摘   要：介紹物流倉庫取送貨工業(yè)機器人教學設備的總體方案、蛄構設計及液壓傳動設計等內容，為實訓教學提供條件，绔學生電4新思維電4造莨好的環(huán)境，培齊學生正確設計PLC控審6系統(tǒng)和液壓傳動系統(tǒng)的調整、故障排除等技能。
關鍵詞：x-9．機器人；自由度；取貨；送貨

    為了適應培養(yǎng)高等技術應用性人才的要求，培養(yǎng)學生綜合實踐和技術應用能力，對機電液一體化的技術復合知識進行實訓教學，我們設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）．供學生設計、編程、調整和故障排除等技能訓練。

    1 工業(yè)機器人的性能和結構

    1．1 業(yè)機器人的性能

    本設計采用圓柱坐標式（如圖1）．四自由度、五動作的方案．其動作及主要參數經調試確定如下。

    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（z方向轉動自由度）鐵限位調整?；剞D角為 90^。 ，可調擋鐵限位調整。

    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，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

    根據總體方案的各參數要求及無錫職業(yè)技術學院的實際制造能力，確定了各部件和整機的結構設計。

    1．2．1 行走機構

    行走機構采用4個鋼輪在鋼軌上的行走機構。如圖2行走機構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向立柱聯接結構。上頂板安裝臂升降伺服電機，下底板與體轉軸聯接；立柱是臂升降部件的導向柱。

    1．2．3 臂的伸結

    臂的伸縮采用雙作用單伸出桿液壓缸通過液壓傳動實現；采用雙導柱、雙導向結構。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驅動臂升降部件實現=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．重力使絲杠受拉應力。

    1．2．5 臂的回轉

    臂的回轉實際是機體回轉．采用2個單作用液壓缸傳動．經鏈條‘鏈輪機構傳動轉軸實現回轉?；剞D速度有節(jié)流閥調節(jié)。轉軸的滑動軸承座與安裝底板連接．為承受軸向負載，轉軸滑動軸承的上、下各安裝一個平面推力球軸承。

    1．2．6 手瓜機構

    手爪采用雙支點連桿、杠桿式結構，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型位置檢測傳感器，用于動作順序控制和正確定位?？刂品绞讲捎肞LC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90．（臂繞z軸旋轉）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 驅動方式

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

    4 液壓傳動系統(tǒng)設計

    臂的伸縮、臂的回轉（機體）、手爪的張開和夾緊采用液壓傳動。經夾緊力’臂的伸縮和臂的回轉力矩估算．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 主要實訓教學內窖

    物流倉庫取送貨工業(yè)機器人教學實訓設備，主要為電氣控制和液壓傳動實訓教學。

    5．1 電氣與自動控制實訓課題

    （1）自動控制基本原理實訓教學。
    （2）學生自行設計PLC程序控制實訓。
    （3）PLC程序控制進行機上調試及運行實訓。
    （4）計算機編程及聯機實訓。
    
    5．2 液壓傳動系統(tǒng)調試廈故障分析實訓課題
    
    （1）液壓傳動工作原理、動作循環(huán)等基礎實訓教學。
    （2）液壓系統(tǒng)工作壓力、執(zhí)行件運動速度等調試實訓。
    （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試實訓。
  
     物流倉庫取送貨工業(yè)機器人教學實訓設備經過2年的大．因此，需建立適應度函數和目標函數的映射關系：

    f（X）=K-F（X）       （6）

    式中K為合適的正常數，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，其結果是實現兩個個體之間部分遺傳信息的交換，如圖1所示。
    

    在本算側中，所有參加交叉運算的個體按適應度比例方法（Fitness Proportional Mode1）即賭輪選擇。這些個體的成對組合（構成雙親）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。個體經過變異后產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。

    

    3 算例結果

    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，最大進化代數為100．權重系數A、B 各取0 5，運算結果如圖4所示。
圖4表明：隨著遺傳代數的增加，各代群體中最大適應度向“好”的方向發(fā)展。分析數據還表明，整個群體的適應度也向“好”的方向變化。通赳算例得出的優(yōu)化結果為：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 結論

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