摘   要：介紹物流倉庫取送貨工業(yè)機器人教學(xué)設(shè)備的總體方案、蛄構(gòu)設(shè)計及液壓傳動設(shè)計等內(nèi)容，為實訓(xùn)教學(xué)提供條件，绔學(xué)生電4新思維電4造莨好的環(huán)境，培齊學(xué)生正確設(shè)計PLC控審6系統(tǒng)和液壓傳動系統(tǒng)的調(diào)整、故障排除等技能。
關(guān)鍵詞：x-9．機器人；自由度；取貨；送貨

    為了適應(yīng)培養(yǎng)高等技術(shù)應(yīng)用性人才的要求，培養(yǎng)學(xué)生綜合實踐和技術(shù)應(yīng)用能力，對機電液一體化的技術(shù)復(fù)合知識進(jìn)行實訓(xùn)教學(xué)，我們設(shè)計翩造了物流倉庫取送貨工業(yè)機器人（以下簡稱工業(yè)機器人）．供學(xué)生設(shè)計、編程、調(diào)整和故障排除等技能訓(xùn)練。

    1 工業(yè)機器人的性能和結(jié)構(gòu)

    1．1 業(yè)機器人的性能

    本設(shè)計采用圓柱坐標(biāo)式（如圖1）．四自由度、五動作的方案．其動作及主要參數(shù)經(jīng)調(diào)試確定如下。

    臂的伸縮（x方向移動自由度）；行程300ram，速度櫥為3000ram／min。

    工業(yè)機器人行走（Y方向移動自由度）：行程為4000nm．行走速度為400mm/min機器人運動自由度臂升降（z方向移動自由度）為2000  mm/min。

    臂回轉(zhuǎn)（z方向轉(zhuǎn)動自由度）鐵限位調(diào)整。回轉(zhuǎn)角為 90^。 ，可調(diào)擋鐵限位調(diào)整。

    手爪張開和夾緊：二爪間距放開時為230ram，夾緊后為200mm，夾緊力不小于lkN．可調(diào)，最大抓取重量300N。

    取送貨時貨位定位精度5mm。

    1．2 I業(yè)機器人的蛄構(gòu)

    根據(jù)總體方案的各參數(shù)要求及無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院的實際制造能力，確定了各部件和整機的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

    1．2．1 行走機構(gòu)

    行走機構(gòu)采用4個鋼輪在鋼軌上的行走機構(gòu)。如圖2行走機構(gòu)由伺服電機通過同步輪．同步帶傳至擺線減速器，再由減速器輸出軸經(jīng)同步輪、同步帶傳至主動鋼輪。行走組件安裝在行走底板上。

    1．2．2 機體

    機體采用下底板和上頂板通過雙導(dǎo)向立柱聯(lián)接結(jié)構(gòu)。上頂板安裝臂升降伺服電機，下底板與體轉(zhuǎn)軸聯(lián)接；立柱是臂升降部件的導(dǎo)向柱。

    1．2．3 臂的伸結(jié)

    臂的伸縮采用雙作用單伸出桿液壓缸通過液壓傳動實現(xiàn)；采用雙導(dǎo)柱、雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。臂的伸縮缸安裝在臂升降部件的移動板上。

    1．2．4 臂的升降

    臂的升降采用滾珠絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動臂升降部件實現(xiàn)=直流伺服電機安裝在機體的頂板上．伺服電機輸出軸與滾珠絲杠聯(lián)接．滾珠螺母安裝在臂升降部件移動板上。滾珠絲杠采用懸掛式．重力使絲杠受拉應(yīng)力。

    1．2．5 臂的回轉(zhuǎn)

    臂的回轉(zhuǎn)實際是機體回轉(zhuǎn)．采用2個單作用液壓缸傳動．經(jīng)鏈條‘鏈輪機構(gòu)傳動轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)回轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)速度有節(jié)流閥調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)軸的滑動軸承座與安裝底板連接．為承受軸向負(fù)載，轉(zhuǎn)軸滑動軸承的上、下各安裝一個平面推力球軸承。

    1．2．6 手瓜機構(gòu)

    手爪采用雙支點連桿、杠桿式結(jié)構(gòu)，手爪的張開、夾緊采用雙作用單伸出液壓缸的液壓傳動（如圖3所示）。

    2 控制方式廈動作循環(huán)

    2．1 控制方式

    系統(tǒng)控制為開環(huán)自動控制，位置檢測采用無觸點開關(guān)型位置檢測傳感器，用于動作順序控制和正確定位。控制方式采用PLC可編程序自動控制，取送貨由平臺上取貨送至貨架任一貨位．或從貨架的任一貨位取貨送至平臺（如圖4、圖5）；也可由計算機編程后自動控制取送貨，或手控半自動取送貨。

    2．2 動作循環(huán)

    送貨時：（貨放在平臺上）臂伸到位一手爪夾緊一臂微抬一臂縮回一行走（ 方向）移動到貨位一臂轉(zhuǎn)90．（臂繞z軸旋轉(zhuǎn)）一臂升（z方向）移動到貨位一臂仲（z方向）移動到貨位一手爪張開（貨放到位）一臂縮一臂降一臂反轉(zhuǎn)90‘一行走至平臺前（等待新的指令或連續(xù)送下一貨位的貨）。

    取貨時：機器人在平臺前是原位狀態(tài)．當(dāng)接到取鄢一貨位的貨物指令時．機器人行走（ 方向）到貨位一臂轉(zhuǎn)90．一臂升（ 方向）至貨位高度一臂伸（z方向）到貨位一手爪夾緊貨物一臂微抬一臂縮回一臂下降到位一臂反向轉(zhuǎn)90"一行走至平臺前（到位）一臂伸到位一手爪張開（放下貨物）一臂縮（在平臺前等待新的指令或連續(xù)取貨）。

    3 驅(qū)動方式

    臂升降、行走均為直流伺服電機驅(qū)動。臂伸縮、手爪張開夾緊，臂回轉(zhuǎn)采用液壓傳動驅(qū)動。

    4 液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計

    臂的伸縮、臂的回轉(zhuǎn)（機體）、手爪的張開和夾緊采用液壓傳動。經(jīng)夾緊力’臂的伸縮和臂的回轉(zhuǎn)力矩估算．確定丁各液壓缸、括塞桿直徑，各液壓缸行程和液壓傳動系統(tǒng)調(diào)壓值。液壓系統(tǒng)原理如圖6。

圖6 液壓系統(tǒng)工作原理

    5 主要實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)窖

    物流倉庫取送貨工業(yè)機器人教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備，主要為電氣控制和液壓傳動實訓(xùn)教學(xué)。

    5．1 電氣與自動控制實訓(xùn)課題

    （1）自動控制基本原理實訓(xùn)教學(xué)。
    （2）學(xué)生自行設(shè)計PLC程序控制實訓(xùn)。
    （3）PLC程序控制進(jìn)行機上調(diào)試及運行實訓(xùn)。
    （4）計算機編程及聯(lián)機實訓(xùn)。
    
    5．2 液壓傳動系統(tǒng)調(diào)試廈故障分析實訓(xùn)課題
    
    （1）液壓傳動工作原理、動作循環(huán)等基礎(chǔ)實訓(xùn)教學(xué)。
    （2）液壓系統(tǒng)工作壓力、執(zhí)行件運動速度等調(diào)試實訓(xùn)。
    （3）液壓系統(tǒng)油壓、流量、噪聲、動作循環(huán)、機器人運行故障等機電液綜合故障分析與調(diào)試實訓(xùn)。
  
     物流倉庫取送貨工業(yè)機器人教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備經(jīng)過2年的大．因此，需建立適應(yīng)度函數(shù)和目標(biāo)函數(shù)的映射關(guān)系：

    f（X）=K-F（X）       （6）

    式中K為合適的正常數(shù)，保證f（x）始終大于0。

    2．3 交叉（Crossover）

    交叉是遺傳算法的一種主要運算，所謂交叉，實際上是兩個個體對應(yīng)碼串之間的一種運算，其運算規(guī)則為這兩個串之間子串的相互交換，其結(jié)果是實現(xiàn)兩個個體之間部分遺傳信息的交換，如圖1所示。
    

    在本算側(cè)中，所有參加交叉運算的個體按適應(yīng)度比例方法（Fitness Proportional Mode1）即賭輪選擇。這些個體的成對組合（構(gòu)成雙親）按隨機方法確定，個體中參與交叉運算的串及其交叉位置也是隨機確定的。每對雙親交叉產(chǎn)生的兩個新個體（稱作子代）將作為下一代群體的候選者。

    2．4 變異（Mutation）

    變異也是遺傳算法的一種重要運算，所謂變異，實際上是某個個體本身所進(jìn)行的一種獨立運算。其運算規(guī)則為該個體串中某一特定位置上0和1代碼之間的相互轉(zhuǎn)換，使
得群體中的個體增加新的信息。在本文的算例中，參與變異的個體以較小的概率選定，變異位置隨機確定。個體經(jīng)過變異后產(chǎn)生一個新的個體并具有新的基因，這個新個體也將作為下一代的候選者：

    2．5 算法流程圖

    算法流程如圖2所示，在Matlab環(huán)境下實現(xiàn)。

    

    3 算例結(jié)果

    圖3為塑件圖，材料為ABS。在算法中，群體規(guī)模取踟，交叉概率為0．5，變異概
率為0．001，最大進(jìn)化代數(shù)為100．權(quán)重系數(shù)A、B 各取0 5，運算結(jié)果如圖4所示。
圖4表明：隨著遺傳代數(shù)的增加，各代群體中最大適應(yīng)度向“好”的方向發(fā)展。分析數(shù)據(jù)還表明，整個群體的適應(yīng)度也向“好”的方向變化。通赳算例得出的優(yōu)化結(jié)果為：注射溫度279 99℃ ；模具溫度31．6717,；最大注射壓力160．37MPe；最大注射速率696．27em3／s。

    4 結(jié)論

    借助已有的CAE模塊，采用遺傳算法進(jìn)行多參數(shù)的工藝條件優(yōu)化，其精度滿足生產(chǎn)工藝要求，可為注射機的選擇及注射工藝的制定迅速提供準(zhǔn)確的參數(shù)，尤其對大型塑件，能大大減少試模階段的工藝調(diào)整，為生產(chǎn)高技優(yōu)質(zhì)的制件提供可靠保證。