畢業設計（論文）開題報告題目名稱：板材碼垛機器人機械結構設計學院：專業：學生姓名：學號：指導教師：職稱/學歷：2023年11月21日畢業設計（論文）開題報告選題依據國內外現狀國內：從國內來看，碼垛機器人呈現出快速增長的態勢，隨著制造業的轉型升級，越來越多的企業開始引入自動化設備，提高生產效率和品質。近些年受到疫情影響，人們活動范圍受限，各個工作場地人力不足的問題凸顯，碼垛機器人受到了各大企業的青睞，這也反映了碼垛機器人已成為未來的發展趨勢。目前，相對于日本、德國、瑞典等一些發達國家來說，國內碼垛機器人的發展水平相對較低，距國外還有一定的差距。我國對應用于工業領域機器人的研究發展較為緩慢。90年代初我國開始進行碼垛機器人的自主研發并可以逐漸滿足國內生產需求。沈陽新松機器人自動化公司是我國技術相對領先的機器人制造公司，作為我國第一家上市的機器人公司，擁有著相當高的技術水平。其研發的四軸碼垛機器人SRM160，最高可抓取300kg貨物，有效工作范圍3.15m，定位精度小于0.2mm，每分鐘可完成60次操作，精簡的零部件及高鋼性的手臂，擁有強大的負載能力，既可以應用于輕工業和還可以應用于重工業領域。新松SRM160碼垛機器人在一定程度上已達到國際先進水平，在行業里發揮著巨大作用。國外：國外市場上的板材碼垛機器人在機械結構上更為復雜，功能也更加豐富。這類機器人不僅可以實現板材的抓取和堆疊，還可以進行板材的分類、排序等操作。此外，部分高端機器人還具備自動識別板材尺寸、形狀等功能，大大提高了生產效率。國外的工業機器人發展相較于國內而言已經比較成熟，碼垛機器人的研發起步時間也比較早，日本和瑞典首次將工業機器人應用到碼垛工作中，日本研制出最大負載500kg，碼垛頻率每小時一千次的碼垛機器人，具有結構簡單、負載大、穩定等特點，得到了廣泛的應用。瑞典ABB公司研發出世界上第一臺全電控式碼垛機器人IRB6，并廣泛應用在物料的搬運和碼垛中，此后又制造出型號為IRB760的一款碼垛機器人，其工作頻率能夠達到每小時2190次，其運行速度比同時期其他產品提升15%，成為全球最快的產品，在碼垛搬運等項目里應用最多。2.發展趨勢為了讓碼垛機器人更好地服務工業生產,適用于未來的技術要求，因此碼垛機器人的未來的發展主要趨向于以下幾個方面:(1)自動化程度的提高。機械與電子科技相結合的技術越來越成為碼垛機器人主流技術,自動化和智能化的程度是衡量碼垛機器人水平的一個至關重要的指標。碼垛機器人的自動化主要體現在自動控制和自動檢測兩個方面。碼垛機器人自動化程度快速提高主要依賴于微電子、紅外線、傳感器等技術的應用,其中微型計算機在碼垛機器人中的使用大大提高了效率和質量。(2)高速化。在單機高速化的基礎上,改進板材碼垛機器人的結構設計，提高碼垛機器人系統整體的高速運轉。進而提高整個碼垛系統的運轉和生產效率。(3)多功能碼垛機器人。隨著多種類、小批量商品市場的不斷發展,以及中小型用戶的增加,使得只能對固定批量、固定尺寸進行碼垛的機器人的利用率大幅度降低,所以碼垛機器人正在逐漸的向著可以應用于各種不同的環境和商品的方向不斷發展和創新。3.應用價值板材碼垛機器人可以顯著提高倉儲和物流行業的效率和生產力。其自動化堆垛功能減少了人工對物料搬運的依賴，降低了人力成本和搬運誤差。機器人的快速響應和精準堆放可優化倉儲空間利用，提高了物料堆垛的穩定性和安全性。此外，機器人可以持續工作并適應多樣化工作環境，為企業提供了更靈活的生產調度和響應能力，從而提升整體生產效率和客戶服務水平。二、研究內容1．主要研究內容、目標及擬解決的關鍵技術（1）研究內容：eq\o\ac(○,1)針對工作要求，制定板材碼垛機器人的總體設計方案。eq\o\ac(○,2)對板材碼垛機器人進行結構設計。eq\o\ac(○,3)利用SolidWorks軟件對機器人進行三維實體建模并完成模型裝配。eq\o\ac(○,4)完成板材碼垛機器人的運動過程仿真。eq\o\ac(○,5)對主要零部件進行有限元分析并優化。eq\o\ac(○,6)完成工程圖的出圖和設計說明書的書寫。（2）目標：針對結構簡單、經濟性好、效率高、操作簡單的碼垛機器人進行設計。主要技術性能與指標：eq\o\ac(○,1)最遠跨越距離1500mm。eq\o\ac(○,2)最大搬運高度約2000mm。eq\o\ac(○,3)最大承載能力為50kg。（3）擬解決的關鍵技術問題：推動板材碼垛機器人的發展，滿足工業生產對自動化的需求，提升整個生產線的競爭力。eq\o\ac(○,1)選擇合適的機械傳動系統，以確保板材碼垛機能夠有效承受和操作目標貨物的重量，同時提供所需的提升和移動功能。eq\o\ac(○,2)選擇合適的吸盤裝置，以保持板材碼垛機在工作過程中的穩定性，特別是在高速提升和降落過程中，以確保貨物的安全和機械結構的穩定性。2．擬采取的研究方法、技術路線、實施方案及可行性分析（1）研究方法：eq\o\ac(○,1)文獻綜述法分析板材碼垛機器人應用領域需求，通過查閱知網上的相關的文獻資料，了解國內外板式碼垛機器人機械結構設計的研究現狀，了解其基本組成和工作原理，對已獲取的資料和信息進行分析、研究、總結。研究工作遵循實用性、簡單性、經濟性和安全性等基本原則，以滿足板材堆垛機的機械結構設計需求。eq\o\ac(○,2)理論分析法對搜集的資料進行整理計算，運用所學的相關知識，對板材碼垛機器人關鍵部件進行結構設計。eq\o\ac(○,3)計算機模擬仿真法通過SolidWork軟件進行三維建模仿真測試，查看結構布局是否合理，通過Abaaqus仿真進行有限元分析，進行強度測試及受力分析。（2）技術路線：查閱相關文獻資料，確定板材碼垛機器人的總體結構設計，根據機械結構設計進行機身結構設計，手臂結構設計，末端執行器結構設計，利用SolidWorks進行建模輔助完成設計，然后對關鍵零部件進行有限元受力分析完成設計。（3）實施方案：首先，機器人需要具有足夠的穩定性和承重能力，因此可以采用鋼材結構設計，并且在關鍵部位增加加強筋或加固板以增強結構剛度，考慮到板材的不同規格和重量，可使用可調節的支撐臂設計來適應不同工件。最后，為了確保機器人操作的穩定性，可在設計中選擇合適的吸盤以實現機器人抓取的穩定性。整體而言，機器人的設計應該注重穩定性、靈活性，以滿足不同板材的處理需求。（4）可行性分析：論文研究涉及到的板材碼垛機器人的機械結構設計有關技術，國內外已經開展了一定的研究，相關的研究成果可供參考。論文研究所需要的機電一體化系統設計、電機及其驅動、有限元分析等相關知識，在大學期間已經進行了系統的學習。Abaqus是一款功能強大的有限元分析軟件，可方便地導入由軟SolidWorks件建立的SLDPRT格式的三維模型。對于機車中的減震裝置和防撞部件關鍵零部件使用Abaqus進行有限元分析，通過分析機器的工作狀態和環境等因素，確定載荷和邊界條件；最后根據設定的情況進行計算求解，得到相應的應力分布圖，分析零部件強度設計是否滿足要求。三、研究計劃及進度安排起止時間主要內容預期目標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、板材碼垛機器人機械結構設計的有關資料，提出初步設計方案。熟悉機械、傳動系統的相關知識，學習相關應用軟件。通過設計思路的整理、完成總體設計方案。完成主要零部件設計，傳動系統設計。對工作原理進行計算和分析，選擇合適的機械結構。用SolidWorks軟件進行建模，填寫畢業設計相關內容和論文初稿，準備中期檢查材料。完成論文終稿，完成論文重復率的自查。將論文及相關材料匯總提交，準備答辯PPT。進行論文答辯及后續的材料完善工作。選擇合適的設計方案，完成總體工作流程。積累畢業論文的相關知識。規劃章節安排。根據章節安排完成零部件設計，傳動機構設計。設計出合理的機械結構，達到預期設計功能。完成整機的建模，初步完成畢業設計相關內容，寫出論文初稿，順利通過中期檢查。完成最終論文內容的撰寫，使查重率控制在25%以下。完成論文重復率檢測，通過論文答辯審核的資格，完成答辯PPT。順利通過答辯，完成最后材料提交。進行論文答辯及后續的材料完善工作。四、主要參考文獻[1]楊洋.碼垛機器人轉盤結構拓撲優化設計[J].南方農機,2023,54(20):38-41.[2]李國靜,林連宗.基于RobotStudio的搬運碼垛機器人仿真工作站設計與研究[J].軟件,2023,44(09):25-27.[3]馮暖,李碧萱.多傳感器的碼垛機器人生產線設計[J].遼寧科技學院學報,2023,25(03):23-26.[4]Liu,Y.,andBen-Tzvi,P.(March15,2021)."ANewExtensibleContinuumManipulatorUsingFlexibleParallelMechanismandRigidMotionTransmission."ASME.[J].MechanismsRobotics.June2021;13(3):031014.[5]洪從魯.基于ANSYS的包裝物品碼垛機器人臂部研究[J].制造業自化,2023,45(04):71-73+145.[6]潘知瑤,費葉琦,馬竹樵等.碼垛機發展現狀及趨勢探究[J].機電工程技術,2022,51(09):88-91.[7]RenJ,CaoQ.DynamicModelingandFrequencyCharacteristicAnalysisofaNovel3-PSSFlexibleParallelMicro-Manipulator[J].Micromachines,2021,12(06):678.[8]馬陽.工業機器人在我國的應用現狀和發展趨勢分析[J].南方農機，2020，51(17)：194-196.[9]龐黨鋒,崔世鋼,田麗萍.包裝生產線碼垛機器人工作站虛擬仿真研究[J].包裝與食品機械,2022,40(04):68-72.[10]李小姣,田軍亮,李玉龍等.碼垛機器人底座軸承應力特性分析[J].南方農機,2022,53(16):133-135.[11]孫麗娜.碼垛機器人控制系統的設計與工藝研究[J].機械工程與自動化,2022(02):158-160.[12]陳永奎,譚豐,譚曉東.碼垛系統及其夾具設計[J].機電工程技術,2022,51(03):178-181.[13]李永梅,劉金剛,馬鎰明.碼