传统玻璃码垛机器人一般采用串联式关节型和直角坐标型,两种类型的玻璃码垛机器人末端基本采用下压式吸附分拣玻璃板,其运动路径复杂,占地面积较大,控制精度要求高,一旦控制精度不足,容易挤压玻璃,引起玻璃破损。本次研究主要是针对超薄玻璃分拣而设计的一种基于翻转式玻璃在线码垛机器人。首先,机器人采用多自由度可控机构,利用曲柄摇杆机构实现翻转,运动路径简单,其急回特性可提高码垛分拣效率;其次,机器人末端吸盘臂交叉分布在辊道之间,吸盘臂采用上托吸附式,可避免因控制精度不足而导致玻璃破损;最后,结合伺服控制与直线导轨,实现精确平稳运行。以下就本次设计的玻璃垛机器人展开详细研究:(1)根据实际生产环境和要求,选择可控机构作为玻璃码垛机器人控制机构。首先,设计出整机运动简图,对机构运动学进行了分析和自由度计算;其次,通过加权系数分配行程速比K、传动角γ、四杆尺寸约束在总目标函数中的比例使其达到最小,借助MATLAB工具中遗传算法对总目标函数进行优化求解,实现翻转机构尺寸最优设计;然后对直线进给运动导轨、末端吸盘臂、以及气动回路进行设计,并通过计算吸附力大小来选择吸盘型号;最后,利用Soildwork软件完成机器人整体的装配。(2)为了解机器人运动过程振动最受影响的部位且实现结构优化,提出了一种基于有限元的整体结构分析法。结合玻璃码垛机器人受振特点和抵抗振动能力,对机器人底座支撑架及整个机身不同位姿做了多种振动类型的有限元分析;从分析结果可知底座支撑架和整个机身最为薄弱的环节并进行载荷校验,为后期振动所出现的故障提供预警和借鉴。(3)为使机器人动态运行特性及振动情况更加清晰,验证机器人整体结构设计合理,利用MATLAB-ADAMS对玻璃码垛机器人进行运动学联合仿真,通过调节控制函数及系统参数,获取玻璃码垛机器人运动过程中各个运动参数之间的变化。仿真结果可知玻璃码垛机器人末端吸盘臂位移、速度、加速度、转动副应力等变化情况,验证了运动学分析和机构设计的正确性,为后续伺服控制系统研究提供基础。(4)根据运动学仿真结果构建玻璃码垛机器人伺服控制系统,设计机器人控制系统软、硬件,通过调节PID参数来实现最优稳定控制。对机器人测试平台进行搭建并测试,并对比了实际测试数据与仿真数据,结果验证了我们设计的可靠性和实用性。本文通过机构设计方法、数值计算、控制技术、以及实验分析结果相结合,完成了对超薄玻璃在线码垛机器人的整体设计,提高了生产效率,降低了玻璃破损率。