基于机器视觉的面粉袋码垛机器人研究中码垛机器人工作参数(下)

(2)码垛机器人自由度数目的确定 机器人自由度的多少直接决定着机器人运动的灵活性，机器人的自由度数目越多，其运动更加灵活，能够到达工作空间中任意位置并形成多样的姿态，完成复杂的任务。但是随着自由度数目的增多，机械结构将会变得复杂、整体结构刚度减弱和运动精度降低，并且使整个机器人的运动控制变得复杂，制造成本明显提高。因此合理的确定机器人自由度数量是机器人设计过程中的重要问题。 本文需要完成的任务是面粉袋的拾取与码垛作业，具体的是使面粉袋能够在空间中沿三个方向移动和面粉袋的旋转运动即可，因此本文设计的面粉袋码垛直角坐标运动机器人必须具备4个自由度，分别为沿X轴方向的移动、沿Y轴方向的移动、沿Z轴方向的移动和拾取手爪绕Z轴的旋转运动，以便对不同姿态的面粉袋进行拾取与码垛作业。

(3)码垛机器人驱动方式的选择 机器人的驱动方式主要包括电机驱动、气压驱动和液压驱动三种方式。根据实际的应用需求，这三种驱动方式可以单独使用也可以组合使用。气压驱动主要应用于工作负载中等，控制精度要求低的环境，气动驱动比较环保对环境污染小。液压驱动主要应用于工作负载大，运行速度相对低的场合，但液压驱动噪音大而且容易污染环境。气压驱动与液压驱动都不方便实现精确的位置控制。电机驱动相对于其它两种驱动方式是应用最广泛的驱动方式，它直接将电能转换为机械能，而无需其它的能量转换过程，运行效率高。电机的控制精度高，能够实现精确的位置控制并且控制相对容易，因此在机器人中普遍使用。 根据本文所设计的面粉袋拾取与码垛机器人需要精确位置控制的要求，对比各种驱动方式的优缺点，最终选择了伺服电机和气动的混合驱动方式。其中伺服电机驱动主要完成码垛机器人在X轴、Y轴和Z轴方向的移动，还有拾取机械手绕Z轴的旋转运动。气压驱动主要用于拾取手爪的开合动作，完成面粉袋的拾取与码垛任务。

4.3直角运动机器人（码垛机器人）结构设计

根据面粉袋码垛系统的实际工作要求及机器人应具备的工作参数，并结合各类型机器人所具有的特点，设计了应用于面粉袋码垛作业的4自由度直角运动机器人。所设计的直角运动机器人的整体尺寸为5000mm x 3 850mm x3400mm，横跨在四个面粉袋托盘和视觉识别区域之上，在水平面纵向行程为4000mm，在水平面横向行程为3600mm，竖直方向行程为1200mm。图4.3所示为该直角运动机器人的轴测图，图4.4为该直角运动机器人的主视图。