随着经济的飞速发展,国内中小企业的自动化水平不断提高。对于劳动力密集的面粉行业来说,机器人代替人工码垛作业,既提高了生产效率,又减少了人工成本,是一种不可阻挡的必然趋势。不同的面粉生产企业,生产水平存在差异,对于码垛机器人性能的要求也不同。本课题来源于企业,针对某面粉厂实际的生产情况,分析面粉袋码垛机器人的结构与力学性能,并对其进行结构优化设计。形成一套比较完整的码垛机器人结构设计与优化方法,希望能为以后机器人研究提供帮助,具体内容如下:首先,分析码垛机器人臂部平行四杆机构,按照支架到夹持机构的顺序,依次建立杆件坐标系。对杆件坐标系转换矩阵进行求解,得到面粉袋码垛机器人夹持机构的位置参数方程。根据参数方程,运用MATLAB编程求解机器人的工作空间,提出一种平面空间解决立体空间的方法。其次,建立码垛机器人实体模型,运用ADAMS模拟机器人实际的码垛过程,求解驱动关节的驱动力矩随时间变化的过程,同时得到各关节速度、加速度以及各关节力的变化曲线。分析数据,完成码垛机器人的运动学与动力学分析。再次,对面粉袋码垛机器人进行有限元静力学分析和动力学校核,运用ANSYS Workbench对机器人4个极限位置进行刚度变形分析,参照关节力的变化曲线,对机构三个主要杆件进行动力学强度校核。参照弹性变形理论与第四强度理论完成机构的有限元分析。然后,根据面粉袋堆垛流程,选取机器人四个典型位置进行模态分析。运用ANSYS Workbench modal模块,提取机器人前六阶固有频率和振型。依据不同位姿每阶固有频率的振动特性和振型,找到结构动态薄弱环节的影响因素。最后,依据上述分析结果,运用复合形法对机器人平行四杆机构进行参数优化设计,找到在满足码垛空间的条件下,各杆件最优的长度尺寸参数。同时得到驱动角的最优旋转范围,使机器人的有效码垛空间达到最大。大小臂是机器人结构中最为关键的两个杆件,从其结构尺寸与形状两个方面对大小臂进行有限元优化设计,使其在增加刚度的同时,减少自身的质量。