開題報(bào)告-板材碼垛機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題目名稱：板材碼垛機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)院：專業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：職稱/學(xué)歷：2023年11月21日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告選題依據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)狀國內(nèi)：從國內(nèi)來看，碼垛機(jī)器人呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，隨著制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，越來越多的企業(yè)開始引入自動(dòng)化設(shè)備，提高生產(chǎn)效率和品質(zhì)。近些年受到疫情影響，人們活動(dòng)范圍受限，各個(gè)工作場(chǎng)地人力不足的問題凸顯，碼垛機(jī)器人受到了各大企業(yè)的青睞，這也反映了碼垛機(jī)器人已成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。目前，相對(duì)于日本、德國、瑞典等一些發(fā)達(dá)國家來說，國內(nèi)碼垛機(jī)器人的發(fā)展水平相對(duì)較低，距國外還有一定的差距。我國對(duì)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域機(jī)器人的研究發(fā)展較為緩慢。90年代初我國開始進(jìn)行碼垛機(jī)器人的自主研發(fā)并可以逐漸滿足國內(nèi)生產(chǎn)需求。沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化公司是我國技術(shù)相對(duì)領(lǐng)先的機(jī)器人制造公司，作為我國第一家上市的機(jī)器人公司，擁有著相當(dāng)高的技術(shù)水平。其研發(fā)的四軸碼垛機(jī)器人SRM160，最高可抓取300kg貨物，有效工作范圍3.15m，定位精度小于0.2mm，每分鐘可完成60次操作，精簡(jiǎn)的零部件及高鋼性的手臂，擁有強(qiáng)大的負(fù)載能力，既可以應(yīng)用于輕工業(yè)和還可以應(yīng)用于重工業(yè)領(lǐng)域。新松SRM160碼垛機(jī)器人在一定程度上已達(dá)到國際先進(jìn)水平，在行業(yè)里發(fā)揮著巨大作用。國外：國外市場(chǎng)上的板材碼垛機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上更為復(fù)雜，功能也更加豐富。這類機(jī)器人不僅可以實(shí)現(xiàn)板材的抓取和堆疊，還可以進(jìn)行板材的分類、排序等操作。此外，部分高端機(jī)器人還具備自動(dòng)識(shí)別板材尺寸、形狀等功能，大大提高了生產(chǎn)效率。國外的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展相較于國內(nèi)而言已經(jīng)比較成熟，碼垛機(jī)器人的研發(fā)起步時(shí)間也比較早，日本和瑞典首次將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到碼垛工作中，日本研制出最大負(fù)載500kg，碼垛頻率每小時(shí)一千次的碼垛機(jī)器人，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、負(fù)載大、穩(wěn)定等特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。瑞典ABB公司研發(fā)出世界上第一臺(tái)全電控式碼垛機(jī)器人IRB6，并廣泛應(yīng)用在物料的搬運(yùn)和碼垛中，此后又制造出型號(hào)為IRB760的一款碼垛機(jī)器人，其工作頻率能夠達(dá)到每小時(shí)2190次，其運(yùn)行速度比同時(shí)期其他產(chǎn)品提升15%，成為全球最快的產(chǎn)品，在碼垛搬運(yùn)等項(xiàng)目里應(yīng)用最多。2.發(fā)展趨勢(shì)為了讓碼垛機(jī)器人更好地服務(wù)工業(yè)生產(chǎn),適用于未來的技術(shù)要求，因此碼垛機(jī)器人的未來的發(fā)展主要趨向于以下幾個(gè)方面:(1)自動(dòng)化程度的提高。機(jī)械與電子科技相結(jié)合的技術(shù)越來越成為碼垛機(jī)器人主流技術(shù),自動(dòng)化和智能化的程度是衡量碼垛機(jī)器人水平的一個(gè)至關(guān)重要的指標(biāo)。碼垛機(jī)器人的自動(dòng)化主要體現(xiàn)在自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)兩個(gè)方面。碼垛機(jī)器人自動(dòng)化程度快速提高主要依賴于微電子、紅外線、傳感器等技術(shù)的應(yīng)用,其中微型計(jì)算機(jī)在碼垛機(jī)器人中的使用大大提高了效率和質(zhì)量。(2)高速化。在單機(jī)高速化的基礎(chǔ)上,改進(jìn)板材碼垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高碼垛機(jī)器人系統(tǒng)整體的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)而提高整個(gè)碼垛系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)和生產(chǎn)效率。(3)多功能碼垛機(jī)器人。隨著多種類、小批量商品市場(chǎng)的不斷發(fā)展,以及中小型用戶的增加,使得只能對(duì)固定批量、固定尺寸進(jìn)行碼垛的機(jī)器人的利用率大幅度降低,所以碼垛機(jī)器人正在逐漸的向著可以應(yīng)用于各種不同的環(huán)境和商品的方向不斷發(fā)展和創(chuàng)新。3.應(yīng)用價(jià)值板材碼垛機(jī)器人可以顯著提高倉儲(chǔ)和物流行業(yè)的效率和生產(chǎn)力。其自動(dòng)化堆垛功能減少了人工對(duì)物料搬運(yùn)的依賴，降低了人力成本和搬運(yùn)誤差。機(jī)器人的快速響應(yīng)和精準(zhǔn)堆放可優(yōu)化倉儲(chǔ)空間利用，提高了物料堆垛的穩(wěn)定性和安全性。此外，機(jī)器人可以持續(xù)工作并適應(yīng)多樣化工作環(huán)境，為企業(yè)提供了更靈活的生產(chǎn)調(diào)度和響應(yīng)能力，從而提升整體生產(chǎn)效率和客戶服務(wù)水平。二、研究?jī)?nèi)容1．主要研究?jī)?nèi)容、目標(biāo)及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)（1）研究?jī)?nèi)容：eq\o\ac(○,1)針對(duì)工作要求，制定板材碼垛機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案。eq\o\ac(○,2)對(duì)板材碼垛機(jī)器人進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。eq\o\ac(○,3)利用SolidWorks軟件對(duì)機(jī)器人進(jìn)行三維實(shí)體建模并完成模型裝配。eq\o\ac(○,4)完成板材碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過程仿真。eq\o\ac(○,5)對(duì)主要零部件進(jìn)行有限元分析并優(yōu)化。eq\o\ac(○,6)完成工程圖的出圖和設(shè)計(jì)說明書的書寫。（2）目標(biāo)：針對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好、效率高、操作簡(jiǎn)單的碼垛機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要技術(shù)性能與指標(biāo)：eq\o\ac(○,1)最遠(yuǎn)跨越距離1500mm。eq\o\ac(○,2)最大搬運(yùn)高度約2000mm。eq\o\ac(○,3)最大承載能力為50kg。（3）擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題：推動(dòng)板材碼垛機(jī)器人的發(fā)展，滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)化的需求，提升整個(gè)生產(chǎn)線的競(jìng)爭(zhēng)力。eq\o\ac(○,1)選擇合適的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，以確保板材碼垛機(jī)能夠有效承受和操作目標(biāo)貨物的重量，同時(shí)提供所需的提升和移動(dòng)功能。eq\o\ac(○,2)選擇合適的吸盤裝置，以保持板材碼垛機(jī)在工作過程中的穩(wěn)定性，特別是在高速提升和降落過程中，以確保貨物的安全和機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。2．?dāng)M采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)施方案及可行性分析（1）研究方法：eq\o\ac(○,1)文獻(xiàn)綜述法分析板材碼垛機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域需求，通過查閱知網(wǎng)上的相關(guān)的文獻(xiàn)資料，了解國內(nèi)外板式碼垛機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀，了解其基本組成和工作原理，對(duì)已獲取的資料和信息進(jìn)行分析、研究、總結(jié)。研究工作遵循實(shí)用性、簡(jiǎn)單性、經(jīng)濟(jì)性和安全性等基本原則，以滿足板材堆垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求。eq\o\ac(○,2)理論分析法對(duì)搜集的資料進(jìn)行整理計(jì)算，運(yùn)用所學(xué)的相關(guān)知識(shí)，對(duì)板材碼垛機(jī)器人關(guān)鍵部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。eq\o\ac(○,3)計(jì)算機(jī)模擬仿真法通過SolidWork軟件進(jìn)行三維建模仿真測(cè)試，查看結(jié)構(gòu)布局是否合理，通過Abaaqus仿真進(jìn)行有限元分析，進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試及受力分析。（2）技術(shù)路線：查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，確定板材碼垛機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用SolidWorks進(jìn)行建模輔助完成設(shè)計(jì)，然后對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行有限元受力分析完成設(shè)計(jì)。（3）實(shí)施方案：首先，機(jī)器人需要具有足夠的穩(wěn)定性和承重能力，因此可以采用鋼材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且在關(guān)鍵部位增加加強(qiáng)筋或加固板以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度，考慮到板材的不同規(guī)格和重量，可使用可調(diào)節(jié)的支撐臂設(shè)計(jì)來適應(yīng)不同工件。最后，為了確保機(jī)器人操作的穩(wěn)定性，可在設(shè)計(jì)中選擇合適的吸盤以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人抓取的穩(wěn)定性。整體而言，機(jī)器人的設(shè)計(jì)應(yīng)該注重穩(wěn)定性、靈活性，以滿足不同板材的處理需求。（4）可行性分析：論文研究涉及到的板材碼垛機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)技術(shù)，國內(nèi)外已經(jīng)開展了一定的研究，相關(guān)的研究成果可供參考。論文研究所需要的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)、有限元分析等相關(guān)知識(shí)，在大學(xué)期間已經(jīng)進(jìn)行了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。Abaqus是一款功能強(qiáng)大的有限元分析軟件，可方便地導(dǎo)入由軟SolidWorks件建立的SLDPRT格式的三維模型。對(duì)于機(jī)車中的減震裝置和防撞部件關(guān)鍵零部件使用Abaqus進(jìn)行有限元分析，通過分析機(jī)器的工作狀態(tài)和環(huán)境等因素，確定載荷和邊界條件；最后根據(jù)設(shè)定的情況進(jìn)行計(jì)算求解，得到相應(yīng)的應(yīng)力分布圖，分析零部件強(qiáng)度設(shè)計(jì)是否滿足要求。三、研究計(jì)劃及進(jìn)度安排起止時(shí)間主要內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)2023.11.22-2023.12.142023.12.15-2024.1.072024.1.08-2024.1.302024.2.1-2024.3.72024.3.8-2024.3.232024.3.24-2024.4.62024.4.7-2024.4.222024.4.23-2024.5.62024.5.7-2024.5.30搜集、板材碼垛機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有關(guān)資料，提出初步設(shè)計(jì)方案。熟悉機(jī)械、傳動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，學(xué)習(xí)相關(guān)應(yīng)用軟件。通過設(shè)計(jì)思路的整理、完成總體設(shè)計(jì)方案。完成主要零部件設(shè)計(jì)，傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)工作原理進(jìn)行計(jì)算和分析，選擇合適的機(jī)械結(jié)構(gòu)。用SolidWorks軟件進(jìn)行建模，填寫畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容和論文初稿，準(zhǔn)備中期檢查材料。完成論文終稿，完成論文重復(fù)率的自查。將論文及相關(guān)材料匯總提交，準(zhǔn)備答辯PPT。進(jìn)行論文答辯及后續(xù)的材料完善工作。選擇合適的設(shè)計(jì)方案，完成總體工作流程。積累畢業(yè)論文的相關(guān)知識(shí)。規(guī)劃章節(jié)安排。根據(jù)章節(jié)安排完成零部件設(shè)計(jì)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)功能。完成整機(jī)的建模，初步完成畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容，寫出論文初稿，順利通過中期檢查。完成最終論文內(nèi)容的撰寫，使查重率控制在25%以下。完成論文重復(fù)率檢測(cè)，通過論文答辯審核的資格，完成答辯PPT。順利通過答辯，完成最后材料提交。進(jìn)行論文答辯及后續(xù)的材料完善工作。四、主要參考文獻(xiàn)[1]楊洋.碼垛機(jī)器人轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[J].南方農(nóng)機(jī),2023,54(20):38-41.[2]李國靜,林連宗.基于RobotStudio的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人仿真工作站設(shè)計(jì)與研究[J].軟件,2023,44(09):25-27.[3]馮暖,李碧萱.多傳感器的碼垛機(jī)器人生產(chǎn)線設(shè)計(jì)[J].遼寧科技學(xué)院學(xué)報(bào),2023,25(03):23-26.[4]Liu,Y.,andBen-Tzvi,P.(March15,2021)."ANewExtensibleContinuumManipulatorUsingFlexibleParallelMechanismandRigidMotionTransmission."ASME.[J].MechanismsRobotics.June2021;13(3):031014.[5]洪從魯.基于ANSYS的包裝物品碼垛機(jī)器人臂部研究[J].制造業(yè)自化,2023,45(04):71-73+145.[6]潘知瑤,費(fèi)葉琦,馬竹樵等.碼垛機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)探究[J].機(jī)電工程技術(shù),2022,51(09):88-91.[7]RenJ,CaoQ.DynamicModelingandFrequencyCharacteristicAnalysisofaNovel3-PSSFlexibleParallelMicro-Manipulator[J].Micromachines,2021,12(06):678.[8]馬陽.工業(yè)機(jī)器人在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2020，51(17)：194-196.[9]龐黨鋒,崔世鋼,田麗萍.包裝生產(chǎn)線碼垛機(jī)器人工作站虛擬仿真研究[J].包裝與食品機(jī)械,2022,40(04):68-72.[10]李小姣,田軍亮,李玉龍等.碼垛機(jī)器人底座軸承應(yīng)力特性分析[J].南方農(nóng)機(jī),2022,53(16):133-135.[11]孫麗娜.碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與工藝研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2022(02):158-160.[12]陳永奎,譚豐,譚曉東.碼垛系統(tǒng)及其夾具設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù),2022,51(03):178-181.[13]李永梅,劉金剛,馬鎰明.碼