Analysis of the Arm and Overall Motion of the Robot Palletizer
陈菡菡
（湄洲湾职业技术学院，福建莆田351254）
CHEN Han-han
(Meizhouwan VocationalTechnologyCollege,Putian351254,China)
【摘要】码垛机器人在解决劳动力不足、提高劳动生产效率、降低生产成本和工人劳动强度、改善生产环境等方面具有重要意义。
论文阐述了码垛机器人的结构组成，利用Solidworks有限元分析软件Simulation对机器人臂部结构进行了动静力学分析；进行码垛机器人运动分析。
【Abstract】The robot palletizer is of great significance in solving the shortage of labor force,improving
labor production efficiency,reducing production cost and labor intensity,improving production environment and so on.The paper expounds the structure composition of the robot palletizer,uses Simulation of Solidworks finite element analysis software to analyze the dynamic and static mechanics of the arm structure of the robot.The motionofrobotpalletizerisanalyzed.
【关键词】码垛机器人；运动分析；臂部
【Keywords】robot palletizer;motionanalysis;arm
【中图分类号】TP242【文献标志码】A【文章编号】1673-1069（2018）08-0152-02
1引言pm2.5监测
机器人码垛机是现在流水线生产中必不可少的包装机械
之一，他的主要功能就是将产品能够更好地进行码垛，保证产
品的正常包装和搬运，这样就能够减少人工成本1。本文主要
利用Solidworks有限元分析软件Simulation对码垛机器人臂
部进行有限元分析，并对码垛机器人整体运动进行分析。
2码垛机器人总体结构
该码垛机器人为四自由度机器人，整个设备由机械结构包括底部基座、腰部、臂部和腕部。总体结构如图1所示。
3臂部的有限元分析与优化Simulation有限元分析软件是Solidworks软件中的一个无
缝插件，可以提供静力分析、热传导、扭曲、频率等多方面分析。利用Simulation对臂部装配体进行静力分析，得出臂部构件的强度和刚度的分析结果。首先建立前大臂、后大臂、小臂和大臂连杆的数学模型，设置零件材料，将零件连接设置为销钉接头，以最高点为危险受力分析，固定前大臂和后大臂的底端孔，选择合适单元类型及大小进行网格划分，运行分析得出应力分布图2和位移分布图3。可以出小臂与前大臂连接孔为应力最大处。
通过simulation的有限元分析，可以在满足构件强度和刚
度使用要求的前提下，使构件结构尺寸合理化，以减轻重量，减小转动惯量，节省材料，降低了制造成本。
图2臂部构件的应力分布图
【基金项目】福建省教育厅科技项目，项目名称：四轴码垛机器人，项目编号：JA15856。
【作者简介】陈菡菡（1983-），女，福建仙游人，讲师，从事工业自动化研究。
前大臂
后大臂
后辅助连杆
大臂连杆
水平关节滑块
垂直关节滑块
腰部旋转关节
底部基座
海藻生姜洗发水桶状物体
机器人手爪
腕部
前辅助连杆
小臂
三角辅助支架
图1码垛机器人结构
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图3臂部构件的位移分布图
4码垛机器人的运动分析
Z
A 0
l 1B
C αE
D
F
β
X
l 2
l 3
l 4
l 6
l 5
l 8
Z 0y 0
X 0
u k n
0G
θ2
θ1
l 7
图4码垛机器人的运动学分析
码垛机器人的运动学分析需要根据解析几何法建立坐标系3，分析其运动学特性，计算出其末端执行器的位置和姿态与各参变量的关系，绘制出码垛机器人的运动学简图。
（图4）其中l l =280，l 2=1400，l 3=320，l 4=1600。A 点的位置坐标：
x A z A
[]=
l 3sin β-l 1sinα0
飞星晒图机
[
]
（1）
B 点的位置坐标：
x B z B
[]=
l 1cos α
z A +l 1sin α
[
]
（2）
C 点的位置坐标：
x C z C
[]=
l 1cos α+l 3sin β0
[
]
（3）
E 点的位置坐标：
x E z E
语音播放模块
[]=
x C +l 2cos αl 2sin α
[
]
p2p网络电视录像专家
（4）
F 点的位置坐标：
x F z F
[]=
x E +l 4cos βx E -l 4sin β
[
（5）
联合（1）至（5）式得到：
x F z F
[]
=
（1+l 2l 1）x c +（l 4-l 2l 3l 1
）
cos β（l 2-l 4l 1l 3cosα-l 4l 3z A ）
切割环⎡⎣
⎢⎢⎢
⎢⎢
⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦
⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥（6）
为了求解方便起见，
令l 1l 4=l 2l 3x F z F []
=
（1+l 2l 1）x c -l 4l 3
z A ⎡⎣
⎢⎢⎢
⎢
⎢
⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦
⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥（7）
G 点的位置坐标：
x G z G
[]
=
（1+l 2l 1
）x c +l 7
-
l 4l 3
z A -l 8）⎡⎣
⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦
⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥（8）
x OG y OG z OG 1
⎡⎣
⎢
⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦
⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥=
（1+l 2l 1）x C +l 7-l 5[
]cos （θ1+θ2）（1+l 2l
1
）x C +l 7-l 5[]
sin （θ1+θ2）
-l 3l 4z A -l 6-l 81
⎡⎣
⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎤⎦
⎥⎥⎥
⎥
⎥
⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥（9）
（9）式即码垛机器人G 点的运动方程。通过伺服电机驱动水平运动副和垂直运动副，通过改变α、β以及θ1、θ2可以使得码垛机器人准确定位。
5结论
本文通过Solidworks 有限元分析软件对码垛机器人的臂部结构进行分析。通过模型的运动学分析和计算获得机器人的位姿变换关系式，从样机结果表明，该码垛机器人臂部结构紧凑，并可实现位置精确控制。
【参考文献】
【1】曾孔庚，王宏庆，
丁原彦.高速机器人搬运码垛系统构成及技术特点[J].机器人技术及应用，200l(4)：39-41.
【2】杨汝清，高建国，
胡洪国.高速码垛关键技术研究[J].高技术通讯，2004，14(1)：35-38.
【3】李祥，宗克柱，张延胜.码垛机器人整机的有限元分析与优化[J].中国
新技术新产品，2016(1):29-32.
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