袋装物料自适应装车垛型设计.docx

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1、袋装物料自适应装车垛型设计摘要物流在包装、饮料、食品等行业中扮演着关键的角色，确保产品顺利运输。为了将零散产品规模化输出，企业通常需要进行大量的码垛作业。传统的人工码垛已经无法满足大规模产量的需求，而工业机器人在搬运码垛方面具有显著的优势。为了解决传统人工码垛费时费力的问题，本文研究了错位码垛算法，并利用MaHab编写出一套高效的码垛程序。首先，对机器人手臂的正逆运动学分析进行理论计算以及基于Matlab编写错位码垛算法的相关程序。通过Matlab构建KR-240型机械手，为后续机器人手臂在码垛作业中提供理论支持。其次，通过编写自适应装车算法程序，进行垛型有效性仿真分析，解决坍塌问题并保证垛型

2、的稳定性。最后，在错位码垛算法程序中通过更改输入的产品和托盘信息，进行程序大的运行，可以快速得出最优码垛模型。关键词：码垛机器人D-H方法正逆运动学错位码垛优选设计BagmaterialadaptiveloadingandstackingtypedesignAbstract1.ogisticsplaysakeyroleinpackaging,beverage,foodandotherindustriestoensurethesmoothtransportationofproducts.Inordertoscaletheoutputofscatteredproducts,enterprisesu

3、suallyneedtocarryoutalargenumberofpalletizingoperations.Traditionalmanualpalletizinghasbeenunabletomeettheneedsoflarge-scaleproduction,andindustrialrobotshavesignificantadvantagesinhandlingpalletizing.Inordertosolvethetraditionalmanualpalletizingtime-consumingandlaboriousproblem,thispaperstudiesthed

4、islocationpalletizingalgorithm,andusesMatlabtowriteasetofefficientpalletizingprogram.Firstly,theforwardandinversekinematicsoftherobotarmarecalculatedtheoreticallyandtherelevantprogramsofthedislocationpalletizingalgorithmarewrittenbasedonMatlab.TheKR-240manipulatorwasconstructedbyMatlabtoprovidetheor

5、eticalsupportforsubsequentrobotarmsinpalletizingoperations.Secondly,bywritingtheadaptiveloadingalgorithmprogram,theeffectivenessofthestackissimulatedtosolvetheproblemofcollapseandensurethestabilityofthestack.Finally,theoptimalpalletizingmodelcanbeobtainedquicklybychangingtheinputproductandpalletinfo

6、rmationintheprogramofdislocationpalletizingalgorithm.Keywords:PalletizingRobot,D-HMethod,Forwardandreversekinematics,Misalignmentpalletizing,Optimaldesign目录摘要错误!未定义书签。Abstract2第一章绪论错误!未定义书签。1.1 选题背景与意义错误!未定义书签。1.2 国内外装车垛型研究现状与发展趋势11.2.1 国外装车垛型研究现状与发展趋势11.2.2 国内装车垛型研究现状与发展趋势错误!未定义书签。1.3 本课题主要研究内容3第二章

7、机器人正逆运动学分析52.1 机器人结构与性能参数52.2 机器人正运动学分析72.3 机器人逆运动学分析92.4 本章小结10第三章装车垛型优选123.1 码垛类型123.2 错位码垛算法原理及实现错误!未定义书签。3.3 本章小结20第四章基于Matlab的码垛程序开发214.1 算法模块实现214.2 图形仿真模块实现224.3 本章小结25第五章结论与展望错误!未定义书签。5.1 结论265.2 展望26参考文献27致谢30第一章绪论1.1 选题背景与意义随着科学技术与产品的日益完善，人工智能的不断完善,码垛机器人在行业中扮演着日益关键的地位。近年来，由于疫情原因，以及人类劳动区域限制

8、,在不同作业地点的人力短缺现象日益突出。所以,码垛机器人受到了各大公司关注,而机器换人也已成为了未来技术的潮流。码垛机器人是一款智能机器人,运用了机械设备、计算机技术、传感科技和人工智能等先进科学技术,完成了生产过程工件的快速捕获、移动、码垛、拆垛等工作。码垛机器人的存在减少了企业的人工成本,大大提高了制造质量。码垛机器人适用于各种需要堆放物料的行业例如食品产业、化工产业以及建筑产业等等，码垛机器人可以对粉末状、颗粒状、块状物体以及各种袋装、箱装、桶装等进行全自动包装码垛作业，有利于产品的保存和售卖。其中水泥等袋装物料码垛是由于袋装物料在运输和储存过程中需要进行堆放和垛存，为了提高储存利用率和

9、方便操作，需要对袋装物料进行码垛。同时,码垛可以减少袋装物料的倒塌和损坏，保证产品的质量和安全。随着工业化和城市化的发展，袋装物料的使用量不断增加，码垛技术的应用也越来越广泛。为了提高企业的竞争力，已经不限于单一产品的生产，产品多样化是发展的趋势。因此，对于不同的产品大小，不同的托盘规格，对最佳堆叠类型的高效和快速规划，这是现研究阶段的一个热点，也是一个迫切需要解决的问题。1.2 国内外装车垛型研究现状与发展趋势1.2.1 国外装车垛型研究现状与发展趋势在国外，装车垛型研究已经得到了广泛的应用和发展。其主要研究内容包括垛型设计、垛型优化、垛型稳定性、垛型装载等方面。码垛问题最早是由美国数学家D

10、aVidGaIe在1960年提出的。他提出了一个名为“偏序拓扑排序”的问题，考虑如何将一堆不同大小的盒子按照一定的顺序堆放，使得每个盒子都比它上面的盒子小，同时满足一定的约束条件。这个问题在工业生产中非常常见，例如在仓储物流、汽车制造、电子产品制造等领域中都需要进行大量的码垛操作。而解决这个问题则可以提高生产效率、减少人工成本、保证产品质量等方面产生积极影响。因此，码垛问题一直以来都备受工业界和学术界的关注和研究，涌现出了一系列的优化算法和方法，为生产实践和理论研究提供了重要的参考。十九世纪90年代，ChenSarin和Ram22P2建立了一种数学模型，保证二维布局问题的最优解。StefanJ

11、akObS23产3将遗传算法应用在可切除的包装问题上。E.hoppe+4等提出了二维装箱的混合遗传算法，通过给定的时间，遗传算法能够找到更好的布局。AndreaLOdi网等提出了面向二维装箱问题禁忌搜索算法,并通过大量的计算实验分析其平均性能。为了提高托盘的面积利用率，降低运输物流成本，有关托盘装载优化设计被相继推出，如RockwellAutomation是一家美国的工业自动化公司，其研发的RockwellStudio5000软件可以进行虚拟的码垛仿真和优化，同时还可以进行机器人程序的编写和调试。KUkaRobOtGroUP是一家德国的机器人制造商，其研发的KukaTalletTech软件可以

12、实现自动化的码垛操作，包括物料的识别、位置的计算、堆垛的规划等功能。ABBRobotics是一家瑞士的机器人制造商，其研发的ABBRobotStudio软件可以进行虚拟的码垛仿真，通过模拟真实的工厂环境来优化码垛方案。FanucRobotics是一家日本的机器人制造商，其研发的FanucRoboguide软件可以进行码垛仿真和优化，同时还可以进行机器人程序的编写和调试。中国木制托盘与容器学会与美国弗吉尼亚理工大学托盘与容器技术研究所合作,美国农业部林产品研究所等机构合作共同开发的ThePalletDesignSystem等。未来，随着物流行业的不断发展和技术的不断更新，装车垛型研究也将不断推进

13、。预计未来将会出现更加智能化和自动化的装车垛型设计和装载技术，以更好地满足货物运输的需求。1.2.2 国内装车垛型研究现状与发展趋势国内装车垛型研究主要集中在物流企业和高校，研究内容包括装车垛型的设计、优化和评价等方面。我国对垛型的研究起始于20而且研究的范围较小，并没有进行系统性的研究，并且其中的主力军是高校或者研究所。装载优化方面的研究大多停留在优化方法的研究3叫目前国内比较成熟的设计应用有:北京达纬恒通技术公司研发的包装箱大师,青岛克力特有限公司研发的集合式包装设计套件，上海百适设计有限公司研发的SmartPACPro,博世公司其码垛软件可以实现自动化的堆放操作，包括将物品从传送带上取下

14、并进行码垛操作，通过使用视觉传感器和机器人等技术，实现高效的码垛操作。王祎楼4口研究了堆码摆放和优化空间利用的问题，采用启发式算法，将具有相同特征的货物进行组合，以达到更高的空间利用率。徐跃明等研究了基于Beam搜索算法的成品烟箱自动装车系统垛型算法。张洪军等6的基于Matlab,利用改进蚁群算法对集装箱空间利用率进行了优化求解，使集装箱装载的空间利用率提高了9.13%。王金敏等将底盘分为三个区域，运用启发式算法得到的实际最优解的数目大于理想解的数目，可处理一般的底盘装载问题。冯恩民等凶提出全局优化算法，并将该算法应用于卫星布局。钱志勤等提出人机交互的遗传算法，通过人工选择出样本最优个体和母本

15、最优个体，对后代个体进行分组,每组独立进行复制交叉和变异最终得到个体最优解。李冰等闲必引用风构造了二维布局约束启发式算法用于物品的平衡装车。即在给定空间里摆放尺寸大小相等的箱子,它们相互形成了一个循环圈，它们相互之间都能够产生（盘+盘+盘+盘）个码垛方案,利用该计算方式可以发现存放箱子数量最多一种方案,并给出具体的码垛方案1.3 本课题主要研究内容本课题旨在通过设计和优选不同类型的装车垛型，以车厢空间利用率和垛型稳定性为优化目标，解决袋装物料在运输过程中的稳定性和安全性问题。论文主要研究内容和章节安排：第一章：进行文献调研，了解国内外关于装车垛型的研究现状以及提高二维布局效率的方法，将通过实验

16、研究，探究袋装物料在运输过程中的稳定性和安全性问题，并提出相应的解决方案。研究目的是为了提高袋装物料在运输过程中的稳定性和安全性，减少运输过程中的损耗和事故发生率。通过本课题的研究，将为相关行业提供可行的解决方案，提高装车垛型的效率，降低运输成本，增强运输安全。第二章：确定码垛机器人的型号，并根据机器人结构参数，建立正逆运动学方程。通过D-H法和坐标变换法求解出机器人的正向运动学和逆向运动学方程的解。在运动学方程的基础上，分析机器人的动力学方程，讨论如何建立和求解机器人运动学方程。用数值模拟和实验验证的方法对所建立的运动学和动力学方程进行验证，以提高机器人的运动控制精度和效率，为机器人在码垛过程中提供更加可靠的技术支持。第三章：通过对不同类型的装车垛型进行设计和优选