輕質(zhì)環(huán)保餐具拾取裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文開(kāi)題報(bào)告.doc

山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告表班級(jí)： 機(jī)械108 姓名：高超設(shè)計(jì)題目輕質(zhì)環(huán)保餐具拾取裝置設(shè)計(jì)一、選題背景和意義（1）背景一次性餐具方便快捷的理念在快節(jié)奏的生活中使其變得尤為重要。最近幾年，隨著環(huán)保意識(shí)的加深，一次性快餐盒也已由泡沫飯盒轉(zhuǎn)向環(huán)保飯盒，越來(lái)越受到人們的歡迎，尤其是上班族的青睞。同時(shí)，塑料由于具有毒性較低、熔點(diǎn)較高、可塑性強(qiáng)、生產(chǎn)簡(jiǎn)便及相對(duì)成本較低等特點(diǎn)，因而成了制造一次性快餐盒的主流材料。如PP塑料飯盒，PP是指聚丙烯，具有極好的機(jī)械性能和熱性能，特別適合加熱飯菜的包裝應(yīng)用。而PS聚苯乙烯，剛硬而脆，無(wú)毒，無(wú)味，特別適合冷凍食品包裝如糕點(diǎn)或沙拉等。出現(xiàn)眾多材料生產(chǎn)依次性餐盒的同時(shí)，餐具的生產(chǎn)加工過(guò)程也受到了人們的關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)每年消耗的一次性餐盒大約有150億個(gè)。而一次性餐盒的加工過(guò)程也成為了關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。對(duì)于一次性餐具的生產(chǎn),餐具加工公司已經(jīng)初具規(guī)模,機(jī)械化生產(chǎn)也被廣泛應(yīng)用,但是一次性餐具的生產(chǎn)過(guò)程中有些環(huán)節(jié)仍然需要人工的參與,一次性餐具生產(chǎn)搬運(yùn)堆放就是一個(gè)鮮明的例子。在一次性餐盒的加工生成后的整理堆放過(guò)程中，每個(gè)加工機(jī)器都需要人工將產(chǎn)品從成品槽取出，然后移到堆放位置跺好，整個(gè)過(guò)程非常簡(jiǎn)單，但又是機(jī)械性的操作。一方面工人機(jī)械工作，非常單調(diào)。另一方面，耗費(fèi)勞動(dòng)力，增加生產(chǎn)成本。對(duì)一次性餐具碼垛機(jī)器人的研究將克服人工生產(chǎn)操作的難題,提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化。（2）意義本次課題設(shè)計(jì)工作主要是針對(duì)碼垛機(jī)器人的設(shè)計(jì)，結(jié)合參考文獻(xiàn)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有碼垛機(jī)器人了解及理解，結(jié)合自己所學(xué)知識(shí)，運(yùn)用簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)完成一定的搬運(yùn)堆放，初步設(shè)計(jì)一種適合批量生產(chǎn)使用的一次性餐具碼垛機(jī)器人。對(duì)于本次課題設(shè)計(jì)的意義，進(jìn)一步了解和探討碼垛機(jī)器人的工作原理及其內(nèi)部工作條件，改進(jìn)原有生產(chǎn)過(guò)程中的弊端，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)一次性餐具加工的快速批量化生產(chǎn)。同時(shí)，還希望在做本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中通過(guò)不斷地查找資料、分析資料；不斷的使用、學(xué)習(xí)繪圖軟件與仿真軟件；不斷學(xué)習(xí)已學(xué)過(guò)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)及了解新的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，在鞏固所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)而更進(jìn)一步去了解本專(zhuān)業(yè)和拓寬自己的知識(shí)面，為日后的就業(yè)和工作需要打下一定的知識(shí)基礎(chǔ)。二、課題關(guān)鍵問(wèn)題及難點(diǎn)該課題將根據(jù)委托方聊城某廠的要求設(shè)計(jì)一款其現(xiàn)有設(shè)備上應(yīng)用的一次性餐具生產(chǎn)的自動(dòng)上下料裝置，主要技術(shù)指標(biāo)為：1.設(shè)計(jì)一款可用于按一定流程搬運(yùn)餐具的碼垛裝置，該裝置可對(duì)一次性環(huán)保餐具進(jìn)行拾取和疊放； 2.該拾取裝置的執(zhí)行件采用步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵；3.該拾取裝置采用地面放置模式； 4.系統(tǒng)的控制部分選用單片機(jī)和計(jì)算機(jī)聯(lián)動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及生產(chǎn)實(shí)際，碼垛機(jī)械手臂的定位點(diǎn)以及碼垛機(jī)器人運(yùn)行步驟的要求需要精確。一次性餐盒生產(chǎn)完成后，碼垛機(jī)械手取出餐盒的方式需要采用特定的方式，技能穩(wěn)定又能保證快捷。機(jī)械手取出餐盒到餐盒的垛疊過(guò)程需要一個(gè)輸送裝置完成。本課題研究的難點(diǎn):1、 碼垛機(jī)械手的運(yùn)行時(shí)間要與餐盒加工裝置的運(yùn)行時(shí)間保證對(duì)應(yīng)。2、 碼垛機(jī)械手取餐具的裝置要保證可靠。3、 輸送裝置要設(shè)計(jì)合理。4、 圖紙的設(shè)計(jì)以及描繪復(fù)雜。三、調(diào)研報(bào)告（或文獻(xiàn)綜述）文獻(xiàn)綜述一次性餐具方便快捷的理念在快節(jié)奏的生活中使其變得尤為重要.對(duì)于一次性餐具的生產(chǎn),餐具加工公司已經(jīng)初具規(guī)模,機(jī)械化生產(chǎn)也被廣泛應(yīng)用,但是一次性餐具的生產(chǎn)過(guò)程中有些環(huán)節(jié)仍然需要人工的參與,一次性餐具生產(chǎn)搬運(yùn)堆放就是一個(gè)鮮明的例子。對(duì)一次性餐具碼垛機(jī)器人的研究將克服人工生產(chǎn)操作的難題,提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化。對(duì)于碼垛機(jī)器人,國(guó)內(nèi)外都有大量的研究. 從20世紀(jì)60年代,國(guó)外開(kāi)始研究工業(yè)機(jī)器人,碼垛機(jī)器人是伴隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展誕生的,日本、德國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的研究已取得一定成果。日本和瑞典是最早將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)用于物體的碼放和搬運(yùn)。20世紀(jì)70年代末日本第一次將機(jī)器人技術(shù)用于碼垛作業(yè)。1974年,瑞典ABB公司研發(fā)了全球第一臺(tái)全電控式工業(yè)機(jī)器人IRB6,主要應(yīng)用于工件的取放和物料的搬運(yùn)。除此之外,德國(guó)、意大利、韓國(guó)等國(guó)家工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)水平也相當(dāng)高。隨著計(jì) 算機(jī)技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)以及人工智能控制等技術(shù)的發(fā)展和日趨成熟,日本、德國(guó)、美國(guó)、瑞典、意大利、韓國(guó)等國(guó)家在包裝碼垛機(jī)器人的研究上做了大量工作, 相應(yīng)推出了自己的碼垛機(jī)器人,如日本的FANUC和OKURA以及FUJI系列,德國(guó)的KUKA系列,瑞典ABB系列等。德國(guó)、瑞典以及日本等國(guó)家的碼 垛機(jī)器人一般為46軸機(jī)器人,主要由固定底座、連桿、連桿臂、臂部、腕部以及末端執(zhí)行器組成,見(jiàn)圖1。機(jī)器人主體多采用優(yōu)質(zhì)輕巧的鑄鋁材料制造和連桿式 關(guān)節(jié)型的機(jī)構(gòu)形式,均利用CAD和FEM有限元技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),具有較高的機(jī)械性能和抗震能力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均采用模塊式數(shù)字化AC伺服電機(jī)和RV減速器,取消了腕部關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和平衡塊,大大優(yōu)化了整機(jī)結(jié)構(gòu);針對(duì)不同類(lèi)型的產(chǎn)品和包裝件,還設(shè)計(jì) 了真空吸持、夾持、叉式等多種形式的智慧末端執(zhí)行器。這些先進(jìn)碼垛機(jī)器人最顯著的技術(shù)特點(diǎn)就是采用了基于PC的開(kāi)放式控制系統(tǒng),令機(jī)器人能夠高速、精準(zhǔn)、 穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。如瑞典ABB公司為IRB系列碼垛機(jī)器人研發(fā)了主動(dòng)安全軟件和被動(dòng)安全軟件,可對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和載荷情況進(jìn)行監(jiān)控;電子穩(wěn)定路徑功能可確 保機(jī)器人在考慮加速度、阻力、重力、慣性等條件的同時(shí),遵循預(yù)定運(yùn)行路徑;主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)可以確保機(jī)器人維持運(yùn)行路徑的同時(shí)對(duì)制動(dòng)予以控制,被動(dòng)安全功能可 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人進(jìn)行負(fù)載識(shí)別?；诰W(wǎng)絡(luò)的軟件工具用于遠(yuǎn)程聯(lián) 機(jī)、診斷和生產(chǎn)監(jiān)控;還專(zhuān)門(mén)配備了機(jī)器視覺(jué)引導(dǎo)系統(tǒng),用于引導(dǎo)機(jī)器人完成拆垛和檢查工作。目前,國(guó)外碼垛機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 1)碼垛機(jī)器人本體采用新結(jié) 構(gòu)。廣泛采用有限元、模態(tài)分析及仿真設(shè)計(jì)等現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法,機(jī)器人大臂采用非平行四邊形單連桿機(jī)構(gòu),工作空間有所增加,本體自重進(jìn)一步減小,更加靈巧。先 進(jìn)的RV減速器和強(qiáng)大的關(guān)節(jié)交流伺服電機(jī),提高了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度、平穩(wěn)性和跟蹤精度。針對(duì)不同操作對(duì)象和工作要求,開(kāi)發(fā)了配備力覺(jué)、觸覺(jué)傳感器的多種結(jié) 構(gòu)型式的智能末端執(zhí)行器,可實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品的包裝、搬運(yùn)、碼垛、拆垛等作業(yè),并確保對(duì)產(chǎn)品不會(huì)造成損壞。 2)控制系統(tǒng)性能優(yōu)越。基于PC的控制系統(tǒng)體積越來(lái)越小型化,實(shí)現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制,具備網(wǎng)絡(luò)通信功能,程序容量大,可控制的軸數(shù)可達(dá)27根。采用多功能、大屏幕的示教盒,機(jī)器人編程方式以示教編程方式為主。 3)國(guó)外碼垛機(jī)器人廣泛應(yīng)用在包裝、物流、食品、飲料、化工、建筑、醫(yī)藥等行業(yè),可完成食品、藥品、啤酒飲料等多種產(chǎn)品的裝箱、搬運(yùn)、碼垛、拆垛等作業(yè),實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)制造企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化,大大提高了生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益。中國(guó)對(duì)于碼垛機(jī)器人的研究也逐漸開(kāi)始，碼垛機(jī)械手在石化、化工生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從上世紀(jì)8O年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人，其中有1 30多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在20余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(xiàn)站上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人也已應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝在線(xiàn)。起初，從總體來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外相比還有一定的差距，如可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域狹窄，生產(chǎn)線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外相比仍有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200多臺(tái)，僅占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。形成以上現(xiàn)象的主要原因是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是迎合客戶(hù)的要求，即“一個(gè)客戶(hù)，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多，批量小，零部件通用化程度低，供貨周期長(zhǎng)，成本高，而且質(zhì)量和可靠性 穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，完善系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。目前，在通貨膨脹、人力成本逐漸升高的經(jīng)濟(jì)背景下，從現(xiàn)有國(guó)內(nèi)餐具加工工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，機(jī)器人需求量將相當(dāng)可觀。業(yè)界給出高度評(píng)價(jià)和關(guān)注。 在近10年的時(shí)間里,我國(guó)涌現(xiàn)出一批具有較強(qiáng)實(shí)力的專(zhuān)家企業(yè)、產(chǎn)業(yè)基地和科研院校。沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司為滿(mǎn)足客戶(hù)特定 環(huán)境下的需求,成功開(kāi)發(fā)了碼垛機(jī)器人系統(tǒng)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)于2004年推出的1600型基于FFS的高速高精度稱(chēng)重包裝碼垛生產(chǎn)線(xiàn),采用全新結(jié)構(gòu)型式與原 理的新型全自動(dòng)稱(chēng)重、包裝、機(jī)器人碼垛生產(chǎn)線(xiàn),生產(chǎn)能力可達(dá)1600包/小時(shí)以上。 上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所攜手沃迪包裝科技有限公司開(kāi)發(fā)出了新一代TPR系列碼垛機(jī)器人,具有獨(dú)特的線(xiàn)性四連桿機(jī)構(gòu),采用高強(qiáng)度鋁合金制造的節(jié)能環(huán) 保手臂,生產(chǎn)能力可達(dá)1600包/小時(shí)?；诠I(yè)PC的控制器系統(tǒng)以及碼蘇海新等人開(kāi)發(fā)了新型工業(yè)碼垛機(jī)器人,其主體結(jié)構(gòu)是基于平衡吊原理的七桿機(jī)構(gòu),具有4個(gè)自由度;開(kāi)發(fā)了一種基于IPC和PMAC的模塊化分布式控制 系統(tǒng),集主機(jī)通訊、運(yùn)動(dòng)控制、后臺(tái)任務(wù)處理等垛現(xiàn)場(chǎng)3D仿真和自動(dòng)干涉檢測(cè),大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。李成偉等人研究設(shè)計(jì)了一種4自由度并聯(lián)關(guān)節(jié)式搬運(yùn)碼垛機(jī)器人,只需更換手爪,即可對(duì)硬紙箱、塑料箱、袋狀物、盒裝物等搬運(yùn)碼垛。控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了基于PC的模塊化分布式控制結(jié)構(gòu),上位機(jī)采用普通工業(yè)PC,實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和作業(yè)管理,下位機(jī)采用PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡和PLC可編程控制器,實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和控制。 20世紀(jì)90年代中期至今,青島、玉溪等卷煙廠采用碼垛機(jī)器人對(duì)其卷煙成品進(jìn)行碼垛作業(yè),節(jié)省了大量人力,減少了煙箱破損。碼垛機(jī)器人配備條碼識(shí)別 器可以實(shí)現(xiàn)2種以上品牌產(chǎn)品的碼垛;利用真空吸盤(pán)可以實(shí)現(xiàn)成品拆垛;利用圖像識(shí)別系統(tǒng)和多功能機(jī)械手,實(shí)現(xiàn)了各種輔料托盤(pán)的識(shí)別和抓取,完成卷煙輔料的搭 配作業(yè)。目前,青島啤酒、燕京啤酒、廣州珠江啤酒、東莞雪花啤酒等知名大型啤酒生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)采用全自動(dòng)、半自動(dòng)碼拆垛設(shè)備和機(jī)器人系統(tǒng),碼垛 效率得到了極大提高,現(xiàn)在的設(shè)備基本可以完成4800060000瓶/小時(shí)的碼垛要求。新技術(shù)、新設(shè)備、新材料不僅可幫助企業(yè)根據(jù)各自的需求和企業(yè)文化開(kāi)發(fā)個(gè)性化的產(chǎn)品和包裝，而且可以降低原材料、設(shè)備和生產(chǎn)能耗等成本，增加企業(yè)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。從國(guó)外碼垛機(jī)器人的研究現(xiàn)狀看，目前的研究正處于大規(guī)模使用推廣階段，我國(guó)在這方面的研究正處在自主研發(fā)和使用的起步階段。要想碼垛機(jī)器人在我國(guó)物流包裝行業(yè)推廣開(kāi)來(lái)，必須對(duì)我國(guó)國(guó)慶和行業(yè)現(xiàn)狀進(jìn)行攝入廣泛的調(diào)查研究，針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)情況、客戶(hù)要求以及碼垛機(jī)器人存在的問(wèn)題與不足，研究開(kāi)發(fā)碼垛機(jī)器人的新功能、新特點(diǎn)，以適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，并積極探索碼垛機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。另外，高負(fù)載型機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人、多智能體調(diào)控技術(shù)、遠(yuǎn)程遙控、網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制技術(shù)以及機(jī)器視覺(jué)稿精度檢測(cè)盒引導(dǎo)，將是工業(yè)機(jī)器人及其在包裝碼垛方面的重點(diǎn)發(fā)展方向。在不久的將來(lái)，碼垛機(jī)器人技術(shù)會(huì)越來(lái)越完善和成熟，在國(guó)家政策的支持下，機(jī)器人軟、硬件研發(fā)力度及人才隊(duì)伍建設(shè)不斷加大，機(jī)器人知識(shí)的廣泛普及，將使碼垛機(jī)器人廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。與此相同，一次性餐具碼垛機(jī)器人也將會(huì)進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展階段。參考文獻(xiàn)1李允文.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996.2李金泉，楊向東，付鐵碼垛機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)M北京：北京理工大學(xué)出版社2011.3胡洪國(guó)，高建華，楊汝清碼垛技術(shù)綜述J組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)2000，(6)：9-12.4 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