用于盒装饮料自动包装的机器人系统设计是上海杰销自动化科技有限公司的校企合作项目。

1.2  有关包装机器人的国内外发展现状

1.3  方案的拟定

方案一使用了直角坐标机器人，架于饮料和纸箱两条流水线上方，用吸盘爪垂直抓取饮料盒，再移动到纸箱上方垂直放下。通过改变末端执行器，直角坐标机器人可以代替多种自动化设备，完成如搬运、包装、码垛、分类、喷涂、装配等工作。特别适用于大批量重复作业，对于提高劳生产效率及产品品质起着重要的作用。但缺点是占地面积较广，对车间布局负担大。文献综述

图 1.1 方案一

方案二使用六轴机器人臂，放于T型流水线中央。工业机器人臂是当前最常见的工业机器人的形态之一。适合用于码垛、搬运、焊接、喷漆等自动化作业。一次示教后便可自动工作，可轻松更换工作任务。缺点是设计复杂，且造价相当昂贵，就本次使用目的而言得不偿失。

图 1.2 方案二

方案三是将以上两个方案折中后得出的。市面上较为普遍的三轴圆柱坐标型工业机器人，其自由度为旋转、升降及伸缩。而本次设计中涉及到饮料盒的位置调整，故添加机械爪的旋转自由度，使其成为四轴圆柱坐标机器人。饮料盒流水线尽头加装光电传感器，一旦感应到饮料盒离开就判定一次搬运结束。优点为设计难度适中，占地面积小，适应能力强。故最终选用方案三。机器人采用伺服电机驱动，由PLC编程控制。

图 1.3 方案三

1.4  设计的重点及难点

本次设计的主要部分为四轴圆柱坐标机器人。设计的关键在于最后能将各部分组装成整体并正常运作。其中涉及到了配合公差、电机和减速器的选择、强度校核，还要保证运转时不会出现干涉。此外机械手爪的设计也是一个难点，一定要保证搬运时货物不会突然掉落。

2  一关节、二关节的设计

本次设计的机器人为四轴圆柱坐标机器人，由常见的三轴圆柱坐标机器人改良而成。在两个伸缩、一个旋转共三个自由度的基础上，添加了机械手爪的旋转，更加符合本次设计的目的。

图 2.1 四轴圆柱坐标机器人

工作时当感应到饮料盒到达指定位置，一轴将三轴旋转到流水线方向，三轴进行伸缩将四轴上的机械爪移动至饮料盒正上方。二轴下降使吸盘接触饮料盒上方，气动系统开始工作产生真空。二轴上升带动机械爪提起饮料盒，同时四轴使机械爪旋转90度。一轴将三轴旋转至开箱机封箱机流水线，三轴进行伸缩将机械爪上的饮料盒移送至纸箱指定位置的正上方。二轴再次下降将饮料盒放至箱中，气动系统停止工作，真空消失。二轴上升使机械爪离开饮料盒及纸箱。此时机器人完成了一次运输。之后不断重复以上步骤直到装满一个纸箱。开箱机封箱机流水线开始工作，将纸箱打包运走，再送入新纸箱。机器人再次开始工作。

机器人总高约为150cm，工作半径约为100cm

2.1  一关节的设计及校核

一关节的自由度为旋转，材料为铸铁。上方凸台通过滚动轴承与二关节相连。底座为组合体，中间装有三级减速器及伺服电机。减速器伸出轴与二关节主体底部相连，达到旋转的目的。

图中底座为铸铁组合体，由两半圆组成筒形，用M10螺栓组合固定。底部用螺栓固定在地面上。上半部分有两凸柱用于固定减速器，下半部分安装电机。来`自^优尔论*文-网www.youerw.com

2.1.1  电机的选择

                     （2.1）