河 北 工 业 大 学
毕业设计(论文)前期报告
学 生 姓 名： 李秋瑾
学 号： 085475
学 院： 机械工程学院
专 业： 机械设计及其自动化
设计(论文)题目： 电伺服3-DOF直角坐标码垛机设计 设计(论文)地点： 河北工业大学
指 导 教 师： 李慨
职 称： 副教授
时 间： 2012年 3 月 10号
河北工业大学本科毕业设计（论文）前期报告
1.文献综述 1.1课题背景与意义
自动码垛机是机、电一体化产业的高新技术产品。中、低位的码垛机可以满足中低产量的生产需要。可依据要求的编组方式和层数，完成对料袋、胶块、箱体等各种产品的码垛。所谓码垛[1]就是按照集成单元化的思想，将一件件的物料按照一定的模式堆码成垛，以便实现物料的存储、搬运、装卸、运输等物流活动。在现代的企业生产中，人工码垛到处存在。在物料轻便、尺寸变化大、吞吐量小的场合，采用人工码垛方案，常常是经济可取的，特别是在人力资源丰富的我国，基本上都是采用人工码垛的。然而，在工作量一定的情况下，长时间地进行人工码垛会造成弯腰疲劳和重复劳动疲劳，从人机工程学的角度考虑，需要增加一些符合人机工程学方面的设施，例如托盘操纵机、剪式升降台、工业操作机械手等来改善这种情况。
码垛有人工码垛和自动码垛之分，人工码垛一般应用在工作量小、过程简单的场合。而当重复动作复杂且强度较大时，一般采用自动码垛，这样不仅可以加快物流速度，而且可以获得整齐一致的堆垛效果，减少产品的损伤，提高搬运效率。作为物流自动化领域的一门新兴技术，随着科技的进步，码垛技术也获得了飞速的发展。一方面，随着企业的集团化，生产能力的规模化，对码垛机的工作能力的要求不断提高，使传统的在线式码垛机向高速化方向发展;另一方面，由于企业产品由卖方市场进入了买方市场，企业生产正在向着多品种少批量的方向发展，生产企业不能够承担一条生产线只生产单一产品的代价，往往需要一线多产品的生产线，这就要求作为后处理设备的码垛机，必须具有处理多种产品的能力。
1.2现今发展情况
从60年代开始，在工业发达的德国、意大利、日本等国家，已相继研制出半自动
全自动码垛机，后来在结构和机型方面，还不断作了改进和完善。国产码垛机从80年代开始研制开发到现在，己经历了20年左右的时间。到目前为止，我国生产的码垛机，机
型、品种规格、设备性能和产品质量等各方面，有很大的发展和提高，并在很多方 面己逐步接近或达到国外同类型码垛机的技术性能及各项参数，已基本上能满足大中型企业产品包装码垛的需要，但与国外先进水平相比，还存在一定的差距。
在现在社会，码垛机得到了很快的发展，不同的码垛机可以适应化工、饮料、食品、啤酒、塑料、空调等各种生产企业对纸箱、袋装、罐装、盒装、瓶装等各种形状的成品
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进行装箱和码垛。结构非常简单，容易保养及维修; 可全天候作业，配备机器手可替代不少工人的工作量，由此每年可以节省几十万的人力资源成本。
自动码垛机[2]是将袋装、箱装、罐装物品等按照一定的规律和方式自动码垛的一种自动化设备，广泛应用于石化、盐业、水泥、粮食等行业，从而大大的提高了工作效率，极大减轻了繁重的体力劳动，能够便于仓储、装卸和运输，是一种新兴的物流技术。低位码垛机是码垛机中的一种最常用的形式，它具有占地面积小，设备投资较低，操作维护简便的优点。随着国民经济的发展、生产规模的扩大以及机械与自动化水平的提高，为码垛技术的应用提供了广阔的空间，特别是机器人技术，由于其具有机械结构简单、适用范围广，占地空间小、灵活性高、成本低以及维护方便等优点，被广泛应用于医药石化、食品、家电以及建材机械等多种行业，并逐渐成为一种发展趋势。 1.3以下是我在图书馆查到的相关文献：
（1）成汝振.码垛机液压系统优化与控制,太原理工太原理工大学，2011
砌块成型机是一种以工业废料(粉煤灰、炉渣等)为原材料,按照一定比例混合水等原料形成混凝土,然后压制成型的设备。原理是用电液比例阀控制升降油缸,通过对比例阀电信号的设置,合理规划了电压曲线,实现油缸平稳启动、高速运行、平稳无冲击停止的行曲线,并建立了比例阀控制液压缸模型。选择了西门子S7-200PLC作为主控制器,依据自动控制要求确定了PLC的型号、I/O端子分配等；利用STEP-Micro/WIN4.0编程软件根据不同的工作方式(手动、自动)编写程序,实现了码垛机生产线的自动控制和生产的自动化；使用仿真软件S7-200.EXE对所编写的程序进行检验、修改和调试[2]。
（2）毕克克，码垛机械设计中感性因素的量化方法研究及决策模型的建立，太原理工大学，2009
本文旨在对码垛机械产品设计中所涉及的感性因素做量化研究,研究过程中紧紧地围绕着人与物,即设计师、消费者与产品三者的关系展开。首先通过对码垛机械产品要素的分析,把握其感性因素表达的载体。通过研究其用户对产品形态的认知模式和感性意象的形成过程,把握用户的整体特征。接着通过对码垛机械设计过程中所涉及的感性因素的分析,在研究感性因素量化原理和方法的基础上,提出码垛机械感性因素量化的方法。最后通
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过对感性信息测量方法和统计分析方法的综合研究,构建起感性因素量化的决策模型,并将其应用于“码垛机造型设计及研究”项目中 [3]。
（3）刘颖明，型钢码垛机控制系统设计，沈阳工业大学，2005
本文以PLC控制系统的实现为研究重点,从自动控制、电气传动、位置检测三个方面的说明了型钢自动码垛机的控制特点,为提高定位系统的可靠性、快速性以及获得较高的定位精度提出了相应的行之有效的解决方法，实现了变频器对码垛机平移机构的速度控制,系统响应快、抗扰性强,稳定性好,没有明显的振动,定位精度高具有理想的控制效果。针对变频器工作过程中产生高频干扰的现象,设计并安装了电抗器,对码垛机运行过程中的高频干扰信号进行了处理,有效地消除了干扰信号。从调试结果可以看出,系统具有良好的稳定性,并有效地提高了系统的可靠性,得到满意的控制效果[1]。
（4）闫志明. 湿坯码垛机的研究. 太原理工大学，2009
实现湿坯的堆垛,就能够在一个托盘上码放多层砌块,从而减少对托盘的依赖,减少养护空间,不再需要升板机和降板机,砌块的运输也可以由简单的输送机系统替代复杂昂贵的子母车。为了实现湿坯的堆垛,提出了一种新型的气动膜片式湿坯夹持装置,该装置运用气动橡胶膜片与砌块湿坯的缓冲软接触,以达到大接触面积小应力的效果。本文应用Ansys有限元软件对气动橡胶膜片充气过程的变形进行了仿真,得到了充气压力和接触面积这两个重要的参数之间的关系,同时也能得到接触应力等曲线,进而为优化结构参数提供了可能
[4]
。
（5）马占义，新型铝锭码垛机械手动静态性能分析与优化，兰州理工大学，2009
铝锭码垛机器人是整条铝锭生产线中非常重要的环节,码垛机械手又是码垛机器人
的执行机构,它的轻量化和动静态性能直接影响着整条生产线的生产效率,对其研究是及其必要的,因此,本文对机械手的动静态性能进行了系统的研究,并以轻量化为目标进行了结构优化,所取得的主要研究成果如下：(1)对铝锭码垛机器人的执行装置—机械手建立了三维实体模型,建模中充分运用了Pro/Engineer强大的实体建模功能与有限元软件ANSYS兼容的能力。 (2)在设计时使机械手结构的固有频率避开外激励的频率就能防止机械手发生共振。
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(3)得出机械手在码垛过程中结构上节点的位移、速度和加速度随时间变化的响应图。 (4)对机械手进行优化,从而满足结构强度刚度和动态性能要求的条件下减小其本身重量。经优化所得新结构有更好的动静态性能,且总体质量减少了20%[5]。 （6）基于PLC的全自动包装码垛生产线控制系统设计
本文主要研究了包装码垛自动生产线机械系统设计;气动及真空系统的设计;系统控制部分的设计等。该系统的核心部分是包装码垛自动生产线的控制系统,其控制系统主要是以可编程序控制器(PLC)为基础进行集成控制的。通过可编程序控制器、对整个生产线的工作过程进行自动控制,对运行过程中出现的故障或供料不足,供袋不及时、出垛不及时等,进行声光报警。该设备具有操作简单,运行可靠,维修方便等优点。根据用户要求,配上通讯接口和打印机、有打印日、月累计报表的功能。还可与上位计算机或触摸屏连接,对包装码垛自动生产线实现实时监控、远程诊断和网络化管理[6]。
（7）刘涛. 层码垛机器人结构设计及动态性能分析. 兰州理工大学 2010
本文采用D—H法建立层码垛机器人的数学模型,推导了机器人的运动学方程,对其运动学和雅可比矩阵进行求解,此外,对机器人的工作空间进行了分析并对机器人关节速度和加速度进行了分析。在此基础上,运用拉格朗日法对层码垛机器人进行了动力学分析,推导出各个杆件的动力学方程,求出各个关节的驱动力矩。应用ADAMS软件对层码垛机器人进行了运动学和动力学的仿真,验证了理论推导的正确性。最后运用ANSYS软件对机器人进行了静力和动态力的有限元分析[7]。
（8）刘兴磊. 基于现场总线的码垛机器人控制系统研究. 东华大学 2010
本文在深入研究了现场总线技术、机器人控制技术及工业控制网络技术的基础上,
完整的设计了这个基于现场总线的码垛机器人的控制系统。首先,本文考察了当前国内外码垛机器人的研究现状和发展趋势,说明了研究码垛机器人控制系统的目的和意义。其次,根据系统的结构方案以及技术要求完成了码垛机器人控制系统的总体设计。。最后,借助于智能控制理论,对码垛机器人手臂的运行轨迹进行了智能优化和跟踪控制,仿真结果表明,码垛机器人运行周期的时间明显缩短,其关节都能很好的跟踪期望轨迹,并具有很好的抗干扰性能。码垛机器人控制系统的设计已经全部完成,并且实现了系统的运动控制[8]。
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