码垛机器人末端执行器设计
末端执行器是码垛机器人直接与抓取物件相接触的部分，相当于人体当中的手掌部分，主要用于完成被码垛物料的抓取、移动以及码垛等动作，因此具有十分重要的地位。由于在工作中，我们抓取的物体结构大小和品种有所不同，可以说是多种多样，包括箱形、板形、袋形以及圆柱形物料等。所以码垛机器人的末端执行器必须能随着生产线上产品品种的替换而适应各类抓取环境。如今的工业生产中正在运用着各式各样的末端执行器机构，最常见的形式有如图3-7 (a)所示的叉形末端执行器，常用于较大较重的袋装物料(如米袋等);如图3-7(b)所示的真空吸盘型末端执行器，常用于板状(如玻璃板等)、箱式(如纸箱)以及尺寸较小的袋状(如方便面等)物料，这些物料通常表面水平并且较为光滑;如图3-7(c)所示的夹板型末端执行器常用于尺寸较大的箱型物料
从驱动方式来讲，码垛机器人的驱动方式很多，有气压驱动、液压驱动以及电力驱动等。但是相对来讲，气压驱动具有安全可靠、气源方便、动作迅速、结构简单、造价低廉以及维修方便等特点，因而在如今的末端执行器市场上应用最为普遍。末端执行器上的气动系统常常由气缸、气阀、气动马达以及其它气动附件组成。气动的缺点是其无法实现高控制精度控制。而且无法实现高压气压，一般只用于中低压执行器中。
末端执行器设计
纸箱码垛机器人的末端执行器的设计好坏直接影响着机器人码垛精度，如果抓取的过程中出现抓手抖动，位置有偏移，那么码垛过程中会出现重复定位精度下降，有可能达不到码垛的要求。那么，为了能稳定的抓取纸箱并且保证其不掉、不偏、不抖等现象发生。我们针对码垛现场的要求，首先产品线上的产品大小会经常变化，虽都是箱装类产品，但是纸箱尺寸会发生变化;第二，箱装产品质量变化，质量类型包含25kg和50kg;第三，待码垛输送线的辊道间隙为80mm;第四，放置过程中尽量不影响其他己经码垛好的纸箱产品。
基于以上要求，设计一款夹板型抓手(如图3-8所示)和一款板叉结合的抓手(如图3-9所示)。
如图3-8所示的夹板形抓手，其中法兰连接板上打了定位孔，方便与码垛机器人的末端法兰进行固连。主要支撑部分为型材支架，由此可见其质量轻便，设计简单。为适应不同尺寸的纸箱，大气缸收紧时初始状态下的长度可通过调整丝杠来对固定夹板的位置进行调节，保证不同尺寸纸箱均能夹紧。在抓取物料之前，其大气缸伸出，小气缸收紧，保证固连在滑块上的活动夹板通过轨道滑动到离固定夹板最远的地方，夹爪能向外收起，给抓取纸箱提供足够余量。当纸箱到位以后，抓手会从纸箱正上方迅速下移至纸箱上表面，收紧大气缸，移动活动夹板来夹紧纸箱;另外伸出小气缸，放下夹爪，将纸箱下方固定，保证纸箱不会因为重力大于夹爪摩擦力而下滑掉落。
运送到指定托盘位置以后，第一步是缩回小气缸，收起夹爪;第二步是伸出大气缸将活动夹板移开，放下纸箱。其动作过程既有先后顺序，又不能相隔时间太长，通常在控制中给一个500ms的时间差。
该型号抓手与市面上的夹板形抓手类似，结构简单，铝型材的运用使得其质量大大降低，有效减少机器人的负载。且其结构能够适应不同类型的纸箱，柔性高。但是该抓手一次只能抓取一个纸箱，效率偏底。
如图3-9所示的叉压形抓手，是一款较为高效的抓手。其连接法兰与机器人末端法兰固连。由钢架结构支架支撑，整体动作控制包括两大部分:一是由水平气缸、活动板、叉爪组成的抓取部分;二是由垂直气缸、压板组成的压紧部分。初始状态下，即未抓取物体时，活动板与叉爪在水平气缸的驱动下，沿着与气缸平行的横杆滑动到后挡板后方，使得压板下方保持开阔。来料以后，将抓手移送至纸箱正上方，收缩水平气缸，使得纸箱在叉爪正上方。抬升以后，由于重力原因，纸箱靠后挡板放置在叉爪上。此时在伸出垂直气缸，下压压板，夹紧纸箱，保证运行过程中纸箱上下固定，防止掉落。
纸箱到位以后，首先抬升压板，然后伸出水平气缸，抽出叉爪，使纸箱摆放在托盘上正确位置。
该型号抓手可同时抓取两个或者三个纸箱，工作效率有了一定提高;同时其抓取稳定性更好，整个结构简单轻便。但是其结构较为庞大，相对于设计的夹板形抓手使得运行流畅度有了一定降低。
故综合以上设计的两款末端执行器，我们做出这样的决定:如果工作现场的纸箱数目较多，生产线上的生产较为快速，我们选择第二套抓手，如果工作现场纸箱数目较少，但是型号多变，我们选择第一套抓手。
本章根据机器人的工况、载荷特点、预设参数等进行驱动系统的选型、码垛机器人本体设计和末端执行器设计，同时介绍了常用电机、减速机、末端执行器特点。利用SolidWorks软件，对码垛机器人的结构进行三维建模，给出各关节详细结构，完成了码垛机器人本体机械结构规划和设计。
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