开题报告-板材码垛机器人机械结构设计

毕业设计（论文）开题报告题目名称：板材码垛机器人机械结构设计学院：专业：学生姓名：学号：指导教师：职称/学历：2023年11月21日毕业设计（论文）开题报告选题依据国内外现状国内：从国内来看，码垛机器人呈现出快速增长的态势，随着制造业的转型升级，越来越多的企业开始引入自动化设备，提高生产效率和品质。近些年受到疫情影响，人们活动范围受限，各个工作场地人力不足的问题凸显，码垛机器人受到了各大企业的青睐，这也反映了码垛机器人已成为未来的发展趋势。目前，相对于日本、德国、瑞典等一些发达国家来说，国内码垛机器人的发展水平相对较低，距国外还有一定的差距。我国对应用于工业领域机器人的研究发展较为缓慢。90年代初我国开始进行码垛机器人的自主研发并可以逐渐满足国内生产需求。沈阳新松机器人自动化公司是我国技术相对领先的机器人制造公司，作为我国第一家上市的机器人公司，拥有着相当高的技术水平。其研发的四轴码垛机器人SRM160，最高可抓取300kg货物，有效工作范围3.15m，定位精度小于0.2mm，每分钟可完成60次操作，精简的零部件及高钢性的手臂，拥有强大的负载能力，既可以应用于轻工业和还可以应用于重工业领域。新松SRM160码垛机器人在一定程度上已达到国际先进水平，在行业里发挥着巨大作用。国外：国外市场上的板材码垛机器人在机械结构上更为复杂，功能也更加丰富。这类机器人不仅可以实现板材的抓取和堆叠，还可以进行板材的分类、排序等操作。此外，部分高端机器人还具备自动识别板材尺寸、形状等功能，大大提高了生产效率。国外的工业机器人发展相较于国内而言已经比较成熟，码垛机器人的研发起步时间也比较早，日本和瑞典首次将工业机器人应用到码垛工作中，日本研制出最大负载500kg，码垛频率每小时一千次的码垛机器人，具有结构简单、负载大、稳定等特点，得到了广泛的应用。瑞典ABB公司研发出世界上第一台全电控式码垛机器人IRB6，并广泛应用在物料的搬运和码垛中，此后又制造出型号为IRB760的一款码垛机器人，其工作频率能够达到每小时2190次，其运行速度比同时期其他产品提升15%，成为全球最快的产品，在码垛搬运等项目里应用最多。2.发展趋势为了让码垛机器人更好地服务工业生产,适用于未来的技术要求，因此码垛机器人的未来的发展主要趋向于以下几个方面:(1)自动化程度的提高。机械与电子科技相结合的技术越来越成为码垛机器人主流技术,自动化和智能化的程度是衡量码垛机器人水平的一个至关重要的指标。码垛机器人的自动化主要体现在自动控制和自动检测两个方面。码垛机器人自动化程度快速提高主要依赖于微电子、红外线、传感器等技术的应用,其中微型计算机在码垛机器人中的使用大大提高了效率和质量。(2)高速化。在单机高速化的基础上,改进板材码垛机器人的结构设计，提高码垛机器人系统整体的高速运转。进而提高整个码垛系统的运转和生产效率。(3)多功能码垛机器人。随着多种类、小批量商品市场的不断发展,以及中小型用户的增加,使得只能对固定批量、固定尺寸进行码垛的机器人的利用率大幅度降低,所以码垛机器人正在逐渐的向着可以应用于各种不同的环境和商品的方向不断发展和创新。3.应用价值板材码垛机器人可以显著提高仓储和物流行业的效率和生产力。其自动化堆垛功能减少了人工对物料搬运的依赖，降低了人力成本和搬运误差。机器人的快速响应和精准堆放可优化仓储空间利用，提高了物料堆垛的稳定性和安全性。此外，机器人可以持续工作并适应多样化工作环境，为企业提供了更灵活的生产调度和响应能力，从而提升整体生产效率和客户服务水平。二、研究内容1．主要研究内容、目标及拟解决的关键技术（1）研究内容：eq\o\ac(○,1)针对工作要求，制定板材码垛机器人的总体设计方案。eq\o\ac(○,2)对板材码垛机器人进行结构设计。eq\o\ac(○,3)利用SolidWorks软件对机器人进行三维实体建模并完成模型装配。eq\o\ac(○,4)完成板材码垛机器人的运动过程仿真。eq\o\ac(○,5)对主要零部件进行有限元分析并优化。eq\o\ac(○,6)完成工程图的出图和设计说明书的书写。（2）目标：针对结构简单、经济性好、效率高、操作简单的码垛机器人进行设计。主要技术性能与指标：eq\o\ac(○,1)最远跨越距离1500mm。eq\o\ac(○,2)最大搬运高度约2000mm。eq\o\ac(○,3)最大承载能力为50kg。（3）拟解决的关键技术问题：推动板材码垛机器人的发展，满足工业生产对自动化的需求，提升整个生产线的竞争力。eq\o\ac(○,1)选择合适的机械传动系统，以确保板材码垛机能够有效承受和操作目标货物的重量，同时提供所需的提升和移动功能。eq\o\ac(○,2)选择合适的吸盘装置，以保持板材码垛机在工作过程中的稳定性，特别是在高速提升和降落过程中，以确保货物的安全和机械结构的稳定性。2．拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析（1）研究方法：eq\o\ac(○,1)文献综述法分析板材码垛机器人应用领域需求，通过查阅知网上的相关的文献资料，了解国内外板式码垛机器人机械结构设计的研究现状，了解其基本组成和工作原理，对已获取的资料和信息进行分析、研究、总结。研究工作遵循实用性、简单性、经济性和安全性等基本原则，以满足板材堆垛机的机械结构设计需求。eq\o\ac(○,2)理论分析法对搜集的资料进行整理计算，运用所学的相关知识，对板材码垛机器人关键部件进行结构设计。eq\o\ac(○,3)计算机模拟仿真法通过SolidWork软件进行三维建模仿真测试，查看结构布局是否合理，通过Abaaqus仿真进行有限元分析，进行强度测试及受力分析。（2）技术路线：查阅相关文献资料，确定板材码垛机器人的总体结构设计，根据机械结构设计进行机身结构设计，手臂结构设计，末端执行器结构设计，利用SolidWorks进行建模辅助完成设计，然后对关键零部件进行有限元受力分析完成设计。（3）实施方案：首先，机器人需要具有足够的稳定性和承重能力，因此可以采用钢材结构设计，并且在关键部位增加加强筋或加固板以增强结构刚度，考虑到板材的不同规格和重量，可使用可调节的支撑臂设计来适应不同工件。最后，为了确保机器人操作的稳定性，可在设计中选择合适的吸盘以实现机器人抓取的稳定性。整体而言，机器人的设计应该注重稳定性、灵活性，以满足不同板材的处理需求。（4）可行性分析：论文研究涉及到的板材码垛机器人的机械结构设计有关技术，国内外已经开展了一定的研究，相关的研究成果可供参考。论文研究所需要的机电一体化系统设计、电机及其驱动、有限元分析等相关知识，在大学期间已经进行了系统的学习。Abaqus是一款功能强大的有限元分析软件，可方便地导入由软SolidWorks件建立的SLDPRT格式的三维模型。对于机车中的减震装置和防撞部件关键零部件使用Abaqus进行有限元分析，通过分析机器的工作状态和环境等因素，确定载荷和边界条件；最后根据设定的情况进行计算求解，得到相应的应力分布图，分析零部件强度设计是否满足要求。三、研究计划及进度安排起止时间主要内容预期目标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、板材码垛机器人机械结构设计的有关资料，提出初步设计方案。熟悉机械、传动系统的相关知识，学习相关应用软件。通过设计思路的整理、完成总体设计方案。完成主要零部件设计，传动系统设计。对工作原理进行计算和分析，选择合适的机械结构。用SolidWorks软件进行建模，填写毕业设计相关内容和论文初稿，准备中期检查材料。完成论文终稿，完成论文重复率的自查。将论文及相关材料汇总提交，准备答辩PPT。进行论文答辩及后续的材料完善工作。选择合适的设计方案，完成总体工作流程。积累毕业论文的相关知识。规划章节安排。根据章节安排完成零部件设计，传动机构设计。设计出合理的机械结构，达到预期设计功能。完成整机的建模，初步完成毕业设计相关内容，写出论文初稿，顺利通过中期检查。完成最终论文内容的撰写，使查重率控制在25%以下。完成论文重复率检测，通过论文答辩审核的资格，完成答辩PPT。顺利通过答辩，完成最后材料提交。进行论文答辩及后续的材料完善工作。四、主要参考文献[1]杨洋.码垛机器人转盘结构拓扑优化设计[J].南方农机,2023,54(20):38-41.[2]李国静,林连宗.基于RobotStudio的搬运码垛机器人仿真工作站设计与研究[J].软件,2023,44(09):25-27.[3]冯暖,李碧萱.多传感器的码垛机器人生产线设计[J].辽宁科技学院学报,2023,25(03):23-26.[4]Liu,Y.,andBen-Tzvi,P.(March15,2021)."ANewExtensibleContinuumManipulatorUsingFlexibleParallelMechanismandRigidMotionTransmission."ASME.[J].MechanismsRobotics.June2021;13(3):031014.[5]洪从鲁.基于ANSYS的包装物品码垛机器人臂部研究[J].制造业自化,2023,45(04):71-73+145.[6]潘知瑶,费叶琦,马竹樵等.码垛机发展现状及趋势探究[J].机电工程技术,2022,51(09):88-91.[7]RenJ,CaoQ.DynamicModelingandFrequencyCharacteristicAnalysisofaNovel3-PSSFlexibleParallelMicro-Manipulator[J].Micromachines,2021,12(06):678.[8]马阳.工业机器人在我国的应用现状和发展趋势分析[J].南方农机，2020，51(17)：194-196.[9]庞党锋,崔世钢,田丽萍.包装生产线码垛机器人工作站虚拟仿真研究[J].包装与食品机械,2022,40(04):68-72.[10]李小姣,田军亮,李玉龙等.码垛机器人底座轴承应力特性分析[J].南方农机,2022,53(16):133-135.[11]孙丽娜.码垛机器人控制系统的设计与工艺研究[J].机械工程与自动化,2022(02):158-160.[12]陈永奎,谭丰,谭晓东.码垛系统及其夹具设计[J].机电工程技术,2022,51(03):178-181.[13]李永梅,刘金刚,马镒明.码