石板材具有优异的物理、化学性能,在建筑、装饰等领域广泛应用。随着石材产业的迅猛发展,极大地促进了我国石材加工机械的繁荣。条形石板材磨机作为石板材研磨线的重要装备,其磨抛过程均已实现自动化。针对条形石板材磨机的上下料操作,国外已有许多自动化和智能化装备,但价格昂贵。国内石材机械企业模仿国外装备,也研发了一些石板材自动上下料装备,但和国外设备相比,其功能和性能还有较大差距。目前,我国大部分中小企业普遍采用人工或者简易起重装置实现石板材的上下料操作。落后的石板材上下料方式已成为我国石材加工自动化、智能化进程中的一大障碍。加之石材加工车间作业环境恶劣,劳动强度过大,人力成本急剧攀升,极大地削弱了企业的竞争力。研发一套结构简单、安全稳定、智能化水平高的条形石板材磨机自动上下料装备具有巨大的社会效益和经济效益。本课题研究的条形石板材磨机自动上下料装备是根据条形石板材磨机的上下料操作空间、工艺特点和生产线设备布局,在借鉴国内外现有条形石板材磨机上下料装备的基础上创新设计而成。对其关键结构进行了有限元静态分析和优化设计。同时针对国内外现有石板材上下料装备上下料节拍与磨机不匹配及运行不稳定的缺陷,对本装备进行了运动学分析,并对其末端执行器进行了轨迹规划,改善了装备的运动特性,提高了工作效率。根据上下料装备的设计要求,基于功能结构原理,采用模块化设计完成装备的总体方案,主要包括末端执行器模块、运动机构模块、机架模块、检测模块和控制模块。利用气缸推动末端执行器,实现其翻转运动,既能满足石板材水平放置时的上下料要求,还能满足石板材竖直放置时的上下料要求。采用泡沫吸盘拾取板材,不会划伤板材表面；吸盘采用4x6矩阵排布,且相互独立,能适应不同规格板材的上下料,安全系数高。悬臂式结构设计占用空间小,适应性强。视觉位置检测系统和“PC机+运动控制卡”的控制系统实现了装备的自动化、智能化。利用Solidworks建立关键部件-机架的有限元模型,基于ANSYS Workbench对机架进行有限元分析；设置优化参数和目标,通过ANSYS Workbench的DOE模块对机架进行了多目标优化,使其在保证结构强度和刚度的前提下,质量减轻了17.41%,降低了制造成本。基于D-H法建立了上下料装备各运动机构的坐标系,为末端执行器的轨迹规划及控制奠定基础。在直角坐标空间中分别对末端执行器X/Y方向的平动和Z轴的旋转运动进行了正弦加速度模式、多项式加速度模式和修正梯形加速度模式轨迹规划,且分别采用直角门字路径和带过渡圆弧的门字路径。通过ADAMS和Matlab仿真表明,采用三种加速度模式均可实现末端执行器的位移、速度、加速度随时间连续变化,平滑过渡。修正梯形加速度模式时间最优,工作效率最高,带过渡圆弧的门字路径可以避开障碍物(辊道),还能避免末端执行器在拐角处抖动,动力特性好。