毕业设计开题报告_四轴码垛机器人控制系统设计

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毕业设计开题报告

——四自由度码垛机器人控制系统设计

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四自由度码垛机器人控制系统设计

●背景

●国内外发展现状及趋势

●控制系统

●具体实现细节与技术要点

●实践安排

●总结

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背景介绍

●自从20世纪60年代初人类制造出第一台工业机器人后，机器人就显示出了强大的生命

力。机器人的发展及应用水平已经成为了衡量一个国家制造水平和科技发展水平的重要标志。

●作为工业机器人的典型的一种，码垛机器人在工业应用，尤其是包装领域和物流领域正

发挥着越来越大的作用。将机器人与包装线相结合，既提高了生产线的工作效率，又增强了运行的可靠性，减少了人力资源的开支，更让当代企业迅速适应不断变化的市场要

求，产生巨大的经济效益。

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背景介绍

码垛机器人能适应于纸箱、袋装、罐装、箱体、瓶装等各种形状的包装成品码垛作业。

1.从效率上说，码垛机器人不仅能承担高负重，而且速度和质量远远高于人工。

2.从精度上看，每一台码垛机器人都有独立的控制系统，极大地保证了作业精度。

3.在成本控制方面，机器人虽然前期投入较高，但是却能达到边际成本效用最大化，且各家机器人都在为客户的成本控制而在产品中不断加入新的科技成果。

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四自由度码垛机器人控制系统设计

●背景

●国内外发展现状及趋势

●控制系统

●具体实现细节与技术要点

●实践安排

●总结

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国内外发展现状及趋势

●目前欧、美、日的码垛机器人在码垛市场的占有率均超过了90％，绝大数码垛作业由

码垛机器人完成。并且基本垄断了全球市场。

●我国的工业机器人从上世纪80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家支持下，通过

“七五”“八五”“九五”科技攻关，取得了长足的进步，涌现出了一大批代表企业和产品，国外码垛机器人在我国市场一统天下的局面正在被打破。

●

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国内外发展现状及趋势

●但总的看来，我国的码垛机器人技术及其应用水平和国外相比还有很大差距，如可靠性

低于国外同类产品，起步较晚，运动速度和精度还有很大提升空间。生产线技术水平与国外相比仍有差距。和全球市场相比，码垛机器人应用规模仍然很小，还未发展成专门的产业。并且当前我国的码垛机器人生产品种规格多，批量小，零部件通用化程度低，供货周期长、成本高，可靠性和稳定性不足。

●因此迫切需要对码垛机器人及其相关物流、包装自动化等产业进行全面规划，整合资源

优势，积极推进产业化进程。同时立足实际，完善码垛机器人相关的产品、系统及结构，努力提高我国的机器人发展水平。

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四自由度码垛机器人控制系统设计

●背景

●国内外发展现状及趋势

●控制系统

●具体实现细节与技术要点

●实践安排

●总结

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码垛机器人控制系统

●机器人机械结构

●硬件控制系统

●抓手设计

●软件控制系统

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机器人机械结构

该机器人由四个关节组成，实现四个运动：

腰座旋转（X轴）

水平前后运动（Y轴）

垂直上下运动（Z轴）

腕部回转运动（U轴）

这4种运动全部由交流伺服电机驱动，可以满足读懂大惯性负载和快速精确定位的要求，可根据实际要求设计腕部抓手

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码垛机器人控制系统

●机器人机械结构

●硬件控制系统

●抓手设计

●软件控制系统

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硬件控制结构

系统采用模块化设计、分布式控制结构

上位机为普通工控机，用于系统监控与作业管理，包括

示教盒控制、坐标计算、显示控制、I/O控制、机器人语言

编译、计算轨迹、发出运动命令、接收检测返回值、判断执

行状况和环境状态。实现对个关节点的协调控制

下位机采用DSP控制器和PLC可编程逻辑控制器

DSP控制器即图中PMAC运动控制卡，主要执行实时运动学

计算、轨迹规划、插补运算、伺服控制等，不断读取编码器

脉冲量与实时位置，并与给定比较，进行PID调节。

PLC主要用于外围设备控制，如机器人手爪气动吸盘、

设备监控等

伺服部分通过插补运算得到各部分坐标值，按一定原则，形成控制电机的电流指令值。

该过程对当前各关节角度值和角速度值检测，用软件与给定值相比较，对偏差进行PID 调节，实现对各关节的控制

码垛机器人控制系统

机器人机械结构

硬件控制系统

抓手设计

软件控制系统

抓手设计

根据码垛物品的不同，安装相应的抓手实现抓取

主要完成以下动作：

待机—取箱—移箱—码垛—复位

系统软件设计

开放式通用机器人控制系统的软件应在标准语言环境下开发，以实现可移植性、易修改、提供标准接口等，故应采用模块化的工程设计方法

与硬件相对应，软件也分为上下两层，各模块之间相互独立，调用简单。

为适应变化的对象，必须使伺服系统具有某种柔性，通过软件实现，称为软伺服

示教盒软件设计

示教盒与上位机通过串口进行通讯，将接收到的控制指令判断类型，调用相应的控制电机子程序，实现对各轴参数的修改、运动方式控制和示教位置信息的存储

四自由度码垛机器人控制系统设计

背景

国内外发展现状及趋势

控制系统

具体实现细节与技术要点

实践安排

总结

具体实现细节与技术要点

机器人机械结构合理性设计与分析

控制结构整体设计

综合布线设计与连接

软件设计

现场调试

实践与进度安排

..调研阶段

其任务是对码垛机器人系统及实现目标进行深入和全面的了解，分析需求的性质与特点，分析解决问题的途径及技术关键，并对获取的信息进行加工和整理。调查的方法主要有查阅文献和考察现场等。

实践安排在寒假放假之前。