弧形立体仓库机器人控制与编程文献综述

随着现代化生产技术的飞速发展以及社会物质的不断繁荣，平面化仓库对于货物的存放已经远远不能满足当前的需求，因此立体仓库己成为生产和生活中的一个重要的组成部分，对于立体仓库的研究也在不断的深入，推动了自动化仓储技术向智能化方向发展。目前智能化仓储技术阶段还处于初级发展阶段，在这一技术领域还有大量的工作需要人们去做，具有广阔的发展空间。本毕业设计将拟定用机器人（机械臂）控制一个弧形立体仓库的上下料。机械手在自动化立体仓库扮演重要角色，在柔性制造单元或柔性制造系统中承担较为重要的工作。实现机械手的产业化并且将它普遍地应用于各个领域，可以更好的协助或代替人类进行相关工作，一定会为现代社会带来令人满意的经济效益，可以积极地影响着人类社会的迅速发展。

1. 极大地提高劳动生产率。就目前绝大多数机械制造设备的情况而言，它普遍都可以再正常工作中到相当高的生产效率，并且有其非常完整的工艺流程，通常完成一个完整的工作流程只需要耗费几秒钟的时间，但是如果还是采用人工搬运物料，那这个工序所耗费的时间会超过其他工序时间很多倍，就会使其他工序设备处于毫无意义的闲置情况，这会直接影响生产效率。如果在整个的工作流程中使用机械手搬运物料，就会比工人从事搬运工作缩短多55%-65%的时间，也可以提高 62%的生产效率，并且可以提高7%左右的成品合格率。
2. 实现劳动作业省力化。开发机械手主要是为了让它代替人类从事那些单调、重复且有较大工作强度的搬运工作。可以工人提更安全的工作环，将工人从单调乏味和重的工作中出来，少些过于险的工作所带来的风险，从而少事的发生率，实现劳动作业省力化，其在些高温或或有害人的环中。
3. 提高企业的市场竞争力。由于机械手有很高的确性、稳定性，使用机械

手来代替工人的就可以有效降工人在工作中发生误的作所造成的对物品的损伤。而且搬运机械手可以完成高效、确地将定物料搬运到定地点的工作，并且搬运可以需要的工艺流程而作出相应的调整，很大程度上增强了整个系统的适应能力和市场竞争力。

工业机械手是一种仿制于人类手臂的构造，并且具有与人类手臂相似的功能的 自动控制装置。最早对于工业机械手的探宄活动出现在上世纪五十年代左右，最初 美国橡树岭国家实验室开始了用于代替人工搬运有放射性核原料的机械手的开发工 作，从此之后，工业机械手技术慢慢开始被人们重视，得到迅速发展，己经成为了 一门新的现代自动控制领域技术，这门新兴技术涵盖了力、机械、电器压、 器和计算机等多领域技术，己然发展成一门人追的新兴 。

国外研究：

美国通过长达数年的探索研究，终于在1958年时，率先设计制造出了世界上的第一台机械手，这个机械手的特点是在其上配置有一个用于回转的机械臂，而且在机械手的端部配置有一个由电磁铁驱动的用于抓取工件的机构。在第一台机械手问世之后又经历了四年的快速发展，美国的机械铸造公司有了新的进展，设计了一台数控示教再现型机械手，并且命名为Unimate，此机械手的运动系统则是参考坦克炮塔而设计出的，而手臂的各种动作都是通过液压系统来实现驱动的，此机械手的重量达到两吨以上，是由磁鼓上一个己经设定好的程序来控制具体动作的。这个机械手通过液压系统来实现手臂的驱动工作，此机械手的主机械手臂设置在机座上，主机械手臂可以在机座上做回转运动，主机械手臂上再设置一个次机械臂，此机械手臂可以在主机械手臂上做出伸缩的动作。在此机械手臂的尾端设置有一个机械手腕，可以在次手臂上转动，以便完成多角度的抓取任务。手腕的下端就是抓手了， 即操作器。这个机械手在功能方面来说完全可以代替人的手臂功来完成相应的工作。 Unimate的精确率达1/10000英寸s这个机械手的问世为以后对于更多种类机械手的 研发奠定了基础。

美国Unimate公司与大学的研宄机构建立了合作关系，共同设计制造了一批具有高精度定位能力，较高的可靠性，但却有着很低的价格的机械手，其中的一台 Unimate-Vic-arm工业机械手在定位精度方面，误差可以达到小于plusmn; 1mm的水平， 而在可靠性方面，它的无故障正常工作状态可以达到1600小时以上，并且装有一台小型电子计算机来进行具体动作控制。

日本对于机械手的研宄是从1969年开始的，日本在这一年买进了美国研制的机械手，由川重工公司首先研发了日本第一台工业机器人Kawasaki-Unimate2000。 自此日本开始迅发展对于机械手的科研工作，发展到1979年时，日本己经拥有了近60家的高校及企业科研单位正在从事机械手研宄与生产工作，并取得了很大的进展，在1990年时日本己经拥有五十多万台工业机械手。日本的工业机器人产业是 全世界发展最快的，并且还在按照每年56%的度迅增长，日本也成了现在世界上工业机器人用最多最泛的国家之一。

国内机械手的发展进程首先经历了 70年的萌芽期，这个时期国内企业在机器人技术以及研发应用上还没有任何经验，发展机器人产业最主要的段是引进外国先进的科研成果，边在实际生产中学习应用，边依据引进的技术来探索这一领域； 接着经历了 80年的开发期，这个时期国内企业己经积累了一定的经验，开始自己开发制造工业器人，比如上海ABB工程公司；然后经历了90年的应用期，这个时期中有些企业率先研制出可以应用到实际生产中的械，如柯马（上海）汽车设备有限公司，他们根据客户的具体要求来进行相应的设计，研制出符合要求的机械手。不过就目前的情况来讲，国内市场上存在的械还是进口的居多，国内技术还不成熟，产品的质量和功能稍逊色于国外，到2015年为止，国内自己生产的械约20000台，占50%。在振兴我国制造业的任务中，还面临着很多困难，比如来自别国的技术封锁和整个的国际环境。

国内的机械手的应用己经比较广泛，而在上海、辽宁、华东等地最为普及，占国内械的62%左右。主要在焊接、喷涂、搬运等工过程中得到较大范围的使用。

国内的第一台工业机械手是在1972年时诞生于上海。从此之后机械手如雨后春笋那般出现在各个国内企业中，越来越多的企业和机构开始重视机械手的研发和应用。在政府制定的第七个“五年计划”中将工业机器人技术的发展摆在了优先发展的位置，通过设立具体的政策来促进对于工业机器人的研宄与应用。在国家的促进以及各企业的努力下，对于工业机器人的研宄取得了不小的成果，比如北京机械自动化研宄所自主开发出了用于喷涂作业的机器人；大连机床研宄所研发出了用于焊接的氩弧焊机器人等。由于对工业机器人的研宄力度逐步变大，所以与工业机器人相关的配件的发展也被带动起来。其中最为关键的零部件当属控制器了，它是机械手能够实现高度智能化的关键。由中国科学院沈阳自动化研宄所和北京科技大学机械人研宄所组成了专门的科学研宄小组，主要改进研发应用于机械手的控制器， 并取得了较大的科研成果。我国在机械制造技术、自动控制理论以及计算机技术领域正在迅猛发展，这就让智能化机器人技术在越来越多的企业生产中得到应用，特别是观察最近几年的情况，柔性制造技术和工厂的自动化技术应用得越来越娴熟，在生产中应用得越来越广泛，这使得工人们不用再从事那些过于危险劳累的工作，解放了劳动力，改善了工人们的工作环境，同时能提高生产效率，而且还表现出了工业机器人在实际生产应用方面的强大生命力，更能有力地推进科学技术的更新。

研究内容：

一、机械手的总体方案设计。介绍了本自动化立体仓库搬运机械手的各个主要组成部分，并且叙述了机械手搬运货物的过程；对机械手进行了运动分析；根据工作环境和功能需求对驱动方式进行了比较，选择合适的驱动方案；阐述了控制系统的设计方案。

二、机械手关键部分的设计与分析。进行了机械手手臂的结构设计，同时分析在搬运工作时的活动范围，以便于整个仓库系统的其他部分相配合；接着进行了机械手抓手的结构设计，分析抓手和货篮的尺寸与位置关系，对机械手抓手的受力进行分析；进行机械手驱动系统设计，主要进行了对电动推杆和电机的选型设计分析。

三、机械手控制系统设计。对PLC进行概述；对机械手控制系统进行较为详细的设计，分析控制系统各硬件之间的作用关系；设计分析PLC控制电路；再对能使搬运机械手的控制系统正常运转所需的软件进行设计。

四、机械手的仿真分析。通过ROBOTSTUDIO软件来对机械手的运动进行了仿真，并且根据仿真模型模出一些机械手工作的关键位置，分析出机械手能够完成既定的动作。

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