摘 要

随着当今社会生产力的飞速发展，企业对于成品码垛速度的要求也越来越高。而传统的人工码垛方式由于低下的生产效率而成为这些企业产量和码垛质量提高的巨大障碍，已不能满足现代化大规模生产的需求。码垛机器人的出现使码垛技术产生了飞跃性的进步，码垛机器人依靠广泛的适用性、灵活性、稳定性和高效性，很快就在各行各业中得到了大规模的应用。但是，目前机器人技术的发展已经到达瓶颈期，短时间内无法出现革新。因此，码垛机器人之间的竞争转化为了末端执行器之间的竞争，末端执行器的通用性、灵活性、整体构造成为了企业选用的主要依据。

我国居民都喜欢将冰镇啤酒作为消暑的饮品。每年夏季，全国各地的啤酒需求量都会直线上升，为了能够满足市场的需求，国内各大啤酒生产厂商纷纷对生产线进行大规模的现代化改造，大大增加了啤酒产量；并引入先进的码垛机器人对成品进行码垛作业。

因此，本次毕业设计选择对码垛机器人的末端执行器进行研究。通过对啤酒生产线规模进行深入了解，结合查找的各类影视、书籍、期刊类资料，设计一种能够同时码垛大量啤酒的末端执行器，使其满足现代化大批量生产的要求。并对其结构强度、抓取能力等进行计算，保证末端执行器能够完成码垛操作。

关键词：啤酒生产；末端执行器；码垛机器人；研究背景

ABSTRACT

With the rapid development of today's social productive forces, enterprises require faster speed of stacking. The traditional way of doing palletizing by human has become a huge obstacle to these enterprises to improve their productivity and palletizing quality because of it’s low productivity.It makes modern large-scale production can not meet demand. The apprerance of palletizing robot allows palletising technology enables to produce a leap of progress. palletizing robots become a large-scale application in all works of life due to it’s wide range of applicability, flexibility, stability and efficiency. However, the current development of robot technology has reached the bottleneck, can not occur within a short time innovation. Therefore, competition between palletizing robot has become competiton between the end effector.The end effector’s versatility, flexibility and overall structure became the main basis for the selection of companies.

Chinese residents prefer the cold beer as a refreshing drink. Every summer, the demand of beer across the country soared will rise perpendicularly.In order to meet the market demand, major domestic beer manufacturers have to transform their production line for large-scale modernization, greatly increased beer production; and the introduction of advanced palletizing robot for palletizing.

Therefore, I choose to do some research on palletizing robot’s end effector as my graduate design.By a deep understanding of beer production line and information on books,films and periodicals.I try to design an end effectors that can stacking a large number of beer to meet the modern requirements of mass production. And I also the calculate their structural strength, ability to crawl to ensure the end effector can complete palletizing operation.

Keyword:beer production;end effector;palletizing tobot;background

目 录

1 前 言 - 1 -

1.1社会背景 - 1 -

1.2国内外啤酒行业设备使用现状 - 1 -

1.2.1国外啤酒行业设备使用现状 - 1 -

1.2.2国内啤酒行业设备使用现状 - 2 -

1.3设计题目选择 - 2 -

1.4码垛机器人的发展 - 3 -

1.5码垛机器人的优点 - 5 -

1.6国内外码垛机器人应用现状 - 6 -

1.6.1国外码垛机器人应用现状 - 6 -

1.6.2国内码垛机器人应用现状 - 7 -

1.7设计的意义和目的 - 8 -

2 末端执行器设计 - 9 -

2.1末端执行器定义 - 9 -

2.2末端执行器分类 - 9 -

2.3常见末端执行器的结构原理分析 - 9 -

2.3.1液压式末端执行器 - 9 -

2.3.2气压式末端执行器 - 10 -

2.3.4气吸式末端执行器 - 11 -

2.4末端执行器整体结构确定 - 11 -

2.5末端执行器三维模型 - 11 -

2.6设计特点 - 13 -

3 末端执行器中主要部件强度校核 - 14 -

3.1真空泵 - 14 -

3.1.1真空泵发展 - 14 -

3.1.2真空泵的结构 - 14 -

3.1.3真空泵特点 - 14 -

3.1.4真空泵吸附力计算 - 15 -

3.1.5真空泵选择 - 15 -

3.1.6产品技术参数 - 16 -

3.1.7SK-3真空泵结构图 - 17 -

3.2减震板 - 17 -

3.2.1减震板材料选择 - 17 -

3.2.2材料介绍 - 17 -

3.2.3材料一般用途 - 17 -

3.2.4减震板加工方式 - 18 -

3.2.5减震板三维模型 - 18 -

3.2.6减震板强度校核 - 18 -

3.3底板 - 19 -

3.3.1底板材料选择 - 19 -

3.3.2底板加工方式 - 19 -

3.3.3底板三维模型 - 19 -

3.3.4底板强度校核 - 19 -

3.4弹簧 - 20 -

3.4.1弹簧用途 - 20 -

3.4.2弹簧分类 - 20 -

3.4.3弹簧材料 - 20 -

3.4.4弹簧的设计计算 - 21 -

3.5机器人选型 - 22 -

3.5.1机器人要求 - 22 -

3.5.2机器人选取 - 22 -

3.5.3机器人参数 - 22 -

3.5.4机器人优点 - 25 -

总 结 - 26 -

致 谢 - 27 -

参考文献 - 28 -

1 前 言

1.1社会背景

啤酒以其独特的口感，早已成为了世界上消费量最大的酒类饮品，在过去的十五年间，全世界的啤酒产量一直平稳增长。根据中国国际啤酒网的资料显示，去年一年全世界共消费了1873亿公升的啤酒。在我国，由于啤酒酒精度数低，不容易影响正常工作，并且夏天冰镇的啤酒能够很好地起到消暑的作用，所以受到了广大人民群众的喜爱，也带动了我国每年的啤酒产量步步攀升。2002年时，我国的啤酒产量就达到了2386万千升，超越美国成为了世界第一大啤酒生产国；从2001年到2010年，我国啤酒年产量约翻一倍；02、03两年增幅不变，自04年起产量大幅度增长，05-07三年产量增长超10%；虽然近几年产量涨幅回落，但依旧呈现惯性增长。尽管我国啤酒的年产量和年销量已经连续10年位居世界首位，但是我国的啤酒产业中依然存在着一个很大的问题，就是自动化水平不够高，占用了大量的人力，却无法相应的大幅提高产量。

1.2国内外啤酒行业设备使用现状

1.2.1国外啤酒行业设备使用现状

在希腊雅典一条普通的高速公路旁边有一家现代化水平很高的啤酒厂。尽管这家公司的员工总数只有75人，但是在夏季的高峰期，这家工厂在满负荷运作状态下，能够在一天之内完成160万瓶啤酒的产量要求，与此同时还能进行高达75000次的装箱作业。这家工厂之所以能够做到如此高的生产效率，是因为采用了先进的机械设备，能够对500ml容量的AMSTEL瓶装啤酒进行清洗、灌装、贴商标等操作，并以20瓶/箱的标准进行包装作业。该厂使用了六台瑞典ABB公司生产的工业机器人，这些工业机器人原本是为汽车生产线设计制造的，在因原生产线改造而退役后，被该啤酒厂收购回来，经过一番翻新和改造，成为了这条生产线的核心机器。六台机器人中有四台负责空瓶的开启、清洗等工作，另外两台则通过拾取及码放程序，将生产完成的啤酒装入塑料箱中。由于应用了特殊的传感器，这些机器人还能够从各种回收回来的旧啤酒瓶中挑选出本品牌的啤酒瓶加入到生产线中，所以在这里旧啤酒瓶的使用率很高，能够达到了百分之九十五到百分之九十七。

德国发达的工业水平，使得其机械设备品质一直处于世界领先水平，而德国人对于啤酒的热爱也是众所周知的。因此，德国的啤酒生产线现代化程度也一直处于世界一流水平。德国的啤酒生产线的先进之处在于：啤酒生产的工艺过程的自动化程度高；能够在短时间内完成大批量的生产需求；设备拥有更高的适应性和灵活性，可以很方便的更改产品配料比、根据不同的产品线更改零部件满足不同需求、按照订单需求随时更改产量；每一条产品线配有计算机，能够对设备进行实时的监测，保证设备不容易发生故障，即使出现问题，也能够通过远程诊断服务，快速的对其进行修复；由于啤酒属于酒类饮品，纯机械的生产还能够有效保证产品的安全。

1.2.2国内啤酒行业设备使用现状

2008年7月至2009年5月，上海西门子（中国）有限公司针对佛山市的百威啤酒糖化车间和发酵设备自动控制系统的要求，用了一年时间为百威啤酒量身设计了一套Braumat系统。实现了对啤酒由原材料直到做出最终产品的整条生产线的智能化控制。对于不同的产品需求，Braumat系统能够在其定制的配方/订单管理系统中，通过简单、易操作的图形化配方编辑方式和基于产品批次的不同订单管理系统来实现。啤酒生产工艺工程师可以通过这套系统方便的对工艺参数进行修改、制定新的生产流程、调试/生产新口味的产品。不仅如此，Braumat还拥有功能完善的生产批次报表和生产过程记录系统，这使得工程师可以对任何批次的最终产品进行回溯，通过对系统提供的历史记录进行综合分析，能够对任何一瓶口味上有偏差的啤酒，追溯到是某一批麦芽或是酒花不符合标准，或者是某一次生产时操作上出现的问题，甚至是由于某一台设备临时发生的故障。这样健全的系统也为消费者的安全提供了足够的保障。