耐火砖作为一种耐高温材料,广泛应用在钢铁、水泥等高温生产领域。耐火砖的码垛作业是耐火砖生产中的一道重要工序,目前国内耐火砖生产企业中耐火砖的码垛作业主要由人工完成,生产效率低、成本高,难以满足企业的生产需求。为了克服人工码垛的不足,本文根据山西禄纬堡太钢耐火材料有限公司的耐火砖自动码放作业需求,设计了耐火砖的自动码垛系统。首先,根据耐火砖的码放流程和垛型要求,提出耐火砖自动码垛系统的总体设计方案,并对系统内设备的动作时序进行合理规划,使码垛系统工作节拍满足了压机生产节拍的要求。对位姿调整装置和手爪的机械结构以及码垛系统的控制系统进行了详细设计,并对机器人进行了选型。针对多种砖型数据的存储与选择要求,提出利用触摸屏内部存储区存储砖型数据的方案,并设计了砖型数据自动选择系统,使码垛系统可以快速进行砖型的切换。其次,利用微分变换的方法求得机器人雅克比矩阵,通过雅克比矩阵的秩对机器人位形的奇异性进行判定。此外,对机器人通过奇异位形的方法进行了研究,从实际工程应用方面提出了两种回避机器人奇异位形的新方法:设置过渡点法和改变机器人姿态法,解决了耐火砖平放过程中机器人的奇异问题。最后,根据耐火砖的码放垛型要求,以时间最短为目标建立了耐火砖码放数学模型,对耐火砖的码放次序进行优化,并用实例证明了模型的正确性和有效性。利用直线插补、关节插补和机器人形态命令相结合的方法,合理规划了机器人的运动路径,解决了机器人在码垛过程中的绕线问题和奇异问题。在此基础上,利用模块化思想编制了机器人自动码垛程序。码垛系统高效的完成了企业的耐火砖码垛作业,证明了码垛系统设计的合理性。