目的及意义

随着经济的发展，人们对产品的要求和生产要求逐步提高，21世纪以来，工业领域结构发生重大变革，对自动化设备的需求量越来越高。改革开放以来，中国由于人口红利，制造业蓬勃发展，但近年来，调查显示，由于国内劳动成本的提高以及立法的完善，如今中国制造业与美国相差无几。制造企业面临着严峻的挑战，纷纷进行结构调整，淘汰落后生产力，引进自动化生产设备。调查显示，2009年，中国国内对自动化生产线的需求只有7800条，到了2014年，需求量提升到2.1万条，国内自动化生产线远远不能满足需求，同时国内自主研发自动化生产线的企业较少，高端自动化生产线高度依赖进口，自动化生产线市场巨大。

近几年，中国汽车工业一直保持高速发展，据中国汽车工业协会的统计数据，2010年，中国汽车销量将近1600万辆，已经成为世界第二大汽车消费国，第三大汽车生产国，第一大汽车潜在市场。中国汽车工业的蓬勃发展，带动了汽车配件的快速发展，汽车配件用品的流通领域也在发生重大变化，制动器传统的木箱单件包装，效率低，成本高，将被淘汰。研制制动器的汽车零件自动包装装备能够有效地解放繁重的人力劳动，降低企业的包装运输成本，提高效率，提高企业的竞争力。

国内外研究现状

自动化包装机械应用于各个工业领域，国外自动包装机械起步较早，趋于成熟，而我国的自动化包装仍处于摸索阶段。在国外，1913年美国工程师亨利-福特首先在汽车生产中使用流水线装配工艺，从此流水线风靡全球。后来自动线随着汽车，滚动轴承等工业的发展，在机械制造中开始出现。进入21世纪，机器人在自动线，自动包装中广泛应用。由于发达国家自动包装发展较早，高端自动包装线市场被其占据，如ABB，德国杜尔，德国艾森曼，日本大福等。自动化生产线与工业机器人息息相关， 最早将工业机器人技术用于物体码垛和搬运的是日本和瑞典。20世纪70年代末日本第一次将机器人技术用于码垛作业。1974年，瑞典ABB公司研发了全球第一台全电控式工业机器人IRB6，主要应用于工件的取放和物料的搬运。随着计算机技术，侍服技术以及多轴运动控制技术的发展成熟，日本，美国，意大利，瑞典。德国。韩国等国家工业机器人的研发取得了良好的成绩，相应推出了自己的玛多机器人，如日本的FANUC和OKURA以及FUJI系列，德国的KUKA系列，瑞典的ABB系列等。

德国，瑞典以及日本等国家的码垛机器人一般为4轴空间关节机器人，主要由机器人本体，控制柜和末端执行器组成，机器人本体由基座，臂部以及腕部组成。机器人主体多采用连杆式关节型机构形式，均利用CAD和FEM有限元技术进行结构优化设计，具有较强的机械性能和抗震能力；驱动系统均采用模块式数字化AC伺服电动机和RV减速器，取消了腕部关节驱动电机和平衡块，优化了整机结构；针对不同类型的产品和包装件，还设计了真空吸持，夹持，叉式等多种形式的智能末端执行器。这些先进的码垛机器人最显著的技术特点就是采用了基于PC的开放系统，令机器人能够高速，精准，稳定可靠地运行。如瑞典ABB公司为IRB系列码垛机器人研发了主动安全软件和被动安全软件，可对机器人的运动和载荷情况进行监控；电子稳定路径功能可确保机器人在考虑加速度，阻力，重力，惯性等条件的同时对制动予以控制，被动安全功能可实现机器人进行负载识别。

建国初期，我国部分轻工业开发了一批专用输送设备为食品，烟酒，五金等配套设备使用，但未成行业。改革开放后，我国自动化领域发展迅速，涌现了以机器人和自动化技术为核心的沈阳新松，致力于汽车行业的自动化生产线的研发的湖北华昌达，致力于自动化生产线为研究的山西东方智能等优秀企业。另外，上海交通大学机器人研究所与沃迪包装材料科技有限公司开发出了新一代TPR系列码垛机器人，具有独特的线性四连杆机构，采用高强度铝合金制造节能环保手臂，生产能力可达1600包/小时，基于工业PC的控制系统以及码垛现场3D仿真和自动干涉检测，大大提高了系统的可靠性，易操作性和可维修性。我国工业机器人研究和应用于20世纪70年代，受当时经济体制等因数的制约，发展比较缓慢，研究和应用水平比较低。进入20世纪80年代后，随着改革开放的不断深入，我国工业机器人技术的开发和研究才达到一定水平，码垛机器人技术也得到快速发展。

目前，我国自主研发的码垛机器人的结构形式主要有直角坐标型，关节型。直角坐标型码垛机器人为4轴机器人。直角坐标机器人的传动主要是通过驱动电机的转动带动同步带运动，同步带带动直线导轨上的滑块运动。直角坐标机器人具有定位精度高，空间轨迹易于求解，计算机控制简单等优点，但所占据的空间大，相对工作范围小，操作灵活性差，运动速度较低。关节型机器人机身小而且动作空间大，动作灵活，可满足更多的生产要求。

2. 研究的基本内容与方案

本设计基于鼓式制动器的结构，自动生产线后段自动包装在工业生产中的应用，以及对工业机器人的结构，功能，应用等分析，采用自动化输送系统，并设计开发工业机器人以及自动供盘装置。

设计主要研究内容如下：