工業機器人作為工業自動化（huà）的（de）典型裝（zhuāng）備，促進（jìn）經濟活動中各（gè）行各業的發展。工業碼垛機器（qì）人更是以低廉的成本、高效的作業優勢，將人從繁重、單一的堆垛勞作中（zhōng）解放出來，提高生產效率，降低生產成本，縮短生產周期。碼垛機器（qì）人可以代替人工進行貨物分類、搬運和裝卸，特別是代替人類搬運危險物（wù）品，象放射物質、有毒物質（zhì）等（děng），降低工人的勞動強度，保證工人的人身安全。實現自動化、智能化、無（wú）人化。

工業機器（qì）人（rén）碼（mǎ）垛係統適用於化工、建材、飼料、食品、飲料、啤酒、自動（dòng）化物流等行（háng）業，主要對生產製造過程中流水線上的產品進行拾取、分揀。特（tè）別是在倉（cāng）儲物流業（yè）中（zhōng），碼垛機器人（rén）的工作效率直接決定貨物的吞吐量。所以，采用機器人（rén）碼垛實現自動化生產是推動企業發展的有效手段。

1、工（gōng）業機器（qì）人碼垛係統組成

工業機器（qì）人碼垛係（xì）統在實際應用（yòng）中並不是由機器人獨立（lì）工作的，而是配合自動（dòng）化設備進行係統工作。工業機（jī）器人碼垛係統（tǒng）一般（bān）由4個子係統共同組成，電氣控製子係統控製整個碼垛係統的工作流（liú）程和節拍。物料傳輸子係統將物料傳輸到機器人工（gōng）作區域，由機器人將（jiāng）物品拾取碼放（fàng）到自動托盤係統，當機器人碼完一垛貨物，自動托盤輸送係統自動傳輸到指定位置，由叉（chā）車或其他轉運設備進行（háng）輸送。每個子係統包括模塊如圖1所示。

碼垛機器人係統：機（jī）器人本體，機器人控製器，機器人抓手，安全護（hù）欄及底座（zuò）等（děng）。

自動托盤輸送係統：托盤庫，輕/重載輸送機，重載滾筒線，升/降（jiàng）移栽機等。

物料輸送係（xì）統：皮帶（dài）輸送（sòng）線，氣（qì）動推倒裝置，直線滑道，螺旋滑道，轉彎輥道線（xiàn）。上壓平裝置，下震動（dòng）輸送（sòng）線，物料整形裝（zhuāng）置，掉頭裝（zhuāng）置等。

電氣及（jí）電動（dòng）係統：PLC，氣（qì）路（lù）設（shè）備，變壓器，檢（jiǎn）測傳感器，動力（lì）電機等。

2、工業機器人碼垛應用的（de）特點

(1)高精度定位，快速搬運夾取，縮（suō）短作業節拍，生產（chǎn）效率。

(2)機（jī）器人作業穩定可靠，減少工作（zuò）失誤（wù），提高產（chǎn）品質量。

(3)無疲勞連續（xù）作業，全天候工（gōng）作，擴大工廠產能。

(4)結構（gòu）簡單、零部件少。因此零部件的故障率低、性能可靠、保養維修簡單。

(5)占地麵（miàn）積（jī）少。有利於（yú）客戶廠房（fáng）中生產線（xiàn）的布置，並可留出較大的庫房麵積。

(6)能耗低。通常機械式的碼（mǎ）垛機的功率在26 kW左右，而碼垛機器人的功率為5 kW左右，大（dà）大降（jiàng）低（dī）了的運行成本。

3、工業機器人碼垛應用存在的（de）問題

3.1碼垛抓手問題

碼垛機器人能夠在不（bú）同的作業任務情況下工作，主要取決於機（jī）器人法蘭盤抓手的設計。機器人抓手的品質（zhì）和（hé）性能（néng）直接影響工業搬運（yùn）機器人的工作質量和效率（lǜ）。傳統搬運機器人抓手由純機（jī）械部件組（zǔ）成，結構複（fù）雜、整體笨（bèn）重、動作速度慢、不具備自動檢測、控製位（wèi）置（zhì）能力、控製精度低、受工作環境溫度和工件重量（liàng）影響會產生運動不到位等眾多問題（tí），影響搬運機器人（rén）的正常工作效率，在生（shēng）產中存在安全隱患，針對不同（tóng）的（de）物品設計特（tè）定的抓手工業（yè）機器人才可以作業。但是（shì），麵對工業生產製造中，在同一工位上，可能會（huì）出現不止（zhǐ）一（yī）種（zhǒng）的產品（pǐn）規格，這種情況下（xià）機器人（rén）隻（zhī）能特定地抓取，無（wú）法滿足品種多樣化地抓取。由此（cǐ）一來，機（jī）器人抓手的選擇（zé）和設計顯得格外重要。針（zhēn）對這種情況，急需設計出（chū）一種自適應，多功能的機器人抓手。

3.2自動識別抓取問題

在工業機器人碼垛和分揀作業過程中，由於產（chǎn）品種類的多樣化，需要（yào）根據（jù）物品的類別（bié）進行分類拾取碼垛（duǒ），將同一（yī）條流水線上的物品，搬運到不同的托盤上。其次，物品在傳輸過程中待抓取位置可（kě）能不固定，這就需要機器人能夠自主識別物品抓取點的位置。因（yīn）此，選擇化（huà）的識別抓取對碼垛機器人的應用十分重要。

3.3運動路徑規劃

工業機器人在碼垛應用中，單位（wèi）時（shí）間內（nèi）碼垛次數，是衡量工業機器人性能的很重要的一個指標，特別對（duì）於高吐量的產線來說，工業機（jī）器人的碼垛速率，決定了（le）整個產線（xiàn）的產能。影響機器人碼（mǎ）垛效率（lǜ）的因素有很多，象伺服電機的性能，負（fù）載強度，機器人的機械結構等，特別是機器人將物品碼放成（chéng）不（bú）同的垛型，碼垛擺（bǎi）放的順序（xù）也是影響碼垛效率的關鍵因素。當碼（mǎ）垛順序固定後機（jī）器人運動路徑（jìng）的優化對提高效率有很大幫助，如果是搬運到同一終點，機器人路徑選（xuǎn）取不同，機器人運動解算結果差異（yì）很大，最終速度差也很大。所以，機器人運動路徑（jìng）和碼放垛型順序的設（shè）計對機器（qì）人工作效（xiào）率的提升起到關鍵作用。

4、關鍵解決技術

4.1自適應抓手

該文為了實際工作需要設計了（le）一種具有（yǒu）自動檢測、控（kòng）製位置能力的工業搬運機器人自動抓手，以（yǐ）解決現有技術存（cún）在（zài）的控製精（jīng）度低、工作效率低及存（cún）在安全隱患等問題。機器人夾爪自動（dòng）控製器的中央（yāng）處理器內預置工作程序（xù），可與工業搬運（yùn）機器（qì）人的主控製器（qì）建立通信，當搬運機器人到達拾取工件（jiàn）位置時，依（yī）據搬運機（jī）器人主控製器的指令開始抓取，抓手夾取過程受負反饋作用，當檢測抓手壓力變化時，自動（dòng）調節電機扭矩已達到抓取力度和行程的控製。如此一來，對於不同規格的物品，一種夾爪就可以滿足抓取任務，減少（shǎo）了頻繁更換夾具的流程，提高了碼垛工作的效率。

4.2機器（qì）視覺係統

機器人視（shì）覺係統（tǒng）包括CCD數字相機、鏡頭、光源、機器人本體控製係統。CCD數字相機通（tōng）過交換機與工業計算機連接，電氣控製櫃接入交換機，相機單元對（duì）物品的圖片（piàn）拍攝，數據采集，並通過交換機傳輸至工業計算機，工業計算機對采集到的備份件（jiàn）物（wù）品圖片進行圖像處理和精準定位後，通過交（jiāo）換機向（xiàng）機器人控製係統（tǒng）發送控製信號。這種技術解決了傳統碼垛在產品種類多，位置多變的情況下的碼垛（duǒ）問題，在分揀（jiǎn）碼垛作業中提高了工作效率，讓碼垛機器人更加智能化，人（rén）性化。

4.3垛型設計和運動路徑優化

要想提高機（jī）器人（rén）工作效（xiào）率，必須對垛型設計和運動（dòng）路徑合（hé）理設計（jì）。對運動優（yōu）化進行深入研究，提出了路徑規劃和軌跡規劃綜合優化（huà）的方法，來同時優化這2個（gè）相互耦合的（de）過程（chéng）。在路徑規（guī）劃後，采用B樣（yàng）條插值的方法對離散路徑進行擬合得到（dào）光滑路徑，為了得（dé）到路徑的光滑程度有一個量化的表示，采用（yòng）模糊控製器來控製路徑的修正幅度，進而求得機器人沿該路徑運行的最小時間。再結合實際分（fèn）析了時間最優軌跡規劃的特點，采用參數（shù）化表（biǎo）示的方法降（jiàng）低（dī）動力學（xué）模型的維數和動態規（guī）劃法求取最優時間來控製機器人碼垛運動。對於機器人碼垛的擺放順序，根（gēn）據擺放的方向，層（céng）數，每層個數的需要，以由遠到近，相鄰擺放的原則（zé）設計擺放順序可以縮短路徑的總和，已達到提高碼放效率（lǜ）的目的。

5、未來發展方向

5.1雲端控製化

製造業的無人化或許將為中國（guó）製造業（yè）的升級提供一條路（lù）徑。目前工業機器（qì）人的應用多是處在獨立的工作站中，每（měi）個機器人（rén）是獨立的。未來針對比較複雜的生產工藝，生產（chǎn）信息需要共享，需要遠程監控機器人，所以雲端控製化是機器人的一個重要發（fā）展（zhǎn）方向。雲端控製需要解決關鍵問（wèn）題是需要網關轉化不同的通（tōng）信協議，遠程服務器儲存（cún）大量機器人（rén）工作案例，針對當前機器（qì）人工作的內容，從（cóng）雲端匹配工作案例，對機器人運動進行遠程（chéng）控（kòng）製。雖然近年來，出現不少遠程控製機器人的（de）案例，但是要想控製機器人使其滿足複雜的環境和工作內（nèi）容，還需要對機器人的運動數據和通信數據進行進一步研究。

5.2多傳感器信（xìn）息融合化

目前（qián）工業機器人的應用多（duō）是在工作站或流水線，還沒有與人的接觸和配合，未來針對比較（jiào）複雜的生產工藝，人和機器人的協作將會是一個非常重要的發展（zhǎn）方向隨（suí）著工（gōng）業機器人的工作內容的複雜性提高，機器人需要（yào）變得更加智能，來感知周圍環境信息，才能夠規劃下一決策（cè）和行為。這（zhè）就需要借（jiè）助傳感器（qì）係統的多個傳感器信息融合，以檢測多變的（de）外部（bù）環境，做出判斷和決策，其（qí）實質類似於人的五官和身體的綜合感（gǎn）覺（jiào）功能，包（bāo）括視覺、觸覺、力覺、滑覺、接近覺、壓覺（jiào）、聽覺、味覺、嗅覺、溫覺（jiào）等。研究包括各（gè）類（lèi）傳感信息的采集及融合處理、傳感器與驅動（dòng）器一體化技術、感覺功能繼承模塊等（děng）。目前，很多大型工廠都有大量的工業機（jī）器人，它們與人力一起，為社會工業化生產創造了不計其數的價值。目前的工業機器人仍舊在不停地（dì）發生著技（jì）術上的改進，特別是隨著MEMS加速度（dù）傳感（gǎn）器、陀（tuó）螺儀、壓力傳感器（qì）等智能化（huà）元器件的更新（xīn）與改進，工業機器人也會借（jiè）助傳感（gǎn）器技術（shù）使它們變得更智能、使用（yòng）更安全，從而激（jī）發提供更大的價值和更多潛能。

資料來源：中國包裝網（wǎng）

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