机器人码垛论文（码垛机器人机械部分的设计）
作者：研茂套袋机
2023-05-23
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码垛机器人的设计一个
首要任务是根据机器人所要完成的工作，先确定机器人的结构组成。可以是龙门式，挂壁安装式等。再按工作要求所给出各轴的运动行程、负载、运动速度、加速度，动作周期来选每个运动轴直线运动单元的型号，所配驱动电机及所配精密行星减速机的型号。
下图是一个典型的三维机器人码垛的现场布置情况。
下面即以此系统为例对沈阳鼎冷机电码垛机器人进行深入的阐述
此码垛机器人是应用箱体码垛搬运工作上的。
机器人码垛机为企业解决了哪些难题
般码垛机器人具备码垛与拆垛功能，可以与自动化产线配合，实现生产连续化、自动化。
码垛：机器人可以检测上一自动化工序是否来料，如果有目标物料到来，机器人按着预先设定好的垛型自动抓取并码成垛，数量达设定数量后，输出提示或者控制其自动放行。
拆垛：在保证来料垛型一致的前提下，机器人可以将物品一件件有序的摆放在输送线或其他位置。
已上两者其优点都是能保证垛型质量，整齐划一，可以在这种劳动强度大重复性高的场合解放人力，实现自动化。
码垛机器人的特点及优势是什么?
【码垛机器人的特点】
码垛机器人可完成重物抓取，搬运，翻转，对接，微调角度等三维空间移载动作，为物料上下线和生产部品组装提供极理想的搬运和组装工具。上下料码垛机械手在降低作业劳动强度提供物料安全搬运的同时，也可满足特殊环境如防爆车间、人员无法进入的危险场所提供系统解决方案。配合各种非标夹具，机械手可以实现起吊各种形状的工件，使负载达到零重力的漂浮状态，操作者可以很轻易将负载起降，移动，旋转，前顷和侧翻等。并把负载快速，精确放置在预先设定的位置，利用它一个人就能得心应手地操作原来几个人才能搬动的物品。
【码垛机器人的优势】
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、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上是无法实现的。
4、能耗低。通常机械式的码垛机的功率在26KW左右，而码垛机器人的功率为5KW左右。大大降低了客户的运行成本。
5、全部控制可在控制柜屏幕上操作即可，操作非常简单。
6、只需定位抓起点和摆放点，教示方法简单易懂。
码垛机器人的简介
随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，使得机器人在码垛、涂胶、点焊、弧焊、喷涂、搬运、测量等行业有着相当广泛的应用。
有很多个原因，包括包装的种类、工厂环境和客户需求等将码垛变成包装工厂里一块难啃的骨头。为了克服这些困难，码垛设备的各个方面都在发展改进，包括从机械手到操纵它的软件。市场上对灵活性的需求不断增长，这一个趋势已经影响到了包装的多个方面，生产线的后段也不例外。零售客户，尤其是那些具有影响力的如沃尔玛一样的大型超市，经常需要定制一些随机货盘，但是他们不得不定制每一个货盘，而货盘的形式只是偶尔会有重复。而且这类随机的货盘的高效生产是比较困难的。
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足球机器人毕业论文1--总体设计
2.2.2 机器人移动方式的选择
机器人在地面上移动的方式通常有三种：车轮式、履带式和步行式。
步行移动方式模仿人类或动物的行走机理，用腿脚走路，对环境适应性好，智能程度也相对较高。正因如此，步行移动方式在机构和控制上是最复杂的，技术上也还不成熟，不适于在要求灵活和可靠性高的比赛中。
履带式实际是一种自己为自己铺路的轮式车辆。它是将环状循环轨道履带卷绕在若干滚轮外，使车轮不直接与地面接触。履带式的的优点是着地面积比车轮式大，所以着地压强小；另外与路面黏着力强，能吸收较小的凸凹不平，适于松软不平的地面。因此，履带式广泛用在各类建筑机械及军用车辆上。
车轮式移动是最常见的一种地面行进方式。车轮式移动的优点是：能高速稳定的移动，能量利用效率高，机构和控制简单，而且技术比较成熟。它的缺点是对路面要求较高，适于平整硬质路面。
在本机器人足球比赛中，场地为室内光滑平整地面，非常适合车轮运动，因此本设计选用车轮式运动方式。
2.3.2 机器人电路硬件选择
根据规则所描述，要求机器人尺寸较为小巧，直径为22cm，并且不允许人工干设其操作，需要自动控制。因此选用单片机为核心的控制器件，小型直流电机作为动力驱动，可以达到比赛的基本要求。
单片机价格低廉，体积小巧，一般为20引脚或40引脚封装，其中包括了中央处理器，数据存储器、程序存储器输入输出设备。对于需要灵活机动，精度要求不高，有可扩展性及程序可擦写和简单成熟的编程平台等要求，单片机不失为最合适的选择。
电机选择方面，考虑到机器人本身自重不大，必且场地尺寸有限，可选用小型直流伺服电机，可用电枢电压作为速度控制信号，但必须加装减速箱以适应低转速和大扭矩的应用环境。
2.4.2 传感器元件及转换元件选择
通过对比赛规则的解读可以发现，对于球和场地基板的设计是该项比赛中最具特色内容，它对机器人的核心设计――传感器以及比赛的方式产生了决定性的影响。
发出红外光的足球意味着机器人必须有红外传感器来对其进行检测。红外线波长介于可见光和无线电波之间，大约0．76nm-1000nm，而光电传感器其所用到的波长选择在近红外区，即0．76-930nm。常用的红外线接收元件为光电二极管和光电三极管。它们可以将接收到的光变化转变的电流变化。
比赛的场地图纸为纵向的黑白灰度渐变，这意味着机器人对进攻方向作出正确判断必须要能读出场地的灰度变化信息。要实现这一功能，则要用到红外光电反射式传感器。该元件由红外发光管和接受管组成。发光管材料一般为砷化钾半导体，发光波长范围在0．76-1．5nm，小功率的管压降1．0-1．3v，平均工作电流20-50mA，红外发管有指向角，光轴，波长，辉度等性能指标。红外接收管可用上述光电二极管或三极管。
红外元件所接收的信号，根据情况的需要，要进行模拟-数字量的转换，因此需要AD转换芯片，AD转换的选择要根据所选用的的单片机来确定。本文所选用的51系列单片机，由于其端口的限制，需要AD转换器具有串口数据输出功能。
2.5.2 机器人运行算法的构想
对比赛过程的规则进行分析后发现，比赛的进行与真实的足球比赛的思维过程是一致的，机器人需要完成下述动作循环
然而在这一过程中，最关键的一步是把球攻进正确的球门。其难点在于找球的传感器与地面方向的传感器是相互独立的两套系统，怎样才能让机器人判断当前状态是找球过程还是在带球进攻过程。如果单独执行找球程序，让机器人跟随球的方向前进，很有可能把球撞入己方球门；如果单独执行方向判断程序，机器人则无法知道当前球的位置，有可能在没有控球的情况下冲向对方球门而造成无效的进攻。
怎样解决找球程序和进攻方向判断程序的衔接，避免乌龙球和无效的进攻，这是算法设计要解决的重要问题。然而笔者查阅过一些相关资料，一直没有找令人满意的算法解决方案。
由于机器人套件的外形限制，在外形上做一些改动以适应算法需要的想法无法实现。而本设计这是利用了外形可以自行设计的优势，通过加装了一个“持球探测臂”来解决算法上找球程序和进攻方向判断程序的衔接的问题。
如图所示，当机器人寻找到球，并把球控制在控球板内时，持球探测臂上垂直向下的持球传感器将接收到红外信号并转换为电流变化。利用该信号作为是否持球的判断标志，单片机不断查询该标志位。若该标志位无信号反馈，则说明机器人没有控球，执行找球程序；若该标位有信号反馈，则说明已经控球，则执行进攻方向判断及带球进攻程序。
码垛机器人原理结构应用
码垛机器人的组成装置有：
1.主动控制系统：有智能PLC及触摸屏，作为系统的中枢，用于协调各个子系统间有序工作，并查看系统设备的运行状态以及报警信息。
2.挡板装置：检测到物料到达抓取的数量值，阻隔后面的物料继续输送。
3.定位装置：将传送带运送过来的物料进行定位，便于机器人抓取。
4.码垛机器人：完成物料的抓取及码垛任务
5.托盘自动升降输送装置：批量托盘摆放，使其自动送到指定位置。
6.安全围栏：用于隔离机器人工作区域，保护人身安全。
应用工作流程：
码垛机机器人的运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由度越多，码垛机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般码垛机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对码垛机械人每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。
机器人码垛机可以集成在任何生产线中，为生产现场提供智能化、机器人化、网络化，可以实现啤酒、饮料和食品行业多种多样作业的码垛物流，广泛应用于纸箱、塑料箱、瓶类、袋类、桶装、膜包产品及灌装产品等。配套于三合一灌装线等，对各类瓶罐箱包进行码垛。码垛机自动运行分为自动进箱、转箱、分排、成堆、移堆、提堆、进托、下堆、出垛等步骤。
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