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摘 要
码垛机器人是机械与计算机程序有机结合的产物。为现代生产提供了更高的生产效率。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。
本文首先对码垛机器人作了简单的概述；接着，分析了码垛机器人的工作原理及设计准则；然后，对码垛机器人的手部、腕部、臂部及控制系统进行了设计与校核；最后，采用CAD制图软件绘制了装配图和主要零部件图。
通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD软件，本次码垛机器人设计代表了设计的一般过程, 对今后的机器人设计工作有一定的参考价值。
关键词：码垛；机器人；设计
Abstract
Palletizing robot is a combination of mechanical and computer program. Provide a higher production efficiency for modern production. With the rapid development of the sustainable development of our country economy, science and technology, the robot has a wide range of applications in the palletizing, glue, spot welding, arc welding, spraying, handling and measurement industry.
This article first has made the simple outline of the palletizing robot; then, it analyzes the working principle and the design criterion of palletizing robot; then, of the palletizing robot hand, wrist, arm and control system were designed and checked. Finally, the CAD drawing software to draw the assembly drawing and the main parts of the map.
Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing, and master the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD software, the palletizing robot design represents the general process of design, have certain reference value for future design and robot.
Keywords: Palletizing; Robot; Design;
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪 论 1
1.1简介 1
1.2 课题研究背景和意义 1
1.3 国内外研究现况 2
第2章 总体设计 4
2.1 工业机械手的组成 4
2.1.1 执行机构 4
2.1.2 驱动机构 4
2.1.3 控制系统 5
1.2方案及参数的选择 5
第3章 结构的设计 7
3.1手部 7
3.1.1手指的形状和分类 7
3.1.3手部夹紧的设计 7
3.2 手腕 9
3.2.1 手腕的自由度 9
3.2.2 手腕的驱动力矩的计算 9
3.2.3手腕回转的尺寸及其校核 11
3.3手臂 13
3.3.1臂部设计的基本要求 13
3.3.2尺寸设计 14
3.3.3尺寸校核 15
第4章 控制系统设计 16
4.1 CPU与存储器 16
4.2 中断处理电路 17
4.3 8279键盘、显示 17
4.3编程 18
总 结 22
致 谢 23
参考文献 24
第1章 绪 论
1.1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。
1.2 课题研究背景和意义
随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，现代物流作为现代经济的重要组成部分和工业化进程中最为经济合理的综合服务模式，正在全国范围内得以迅速发展。自动化立体仓库作为现代物流系统的重要组成部分，是一种多层存放货物的高架仓库系统，它是在不直接进行人工干预的情况下自动地存储和取出物流的系统。
码垛机械手是完成自动化立体仓库中最重要的设备之一，是货物堆放到立体仓库的前端设备，它能够把单一的物料码放到一起，便于运输，提高了生产效率。它将已装入容器的纸箱，装入大袋的化工产品、水泥、粮食等按一定排列码放在木质（或塑料）托盘上，进行自动堆码，可堆码多层，然后推出，便于叉车运至仓库储存。可大大地减少劳动人员和降低劳动强度，是现代工业社会发展的高科技产物，对提高生产率、降低成本有着重要意义。
1.3 国内外研究现况
最早将工业机器人技术用于物体的码放和搬运是日本和瑞典。20世纪70年代末日本第一次将机器人技术用于码垛作业。1974年，瑞典ABB公司研发了全球第一台全电控式工业机器人IRB6，主要应用于工件的取放和物料的搬运。除此之外，德国、意大利、韩国等国家工业机器人的研发水平也相当高。随着计算机技术、工业机器人技术以及人工智能控制等技术的发展和日趋成熟，日本、德国、美国、瑞典、意大利、韩国等国家在包装码垛机器人的研究上做了大量工作，相应推出了自己的码垛机器人，如日本的FANUC和OKURA以及FUJI系列，德国的KUKA系列，瑞典的ABB系列等。
德国、瑞典以及日本等国家的码垛机器人一般为4~6轴机器人，主要由固定底座、连杆、连杆臂、臂部、腕部以及末端执行器组成。机器人主体多采用优质轻巧的铸铝材料制造和连杆式关节型的机构形式，均利用CAD和FEM有限元技术进行结构优化设计，具有较高的机械性能和抗震能力；驱动系统均采用模块式数字化AC伺服电机和RV减速器，取消了腕部关节驱动电机和平衡块，大大优化了整机结构;针对不同类型的产品和包装件，还设计了真空吸持、夹持、义式等多种形式的智能末端执行器。这些先进码垛机器人最显著的技术特点就是采用了基于PC的开放式控制系统，令机器人能够高速、精准、稳定可靠地运行。如瑞典ABB公司为IRB系列码垛机器人研发了主动安全软件和被动安全软件，可对机器人的运动和载荷情况进行监控。日本FANUC M410i系列码垛机器人软件体系也非常强大，PalletTool /PalletPROTM用于码垛设置、仿真和操作;Supports Collision GuardTM用于减少机器人、夹持器、箱/袋以及外围设备的碰撞损坏;基于网络的软件工具用于远程联机、诊断和生产监控;还专门配备了机器视觉引导系统，用于引导机器人完成拆垛和检查工作。
我国的工业机器人从上世纪80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人，其中有130多台套喷漆机器人在20余家企业的近30条自动喷漆生产线站上获得规模应用，弧焊机器人也已应用在汽车制造厂的焊装线上。
但总体来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外相比还有一定的差距，如可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域狭窄，生产线系统技术与国外相比仍有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200多台，仅占全球已安装台数的万分之四。形成以上现象的主要原因是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是迎合客户的要求，即“一个客户，一次重新设计”，品种规格多，批量小，零部件通用化程度低，供货周期长，成本高，而且质量和可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，完善系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。
第2章 总体设计
2.1 工业机械手的组成
工业机械手是由执行机构、驱动系统和控制系统所组成的，各部关系如图2.1所示。
图2.1 机械手的组成
2.1.1 执行机构
（1）手部 即直接与工件接触的部分，一般是回转型或平移型(为回转型，因其结构简单）。也可用负压式或真空式的空气吸盘（它主要用于吸取冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。
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