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1、昱庄机械技术文集 http:/ 码垛机器人是用在工业生产过程中执行大批量工件、 包装件的获取、 搬运、 码垛、 拆垛等任务的一类工业机器人,是集机械、电子、信息、智能技术、计算机科学 等学科于一体的高新机电产品。 国内码垛机器人研究与应用现状我国工业机器人研究和应用开始于 20 世纪 70 年代,受当时经济体制等因素的制约,发展比较缓慢,研究和应用水平比较 低。 进 入20世纪80年代以后,随着改革开放的不断深入,我国工业机器人技术的开发和 研究才达到一定水平,码垛机器人技术也得到了快速的发展。 国内码垛机器人 研究现状研究现状 目前,我国自主研发的码垛机器人的结构型式主要有直角坐标型、关节型
2、。直角 坐标型码垛机器人为 4 轴机器人。4 根运动轴对应直角坐标系中的 X 轴、 Y 轴 和 Z 轴,以及 Z 轴上带有的一个旋转轴。直角坐标机器人的传动主要是通过驱动电 机的转动带动同步带运动,同步带带动直线导轨上的滑块运动。直角坐标机器人 具 有定位精度高、空间轨迹易于求解、计算机控制简单等优点,但所占空间大、 相对工作范围小、操作灵活性差、运动速度较低。 与直角坐标机器人相比,关节型机器人机身小而且动作空间大,动作灵活,可满足 更多的生产要求,应用范围更广。为了提高国产关节型机器人的市场竞争 力,促 进产业化发展,在近 10 年的时间里,我国涌现出一批具有较强实力的专家企业、 产业基地
3、和科研院校。沈阳新松机器人自动化股份有限公司为满足客户特定 环 境下的需求,成功开发了码垛机器人系统。 哈尔滨工业大学于 2004 年推出的 1600昱庄机械技术文集 http:/ 型基于 FFS 的高速高精度称重包装码垛生产线,采用全新结构型式与原 理的新 型全自动称重、包装、机器人码垛生产线,生产能力可达 1600 包/小时以上。 上海交通大学机器人研究所携手沃迪包装科技有限公司开发出了新一代 TPR 系 列码垛机器人,具有独特的线性四连杆机构,采用高强度铝合金制造的节能环 保 手臂,生产能力可达 1600 包/小时。基于工业 PC 的控制器系统以及码垛现场 3D 仿真和自动干涉检测,大大
4、提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 苏海新等人开发了新型工业码垛机器人,其主体结构是基于平衡吊原理的七杆机 构,具有 4 个自由度;开发了一种基于 IPC 和 PMAC 的模块化分布式控制 系统,集 主机通讯、运动控制、后台任务处理等昱庄机械技术文集 http:/ 李晓刚等 码垛机器人的研究与应用现状、问题及对策 99 基本功能于一体, 具有开放性强、实时性好、伺服 控制精度高等特点。 李成伟等人研究设计了一种 4 自由度并联关节式搬运码垛机器人,只需更换手爪, 即可对硬纸箱、塑料箱、袋状物、盒装物等搬运码垛。控制系统设计采用了基于 PC 的模块化分布式控制结构,上位机采用普通工业 PC
5、,实现监控和作业管理,下 位机采用 PMAC 运动控制卡和 PLC 可编程控制器,实现运动规划和控制。 杨灏泉等人研制了一种通用拆垛、码垛机器人,采用水平关节的机械结构形式, 以基于 PC 的开放式 DSP 多轴运动控制器作为控制系统的核心,采用标准总 线结 构,使系统具有良好的可扩展性和网络通讯功能;使用面向对象的开发模式,自主 开发了机器人控制软件,实现了机器人监控、示教、文件管理、参数设置、轨 迹 规划和伺服控制等。 应用现状应用现状 目前,我国生产力总体水平较低,劳动力便宜,科研人才缺乏,大多数企业的生产 自动化水平偏低,企业发展意识落后,先进码垛设备和机器人的使用受到限制,只 在一些
6、大型知名企业中得到了应用。 20 世纪 90 年代中期至今,青岛、玉溪等卷烟厂采用码垛机器人对其卷烟成品进 行码垛作业,节省了大量人力,减少了烟箱破损。码垛机器人配备条码识别 器可 以实现 2 种以上品牌产品的码垛;利用真空吸盘可以实现成品拆垛;利用图像识 别系统和多功能机械手,实现了各种辅料托盘的识别和抓取,完成卷烟辅料的搭 配作业。 制米工厂利用4自由度圆柱形机器人,将自动立体仓库中5kg或10kg的米袋抓起 码放至托板上,堆放高度可达 10 层,机器人水平行程可到 1200mm,回转角度大于 360 度。该机器人采用直流伺服电机驱动,具有控制性能优越、效率高等优点,能 满足米袋码垛工作要
7、求。 我国是世界最大的啤酒生产和消费国家,如何降低物流系统的成本,提高效益与 服务质量,成为竞争的新焦点。 采用先进的物流技术和自动化设备是获得市场 优 势的主要战略之一。目前,青岛啤酒、燕京啤酒、广州珠江啤酒、东莞雪花啤酒 等知名大型啤酒生产企业已经采用全自动、半自动码拆垛设备和机器人系统,码 垛 效率得到了极大提高,现在的设备基本可以完成 4800060000 瓶/小时的码 垛要求。 国内机器视觉技术的应用现状国内机器视觉技术的应用现状 目前在我国物流包装企业中机器视觉技术的应用主要包括:包装外观印刷品检 测、药品包装检测、烟包包装检测、啤酒饮料生产线中玻璃瓶检测等。其基本原 昱庄机械技术
8、文集 http:/ 理,是利用 CCD 相机和图像采集系统获取目标的图像,经过计算机图像处理系统 处理和分析,获取目标的特征,根据预设的容许度和其他条件输出结果。 焦恩璋等人以 MotomanUP6 机器人为基础,构建了基于机器视觉的生产线分拣系 统。该系统将相机拍摄到的图像传输到图像采集卡,经由计算机软件 进行分析, 选择基于背景减法与基于二值化的目标检测方法,选择线性判别函数法进行目标 识别。该系统采用了 GNN 算法对目标进行跟踪,并采用 Kal2man 滤波的估计功能 来估计目标未来的位置,为机器人抓取动态目标提供信息,最终控制机器人实现 流水线分拣动作。 蒋明尧利用了 ABBUP6
9、机器人完成生产线中玻璃自动堆垛的作业任务,为避免玻 璃在堆垛过程中产生擦伤并保证堆垛精度和速度,开发了机器视觉系统, 利用带 有透镜径向一阶畸变的小孔摄像机、625 线扫描系统、视频图像采集卡等装置和 特征位方法识别零件,并通过质心法结合特征点及最小二阶矩进行定位,产 品识 别正确率达 100%。 目前机器视觉技术主要针对产品和包装件的外观质量进行检测,而结合机器人技 术在码垛、 拆垛作业中,对产品和包装件形状和定位的研究和应用较少,还有待进 一步拓展。 经过 20 多年的发展,我国工业机器人技术及在码垛方面的研究和应用特点主要 体现在以下几点: 1)我国在机器人运动学、 动力学与机构综合,机
10、器人运动控制算法的研究,以及示 教编程、离线编程技术、传感器控制系统方面,基本掌握了工业机器人所有关键 技术。 2)研制出了交、直流伺服驱动系统,RV 减速器等基础元器件和单元技术。在控制 系统方面,我国已经开发出了分级分层控制系统,并有不少已投入使用。 总之, 我国在机器人基础研究、关键元器件开发、机器人整机设计、周边设备开发以及 机器人应用等方面取得了不少成绩,形成了一支强有力的队伍。 3)我国码垛机器人目前多应用在啤酒、饮料、食品、烟草、物流等劳动强度大、 生产量大、工伤事故率高的企业,为提高企业生产自动化水平、生产能力,改善企 业生产和管理环境,增强企业竞争力,做出了很大的贡献 本文章发表在 http:/
