工（gōng）業機器人作為工業自（zì）動化的典型裝備（bèi），促進（jìn）經濟活動中各行各業的發展（zhǎn）。工業碼垛機器人更是以低廉的成本、高效的作業優勢，將人從繁重、單一的堆垛勞作中解放出（chū）來，提高生（shēng）產效率（lǜ），降低生產成本，縮短生產周期（qī）。碼垛機器人可以代替人工進行貨物分類、搬運和（hé）裝卸，特別是代（dài）替人類搬運危險物品，象放射物（wù）質、有毒物質等，降低工人的勞動強度，保證工人（rén）的人身安全。實現自動（dòng）化、智能化、無人化。

工業機（jī）器人（rén）碼垛係（xì）統（tǒng）適用（yòng）於（yú）化工、建材、飼（sì）料、食品、飲料、啤酒、自動化物流等行業，主要對生產製（zhì）造過程中流水（shuǐ）線上的產（chǎn）品（pǐn）進行拾取（qǔ）、分揀。特別是在倉（cāng）儲物流業中，碼垛機器人的工作效率直接決定貨物的吞吐量。所（suǒ）以，采用（yòng）機器人碼垛實現自動化（huà）生產是推動企（qǐ）業發展的有效手段。

1、工業（yè）機器人碼垛係統組成

工業機器人碼垛係統在實際應用中並不是由機器人獨立工作的，而是配合自動化（huà）設備進行係統工（gōng）作。工業機器人碼（mǎ）垛係（xì）統一般由（yóu）4個子（zǐ）係統共同組成，電氣（qì）控製子係統控製整（zhěng）個碼垛係統的（de）工作流程和節拍。物料傳輸子係（xì）統將物料傳輸到機器人工作區（qū）域，由機器人將物品拾（shí）取碼放到自動托盤係統（tǒng），當機器人碼完一垛貨物，自動托盤輸送係（xì）統自（zì）動傳輸（shū）到指定（dìng）位置，由叉車或其他轉運設備（bèi）進行輸送。每個子係統包括模塊（kuài）如圖（tú）1所示。

碼垛機器人係統：機器人本體，機器人控（kòng）製（zhì）器，機（jī）器人（rén）抓手，安全護欄及（jí）底座等。

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

物料輸送係統：皮帶輸（shū）送線，氣動推倒裝置，直線滑道，螺旋滑道，轉彎輥道線。上壓（yā）平裝（zhuāng）置，下震動輸送線，物料整形裝置，掉（diào）頭裝置等。

電氣及電動係統：PLC，氣路設（shè）備，變壓器，檢測傳感器，動力電（diàn）機等。

2、工業機器人碼垛應用的特點

(1)高精度定（dìng）位，快速搬運夾取，縮短作業節（jiē）拍，生產效率。

(2)機器人作業穩定（dìng）可靠，減少工作失誤，提高產品質量。

(3)無疲勞連續作業，全天候工作，擴大工廠產能。

(4)結構簡（jiǎn）單、零部件少。因此零部件的故障率（lǜ）低、性能可靠、保養維修簡單。

(5)占地麵積（jī）少。有利於客戶廠房中生產線的布置，並可留出較大的庫房麵積（jī）。

(6)能耗低。通常機械式的（de）碼垛機的功率在26 kW左右，而（ér）碼垛機器人的功率為5 kW左右，大大降低了的運行成本（běn）。

3、工業機器人碼垛應用存在的問題

3.1碼垛抓手問題

碼垛機器人能夠在不同的作業任務（wù）情況下工作，主要取決於機器人法蘭盤抓手的設計。機器人抓手的品質和性能直接影響工（gōng）業搬運機器人的工作質量和效率。傳統搬（bān）運機器人抓手由純機械部件組成（chéng），結構複雜、整體笨重、動作速度慢、不具備自動檢測、控製位置能力、控（kòng）製精度低、受（shòu）工作環（huán）境溫度和工（gōng）件重量影響會產生（shēng）運動不到位等眾多問題，影響搬運機器人（rén）的正常工作效率，在生產中存在安全隱患，針對不同的物品設計特定的抓手工業（yè）機器人才可以作業。但是，麵對工業生產製造中，在同一工位上，可能（néng）會出（chū）現不（bú）止一種的產品規格，這種情況下機器人隻能（néng）特定地抓取，無法滿（mǎn）足品種多樣化地（dì）抓取。由此一來，機器人抓（zhuā）手的選（xuǎn）擇和設計顯得格外重要（yào）。針對這種情況，急需設計出一（yī）種自適應，多功能的機器人抓手。

3.2自動識別抓取問題

在（zài）工業機器人碼垛和分揀作業過程中，由於產品種類的多樣化，需要根據物品的類別進行（háng）分類拾取（qǔ）碼（mǎ）垛，將同一條流水線上的物品，搬運到不同的托盤上。其次，物品在傳輸過（guò）程中待抓取位置可能不固定，這就需要（yào）機器人能夠自主識別物品抓取點的位置（zhì）。因此，選擇化的識（shí）別抓取對碼垛機器人的應（yīng）用十（shí）分重要。

3.3運動路（lù）徑規劃（huá）

工業機器人在碼垛應用中，單位（wèi）時間內碼垛次數，是衡量工（gōng）業機器人性能的（de）很重要的一個指標（biāo），特別對於高（gāo）吐量的產（chǎn）線來說，工（gōng）業機器人的碼垛速率，決定了整個產線（xiàn）的產能。影響機器人碼垛（duǒ）效（xiào）率的因素有很多，象伺（sì）服電機的性（xìng）能，負載強度，機器人的機械結構等，特別是（shì）機器人將物品碼（mǎ）放成不同的垛型，碼垛（duǒ）擺（bǎi）放的順序也是影（yǐng）響碼垛效率（lǜ）的關鍵（jiàn）因素。當碼垛順序固定後（hòu）機器人運動路徑的（de）優化對提高效率有很大幫助，如果是搬運到同一終點，機器人路徑選取（qǔ）不同，機器人運動解算結果差異很大，最終速度差也很大。所以，機器人運動路徑和碼放垛型（xíng）順（shùn）序的設計（jì）對機器（qì）人工（gōng）作效率的提升起到關鍵作（zuò）用。

4、關鍵解決技術

4.1自適應抓手

該文為了實際工（gōng）作（zuò）需要設計了一種具有自動檢測、控製位置（zhì）能力的工業搬運機器人自動抓手（shǒu），以解決現有技術存在的控製精度低、工作效率（lǜ）低及存在安全隱患等問題。機器人夾爪自動控製器（qì）的中（zhōng）央處理器內預置工作（zuò）程序，可與工業搬運機器人的主控製器建立通（tōng）信，當搬運機器人到達拾取工件位置時，依據搬（bān）運機器人主控製器的指（zhǐ）令開始抓取，抓手夾取過程受負反（fǎn）饋（kuì）作用，當檢測抓手壓力變化時，自動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（kě）以滿足抓取任務，減少了頻繁更（gèng）換夾具的流程，提高了碼垛工作的效率（lǜ）。

4.2機器視覺係統

機器人視覺係統包括CCD數字相機、鏡頭、光源、機器人本體控製（zhì）係（xì）統。CCD數字相機通過交換機與工業計算機連接，電氣控製櫃接入交換機，相機單元對物品的圖片拍攝，數（shù）據采集，並通過交換機傳輸至工業計算機，工業計（jì）算機對采集到的備份件物品圖片進（jìn）行（háng）圖像處理和精準定（dìng）位後，通過交換機向機器（qì）人控製係統發送控製信號（hào）。這（zhè）種技術解決了（le）傳統碼垛在產品種（zhǒng）類多，位置多變的情況下的（de）碼垛問（wèn）題，在分揀碼垛作業中提高了（le）工作效率，讓碼垛機器人更（gèng）加智能化，人性化。

4.3垛型設計和運動（dòng）路徑（jìng）優化

要想提（tí）高機（jī）器人工（gōng）作效率，必須對（duì）垛型設計和運動路（lù）徑合理設計。對運動優（yōu）化（huà）進行深入研究，提出了路徑規（guī）劃（huá）和軌跡規劃（huá）綜合優化的方法，來同時優化這2個相（xiàng）互耦合的過程。在路徑規劃後，采用B樣條插值的方法對離散路徑進行擬合得到（dào）光（guāng）滑路徑，為了得到路徑（jīng）的光滑（huá）程度有一個量化的（de）表示，采用模糊控製器來（lái）控製路徑的修正幅度，進而求得機器人沿（yán）該路徑運（yùn）行的最小（xiǎo）時間（jiān）。再結合實際分析（xī）了時間最優軌跡規劃的特點，采用參數化（huà）表示的（de）方（fāng）法（fǎ）降低動力學模型的維數和（hé）動態規劃法求取（qǔ）最優時間來控（kòng）製機（jī）器人碼垛運動。對於機器人碼（mǎ）垛的擺放順（shùn）序（xù），根據擺放（fàng）的方（fāng）向（xiàng），層數，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（duǎn）路徑（jìng）的總和，已達到提高碼放效（xiào）率的目的（de）。

5、未來發展（zhǎn）方向

5.1雲端控製化

製造業的無人化或許將為中國製造業的升級提供一條路徑。目前工業機器人的應用多是處在獨立的工作站中，每（měi）個機器人是（shì）獨立的。未來針（zhēn）對比較複雜的生產工藝（yì），生產信息需要（yào）共享，需要（yào）遠程監控機（jī）器人，所以雲端控（kòng）製（zhì）化是機器人（rén）的一（yī）個重要發（fā）展方向。雲端控製需要解決關鍵問題是（shì）需要網關轉化不同的通信協議，遠程服務器儲存大量機器人工作案例，針對當前（qián）機器人工作的內容，從雲端匹配工作案例，對機（jī）器人運動進行遠程控製。雖然近年來，出現不少遠程控製機器人的案例，但是要（yào）想控製機器人使其滿（mǎn）足複雜的環（huán）境（jìng）和工作內容，還（hái）需要對機器（qì）人的運動數據和（hé）通信數據進行進一步（bù）研（yán）究。

5.2多傳感器（qì）信息融合化

目前工業機器人的應用多是在工作站（zhàn）或流水線，還沒有與人（rén）的接觸和配合，未來針對（duì）比較複雜的生產工藝，人和機器人的協作將會是一個非常重（chóng）要的發展方向隨（suí）著工業（yè）機器人的工作內容的複雜性（xìng）提（tí）高，機器人需要變得（dé）更加智能，來感知周圍環境信息，才（cái）能夠規劃下一決策和行為。這就需要借助傳（chuán）感器係統的多個傳感（gǎn）器信息融合，以檢測多變的外部環境，做（zuò）出判（pàn）斷和決策，其實質類似於人的五官和身體的綜（zōng）合感覺功能，包括視覺、觸覺、力覺、滑覺、接近覺、壓覺、聽覺、味覺（jiào）、嗅覺、溫覺等。研究包括（kuò）各類傳感信息的采集及融合處（chù）理、傳感器與（yǔ）驅動器一（yī）體化技術、感覺功能繼（jì）承模塊等。目前，很多大型工廠（chǎng）都有大量的工業機（jī）器人，它（tā）們與人力一起，為社（shè）會工業化生產創（chuàng）造了不（bú）計（jì）其數的價值。目前的（de）工業機器人（rén）仍舊在不停地發生著技術上的改（gǎi）進，特別是隨著MEMS加（jiā）速度（dù）傳感器、陀螺儀、壓力（lì）傳感器等智能化元器件的更新與改進，工業機器人也會借助傳感器技術使它（tā）們變得更智能、使用更安全，從而激發提供（gòng）更大的價（jià）值和更多潛能。

資料來源：中國（guó）包裝網（wǎng）

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