而我国还不到90台），中国仍然是世界上相对比较落后的国家。

鉴定文件之五MDZ码垛机器人系统设计计算说明书中机康元粮油装备（北京）有限公司中国包装和食品机械总公司二O一三年八月一、设计依据针对我国食品包装箱码垛大多采用人工操作、生产效率低等缺点，瞄准国外同类机器人产品的关键技术，借鉴国内化工、汽车焊接等行业重载机器人研究的成功经验，研发具有自主知识产权的面向食品物流包装的智能规划型堆码机器人系统，中国包装和食品机械有限公司，中机康元粮油装备（北京）有限公司，联合展开了“MDZ码垛机器人系统”项目研究，起止年限为2011年1月至2012年12月。

码垛是指依照集成单元化的思想将一件件的物品按规定的模式堆码成垛，以使单元化的物垛实现物品的搬运、装卸、运输、存储等活动。

码垛分为人工码垛和机器人码垛两种方式：在物品质量小、外形无规则、吞吐量较小的情况下，可以采用人工码垛；但当吞吐量超过“10件/分钟”时，采用人工码垛方案不仅需要较多的工人，而且容易造成因疲劳等因素引起的安全事故，这时采用机器人码垛的优势便凸显出：物流速度快、保障工人的健康和安全、减少物料损伤、获得整齐一致的物垛等优点。

机器人码垛机是一类综合了机械制造、电子信息、计算机技术、人工智能科学等多门学科于一身的高新产品，主要应用于工业生产过程中执行大批量的物料、工件等的搬运以及码垛、拆垛等任务。

作为物流自动化领域的一门新兴技术，近年来获得了前所未有的发展，随着机械手码垛机的柔性、处理速度以及抓取载荷在不断地升级，应用场合也在不断地扩大。

近几年，在食品加工领域，由于能源成本激增，劳动力市场的人员紧缺，人力成本逐年攀升，不可预见风险因素，为企业的包装和储存带来了变革，促进了机械手码垛在食品加工企业中得到初步的应用。

食品加工业行业向集团化、产业化、规模化发展，竞争日趋激烈，高利润时代已悄然过去。

国外大型食品加工企业的规模都在日加工1000t以上，最大的达到单产6000 t／(24 h)。

近年来我国食品加工业也逐渐走向规模化生产。

电气控制系统1.系统概述电气控制系统控制并协调码垛系统各单元的动作，使码垛机按照工艺流程来完成整个生产过程。

工艺过程如下：包装好的料袋经过斜坡输送机进入压平机和加速输送机，对料袋进行整平、加速，然后进行转位（需要时）和编组操作，将竖袋2袋编为1组，横袋3袋编为1组；编好组的料袋由推袋机推到分层机上，一层5个料袋在分层机上再次整形后，打开分层机放到升降机上的托盘上，升降机下降一层料袋的高度，即码好一层；这样码完8层（或10层）即为一垛，码好后升降机下降到最低位，再由垛盘输送机将垛盘输送到无动力垛盘输送机上，最后由叉车运走。

托盘的供给：叉车将空托盘（最多10个）放入托盘仓中，托盘仓能自动地将托盘放到托盘输送机上，再由托盘输送机送到升降机上。

码垛机电气控制系统原理框图如图1-1所示，包括中央处理单元PLC－CPU及其I/0扩展单元、检测单元（光电开关、接近开关）、操作与显示单元（触摸屏、按钮开关和指示灯）、控制元件（交流接触器、变频器和电磁阀）以及执行部件（电机和气缸）等几个部分组成。

操作与显示单元作为设备操作的操作界面，接受来自操作人员的操作指令并指示设备的运行状态；检测元件检测料袋、托盘、垛盘的位置状态以及各单元的运行状态，PLC自动循环扫描各输入输出点的当前状态，并根据程序所确定的逻辑关系更新输出点的状态，通过通断交流接触器和换向电磁阀来控制电机的启停和气缸的动作，从而完成码垛全过程的控制。

PLC（可编程序控制器）图1-1 电控系统原理框图2.系统的主要特点及技术说明2.1 电源部分现场的主电源380VAC进入控制柜后，首先经过旋钮开关和总断路器。

在不打开控制柜的情况下，可方便地通过控制柜门上的旋转手柄完成接通和断开主电源的操作。

码垛机的每一个电机均有一个单独的断路器对其进行保护。

因此保证了每个电机得到最佳的保护，并且便于在发生故障的情况下查找故障点。

本系统所采用的保护断路器集成了多种保护功能，即短路、过载及断相保护，因而省去了传统的热继电器。

文件制修订记录本系统是将上流传送带传送过来的产品按一定的堆放形状放置到托盘上的码垛机器人设备。

1.功能概述为适应我国在石油、化工领域的快速发展，我们在吸收国外先进技术的基础上，自主开发了RB200型垂直多关节型机器人。

RB200型码垛机器人是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种规定作业的机电一体化生产设备。

其主要由机械本体、伺服驱动系统、手臂机构、末端执行器（抓手）、末端执行器姿态调节机构以及检测机构等构成，它根据不同的物料包装、堆垛顺序、层数要求等进行参数设置，实现不同类型物料包装的码垛作业。

2.码垛机器人与传统机械式码垛机比较,特点如下:2.1.结构简单、零部件少。

因此零部件的故障率低、性能可靠、保养维修简单、所需库存零部件少。

2.2.占地面积小。

有利于客户厂房的总体布置，并可留出较大的库房面积。

2.3.适用性强。

当客户产品的尺寸、体积、形状及托盘的外形尺寸发生变化时只需在触摸屏上稍做修改即可，不会影响客户的正常的生产，甚至一台码垛机器人可同时对两条包装不同物料的生产线进行码垛操作。

2.4.能耗低。

传统机械式码垛机的功率在26kW左右，而码垛机器人的功率为10kW，能大大降低客户的长期运行成本。

3.主要技术特点：3.1.码垛机器人具有4个自由度，分别为手臂的两个关节沿垂直轴、水平轴作直线运动，机械本体和抓手绕各自的回转轴作回转运动。

3.2.手臂采用平行四边形连杆机构，由伺服电机通过带轮、同步带、滚珠丝杠、直线导轨驱动，并采用末端执行器姿态调节机构，使末端执行器（抓手）实现垂直轴、水平轴无藕合线性运动。

3.3.机械本体用于承载手臂机构及其驱动机构，机械本体安装在交叉滚子轴承上，由伺服电机通过精密摆线减速机驱动，实现码垛机器人在水平面内的回转作业。

3.4.抓手腕部回转由伺服电机通过精密摆线减速机驱动。

3.5.机械手主要材料采用铝合金型材，具有质量轻，动作灵活等特点。

4.主要技术指标：码垛最大能力：1200bags/h 橡胶：600bags/h最大载荷：200kg结构形式：4自由度关节型运动模式：柱面坐标动作范围Z轴（垂直）：2300mmX轴（水平）：1500mmθ轴（本体回转）：330°a轴（手腕回转）：330°5.动作范围:图1码垛机器人动作范围6.工作原理：码垛机器人（如下图2）包括手腕1、手臂机构2、手腕姿态调整机构3、机架4、底座12、机械手20以及手臂机构2的伺服驱动系统等。