2.2调研情况

在奥博特官网进行了有关调研，查阅了相关资料和观看了各种工况下的案例视频，直观感受了码垛机器人的工作过程和方式，了解了不同工况下的码垛工作所使用的末端执行器形状，为后续设计提供参考。

3.方案论证

工业机械手的构型种类很多，有直坐标型，球坐标，关节型以及圆柱形等等。本课题设计采用关节型工业机械手，关节型机械手优点在于动作收缩自如、结构更加紧凑。

方案一:四自由度机器人。在码垛时，由于不需要太高的码垛精度，且工况大多较简单，四自由度机器人足以完成大多数的码垛任务，在耗资较少，且设计简单方面考虑，四自由度码垛机器人更适合本课题。

方案二:六自由度机器人。虽说大多数工况较为简单，且码垛精度要求不高，但在某些特定的工作场合和工况环境下，六自由度机器人相较于四自由度机器人更加灵活，能够适应几乎全部的工况。

以上两种方案各有利弊，但就本着更加灵活，能够适应各种工况方面考虑，我们此次设计采用六轴机器人。

对于设计我们首先要做的是去定好任务空间，针对一般麻袋的参数确定好垛盘的大小。其次考虑结构参数，将底座设计成圆柱形或者长方形，与地面或支撑座连接处采用紧固螺栓，其余机械臂横截面设计成类似矩形的形状，然后根据工作区域，确定臂长，底座直径，最终我们要校核这些参数是否符合工作要求，对于多杆机构我们还需要考虑各部分之间的相对运动和位姿关系。

如图2为机器人搬运点、码盘相对位置布置图：

图2机器人、搬运点、码盘相对位置布置图

4.设计内容

4.1原始条件及技术要求：

设计条件：工业机器人工作频率1300次/小时，负载50kg，运转平稳可靠。在现有搬运机械手臂设计技术基础上，设计性能更优的搬运机械手臂。根据设计条件，进行结构设计、材料选择、强度和稳定性计算、部件设计选用。

4.2设计内容：

（1）确定各部件的材料和结构及加工工艺

（2）根据给定的工况及任务，确定机器人的结构，驱动方式和控制方式，以及轴数。

（3）根据给定的工况及任务，确定机器人的工作空间。

（4）根据机器人工作任务对机器人进行工作规划，确定各关节的运动速度。

（5）根据机器人工作空间，确定机器人各轴的尺寸。

（6）对机器人进行初步受力分析，根据受力分析结果对各轴进行强度和稳定性校核。

（7）根据工作要求确定机器人的定位精准。这主要取决于定位方式、运动速度、控制方式【6】等。

（8）根据工况要求，确定机械臂运动速度，选择各个轴的电机型号并进行验证。

（9）用三维软件进行建模，并导出装配图，部件图，零件图等。

（10）编写设计说明书。

5.创新点及难点分析

5.1创新点分析

之前对码垛机器人的研究，在一定的时间和空间内，使码垛机器人更加高效的完成码垛任务，工作频率达到1300次/小时【7】【8】。机械手在搬运货物时，由于货物重量的存在，使得机械臂开始运动和到达指定码垛点时会承受较大冲击，进而影响机器人使用寿命。为更加精准的对货物进行搬运，提高末端执行器的承重，提高效率，我们可以根据惯性辅助定位的方式来延长机械手臂的使用寿命，提高效率，节约成本，并且做到更加精确的搬运货物。

5.2难点分析

由于机械手臂的工作频率要求较高，货物较重，如何在一个空间，不影响灵活度和不改变外形尺寸的前提下，增加机械手的运动频率是一个难题，可以从选材，电机的选型，结构设计等方面入手增强手臂强度和运动频率，达到设计目的。此外对于机器人的控制有多种方案，有视觉控制、示教器等方式，何选择一种最佳的控制方式也是一个难点。