随着科技的发展,工业自动化水平的不断提高,许多中小企业加快了自动化升级改造的步伐,越来越多的人工作业由机器人所替代。近几年来,袋装物料的需求和产量都十分巨大,因此对袋装物料的码放和搬运成为各个企业面临的主要问题。而如今结合了码垛技术和机器人技术的码垛机器人成为企业必备的自动化设备。由于我国在码垛机器人领域内的研究起步较晚,当前与发达国家相比仍存在一定差距,因此加快对码垛机器人的设计与研究有着重要的工程意义。本文以CAD/CAE技术为基础,并与虚拟产品设计技术相结合,设计了一种袋装物料码垛机器人装置,通过理论计算和数值仿真分析,对部分主要零部件进行了设计与优化。本文所做的工作和取得的成果主要有以下几点:(1)根据给定的技术指标和工作要求,确定了码垛机器人的设计方案,其构型采用关节式结构,所有关节均为旋转关节,并完成了主要零部件的设计和相关驱动机构的计算与选型。利用三维建模软件NX建立零部件的三维模型,并采用自底向上的方法进行装配,最终得到了袋装物料码垛机器人整体的三维实体模型。(2)应用Adams软件建立袋装物料码垛机器人的虚拟样机模型,并对模型进行运动学仿真分析。得到了机构运行过程中的位移、速度、加速度、力及力矩等变化曲线,验证了码垛机器人工作过程的可行性与合理性。实现了袋装物料码垛机器人装置从数字化实体模型到虚拟样机的虚拟设计工作。(3)运用ANSYS Workbench软件对袋装物料码垛机器人关键零部件进行静力学仿真分析,并实现整体机构的模态仿真分析。得到了各关键零部件的最大应力、变形量,验证了各零部件能够满足强度和刚度要求,同时也得到了整体机构的固有频率和振型,为机构避免共振提供了依据。(4)基于ANSYS Workbench软件对袋装物料码垛机器人关键零部件进行优化改进设计。大臂和小臂是该机构中最关键的两个零部件,从尺寸和拓扑形状两方面对大臂和小臂进行优化设计,从而在保证强度和刚度基本不变的情况下,最大程度地降低自身质量,以提高整体机构的机动性和稳定性。该课题的研究成功地将虚拟产品设计技术应用到袋装物料码垛机器人装置的设计中。实现了实体模型到仿真模型的转化。文章从机械结构设计选型到实体虚拟建模,再到模拟仿真和优化,提供了一套关于袋装物料码垛机器人结构设计及仿真分析方法。并可以为今后类似的码垛机器人设计研究提供一定的借鉴。