旋转关节型堆垛机的运动轨迹分析
堆垛机工作原理
堆垛机工作原理堆垛机是一种用于自动化货物垂直存储和取货的设备。
其工作原理如下：1. 飞叉或伸缩臂：堆垛机的最关键部分是飞叉或伸缩臂，它们负责将货物从储存区域中取出或放入货架。
飞叉/伸缩臂通常由电动马达驱动，具有上下运动和伸缩功能。
2. 控制系统：堆垛机的控制系统是其核心，通过控制系统可以实现堆垛机的自动化操作。
控制系统通常由计算机和传感器组成，它可以监测货物的位置和状态，并根据预设的指令控制飞叉/伸缩臂的运动。
3. 轨道系统：堆垛机通常安装在固定的轨道上，轨道可以是水平的也可以是倾斜的，以便堆垛机能够在不同高度的货架之间移动。
轨道系统也可以配备定位装置，以确保堆垛机的准确定位。
4. 载货平台：堆垛机通常配备有载货平台，用于搬运货物。
载货平台通常由托盘、夹具或其他固定装置组成，以确保货物在垂直运输过程中的稳定性和安全性。
在实际操作中，堆垛机的工作流程如下：1. 接受命令：堆垛机通过控制系统接收来自操作员或上层系统的指令，包括存储、取货、重新排列货物等。
2. 轨道移动：堆垛机根据指令控制轨道系统移动到指定的货架位置。
3. 上下定位：堆垛机通过控制飞叉/伸缩臂的上下运动，将货叉准确定位到待存储或待取货的货物上方。
4. 储存/取货：堆垛机通过控制飞叉/伸缩臂的伸缩功能，将货物从货架上取下或把货物放入货架。
储存和取货操作通常需要准确的位置和高度控制，以确保货物的安全和稳定。
5. 检测和安全控制：堆垛机通过传感器检测货物位置和状态，并根据需要进行安全控制。
例如，在储存操作中，传感器可以检测到货物是否准确放置在指定位置上。
通过以上的工作原理和流程，堆垛机实现了货物的高效自动化存储和取货，提高了物流效率，并减少了人工操作的需求。
高速重工的码垛机器人的动力学分析讲解
高速重工的码垛机器人的动力学分析介绍机器人的应用越来越广，重型机器人被广泛用于汽车冶金等领域。
在重工业中，要求机器人的体积小，灵活，承载能力强，效率高。
因此现代的机器人设计的时候要求刚度最大化，震动最小化，而高刚度的实现通常是通过用重型材料来实现，这样将会导致机械臂惯性较大，因此机器人的效率比较低，功耗较大。
本文中提出了码垛机器人手臂的动态模型，找到机器人手臂的薄弱环节，并通过计算分析，已达到提高机器人的工作效率的目的。
建模与分析图1为4自由度的码垛机器人，图二为码垛机器人的手臂模型。
如图二所示，码垛机器人有两个平移运动2t ，3t 和3个平行四边形结构，其中的两个是为了保证末端执行器的运动由于连接两边都使用了轴承，工作时主要是他们起作用，因此简化图简化的时候删除了两个平行四边形机构，并且假设简化后的手臂结构能够承担正常情况下的力，如图2所示。
机器人静止时没有里的作用，工作时由于力太大会导致某些薄弱环节可能会产生微小的位移移动，且移动量随着时间的变化而变化，时变位移在震动现象中扮演者重要的角色。
大臂的重量引起的位移移动相比于所运载的重物的重量可以忽略不计。
定义在M 点的力为M F ,这样会导致在E 处产生力矩E M ,在C 出会产生力矩c M ，因此C,E,M 这个杆可以得到下列力矩平衡公式：L EM ，L CE 分别是EM ，CE 杆的长度。
杆CM 有个微小的旋转位移，旋转位移可以根据虚功原理计算：C ∆为联接点C 移动量，L CE 为CE 杆的长度，E θ为杆DE 的扭转角，可通过以下公式计算得到：G 是杆DE 的剪切模量，A 和h b 分别是杆的截面积和壁厚。
假设在B 点AC 杆和BD 杆弯变形量相同，假设作用力为B F ，则反作用力为BF '如图4所示基于叠加原理，杆AC 的变形量为AC W 是杆AC 在力C F 的作用下的形变量，AB W 是杆AB 在力B F 的作用下的形变量，L BC 是杆BC 的长度，AB θ是杆AB 末端的偏向角。
转轨式堆垛机的控制系统
转轨式堆垛机的控制系统■江苏六维物流设备实业有限公司 徐正林 万峰华 韩绍军 张军红 钱 俊1.2 转轨机构转轨机构采用电机驱动，主要由固定于地面上的底座、带对接轨道的活动板、驱动装置、传动装置、控制系统等组成。
依靠转轨装置，使推垛机进入不同的巷道完成作业。
1.3 滑触供电装置和一般的有轨巷道堆垛机相比，转轨式堆垛机采用两套集电器，分别固定在可以转向的行走驱动装置上，另外，转轨机构采用与固定在货架上滑触线的同一电源单独供电，从而保证堆垛机行走在任何位置都能安全取电。
（如图2所示）2 控制系统整个控制系统分为两个部分，转轨机构（包括其它输送及搬运设备）控制系统和堆垛机控制系统。
转轨机构控制系统通过无线以太网与堆垛机控制系统实时交换数据。
2.1 作业流程堆垛机控制系统查询转轨机构的状态信息，按照作业指令的要求，向转轨机构控制系统发出转轨申请；转轨机构控制系统根据转轨申请，控制转轨机构动作；堆垛机控制系统根据作业指令的要求行走于不同的巷道间完成作业任务，并将任务及状态信息反馈给转轨机构控制系统。
作业流程如图3所示。
2.2 控制方式转轨堆垛机采用联机及本机控制方式，本机控制方式又包含：本机自动、半自动、手动及维修方式。
联机控制方式是在WCS 控制下的自动作业方式，接收上位机的作业指令，完成相应的任务，并实时反馈作业及状态信息；本机控制方式是在堆垛机上通过HMI 操作堆垛机的控制方式，可输入作业指令，1 转轨式堆垛机的基本结构转轨式堆垛机系统一般由多个巷道、一台或几台转轨式堆垛机、一个或多个转轨装置及其它周边输送设备等组成。
转轨式巷道堆垛机（包括转轨机构）和普通的有轨巷道堆垛机相比，除了有共同的三维运行机构—水平行走机构、升降机构、货叉伸缩机构以外，还包括有不同的行走驱动转向机构、转轨动作机构、滑触供电装置等。
1.1 行走驱动转向机构转轨式堆垛机的上下横梁上分别采用两套万向轮机构实现转弯，由于弯道处的转弯半径较小，为保证弯道运行平稳、无卡阻现象，特设计了行走双轮驱动。
堆垛机节拍分析
一、堆垛机节拍分析
1、目标节拍：120板/小时；
2、输送线移载速度15m/min；
3、堆垛机进料与出料距离：均为170mm；
4、堆垛机进料与出料时间t1=2*1.7m/15m/min*60sec=14sec.
5、堆垛机平均移走速度：30m/min；
6、堆垛机平均移走距离5400mm;
7、堆垛机移走时间t2=2*5.4m/30m/min*60=22sec.
（1）第一次不移走，距离为0，进2板托盘；移载时间：0sec.
（2）第二次移载距离4050mm，进2板托盘; 移载时间：16.5sec
（3）第三次移载距离8010mm，进2板托盘；移载时间：32sec0sec
（4）第四次移载距离10800mm, 进1板托盘, 移载时间：43sec;进两板时间86sec；
（5）8板进出库移走总时间134.5sec,平均2板进出库时间34板；
8、堆垛机上设2个移载装置，即一次进2板托盘
9、平均2板进出库总时间=14sec+34sec=48sec.
10、平均每板进出库时间=24sec.
11、设计节拍=3600sec./24sec=150板/小时；大于目标节拍（120板/小时）；
二、堆垛机结构：
1、堆垛机带天轨、地轨；
2、同一台移行架上设置两套独立的移载机构，可允许两板托盘同时进出库，也可只进一板托盘；
3、为轻型高速结构，同步带传动；
4、滑触线接电；
5、移走与升降同时进行，节省升降时间；
6、下层进出与库存线同高度，节省下层升降时间；
7、移走变频器调速；升降变频器调速；
8、移走实际平均速度约30m/min;
9、。
堆垛机s曲线算法程序
堆垛机s曲线算法程序堆垛机s曲线算法程序是一种广泛应用于仓储物流领域的算法，主要用于控制堆垛机的运动，实现货物的堆垛和取货。
该算法可以根据货物的位置、堆垛机的当前位置、目标位置以及运动速度等因素，计算出最优的运动轨迹，以确保堆垛机能够快速、准确地完成货物的堆垛和取货任务。
一、算法原理s曲线算法是一种基于曲线的运动规划算法，其基本思想是将堆垛机的运动轨迹规划成一系列的平滑曲线，使得堆垛机能够在最短的时间内到达目标位置。
具体来说，s曲线算法将堆垛机的运动轨迹划分为多个小段，每一段都由一个平滑的曲线组成，曲线的形状可以根据实际需求进行调整。
在每一段曲线上，堆垛机的运动速度和方向都是连续变化的，以保证堆垛机的运动是平滑的。
二、程序实现以下是一个简单的堆垛机s曲线算法程序的示例：```pythonimport math# 定义堆垛机参数stack_height = 10 # 堆垛机高度stack_width = 2 # 货物宽度target_pos = (1, 0) # 目标位置current_pos = (0, 0) # 当前位置vel = 0.5 # 运动速度# 定义曲线参数num_segments = 10 # 曲线段数curve_radius = 1 # 曲线半径angle_step = math.pi / num_segments # 角度步长vel_step = vel / num_segments # 速度步长# 初始化位置和速度向量pos = current_posvel_vec = [0, 0]# 计算每个曲线的起点和终点for i in range(num_segments):start_pos = posend_pos = [pos[0] + vel * math.cos(i * angle_step), pos[1] + vel * math.sin(i * angle_step)]vel_vec[1] += vel_step * velpos += [end_pos[0] - start_pos[0], end_pos[1] -start_pos[1]] / stack_height[0] * stack_height[1] / 2 + current_pos[1] / 2vel = math.sqrt(vel_vec[0] ** 2 + vel_vec[1] ** 2) # 计算当前速度大小if vel < vel * math.abs(vel / stack_height[0]): # 检查速度是否超限break# 根据起点和终点计算曲线方程curve = [start_pos, end_pos]for i in range(len(curve) - 1):curve.append((curve[i][0] + curve[i + 1][0]) / 2, (curve[i][1] + curve[i + 1][1]) / 2)if i % num_segments == num_segments - 2: # 每n个点绘制一条曲线线段，n为段数print("({:.2f}, {:.2f}), ({:.2f}, {:.2f}) -> ({:.2f}, {:.2f})".format(curve[i][0], curve[i][1], curve[i + 1][0], curve[i + 1][1], curve[i + num_segments //num_segments][0], curve[i + num_segments // num_segments][1])) ```这个程序首先定义了堆垛机的参数和曲线参数，然后根据这些参数计算出每个曲线的起点和终点，并根据起点和终点计算出曲线方程。
码垛机器人运动学分析与仿真
正运动 学求解 ， 到 了各关 节变量与末端位置运动 方程 ， 得 并应 用 Ａ Ａ Ｄ ＭＳ软件对机 器人 进行运动 学仿 真分析。 真结果验 仿 证 了理论推导的正确性 ， 为以后机 器人 的静 、 态特性分析做参考 。 动
关键词 ： 码垛 机 器 人
中图 分 类 号 ：Ｐ ４ Ｔ ２２
４ 结ห้องสมุดไป่ตู้论
１ 利 用 Ｐ ｏ Ｅ参 数 化 建 模 方 法 ， 得 建 模 更 加 快 ） ｒ／ 使
张朝 晖主编． Ｎ Ｙ １ ． 结构分析工程应用实例解析 ［ ． Ａ Ｓ Ｓ １０ Ｍ】
北 京 ： 械 工 业 出 版 社 ，０ ８ 机 ２０ ．
孙桓， 陈作模． 机械原理［ ． Ｍ】北京 ： 高等教育 出版社 ，０ １ ２０． 濮 良贵 ， 纪名刚． 机械设计 ［ ． Ｍ】北京： 高等教育出版社 ，
１ｊ １Ｊ １Ｊ
术 ， 别 是 机 器 人 码 垛 技 术 以其 在 机 械 结 构 、 用 范 特 适 围 、 备 占地 空 间 、 活 性 、 本 以 及 维 护 等 方 面 的 优 设 灵 成
势 使 其 应 用 渐 为 广 泛 ， 成 为 一 种 发 展 趋 势 。 器 人 运 并 机 动 学 分 析 的 目的 是 分 析 机 器 人 是 否 能 够 满 足 工 作 的 要
杨小兰 ， 刘极峰， 陈施 ． 基于 Ａ Ｓ Ｓ的有 限元 法网格划分 ＮＹ 浅析 【］煤矿机械 ，０ ５ ２ （ ）３ ３ ． Ｊ． ２ ０ ，６ １： ８— ９ 卜 忠红， 更， 刘 吴立言， 基 于线性规划法 的齿轮 啮合刚 等． 度与载荷分布计算的改进方法 ［１机械科学与技术 ，０ ８ Ｊ． ２０ ，
码 垛 机 器 人 运 动 学 分 析 真 与
堆垛机工作原理
堆垛机工作原理堆垛机是一种用于货物垂直存储和搬运的自动化设备，它在现代物流仓储系统中起着至关重要的作用。
堆垛机的工作原理是通过一系列的机械设备和控制系统，实现对货物的自动化存储和取货，提高了仓储效率和空间利用率。
下面我们将详细介绍堆垛机的工作原理。
首先，堆垛机由机架、提升机构、行走机构、载货台、操作系统等部分组成。
当需要存储货物时，堆垛机的提升机构将货物从地面提升到指定的高度，然后行走机构将货物移动到指定的存储位置上。
在存储货物时，堆垛机的操作系统会自动记录货物的位置和数量，确保货物的准确存储。
当需要取货时，堆垛机会按照指令将货物从指定位置取出，并通过提升机构将货物下放到地面，完成取货流程。
其次，堆垛机的行走机构是实现货物搬运的关键部分。
它通常采用轮式或履带式结构，能够在仓库内灵活移动，将货物从一个位置转移到另一个位置。
行走机构的设计和控制对于提高堆垛机的工作效率和安全性至关重要。
此外，堆垛机的提升机构是实现货物垂直存储和取货的关键部分。
它通常采用液压升降或电动升降的方式，能够将货物从地面提升到指定的高度，实现货物的垂直存储和取货。
最后，堆垛机的操作系统是整个设备的大脑，它能够实现对堆垛机的自动控制和监控。
操作系统通常采用PLC控制器或者计算机控制，能够实现对堆垛机的精准控制和监控，确保设备的安全稳定运行。
总的来说，堆垛机的工作原理是通过机械结构和控制系统的协同作用，实现对货物的自动化存储和取货。
它能够大大提高仓储效率，节约人力成本，是现代物流仓储系统中不可或缺的重要设备。
希望本文所介绍的堆垛机工作原理能够对读者有所帮助，进一步了解和认识堆垛机的工作原理。
四自由度关节机器人码垛运动分析与仿真
电子技术• Electronic Technology116 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】关节机器人 码垛 四自由度1 前言常见的工业机器人按照坐标可以分成极坐标型、圆柱坐标型、直角坐标型、关节坐标型等。
其中关节坐标型虽然具有运动耦合性强，控制较复杂的特点，但因其运动灵活性最好，自身占据空间小，作为一种通用平台获得广泛应用。
关节型机器人与人的手臂非常类似，主要由底座、大臂和小臂三部分构成，大臂、小臂在通过底座的垂平面内运动。
连接大臂和底座间的关节一般称作肩关节；连接大、小臂的关节称肘关节。
要实现水平面上的旋转运动，既可由肩关节完成，也可绕底座旋转实现。
其通常按照给定程序、轨迹及要求模拟人手动作来实现抓取和搬运等特定功能，常应用于物品自动码垛场合。
2 关节机器人结构及运动特性设计的关节机器人结构如图1所示。
其由横向移动的大臂（x 轴）、左右旋转的腰部（y 轴）、上下移动的小臂（z 轴）与可用作夹持器具的腕部（w 轴）四个自由度组成。
其中腰部高245mm ，且绕腰部关节轴心做360°旋转运动；大臂总长480mm ，垂直于腰部轴心，利用电机经丝杆传动做横向运动，伸缩行程为260mm ；小臂臂长为250mm ，由小臂电机经连杆驱动，绕大臂一端做旋转运动；腕部由电机驱动实现360度自由旋转，其上安四自由度关节机器人码垛运动分析与仿真文/戴伟 陈峰 周根荣装不同类型的手抓，可以实现抓取、夹持、吸附等不同的功能，最大承载重量为1.5kg 。
机械臂底座、横杠后端与腕部有四个步进电机顺序安装，配以减速器，用以完成四自由度驱动，周身还设有接近传感器与限位开关，接近传感器可以通过探测特定位置安装的突出螺丝，用来检测关节机器人运动位置，提供给控制器进行决策。
3 码垛运动过程运动规划在物品自动码垛过程中，码垛点往往是事先确定好的，关节机器人只需要在运动过程准确有序的到达即可，对于相邻点位间的运动轨迹可以不需要太精确。
关节型码垛机械手运动学分析及仿真
关节型码垛机械手运动学分析及仿真
关节型码垛机械手运动学分析及仿真
毛立民;邹剑
【摘要】根据关节型码垛机械手的结构特点,运用D-H方法建立机械手的运动学
模型,并对其进行位姿、速度正反问题的分析和求解,得到关节型码垛机械手的雅可
比矩阵和逆雅可比矩阵,在此基础上运用ADAMS软件对机械手码垛过程进行仿真,得到关节扭矩、关节角速度曲线,并利用仿真结果完成伺服电机的选型,为控制系统
研制提供依据.
【期刊名称】《组合机床与自动化加工技术》
【年(卷),期】2010(000)009
【总页数】4页(P44-47)
【关键词】关节型码垛机械手;运动学;雅可比;ADAMS 仿真
【作者】毛立民;邹剑
【作者单位】东华大学,纺织装备教育部工程研究中心,上海,201620;东华大学,纺织装备教育部工程研究中心,上海,201620 【正文语种】中文
【中图分类】工业技术
·控制与检测组合机床与自动化加工技术文章编号：1001 - 2265(2010)
08-0044-04关节型码垛机械手运动学分析及仿真毛立民，邹剑（东华大学纺织装备教育部工程研究中心，上海201620 ）摘要：根据关
节型码垛机械手的结构特点，运用 D-H 方法建立机械手的运动学模型，。
堆垛机叉齿行程
堆垛机叉齿行程摘要：一、引言二、堆垛机叉齿的概念与结构三、叉齿行程的分类与特点四、叉齿行程对堆垛机性能的影响五、叉齿行程的优化与调整六、总结正文：堆垛机叉齿行程是堆垛机运行过程中，叉齿从最低点到最高点再到最低点的运动过程。
这一过程直接影响着堆垛机的运行效率、稳定性和安全性。
本文将详细介绍堆垛机叉齿行程的概念、分类、特点及其对堆垛机性能的影响，并探讨叉齿行程的优化与调整方法。
一、引言堆垛机是现代化仓储物流系统中不可或缺的设备，它可以在有限的空间内实现高效、准确、安全的物料搬运。
叉齿作为堆垛机的关键执行部件，其行程对于整个堆垛机的运行至关重要。
了解和掌握叉齿行程的原理和特性，有助于我们更好地使用和维护堆垛机，提高仓储物流系统的整体运作水平。
二、堆垛机叉齿的概念与结构叉齿是堆垛机用来抓取和搬运货物的装置，通常由上、下两个部分组成，中间通过关节连接。
上部分是叉齿臂，下部分是叉齿，两者在关节处可以作相对运动。
叉齿行程就是指叉齿在一定范围内作上下运动的过程。
三、叉齿行程的分类与特点1.根据行程范围，叉齿行程可分为有限行程和无限行程。
有限行程指叉齿在一定范围内上下运动，而无限行程则表示叉齿可以无限制地上下运动。
2.根据运动方式，叉齿行程可分为直线运动和曲线运动。
直线运动指叉齿在直线轨道上运动，曲线运动则表示叉齿在弯曲的轨道上运动。
四、叉齿行程对堆垛机性能的影响1.叉齿行程直接影响着堆垛机的负载能力和作业效率。
行程越大，叉齿所能抓取的货物范围就越广，堆垛机的负载能力也就越强。
2.叉齿行程对堆垛机的运动平稳性有重要影响。
合理的叉齿行程设计可以减小叉齿在运动过程中的冲击和振动，提高堆垛机的运行稳定性。
3.叉齿行程与堆垛机的安全性密切相关。
过大的行程可能导致叉齿与货架或周围设备发生碰撞，影响堆垛机的安全运行。
五、叉齿行程的优化与调整1.在设计阶段，应根据堆垛机的实际需求和使用环境，合理确定叉齿行程的范围和方式。
2.在使用过程中，应定期检查叉齿行程，发现异常情况及时进行调整和维修。
关节型码垛机器人轨迹规划及运动学研究
关节型码垛机器人轨迹规划及运动学研究
郭瑞峰;李岩鹤;史世怀
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2017(000)001
【摘要】为了使关节型码垛机器人运动更加精确、流畅、连续、平稳的码放货物,提出了基于双平行四边形机构码垛机器人的轨迹规划及运动学分析方法.根据D-H 法建立运动学模型,并对其进行反解.采用“5-3-5”轨迹规划法,将各关节运动轨迹分为三段,使用不同低阶多项式对各轨迹段进行插补.利用MATLAB进行运动学仿真分析,并生成关节角、角速.度、角加速度变化曲线.利用拉格朗日方程推导各关节驱动力矩,保证各关节按照期望的角速度和角加速度运动.为实现关节型码垛机器人轨迹规划提出一种新的方法.
【总页数】4页(P76-78,82)
【作者】郭瑞峰;李岩鹤;史世怀
【作者单位】西安建筑科技大学机电工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学机电工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学机电工程学院,陕西西安710055
【正文语种】中文
【中图分类】TH16
【相关文献】
1.关节型机器人轨迹规划算法及轨迹规划研究现状 [J], 孙瑛;程文韬;李公法;孔建益;蒋国璋;李喆
2.关节型码垛机器人自主避障的方法研究 [J], 郭瑞峰; 张文辉; 彭战奎
3.码垛机器人运动学分析及关节空间轨迹规划研究 [J], 张程; 张卓
4.局部闭链码垛机器人运动学分析及轨迹规划 [J], 余亮;张龙;王鹏
5.关节型机械臂高承载轨迹规划方法研究 [J], 唐润智;李铁军;杨冬
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
旋回机构工作原理及运动规律分析
旋回机构工作原理及运动规律分析摘要本文主要介绍了旋回机构工作原理,并对其运动规律进行了分析,对瓷质砖抛光磨头研发有一定的参考价值。
关键词旋回机构，工作原理，运动规律1引言瓷质砖抛光磨头是瓷质砖抛光机上的重要部件。
其工作特点是：磨块工作面为圆弧面，磨盘上的六个T形磨块在随磨盘转动的同时，自身以一定的速度往复摆动。
为实现磨块工作时的往复摆动，有多种机构供选择。
目前最常见的有凸轮式和旋回式两种形式，其中凸轮式结构简单，但使用中易磨损；旋回式结构及原理相对较复杂，但使用寿命较长；两者运动特性也各有不同。
下面就旋回机构的工作原理及运动规律进行相关分析和讨论。
2工作原理如图1，斜盘5与齿轮7固联在一起,转盘4与斜盘5通过轴承8联接,转盘4与活动销(3件)3铰接,且向外伸出,活动销3与摆杆1通过滑套2插接。
当斜盘5在齿轮7驱动下绕轴套6旋转时，转盘4通过活动销3使得滑套2的中心绕K点上下摆动，从而驱动各主动摆杆，各主动摆杆通过锥齿，使得各从动摆杆相应摆动，从而形成了各摆杆“此起彼伏”的运动效果。
文章内容：1摆杆2滑套3活动销4转盘5斜盘6旋转轴套7齿轮8轴承图1 机构原理图该机构是如何实现预定运动的呢？图2所示的是该机构中的关键元件斜盘5，其特征是安装运动元件的设计中心线与实际迥转中心线间有一倾角α，设计中心线与迥转中心线的交点为K。
工作时（见图1）,轴承8内圈与斜盘5一起（假定）顺时针转动, 而轴承8外圈与转盘4因与各主动摆杆连接在一起,不能转动。
这样，它们与斜盘5就有了相对运动（转动）。
为便于研究，采用凸轮研究中最常用的反转法分析，现假定斜盘5是静止的，这就相当于转盘4逆时针旋转，由于各件均是刚体（不可压缩，不变形），这就使得KN（N：滑套中心）在转动过程中与斜盘设计中心线KT始终保持垂直关系（KT绕旋转轴套6中心转）,而N点与K点始终保持定长,这就是说N点的运动规迹是一个圆。
同时,KN的运动轨迹(扫描一周)组成了一个平面（KN⊥KT）。
码垛机器人运动学分析与仿真_芮执元
使得模型的 捷， 且利用 *:; < = 与 &>(?( 的专用接口， 导入更加方便、 准确， 可以看出 &>(?( 进行有限元接 触分析的是非常精确， 为齿轮的优化设计提供了理论 参考。 利用以上设置， +） &>(?( 在 求 解 接 触 问 题 时 能 获得更精确的解， 利 用 &>(?( 通 过 静 力 分 析 来 完 成 对连续啮合动态 过程的仿真， 缩短计算时间， 节省成 本。 可 以更 清楚 地了 解齿 轮所 受接 触应 力的 变化 9） 规律， 可以看出， 接触应力在单齿 啮合阶段是相对较 大的， 且在节线靠近齿根的部分接触应力达到最大 值， 在远离节线的齿顶部位， 接触应力相对较小， 这就 是为 什么点 蚀一般发 生在节 线附近 靠近 齿根的 部位 的原因。
"
机器人运动学分析
可以根据机器人的结构形式建立机器人的连杆坐
!! 0 % # + 0 )+ + )+
标系， 如图 * 所示， 关节 % 的轴线为铅垂方向， 关节 * 、 关 节 2 和关节 , 的轴线水平且平行。 建立连杆坐标系的规 则如下： 连杆 $ 坐标系的坐标原点位于 $ / % 关节轴线 %）
!
机器人的设计模型
铝锭连铸生产线码垛机器人的工作要求： 机器人的
码垛重量为2++ ?@， 垂直到达距 层码垛速度为& > # 循环， 离为 * ’++ $$， 水平到达距离为 * 2++ $$。 码垛机器人 的层码垛速度为& > # 循环， 码垛机器人在初始位置时机 器人夹具到铝锭层的距离为% +++ $$， 在机器人的一个 工作循环中， 机器人首先从初始位置下移 % +++ $$， 然 后抓取铝锭， 接着返回初始位置， 腰部关节以* 2++ $$ 为半径旋转 %&+-， 然后下移 % +++ $$， 摆放铝锭， 最后 返回初始位置。 在这个过程中， 机器人末端的总位移为 夹紧铝锭为 +1 ’ >， 摆放铝锭为 %1 ’ >， 机器 %% *** $$， 人的移动速度就应该达到% &4+1 22 $$ # >。 结构图如图 %所示。 本文设计开 发的 , 自 由度的关节型 码垛机器人 ， 它主要由底座、 腰部、 大臂、 小臂、 手腕 ’ 部分组成， 包 括 , 个旋转自由度分别是腰部旋转关节、 大臂摆动关 节、 小臂摆动关节、 腕部旋转关节。 根据机器人的工 作要求， 机器人的基本结构参数如表 % 。
一种四自由度码垛机器人机构和运动分析
一种四自由度码垛机器人机构和运动分析1 前言随着物流、食品和石化等行业的不断发展，码垛机器人发挥着越来越重要的作用，它不仅可以准确、高效地完成码垛作业，而且可以降低工人的劳动强度，提高生产效率。
目前，国外主要机器人厂家，如ABB、FANUC 等，均有较为完善的码垛机器人产品系列，垄断了国内外市场；而国内，码垛机器人的研究起步不久，还未有成熟的，产业化的码垛机器人产品出现。
本文研究了ER300 码垛机器人结构特点及运动空间，展现了一般码垛机器人与六自由度机器人的结构差异和运动空间形成方式。
2 码垛机器人机构分析基于码垛任务的实际需要，码垛机器人通常具有四自由度。
与一般垂直型六自由度串联工业机器人的结构不同，码垛机器人通过在肩部串联两个平行四边形结构使得腕关节旋转轴始终与地面垂直，从而使被抓持物始终处于水平状态；腕部结构简单，没有复杂的姿态调整结构。
目前，码垛机器人使用较为广泛的结构之一，如将此外，ER300 机器人采用了将3 轴电机和减速器均固定在三角架上的安装方式。
该种连接方式使得三角架和大臂副杆承受了小臂、手腕体和负载等组件关于3 轴的转矩M,但小臂不与大臂耦合旋转，在很大程度上简化机器人的运动方式和控制方法。
鉴于ER300 码垛机器人没有复杂的耦合运动，本文不采用传统的D-H 方法进行计算。
为研究计算D 点运动可达空间，这里将全局坐标系原点O0 固定在1 轴与地面的交点处，Y0 与1 轴重合，其余局部坐标系如在全局坐标系中，各关节点坐标与关节旋转角之间的换算关系如下：其中，R、H分别为1轴回转半径和底座高度；L2、L3分别为大臂和小臂长度；、分别为大臂相对Y1轴旋转角度，小臂相对X2轴旋转角度，本文规定逆时针旋转为正向；S为长。
零位时，2轴和3轴的旋转范围分别，.为保护码垛机器人末端平行四边形结构，防止杆件间发生干涉，ER300为小臂与三角架之间设定的安全角度为（如图3展现了在2轴两个极限位置时，小臂与三角架之间的最大和最小的安全角度。
四自由度混联码垛机器人运动学分析与仿真
XA = 1
( p x / cos 1) - H W + p+ 1
HB
ZA2 =
( p + 1) b +
VBp
VW - b -
pz
( 6)
1=
arct
an
py px
5= - 1
( 7)
式( 6) 和( 7) 即为该混联码垛机器人的位置反解。
3 四自由度混联码垛机器人运动学 分析
对式( 6) 和( 7) 求导数得
理论分析及仿真分析均在以下条件下进行: a. 腕部法兰 盘上一点 P 作为运动验证点, 如 图 2 所示, 该点在坐标系中 X 5 O 5Z5 的齐次坐标为 P= [ 0 0 0 1] T 。 b. 设机 器 人参 数 为: H B = 200m m; V B = 790mm; a = 260mm; b = 240mm; 比例系数 p = 4. 5; H W = 100mm ; V W = 135m m。在坐 标 系 X 2 O2 Z2 中, 水平滑块 A 1 沿 X 2 轴的运动范围为 [ 120, 400] ; 竖直滑块 A 2 沿 Z 2 轴的运动范围为[ 0, 400] , 1 [ 0, 2 ] , 5 [ 0, 2 ] 。
VH = [ p x p y p z ] T = GqH [ XA ZA 1 5] T ( 11)
1
2
4 四自由度混联码垛机器人运动学 仿真
为了验证运动学分析的正确性, 模拟码垛过程 中各关节的运动关系, 在此首先利用 P ro/ E 软件建 立 了 该 机 器 人 三 维 实 体 造 型, 并 将 其 导 入 到 ADAM S 中建立机 器人的 虚拟 样机模 型, 然后 在 ADAM S 环境中进行了运动学仿真, 最后与理论计 算结果进行了比较和分析。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
旋转关节型堆垛机的运动轨迹分析包胜华 刘安生大连大学机械工程系 辽宁大连 116622摘要:堆垛机是物流设备之一,在物流工程中占有重要地位。
文章介绍了4自由度堆垛机的结构特点,通过示教再现作业和运动轨迹规划,对堆垛机的动作进行了分析研究。
关键词:堆垛机;动作;机器人中图分类号:TP242 文献标识码:A 文章编号:1001-2265(2004)04-0091-02The study for action of the stackerBAO Shenghua L IU AnshengAbstract :The stacker is one of the logistics equipment ,it take a very important role in logistics engineering.The text introducethe structure characteristic of the stacker with four —DOF ,through presented in the way teaching and motion trace planning ,re 2search for movement of the stacker.K ey w ords :stacker ;action ;robot图1 主机结构原理图1 引言堆垛机是仓库起重设备之一,在物流工程中占有重要地位。
堆垛机适用于高层货架货物的提取,它可以有效地提高仓库利用率,在立体仓库自动化系统中发挥重要的作用。
近年来,随着物流业的迅猛发展,机器人堆垛技术发展也很快。
堆垛机以其柔性工作能力、占地面积小、堆垛速度快、堆垛的效果好的特点满足了世界各地的生产厂家降低劳动力成本、提高企业利润的要求。
堆垛机在结构上常采用机器人手臂的形式。
要使机器人的手臂具有人臂一样的功能,最基本的条件就是要像人一样具有腕、肘及肩关节等类似的机构。
人臂共有7个自由度。
另外,处在自由状态下的任何物体都具有6个自由度,即沿着3个直角坐标轴的移动和绕着3个坐标轴的转动。
移动决定了物体在空间某一点的位置,转动则决定了该物体在空间某位置上的方向,或称姿态。
工业机器人的手臂自由度数目前一般最多不超过6个。
有时为了降低制造成本,在满足生产要求动作的情况下,可适当地减少l ～2个自由度。
从技术观点出发,把机器人手臂的6个自由度分成两部分,即臂部确保3个自由度,腕部为l ～3个自由度。
这样的分法,符合了前面提到的臂部3个自由度决定它在空间的位置,腕部3个自由度决定它的姿态的要求。
机器人臂部3个自由度可以由移动自由度和转动自由度不同型式组合而成,而这种组合型式决定了机器人手臂的运动坐标型式,同时也决定了机器人手臂在空间运动范围的不同形状。
各种不同坐标型式的臂部运动即运动范围分为以下四种:①直角坐标型②圆柱坐标型③极坐标型④旋转关节型为了能够抓取不同形状、大小、重量和材质的物体,机器人的手指可以做成不同形状和大小。
下面就旋转关节型堆垛机的结构特点、示教再现、运动轨迹进行分析研究。
2 堆垛机的结构分析4自由度堆垛机的机械系统主要有4个关节组成,能实现以下4种运动:基座旋转(θ1),大臂前后运动(θ2),小臂上下运动(θ3)和手腕回转运动(θ4)。
4种运动全部由交流伺服电机驱动,可以满足驱动大惯性力矩负载和快速运动精确定位的要求。
堆垛机的手臂运动实质上是旋转关节型机器人的运动和定位。
它包括绕水平轴旋转的机械臂和测量头,绕垂直轴旋转的立柱以及底座,另外还有用于夹紧物品的夹紧装置。
堆垛机是一个具有4自由度的机器人结构。
它由4个旋转关节和四个连杆组成。
模拟人的腰关节,肩关节,肘关节和腕关节的作用。
与人的手臂很相似,能像人的手那样灵活动作,以达到工作空间的任何位置。
在满足测量空间和精度要求的前提下,力求缩短动作行程,简化动作轨迹,减少自由度数。
通过安装在旋转关节处的光电编码器将堆垛机的机械臂在空间的位置坐标以脉冲的形式输出到计算机,通过操作计算机上的图形界面软件显示测量结果。
其主机结构原理如图1所示。
四个关节转角是可以测量的,四个杆长是已知的,根据正向齐次坐标变换原理可求得测量点坐标与各关节转角的关系:P =F ( )其中P =(X ,Y ,Z )t 为测量点位置矢量。
=(θ1,θ2,θ3,θ4)t 为关节转角矢量。
3 堆垛机的运动轨迹分析堆垛机的工作动作通常是通过示教再现方式实现的,即将整个堆垛过程的物品放置点、描述堆垛动作的必要点都要向堆垛机器人示教,机器人系统记录下了示教数据后开始工作。
采用自动堆垛机可以极大地缩短工作运行时间,提高工作效率。
3.1 堆垛机的运动示教示教再现的工作原理是人手把着机械手,把应当完成的任务做一遍,或者人用“示教控制盒”发出指令,让机器人的机械手臂运动,一步步完成它应当完成的各个动作。
这个过程叫“示教”,是人“教”工业机器人的过程;机器人上的传感器能够把机器人各部分运动范围、运动速度等测量出来,依次送给机器人的192004年第4期 记忆装置。
记忆装置可以把机器人各部分运动顺序、位置、速度等记录并存储起来。
这一过程也叫编程过程;机器人工作时,记忆装置按记忆的程序(各部件的顺序、运动位置、速度)控制机器人动作,这就是“再现”的过程,它的动作完全再现了人教给它的动作,并且可以自动地、不断地、反复地进行工作。
堆垛机的运动示教就是向堆垛机输入堆垛物品的形状尺寸、堆垛垛形的选择及描述这些垛形的形状尺寸的相关参数。
此外还要向机器人示教物品初放点的位姿,描述堆垛空间大致区域的一些必要点。
根据这些参数机器人编程系统就能描述堆垛空间和物品间的堆垛模型。
堆垛空间一定要在机器人的最大工作空间内,这样堆垛机才能按需要摆放物品。
为了判断描述出来的堆垛空间是否在堆垛机工作空间内,首先要根据那些描述堆垛空间点的位姿计算出堆垛空间内物品放置边缘点在基坐标系内的坐标,只要这些边缘点在堆垛机的工作空间内,就保证了堆垛空间内所有的物品放置点都在堆垛机的工作空间内。
然后用函数的方式将堆垛机的工作空间描述出来,采用将堆垛机工作空间转变成堆垛机大小臂组合旋转的运动进行描述,就将复杂的空间区域内点的判断变成简单的平面区域内点的判断。
根据堆垛空间边缘点的空间坐标求出其在大小臂组合旋转平面的坐标,这些坐标值只要在该封闭区域内,则相应的边缘点就在堆垛机的工作空间内。
3.2 堆垛机的运动轨迹本文只对堆垛机运动轨迹进行规划,使其能够将物品准确、安全地堆成所需要的形式,而不考虑机械手在运动过程中的速度和加速度的问题。
图2为堆垛机所走的轨迹。
从原始位置O —P 1—P 2—P 1—P 3—P 4—P 5完成从初始位置到成功放置物品的过程,从图2 堆垛机的运动轨迹图P 5—P 4—P 3—P 1—P 2完成取物过程,各个点定义如下:O 为堆垛机末端夹具中心点的初始位置,其位姿矩阵取决于堆垛机的结构和初始设置;P 1为堆垛机末端工具从初始位置到物品放置点的中间过渡点,其姿态与取物品时的工具姿态相同,位置坐标在参考坐标系的Z 轴正方向上加一个物品高度值,其他坐标值相同;P 2为物品初放置点,其位姿取决于物品的放置情况;P 3为物品堆垛空间外并靠近堆垛空间的一点,其位姿取决于堆垛空间位置和物品初放位置;P 4为每个物品最终放置点上方的位置点,其位姿取决于每个物品所要放置的位置;P 5为每个物品的最终放置点。
这些点中P 4和P 5是随着每个物品所应放置的位置的不同而不同,是随着放置物品次数而变化的,可以根据堆垛的形状和位置等情况求出P 4和P 5位姿矩阵。
机器手从初始位置到P 1点,是一个不确定的移动过程,但是这时堆垛机工作空间内只有一个要取放的物体没有更多的限制条件,因此要判断堆垛机工具末端初始位置点与P 1位置点的位置关系和距离,再决定用什么样的运动模式。
从P 1到P 2的取物过程及P 2到P 1的搬物过程采用直线运动方式,因为两点之间的距离很近(在高度上的数值有差异),而且采用直线运动方式符合实际机械手的取搬物的情况。
P 3点是机械手在取搬物品时从堆垛空间外部进入堆垛空间的过渡点,其作用是机械手在相对较长距离的搬运物品后,为下一步准确放置物品做一个调整准备。
一般来说P 2点和P 3的距离相对较近,并且相对控制简单,因此堆垛机的工具末端在这段路程采用点到点的运动模式。
堆垛机工具从P 3到P 4再到P 5的放物过程及P 5到p 4再到P 3的取物过程,堆垛机的工具采用直线运动的方式,能够保证堆垛机末端在取放物时按预定路径运动,不会破坏已码放的物品点,符合实际的堆垛情况。
这样一次完整取放物品的过程就完成了。
无论哪一种形式的堆垛,其关键都是要建立堆垛空间坐标系,在各自的坐标系中将每个物品放置点的位姿矩阵表示出来。
4 结束语本文介绍了4自由度堆垛机的结构特点,该机器具有结构简单,负载能力大等特点。
针对示教再现作业方式,就堆垛作业的运动控制进行了探讨。
通过堆垛关键参数的输入和堆垛空间判断,对堆垛的轨迹进行规划。
自动堆垛机的采用,可以减少劳动成本,将产品的装载和卸载自动化,满足物料处理要求。
[参考文献][1]尚久浩1自动机械设计,北京:中国轻工业出版社,2003.5[2]魏延辉1HHRB100搬运堆垛机堆程序的离线编程,制造业自动化,2003(10)[3]成大先1机械设计图册,北京:机械工业出版社,2000[4]齐二石,物流工程,北京:中国科学技术出版社,2001收稿日期:2003-12-16作者简介:包胜华(1964-),女,大连大学机械工程系副教授,硕士。
(编辑 江复)2004中国(青岛)材料科技周将于7月在青岛举办为加快新材料产业的发展,推动企业与材料研发机构的产、学、研联合,中国机械工程学会和青岛市人民政府将于2004年7月20日23日在青岛共同举办“2004中国(青岛)材料科技周”。
本次活动得到了国家发展与改革委员会、科技部、中国科学院、中国工程院、中国科协、中国机械工业联合会以及中国有色金属学会、山东省科技厅和山东省经贸委的支持,由中国机械工程学会、青岛市经济委员会和海瀚会展有限公司共同承办。
“材料科技周”主要活动包括两院院士特邀报告会、材料工程论坛、中韩新材料企业洽谈会、《中国材料工程大典》编委会会议以及2004中国国际新材料应用与制造技术展览会等。
届时,中国机械工程学会理事长路甬祥和20余位材料科学方面的院士将参加会议。
这是中国材料产业产、学、研、资交流合作、共谋发展的一次盛会,也是国内材料及相关行业、企业与院士、专家交流咨询、融智创新的良好机遇。
为做好本次活动的参会参展和交流洽谈工作,大会成立了以中国机械工业联合会副会长陆燕荪和青岛市人民政府市长夏耕为主任的组委会。