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致谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
1.1研究背景与意义
上世纪60年代以来，在机器人技术迅猛发展的40多年时间里，汽车工业毫无争议地成为机器人最大的应用领域。随着中国罐装食品产业的不断发展以及生产技术装备的不断革新，机器人技术在产品装箱中也得到了广泛的应用。同时，机器人技术在医药和消费品领域的应用范围也正逐渐扩大，尤其在这些领域至关重要的装箱环节中，机器人已经在真正意义上成为生产商在装箱环节的有力武器。
目前，中国传统的装箱机器手大多为手抓式和真空吸盘式，但随着铁质金属罐形状的多样化和各瓶壁厚度存在差异等，传统的装箱机器手已经不适合各类铁质金属罐的装箱。为此设计一种既能稳稳地抓起各类铁质金属罐又能对瓶身没有 损坏的机器手，要求机器手工作效率高、成本适中、易于制造、适应性广、调整简便，可有效地解决快速、灵活、无损害性地铁质金属罐装箱的问题，以提高这个包装生产线的自动化水平。如图1-1所示，图为该铁质金属罐装箱系统示意图。
图1-1 铁质金属罐装箱系统示意图
1.2国内外研究近况与发展趋向
在国内外，装箱机器手已经广泛使用于饮料、化工、食品、医药等行业; 根据装箱要求，能自动对瓶罐类、盒类袋类系列产品整理排列后自动装箱;但是国内外的大多数装箱机器手都是由抓手充、放气来实现瓶子的抓、放，通过机器人本体运转，气动和电控制把瓶子准确、可靠地从输送平台上抓起并装入包装箱中。仅仅针对铁质金属罐的装箱，目前国内外的机器手生产厂家还没有设计出单独的、有针对性的装箱机器手。本文则是第一次对该课题进行分析和讨论。
1.3课题认识与总体方案设计
行业中，经常把“机器人”称为“机器手”，也常把“机器手”称为“机器人”的。本课题中，“机器人”是指本体结构（如图1），它的功能是通过本体各关节运动实现前臂点A（末端）的空间位置。机器手是完成类似人手功能的机电系统，是机器人的末端执行器。这里我们主要设计的是机器手，即铁质金属罐装箱机器人的末端执行器。
在该机器手装箱过程中，该机器手系统主要完成的功能有：一次循环使四只铁质金属罐装箱；单个吸盘的吸力大于罐的自重300g；装箱时，依次装箱，瓶腹间距5mm；抓放动作的时间是可调的，且在3s到6s之内。
此次设计的铁质金属罐装箱机器手是以电磁吸盘为主要抓取装置。该机器手主要动作包括电磁吸盘的吸放、升降、水平移动和机器手的回转等几个动作。其基本结构包括：机械结构、驱动装置、控制部分和检测部分。该机器手的机械结构主要由机器手的回转机构、电磁吸盘的水平移动机构、电磁吸盘的升降机构和电磁吸盘本体组成；系统的控制部分主要有控制器，即通过控制器来控制机械执行机构来实现各个部分的功能。另外，要实现机器手准确地抓和放，则需要传感检测系统。
（1）回转机构：回转机构由回转支承装置和回转驱动装置两部分组成。回转支承装置将机器手的回转部分支承在固定支架上，回转驱动装置驱动回转部分相对于固定部分回转。电机装在机器手的回转部分上，电机转动带动最后一级小齿轮，小齿轮与装在固定支架上的大齿圈相啮合，以实现回转。因为机器手的回转装置是实现机器手旋转运动的，所以这里选用电气驱动，在电气驱动方面，电机的选择主要有直流电机、交流电机、控制电机（伺服电机，步进电机）等。这里选用交流伺服电机，可以更加智能地控制机器手的旋转运动。
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