智能物料搬运小车毕业设计.docx

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1、摘要目前工厂的自动化程度不断提高，但工厂的生产效率并没有得到大幅度提高，而限制生产效率的主要原因是：生产线毛坯与成品的搬运均采用工人手工完成，而搬运是一件费时费力的事情。针对上述现象，本文针对上述现象重点研发一套物料搬运智能机器人，该机器人集物料抓取、物料移动、物料放置于一体,主要研究内容如下：本文设计的物料搬运小车需要精准实现物料的搬运工作，因此本文设计的物料搬运小车选择四轮式传动。红外反射时一般是漫反射，到遇到不规则物体时，其反射信号不一定能被小车接收到，本文最终选择超声波避障的方式。本文设计的物料搬运小车需要满足不同工况的使用要求，因此本文设计的通信方式最终选择连续式通信，具体的类别为w

2、ife传输。物料识别最终也采用机器视觉技术，搬运装置选择气压式驱动的方式。行走装置控制系统选用AT89C51单片机作为中心控制单位，采用可编程序控制器(PLC)对机械手臂进行控制。AbstractAt present, the degree of automation of the factory continues to improve, but theproduction efficiency of the factory has not been greatly improved, and the mainreason for limiting the production effici

3、ency is that: the handling of the blank andfinished products of the production line are completed by manual workers, and thehandling is a time-consuming and laborious thing. In view of the above phenomenon,this paper focuses on the development of a set of material handling intelligent robot,the robo

4、t set material capture, material movement, material placement in one, themain research content is as follows:The material handling car designed in this paper needs to accurately realize thematerial handling work, so the material handling car designed in this paper choosesfour-wheel drive. Infrared r

5、eflection is generally diffuse reflection. When an irregularobject is encountered, its reflected signal may not be received by the car. In this paper,ultrasonic obstacle avoidance is finally chosen. The material handling car designed inthis paper needs to meet the requirements of different working c

6、onditions, so thecommunication mode designed in this paper finally chooses continuouscommunication, and the specific category is Wife transmission. Material identificationeventually also uses machine vision technology, handling devices choose pneumaticdrive way. The walking device control system AT8

7、9C51 single chip microcomputer asthe central control unit, and uses PLC to control the mechanical arm.目录第1章绪论11.1 课题的研究背景与意义11.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状1.2.2 国内研究现状1.3 本文研究内容第2章物料搬运小车总体方案设计2.1 物料搬运小车技术要求确定42.2 行走装置方案设计4221传动机构方案设计42.2.2 避障方案设计42.2.3 路径导引方案设计52.2.4 通信方式方案设计52.2.5 物料及颜色识别方案设计62.3 搬运装置方案设计

8、72.3.2 搬运装置运动分析错误!未定义书签。2.3.3 驱动方式的选择错误!未定义书签。2.4 控制系统方案设计82.4.2 行走装置控制系统设计82.4.3 搬运装置控制系统设计82.5 本章小结8第3章物料搬运小车重要零部件参数计算103.1 物料搬运小车行走装置参数设计103.1.1 直流伺服电机的选型103.1.2 行走装置电源选型113.2 物料搬运小车搬运装置参数设计12321手部夹紧气缸的设计123.2.1 手腕的回转气缸设计与校核123.2.2 臂部升降气缸尺寸设计与校核错误!未定义书签。3.3 本章小结15第4章 物料搬运小车虚拟模型建立184.1 物料搬运小车重要零部件

9、建模184.2 物料搬运小车虚拟模型装配214.3 本章小结22结论23致谢24参考文献26第1章绪论1.1课题的研究背景与意义随着“中国制造2025”以及“两化融合”的不断深入，智能化、数字化设备开始大批量投入市场，工厂的自动化程度不断提高，就目前而言，大部分工厂都逐渐实现了生产自动化与装配自动化，但是工厂的生产效率并没有得到大幅度提高，而限制生产效率的主要原因是：目前生产线毛坯与成品的搬运均采用工人手工完成，而搬运是一件费时费力的事情小引。针对上述现象，国内外学者以及科研机构研发出适用于不同场合的物料搬运机器人，物料搬机器人是指通过各个关节自由度的配合，实现对物料的抓取，移动和放置。搬运机

10、器人根据所抓取的对象不同，又可分为：轻型机械手、中型机械手以及重型机械手，根据自由度的不同，可分为三自由度机械手、四自由度机械手以及六自由度机械手等等，目前绝大部分机械手都是固定式，即机械手安装座固定在地面上，固定式机械手存在一个很大的弊端，即机械手的运动范围有限,无法实现物料长距离的搬运，这也是限制机械手广泛运用的因素之一。目前市面上成熟的机器人均是国外进口，国内自主研发很少，而国外对我国实行技术封锁，一旦国外对我国实行经济制裁，将会造成我国无物料搬运机器人可用，本文针对上述现象重点研发一套物料搬运智能机器人，该机器人集物料应力均小于材料的许用应力，即表明机器人能够在各种工况下正常工作；ML

11、uciw等人对设计了一款基于并联机构的机械手，该机械手能够在驱动不变的前提下，使其承载增加近一倍，特别适合用在大型物料的搬运工作，极大程度上减少了人为的参与目。1.2.2国内研究现状国内对搬运机器人的研究时间较晚，国内第一款搬运机器人于80年代中期被研制出来，然后经过近40年的发展，国内学者与科研机构也陆续推出很多不同款式不同类型的机器人，比如李伟光等人对搬运机器人进行了移动路径优化，分别用三项式、五项式以及正弦对路径进行了规划，然后利用Matlab对路径进行了仿真，分析结果表明在五项式路径规划下，搬运机器人的速度、加速度曲线连续，没有突变，运动过程平稳；郭毓等人对搬运机器人的伺服系统进行了优

12、化,使搬运机器人能更快对控制信号进行响应，一定程度上减少搬运机器人的运行时间；刘凤臣等人研发了一款基于AGV小车的搬运机器人，将一个三自由度机械手放置在AGV小车上，然后在小车上设计超声波发射器，实现避障功能，该机器人的成功研制，真正意义上解决了机器人长距离搬运的难题；曹波等人基于时间最优对机器人路径进行了规划，首先建立了机器人的速度。加速度公式，然后对机器人运行路线进行了规划和求解，然后以运行时间最少为优化目标，建立了运动路线、运行速度以及加速度为自变量的遗传算法，遗传算法优化之后：在运动路线不变的前提下，运行时间减少了 30%,该算法已经被众多机器人制造企业引用“3-网。1.3本文研究内容

13、目前工厂的自动化程度不断提高，但工厂的生产效率并没有得到大幅度提高，而限制生产效率的主要原因是：生产线毛坯与成品的搬运均采用工人手工完成，而搬运是一件费时费力的事情。针对上述现象，国内外学者以及科研机构研发出适用于不同场合的物料搬运机器人，但是市面上成熟的机器人均是国外进口，国内自主研发很少，而国外对我国实行技术封锁，一旦国外对我国实行经济制裁，将会造成我国无物料搬运机器人可用，本文针对上述现象重点研发一套物料搬运智能机器人，该机器人集物料抓取、物料移动、物料放置于一体，主要研究内容如下：(1)完成物料搬运小车总体方案设计；(2)对物料搬运小车进行重要零部件参数计算；(3)完成物料搬运小车虚拟

14、模型建立。第2章物料搬运小车总体方案设计本章主要对物料搬运小车进行总体方案设计，主要包括行走装置方案设计、搬运装置方案设计以及控制系统方案设计。2.1 物料搬运小车技术要求确定在对物料搬运小车进行总体方案设计之前，需要对搬运小车技术要求进行确定，通过查阅国内外文献以及任务书要求，物料搬运小车技术要求如表21所示。表2-1物料搬运小车技术要求参数类型具体要求动力源蓄电池/12V功能要求轨迹规划、物料识别、wife通信、避障等2.2 行走装置方案设计221传动机构方案设计目前常见的物料搬运传动机构主要分为三轮式和四轮式，三轮式与四轮式传动的机构的优缺点如图2-1所示。图2-1不同传动方式的优缺点本

15、文设计的物料搬运小车需要精准实现物料的搬运工作，因此需要保证装置在运行过程的精准度，而三轮式传动机构传动误差较大，无法使得搬运小车在精准停在某一个位置，因此本文设计的物料搬运小车选择四轮式传动。2.2.2 避障方案设计搬运小车的避障功能主要是实现行驶过程中障碍物的有效躲避，使得装置能够真正无人化控制和智能化搬运，根据避障方式不同，市场上常见的避障装置可分为超声波避障与红外避障。超声波避障原理为：首先通过超声波发射装置向外发射超声波，当超声波遇到小车前方的障碍之后进行反射，最终将相关参数转化为信号，进而控制小车进行避让。红外避障的原理为：首先通过红外发射装置向外发射红外线，当红外线遇到小车前方的障碍之后进行反射，通过计算红外发射和接收的时间，便可得到前方是否有障碍物以及障碍物离小车的距离。两种方案都是通过发射信号和接受信号进行避障，但是两者之间发射的媒介不同，一个是采用超声波的方式，一个是采用红外的方式，红外的方式存在一个明显的弊端，就是红外反射时一般是漫反射，到遇到不规则物体时，其反射信号不一