1. 研究目的与意义（文献综述）

码垛机的应用现状从60年代开始，在工业发达的德国、意大利、日本等国家，已相继研制出半自动、全自动码垛机，后来在结构和机型方面，还不断作了改进和完善。国产码垛机从80年代开始研制开发到现在，已经历了近30年左右的时间。到目前为止，我国生产的码垛机，机型，品种规格、设备性能和产品质量等各方面，有很大的发展和提高，并在很多方面已逐步接近或达到国外同类型码垛机的技术性能及各项参数，已基本上能满足大中型企业产品包装码垛的需要。

目前，国内一些科研、设计和生产单位，已拥用一批专门从事科研、设计和制造码垛机的技术队伍，他们通过近30年左右的摸索、研制、和生产实践已积累了较丰富的经验，现在已具备设计和研制出符合国情和先进水平的码垛机所必需的条件。

国内已有4-5家生产码垛机的主要专业制造公司，其中主要生产厂家有河南乐仆工业自动化有限公司、合肥雄鹰自动化工程科技有限公司等。其技术和装备己具有制造一流水平码垛机的能力和条件。加上有关控制元器件配套厂的共同努力，在最近3～5年内，我国将能够生产出接近或达到国际先进水平的码垛机。而几个厂生产的码垛机，无论从机型、规格及各项主要技术性能来看，已初步形成系列产品，可基本满足国内大、中型企业生产的要求，有些机型的结构设计，还比较简单实用、制造质量也较高，从机械性能等到方面看，也能保证安全、正常稳定运转的要求;但在聚丙烯自动码垛机方面，自动码垛机大多从国外引进，对国外产品有一定依赖性。这与我国化工行业自动化水平有关，相信通过我们进一步努力，根据生产的需要，进行控制系统的自动化改造和完善，可逐步接近国外的自动码垛机生产水平。

2. 研究的基本内容与方案

2.1本课题所设计的主要内容

（1）翅片管码垛机的主要技术参数

码垛机的技术参数表征码垛机的作业能力，翅片管码垛机的主要技术参数包括码垛范围、定位精度、速度、抓取重量等。这些参数表名码垛机的工作性能和技术经济指标，它是设计码垛机的技术依据，也是生产使用中选择码垛机技术性能的依据。主要设计参数如下

l 活动空间：（m）15*3*5

l 重复定位精度：（mm）正负5.0

l 最大工作速度：（p/min）6

l 最大抓取重量：（Kg）20

l 货物尺寸：（mm） 长1500，直径50

（2）翅片管码垛机的机械结构设计

码垛机主要由机械主体、伺服驱动系统、手臂机构、末端执行器(抓手)、末端执行器调节机构以及检测机构组成。码垛机实现三位运动方式目前主要有：笛卡尔坐标框架，龙门架式（桥式），机械臂式。总体设计利用空间三坐标框架，实现机械手的三维运动。

（1）传动方案设计

根据码垛机的实际工作情况，以及空间的紧凑型，传动可行性方面考虑，拟选择其传动系统部件组成为：

l 水平传动方案初步设计：

电动机--同步带传动--轴承座--导轨架

l 竖直传动方案初步设计：

电动机--同步带--滚珠丝杠螺母副--机械手

（2）机械手总体设计

机械臂以原位左上角为起点分别完成“零件位置检测→手臂上升→手臂旋转至工件上方→手臂伸出→手臂下降→夹紧工件→手臂上升→手臂收缩→臂移位至放置位置上方→手臂伸出→手臂下降→放置工件→手臂上升→手臂收缩→臂回原位”的控制过程为工艺路线。各环节的转换采用传感器来实现检测到位情况，锁止采用电机自锁或者结构自锁。电机传动机械手的动作操作方式为单片机自动控制方式，机械手将在单片机控制下各动作按其计算路线自动执行完成。整个控制过程功能的实现要求形成“传感器-单片机-电机/气缸-执行机构”的自动化装置。

2.2 本课题所设计拟采用的技术方案

（1）总体方案设计：

本机器人码垛系统，如图2所示，由提升线、抓取线、码垛机器人三部分组成。

由于产品从不同高度，生产线输送有高度调整，为了更好统一的做码垛规划，最大发挥码垛机器人的功效和码垛能力，设计提升线将生产线出来的翅片管提升到统一高度。此提升线为配合前段的自动升降，亦增加有手动升降旋钮，可以调节齿条控制单边提升高度与前段平齐，保证后端高度不变。提升线采用带式输送机。

当产品从提升线出来，进入抓取线，配合机器人码垛。翅片管依次进入抓取线卡槽内（间距可调），保证码垛机器人安全、方便的抓取。如图3所示。

（2）传动方案设计

传动方案应满足机器的功能要求，如传递功率大小、转速运动形式，此外还要满足工作平稳、传动效率较高、结构简单、使用维护方便等特点。

A. 水平传动方案：带传动：①结构简单，适用于两轴中心距较大的传动场合；②传动平稳，能缓冲、减振，噪声低；③同步齿形带能保证精确的传动比。根据码垛机的实际工作情况，结合机械造价，选择电机--同步带传动，将动力通过齿形带传给导轨架进行码垛工作。

B. 竖直传动方案：由于竖直方向也需要实现精确伺服控制，并且传动中心距较大，所以也选择同步带进行传动，然后将动力传递给滚珠丝杠螺母副，通过滚珠丝杠螺母副带动机械手的竖直移动。传动方案示意图如图4所示。

滚珠丝杠螺母副结构和原理介绍：丝杠和螺母的螺纹滚道间置有钢球，当螺母转动时，钢球沿螺纹滚道滚动，是丝杠和螺母做相对运动时为滚动摩擦，提高了传动效率和传动精度。在螺母上有钢球返回通道，与螺纹滚道形成循环回路，使钢球在螺纹滚道内循环。

（2）机械手设计

机械手结构将由机座、竖直手臂机构、水平手臂机构、末端执行器构成，如表1，机构简图如6。

3. 研究计划与安排

第1-3周：完成开题报告和英文翻译；

第4-6周：完成毕业设计相关内容的总体方案设计；

第6-8周：完成毕业设计相关内容的详细方案设计；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]吴瑞祥. 机器人技术与应用[m]. 北京:北京航空航天大学出版社，2011.

[2]韩建海. 工业机器人[m]. 武汉：华中科技大学出版社，2009.

[3]宋新环. 新型钢管码垛机的研制[d].天津理工大学,2016.