论文（设计）题目

仓储机器人设计

姓名

系别

机械工程系

专业班级

学号

1.选题目的和意义：

1、我国仓储业现状

当前我国自动化仓库使用中存在的主要问题是利用率低、效果不明显、规模不确定、优势不突出，使许多库场资源闲置，特别是一些产品批量小而单一的生产企业实现仓库自动化，库场设施设备资源闲置与重复配置矛盾突出。追究其原因主要是以下的几个方面：［1］

(1)没有做好仓库建设和规划的充分调查分析工作 这就使得自动化仓库在建设前的设计和规划中，存在着重大的决策问题。为了自动化而自动化，没有对其必要性进行研究和分析，在建设完成之后才发现在实际的利用中对于自动化的要求很低，利用率很小。

(2)对提高仓库作业机械化、自动化的思想认识不足 由于认识不足，对配备的装备不愿使用，思想观念仍停留在人工作业的基础上，对新型的自动化仓库信心不足，并没有把自动化仓储放在一个重要的地位上，从而在思想上放弃了自动化仓储的研究和使用。

（3）全面提高员工素质，完善自动化仓库的管理机制物流设备要实现高效能利用，需要有相适应的物流环境和科学管理，这些都要求有高素质的人才。在目前缺乏实践经验的情况下，可采取“走出去，请进来”的办法，去发达国家考察学习，请专业人士或高校教师介绍经验、传授知识、办学习班等，或在技术院校招聘物流专业技术型人才，尽快解决操作人员和维修人员缺乏的局面。做好消化吸收工作，使其尽快国产化，以适应市场需要。

2、仓储机器人的现状

自1950年以来，越来越多的自动化机器设备开始运用到物流领域。这些机器设备开始逐步取代运输、搬运、存储和打包这些任务，成为提升物流水平的重要手段之一。在标准化的包装流程推动下快速发展的分散控制系统、逐渐普及的工作站模式都进一步促进了机器人在物流领域的应用。目前，物流行业的机器人应用已经成为继汽车行业后的机器人第二大应用领域。目前机器人在国内整个物流领域的应用主要集中于两种，从事包装码垛作业的机器人和从事自动化搬运的机器人【2】。而对于物流环节中的瓶颈问题——仓储问题却没有引入机器人来解决。根据中国仓储协会2011年全国仓储发展指数

数据显示，2010年全国通用仓库需求面积达7．0l亿平方米，实有仓库面积仅5．5亿平方米，全国仓库供需指数为0．785。也就是说，我国通用仓库总体上处于供不应求的状态。面对如此严峻的仓储问题，阿里巴巴将斥千亿建立全国性的仓储系统，京东商城也购买土地建立物流中心。但机器人应用在仓储问题上的缺失仍是我国仓储乃至物流业无法快速发展的重要原因之一。

2.本选题在国内外的研究状况及发展趋势：

1、仓储机器人应用在国外的成功案例【3】

与国内不同，国外的物流业经历了数十年的发展，再加上国外先进的工业机器人技术，Kiva，Swisslog等企业都已经寻找到创新型的仓储机器人系统来解决仓储问题。下面就国际上先进的仓储机器人系统之一，Kiva机器人系统进行分析，研究仓储机器人给企业带来的巨大效益。

2、 Kiva系统的功能介绍【1】

Kiva仓储机器人系统与传统的仓储作业最大的不同就是它让物品适应场地，其仓储机器人系统可以在任意时间将任意物品送达任意位置。Kiva仓储机器人系统的实现基于一个个独立可以自主导航移动的货架搬运机器人。这些最高可以举起3000磅重量的机器人将货架举起，然后将货架搬运到系统指定地点。这些机器人的运动路径都由系统通过相应的算法计算完成后将指令通过Wi—Fi网络传输给机器人，然后机器人通过精密地导航装置将货架运送到指定地点。每个机器人都安装有朝上和朝下的两个摄像头，分别负责读取二维码和处理坐标点信息。每个二维码对应于每一个货架。因此准确的二维码读取保证了货架接驳的准确性。而地面的坐标信息则是为了精确的定位机器人的位置而铺设，

从而保证机器人的位置能够实时动态地反馈给系统。Kiva仓储机器人系统每时每刻都在处理大量的信息并进行相应的算法计算。为了保证系统的正常、高效运行，Kiva采用Blacldin处理器。这种高性能、高带宽的处理器保证了系统执行图像采集、分段、亚像素目标定位和数据矩阵代码读取的复杂图像处理算法可以快速地处理整个仓储系统的数据，进而保证了系统对机器人的导航可以高效、动态、快速地进行。

3、我国物流业发展仓储机器人的建议

在未来，仓储机器人的应用水平必将成为决定物流企业能否在发展中占领先机，扩大自身竞争优势的重要影响因素之一。下面从企业和政府两方面提出促进仓储机器人应用的建议。

3．1 企业方面

3．1．1提升自身软实力

一是引进相关的信息化、自动化专业人才，降低企业仓储管理方面的成本。二是对包括基层员工

和领导在内的全体员工的物流意识的培养，通过定期的培训推广仓储机器人的相关理念和技术，保证仓储机器人在引入后能在实际生产中发挥切实功效。

3．1．2提高企业仓储管理的信息化程度

我国很多中小企业的仓储作业基于人工操作，缺乏信息化的建设。这不仅导致企业管理者无法及时了解库存信息，更无法进行需求预测和生产规划。滞后的信息化发展更成为制约仓储机器人在我国大部分企业应用的重要原因。因为仓储机器人系统的建立需要信息化的仓库管理数据支持。

3．2政府方面

3．2．1制定相关国家政策支持

目前我国机器人技术的落后、国外机器人系统的高成本加上我国低人力成本等因素的影响，导致仓储机器人系统在我国的发展遇到了严峻的挑战。政府应该制定相应的政策，给予引入仓储机器人系统的企业一定的政策性优惠，从而推动仓储机器人在我国的发展与应用。

3．2．2推动我国仓储机器人系统的研究

一是建设产学研联盟：联合高校，充分发挥人力、物力，形成强大的研究、开发和应用队伍。二是与国外先进的研究所、公司合作，共同开发适合中国企业仓储模式的机器人系

统，改变过去一味引进和依赖国外的技术的局面，为我国今后自主研制仓储机器人提供相应的技术储备。相信在企业软实力与信息化程度的提升、政府相关的政策支持、仓储机器人系统技术研究的深入等多方面的推动下，仓储机器人系统将在我国物流领域逐步应用与发展，帮助我国企业从根本上解决物流仓储问题，促进我国物流业乃至整个工业的发展与进步。

4、仓储机器人发展趋势

仓储型配送中心是从仓储和配送这两方面来分析成本的，这对企业来说也是有推进作用的。当今我国还处于起步阶段对于仓储这一块还有许多空白的地方，很多不该有支出的地方不明不白的就有了花费，同时在配送这方面也存在着很多不合理，在全球都在讲究利益的最大化的同时，唯有把自身的成本降到最低才能把企业推向顶点。随着中国经济的发展，需求的不断提升，中国自动化立体仓库从无到有，从小到大,从总量的明显扩张到结构的明显升级，逐步形成了有中国多样化，多层次的消费市场。这其中小型仓储机器人功不可没。机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高科技发展的重要方面［1］。工业机器人的研究、制造和应用水平，是一个国家科技水平和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视。

自动化仓储机器人是物资流通中的关键单元，担负着重要的作用，在发达国家“建就建自动仓库”已成为必然。我国经济已逐渐融入世界经济，成为全球的加工基地。实现机械化、自动化，从而提高仓库的管理水平自动化立体仓库系统由货架、堆垛机、出入库输送机、自动控制系统与管理信息系统等构成，能按照指令自动完成货物的存取作业，并对仓库的货物进行自动化管理，使物料搬运仓储更加合理。由于采用货架储存，并结合计算机管理，可以容易地实现先入先出、发陈储新的出入库原则防止货物自然老化、变质、生锈等现象的出现。同时降低对人工需求的依赖，特别是降低特殊仓储环境中的人力资源成本 由于采用了自动化技术后，自动化仓储能适应黑暗、有毒、低温等特殊场合的需要［1］。

3.主要研究内容：

由于仓储机器人的一体化设计较为复杂，所以本课题侧重于研究小型仓储机器人的结构设计。而仓储机器人的结构设计主要的任务包含以下三方面：

1.小型仓储机器人的驱动机构设计

2.小型仓储机器人多自由度机身的结构设计

3.小型仓储机器人的抓取结构设计

4.完成论文的条件、方法及措施，包括实验设计、调研计划、资料收集、参考文献等内容。

本论文（设计）要研究或解决的问题：

1 .  设计思路，工作原理，方案优选定型。

2 .  驱动结构的设计。

3 .  多自由度机身的结构设计。

4 .  抓取结构的设计。

本论文（设计）采用的研究手段和方法：

首先查阅和参考相关资料文献，做出小型仓库机器人的整体设计方案，然后通过对整机结构、驱动结构、机身结构、抓取结等各方面的计算与选型，进行分析和优化。最后在导师的指导下做出最佳的设计方案。

课题拟采用的方案：

设计中最主要的部分就是机器人多自由度机身的结构设计，机身的结构设计是机器人总体的结构设计的核心环节。机身是机械手的主要执行部件。他的作用是支撑腕部和手部（包括工件与工具）。并带动他们作空间运动。

机身设计的基本要求为［3］：a 承载能力大，刚度好，自重轻

b 运动速度高，惯性小

c 动作灵活手臂动作应灵活

d 位置精度要高

本次设计仓储机器人主要是进行仓库中物料的搬运，是将仓库中的物料搬运实现自动化。考虑到本次设计的仓储机器人搬运的物料是在8KG以下，而且物料不是很复杂，精度不是很高，所以设计的物料搬运机器人采用四个自由度，分别是手臂随着腰部的旋转和上下伸缩进行运动，手臂的左右伸缩和手部的夹紧与放松。此四个自由度可以保证在工业生产中能够将物料搬运到空间的各个位置上。仓储机器人的四个自由度可以将夹取的物料搬运到四周的位置上，但为了让它的工作范围扩大，能够减少机器人的投入量，所以我们将它固定在带有轮子的机身上，从而实现其目的。仓储机器人的工作过程如下：当物料要求从物架上搬运时，机器人通过手臂的伸缩和腰部的旋转调整好位置，手部夹住物料。然后传感器发出信号，通过机器人的底座旋转，腰部伸缩，手臂伸缩将物料搬运到指定的位置，手部松开，将物料放在指定的位置，再回到下一个物料的位置，这就完成了一个周期。

设计（论文）计划进度：

3月10日～3月22日，查阅文献，翻译外文，毕业实习。

3月23日～5月5日，完成初步方案设计与论证。

5月6 日～5月10日，中期检查。

5月11日～6月17日，分析修改方案设计与论证，完成论文。

6月24日～6月28日，毕业答辩。

7月1日～7月5日，修改论文，提交有关材料。

参考文献

【1】孟繁华. 机器人应用技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1989.

【2】 周伯英. 工业机器人设计.北京：机械工业出版社，1995.

【3】杜祥瑛. 工业机器人及其应用.北京：机械工业出版社，1986.

【4】徐灏. 机械设计手册第5卷[M].北京：机械工业出版社，1992.

【5】天津大学《工业机械手设计基础》编写组.工业机械手设计基础.天津：天津科学技术出版社，1980.

【6】成大先. 机械设计手册单行本液压传动.化学工业出版社，2004.

设计（论文）计划进度：

3月10日～3月22日，查阅文献，翻译外文，毕业实习。

3月23日～5月5日，完成初步方案设计与论证。

5月6 日～5月10日，中期检查。

5月11日～6月17日，分析修改方案设计与论证，完成论文。

6月24日～6月28日，毕业答辩。

7月1日～7月5日，修改论文，提交有关材料。

参考文献

【1】孟繁华. 机器人应用技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1989.

【2】 周伯英. 工业机器人设计.北京：机械工业出版社，1995.

【3】杜祥瑛. 工业机器人及其应用.北京：机械工业出版社，1986.

【4】徐灏. 机械设计手册第5卷[M].北京：机械工业出版社，1992.

【5】天津大学《工业机械手设计基础》编写组.工业机械手设计基础.天津：天津科学技术出版社，1980.

【6】成大先. 机械设计手册单行本液压传动.化学工业出版社，2004.