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100KG四自由度码垛机器人底座设计及分析（……，…….，……..，…….）摘要：本文主要设计和研究了一个抓重为100KG的四自由度的码垛机器人，用于企业生产中的码垛物品。
首先对机器人的整体方案和具体的结构按要求进行了分析，接着主要设计了机器人底座和腰部结构并进行了建模和装配。
最后,利用分析软件（UG）对机器人底座和腰部进行有限元仿真分析。
关键词：码垛机器人；结构设计；建模；有限元分析Design and Analysis of 100KG 4-dof Palletizing Robot Base… … …（School of Transportation，Institute of Transportation Mechanical Design Manufacturing and Automation，jixieben1104 ，20112814726）Abstract:In this paper, the design and research of a catch weight of 100KG of 4-dof palletizing robots for the production of stacking items.At first, the overall program and the specific structure of the robot were analyzed according to the requirements, then the main work is to design the base and waist of the robot and carry on the modelling and analyze.Finally, this paper uses the analysis software (UG) to make finite element analysis of it.Key words: Palletizing robot；Structural Design；Modeling；Finite Element Analysis1引言随着科技的不断发展和进步，企业越来越重视自动化生产。
【10】 第33卷 第8期 2011-8(下)收稿日期：2011-05-26基金项目：国家高技术研究发展计划（863）资助项目（2007AA041600）；上海市教育委员会重点学科资助项目（J51902）作者简介：刘俊（1971－），女，副教授，在读博士，研究方向为机电一体化。
0 引言近年来随着劳动力成本上升，国内越来越多的企业开始考虑使用工业机器人替代人工劳动。
在制砖企业，砖窑连续不断出砖，最高温度超过100℃，工人戴上多层手套搬砖，必须与砖窑的出砖速度同步，经常连续8小时以上工作，很多工人患有腰椎劳损、呼吸系统疾病等职业病。
上海某公司设计、生产的“搬砖机器人”可以替代砖窑尾部、抛光线上砖等劳动强度大的搬砖工人，解放了劳动力，提高了工作效率。
搬砖机器人的整体系统分为两部分，一是机器人，另外是安装在机器人末端的专用机械手。
在码垛作业中，最常见的作业对象是袋装物品和箱装物品，象砖块这样的搬运对象就不能简单使用真空吸盘或叉板式结构，而需要设计一个专用的末端执行装置。
为了提高搬砖机器人的效率和机器人使用寿命，在满足工作要求的前提下，减少机械手本身的重量是现在研究码垛机器人的关键问题。
1 机械手结构设计FANUC 提供的M-420iA 高速四轴码垛机器人如图1所示，能实现各个行业的后段码垛单元，其敏捷的动作可以实现高生产节拍的要求。
在满足高性能要求的同时，FANUC 机器人紧凑型、轻量化的设计大大减少了安装难度和占地面积。
基于此机器人本体的末端执行装置结构由六块夹板和支架组成如图2所示，支架有两根平行主梁，主梁上有安装板，板上装有与机器人联接的法兰。
主梁下有四根支撑梁，支撑梁上有两块安装板用来安装气路系统元件。
支撑梁下装有六块夹板，采用Q235钢，取砖时，中间两块夹板不动，外侧四块在气缸驱动下，沿着支撑梁下端面轨道向中间运动并加紧砖块，夹板上安装有气缸支撑梁上装有接近开关，用来控制气缸行程。
机械手每次抓取20块砖头，砖的尺寸为240×115×53（单位mm)，一块砖头的重量为1.6kg ，搬砖效率为9.6吨/小时，搬砖速度要求每3S 完成一个工作循环，因此，为了快速动作，该码垛机械手采用气源方搬砖机械手的动力分析及结构优化Dynamic analysis and structure optimization of brick transporting manipulator刘 俊，高 乐，范永威 LIU Jun, GAO Le, FAN Y ong-wei（上海电机学院 机械学院，上海 200245）摘 要： 在码垛机器人的设计中，动力分析与结构优化至关重要。
文章编号:1001-2265(2010)09-0083-03收稿日期:2010-02-14*基金项目:国家自然科学基金(50875118);甘肃省科技重大专项(0801GKDA052)作者简介:郑玉巧(1977 ),甘肃庄浪人,兰州理工大学助理研究员,硕士,主要研究方向为成套设备及自动化,(E -m ail)734872926@qq .co m 。
基于有限元分析的单立柱堆垛机结构优化与改进*郑玉巧,黄建龙,赵荣珍,张淑珍(兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室,兰州 730050)摘要:针对单立柱堆垛机结构受力复杂,刚度要求高等特点,文章运用有限元分析方法对单立柱堆垛机进行建模及静力学分析,并对单立柱堆垛机截面尺寸进行优化设计,使优化后立柱刚度提高40%左右,达到了在安全范围内降低了制造成本,提高了堆垛机的工作性能和使用寿命。
关键词:堆垛机;有限元方法;静力学分析;结构优化中图分类号:TP203 文献标识码:ABased on t he F i n ite Ele m ent Analysis of Single M ast Stack crane Struct ureOpti m ization and I m prove m entZ HENG Yu qiao ,HUANG Jian long ,Z HAO Rong zhen ,Z HANG Shu zhen(Key Laborato r y of D i g italM anufacturi n g Techno logy and App lication ,the M inistry o fEducati o n ,Lanzhou Un i v .of Tech .,Lanzhou 730050,China)Abst ract :A ccording to the characteristics o f sing le p illar stacker str uctural co m plex ity and high rig i d ity re quire m en,t In this paper ,the finite e le m ent m ethod (FE M )is app lied to analyze statics of si n g le m ast stack crane ,and the section size o f si n g l e m ast stack crane w ere opti m ally desi g ned .A fter the opti m iza ti o n ,Columns stiff n essw ere i n creased by 40%,Safety w ithin t h e production cost is atta i n ed and the w ork i n g perfor m ance and serv ice life o f stacker are i m proved .K ey w ords :si n g le m ast stack crane ;fi n ite ele m ent m ethod;statics ;struct u re opti m izati o n0 引言堆垛机是自动化立体仓库最重要的搬运设备,是实现物资流动的的载体,它在高层货架巷道中往返运行,将货物存入或取出,从而实现物资的流动。
基于有限元分析的工业机器人结构优化设计李卓唐发布时间：2023-05-30T07:49:24.924Z 来源：《小城镇建设》2023年3期作者：李卓唐[导读] 随着工业机器人在生产领域中的应用越来越广泛，工业机器人结构优化设计变得越来越重要。
本文以有限元分析为基础，探讨了如何进行工业机器人结构优化设计。
首先介绍了工业机器人结构的组成部分和特点，然后详细阐述了有限元分析的原理和方法。
在此基础上，通过对比分析不同结构形式的工业机器人，找出了优化方案。
最后，通过实例验证了优化方案的可行性。
本文从理论和实践的角度探讨了工业机器人结构优化设计，为生产中工业机器人的应用提供了一定的指导。
身份证号：******************摘要：随着工业机器人在生产领域中的应用越来越广泛，工业机器人结构优化设计变得越来越重要。
本文以有限元分析为基础，探讨了如何进行工业机器人结构优化设计。
首先介绍了工业机器人结构的组成部分和特点，然后详细阐述了有限元分析的原理和方法。
在此基础上，通过对比分析不同结构形式的工业机器人，找出了优化方案。
最后，通过实例验证了优化方案的可行性。
本文从理论和实践的角度探讨了工业机器人结构优化设计，为生产中工业机器人的应用提供了一定的指导。
关键词：工业机器人、结构优化设计、有限元分析第一章绪论1.1 研究背景和意义随着工业自动化水平的提高，工业机器人在生产领域中的应用越来越广泛。
工业机器人的结构是机器人设计中非常重要的一个方面，它决定了机器人的性能和使用寿命。
因此，工业机器人结构优化设计变得越来越重要。
在工业机器人的结构优化设计过程中，有限元分析作为一种有效的计算方法，被广泛应用于机器人结构分析和优化设计。
1.2 国内外研究现状国内外学者对于工业机器人结构优化设计进行了大量的研究工作。
早期的研究主要集中在工业机器人的结构和动力学分析上，如与机构、关节调节等，而近年来在工业机器人结构优化设计方面的研究越来越多。
—148—工装设计1、研究内容及方法信息社会，显示面板无处不在。
随着 IT 产业与平板显示( flat panel display ，FPD) 产业的飞速发展，市场对显示面板的需求越来越大，FPD 产业已逐渐成为中国的战略新兴产业。
目前在国内的大部分液晶面板厂分布着很多暂存面板的洁净自动化立体仓库，针对这些仓库来说由于这些面板待做工艺最终形成液晶面板，因此对于他们的洁净度要求非常高。
而洁净度的保持主要依靠洁净立体仓库内部的风机和立体仓库内部起重机的低发沉特性来保持。
本文主要探讨立体仓库内部洁净堆垛机的结构组成和技术特点。
为了准确的进行分析，以一种洁净堆垛机为例，对其手臂的挠度进行有限元模拟来指导进行设计。
最终通过激光测距仪来对其进行下垂量测试来验证模拟数值的准确性。
最终确保将搬运物cassette 搬送至指定的库位。
2、总体方案设计及功能原理2.1 洁净堆垛机的结构设计此种洁净堆垛机由走行部分，升降部分，旋转伸出部分，三个大部分所组成，如下图1所示：图1 洁净堆垛机组成2.2走行部分走行部分是由边梁，横梁，4个轮组，控制柜，取电器，安全雷达，安全触碰传感器以及激光通讯器组成。
其中轮组部分的4个轮组由4个电机直连减速器分别驱动，在走行过程中需要控制其运动同步性。
其中边梁和横梁采用Q235材质，为主要焊接结构件可以有效保证其整体强度，从而保证整个洁净堆垛机运行的稳定性。
2.3升降部分升降部分采用双立柱的升降结构设计，由升降电机减速器，升降配重，升降链轮链条，H 型钢立柱以及上支撑梁几大部分组成。
其中升降电机部分依然是采用4电机同步的方式进行驱动。
H 型钢立柱作为立柱的主体支撑结构来承担伸缩回传手臂，搬运cassette 以及对等配重的所有重量。
上支撑横梁为连接两个立柱的结构件，为了保证双立柱在走行过程中整体的稳定性。
升降的传动部件采用链轮链条的结构形式可以有效提高提升的负载。
另外在升降立柱上设立了可以进行维修更换上部零件的爬梯和平台。
码垛机器人整机的有限元分析与优化
作者：李祥宗克柱张延胜
来源：《中国新技术新产品》2016年第01期
摘要：码垛机器人通过Solidworks电脑软件对码垛机器人进行控制与组装，码垛机器人的静力和动态行为都是采用Solidworks Simulation对它们从整体和个体进行的分析。
四轴码垛机器人一共有8种不同的姿态，通过这8种可以得到相应8种数据分析以及进行的8种方案优化。
本文就是从整机的情况下对码垛机器人进行有限的分析和优化。
关键词：码垛机器人；动态分析；整机的优化
中图分类号：TP242 文献标识码：A
随着科技的进步和市场发展的需求，机器人码垛已经逐渐开始代替传统的人工码垛，这将是现代社会工业的一种社会趋势。
机器人的出现最早从日本出现的，20世纪中旬的时候国外有很多从事研究机器人的工业，并且就以日本、德国、美国等发达国家的研究已经取得了很大的成就。
最早将机器人投入市场使用是在20世纪90年代，它的使用主要的目的是为了弥补工业劳动力缺乏的现状。
机器人的生产是社会生产的必然产物，它对社会将做出不可估量的作用。
一、码垛机器人整机的有限元分析
本文将从以下三个方面：码垛机器人的静力和动力学原理；码垛机器人的使用寿命；搬运码垛自动化生产线应用，进行科学性的分析，将机器人的整机结构一一解剖出来。
1 码垛机器人的运动原理
每一款机器人都有它自己的特点，但是它们都是还有共性，所以，就以MD200码垛机器人为例子进行分析。
首先，要确定码垛机器人技术参数、对MD200码垛机器人的结构进行分析，通过这些数据得出我们所要构思的整体结构设计方案，并建立D-H运动学数学模型。
在对码垛机器人静力学分析及模态分析的基础上，在静力学的基础上选择臂部并联机构，静力作用大的部位进行分析，采用ANSYS Design Xplorer技术对所采纳的数据进行快速优化和合理的分析，并且还会对码垛机器人关键部件小臂、前大臂、后大臂进行轻量化优化设计。
通过这一系列的数据分析，码垛机器人关键部件小臂、前大臂、后大臂的强度和刚度满足设计要求的前提下对机器人行程放大系数以及运动学正逆解进行理论分析，并通过ADAMS和MATLAB 仿真分析加以验证通过这一系列的数据分析，对整个码垛机器人臂部结构进行静力学强度和刚度分析计算。
2 码垛机器人的使用寿命
Designlife是一款对码垛机器人进行疲劳分析软件，对MD200码垛机器人进行静强度分析，然后通过它其中的工作强度来分析它的效应力最大的极限位姿然后得出码垛机器人的疲劳强度和疲劳寿命。
其次，以线性疲劳累积损伤理论为理论基础，联合Workbench有限元分析。
最后，结合包装物流生产线的应用现状，论证发展完善搬运码垛自动化生产线的必要性。
3 搬运码垛自动化生产线应用
（1）码垛机器人的自动化生产线的关键结构包括腰座、底座、臂部、腕部等进行了详细的机械设计，并阐述了各个部件的运动特点；借助于solidworks三维实体造型软件，建立码垛机器人整机的三维数模。
根据各种三维数模对码垛机器人进行一系列的整合和对比，找出它们生产线的差异，对搬运码垛自动化生产线应用进行更好的运用和投入市场使用。
通过对物流自动化生产需求，结合MD200码垛机器人和它内部的内存设置，通过这些合理的设计数据对相应的码垛机器人自动化生产线应用进行更好地设计和配置然后就能够更加对以后的机器人能够生产出更好地内部配置，对它的自动化生产和自动化机器更好地合理优化设计，这样不仅能够降低生产成本，还能够在一定程度上提高市场生产效率。
（2）通过ANSYS Workbench有限元分析软件对码垛机器人进行分析，考察机器人在它的工作过程中也就是分析它最大工况载荷下最具有代表性的四个工作极限位置为分析对象，选取码垛机器人处于工作极限位置时，对其臂部并联机构做整体的模态分析，获得了前六阶的固有频率和振型，为后续的分析提供依据。
在对码垛机器人静力学分析及模态分析的基础上，对码垛机器人关键部件小臂、前大臂、后大臂进行了轻量化优化设计，在保证这三个关键部件的强度和刚度满足设计要求的前提下，减轻其质量，有利于提高码垛机器人的整机结构性能，同时也可以节省材料，降低生产成本。
二、码垛机器人整机的优化
1 根据等效应力云图分析出腰座的薄弱环节，通过改进腰座三维模型，使得薄弱环节得到加强，整体应力下降，提高了机器人的整体动态性能。
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 占地面积少。
有利于客户厂房中生产线的布置，并可留出较大的库房面积。
码垛机器人可以设置在狭窄的空间，即可有效的使用。
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。
而机械式的码垛机更改相当的麻烦甚至是无法实现的。
4 能耗低。
以前的机械式码垛机的功率一般都会在30kW左右，而我们将要优化的码垛机器人的功率控制在5kW左右。
这不仅能够可以节约能量，还能够降低了运行成本。
5 操作界面将更加地简单、方便，它的操作界面将会全部控制放在一个可控制柜屏幕上操作，对相对控制机器人的操作人员要求不高，更加地减低人员成本。
结语
第一，码垛机器人的出现能够提高社会的生产效率，改善的员工劳动环境，在一定程度上还能够保证成品的质量，减少人为的失误。
第二，对提高劳动生产效率、降低生产成本、降低工人劳动强度、改善生产环境等方面具有很大潜力。
第三，优化作业布局有着突出的贡献，码垛机器人的优势是工作性能和可靠性高、结构和质量都很好。
参考文献
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[2]孙智慧，庞明，晏祖根.基于自适应伪并行遗传算法的包装码垛机器人轨迹规划[A].中国机械工程学会包装与食品工程分会2010年学术年会论文集[C]，2010.
[3]吴启迪，刘成菊，张家奇，陈启军.生物诱导的机器人行走控制研究进展[A].2009年中国智能自动化会议论文集（第四分册）[中国科学（专刊）][C]，2009.。
