機(jī)器人在工業(yè)碼垛上面的應(yīng)用

趙月輝

摘 要：進(jìn)入20世紀(jì)后，機(jī)器人的研究與開(kāi)發(fā)得到了更多人的關(guān)心與支持，一些適用化的機(jī)器人相繼問(wèn)世。1959年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在美國(guó)誕生，開(kāi)創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品已成為柔性制造系統(tǒng)（ FMS） 、自動(dòng)化工廠（ FA） 、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的自動(dòng)化工具。工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)流水線(xiàn)碼垛廣泛采用，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量，而且保障人身安全、改善勞動(dòng)環(huán)境、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約材料消耗以及降低生產(chǎn)成本有著十分重要的意義。在工業(yè)控制中主要使用的機(jī)器人四大家族是：ABB（瑞士）、庫(kù)卡（德國(guó)）、安川（日本）、發(fā)那科（日本）等。在中職教學(xué)中，ABB品牌機(jī)器人占60%。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;發(fā)展現(xiàn)狀;國(guó)內(nèi)趨勢(shì);碼垛應(yīng)用

一、碼垛機(jī)器人的發(fā)展與前景

現(xiàn)在有很多個(gè)原因，包括包裝的種類(lèi)、工廠環(huán)境和客戶(hù)需求等將碼垛變成包裝工廠里一塊難啃的骨頭。為了克服這些困難，碼垛設(shè)備的各個(gè)方面都在發(fā)展改進(jìn)，包括從機(jī)械手到操縱它的軟件。 最近市場(chǎng)上對(duì)靈活性的需求不斷增長(zhǎng)，這一個(gè)趨勢(shì)已經(jīng)影響到了包裝的多個(gè)方面，生產(chǎn)線(xiàn)的后段也不例外。

對(duì)于隨機(jī)貨盤(pán)來(lái)說(shuō)，碼垛機(jī)器人是唯一的選擇。盡管如此，機(jī)器人裝載也面臨比較多的問(wèn)題，如果要以較高的速度進(jìn)行生產(chǎn)，將更加困難重重。

一個(gè)處理隨機(jī)裝載的機(jī)器人碼垛機(jī)需要特殊的軟件，通過(guò)軟件，機(jī)器人碼垛機(jī)與生產(chǎn)線(xiàn)的其他工業(yè)控部分相連接，這是智能臉孔是個(gè)巨大的進(jìn)步。

一個(gè)用來(lái)建造隨機(jī)貨盤(pán)的機(jī)器人能集成進(jìn)工廠的生產(chǎn)管理系統(tǒng)（MES）。精密的軟件同樣能夠滿(mǎn)足對(duì)立即可上架貨盤(pán)的需求。一般來(lái)說(shuō)，這就意味著產(chǎn)品碼垛好后，部分或者全部一次包裝容器的標(biāo)簽都必須是朝外的。 機(jī)器人碼垛設(shè)備還是另外一個(gè)苛刻應(yīng)用的選擇：冷凍倉(cāng)庫(kù)內(nèi)碼垛。在消費(fèi)商品包裝領(lǐng)域，在一個(gè)冷凍倉(cāng)庫(kù)內(nèi)處理箱子是最困難的工作之一。工人們不得不頻繁地交替工作來(lái)保持身體暖和，這就間接的降低了工作效率并提高了勞動(dòng)力成本。

在采用碼垛機(jī)器人的時(shí)候，還要考慮一個(gè)重要的事情，就是機(jī)器人怎樣抓住一個(gè)產(chǎn)品。 真空抓手是最常見(jiàn)的機(jī)械臂臂端工具（EOAT）。相對(duì)來(lái)說(shuō)，它們價(jià)格便宜，易于操作，而且能夠有效裝載大部分負(fù)載物。但是在一些特定的應(yīng)用中，真空抓手也會(huì)遇到問(wèn)題，例如表面多孔的基質(zhì)，內(nèi)容物為液體的軟包裝，或者表面不平整的包裝等等。

二、碼垛機(jī)器人特點(diǎn)

（一）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零部件少。因此零部件的故障率低、性能可靠、保養(yǎng)維修簡(jiǎn)單、所需庫(kù)存零部件少。

（二） 占地面積少。有利于客戶(hù)廠房中生產(chǎn)線(xiàn)的布置，并可留出較大的庫(kù)房面積。碼垛機(jī)器人可以設(shè)置在狹窄的空間，即可有效的使用。

（三）適用性強(qiáng)。當(dāng)客戶(hù)產(chǎn)品的尺寸、體積、形狀及托盤(pán)的外形尺寸發(fā)生變化時(shí)只需在觸摸屏上稍做修改即可，不會(huì)影響客戶(hù)的正常的生產(chǎn)。而機(jī)械式的碼垛機(jī)更改相當(dāng)?shù)穆闊┥踔辽鲜菬o(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

（四）能耗低。通常機(jī)械式的碼垛機(jī)的功率在26KW左右，而碼垛機(jī)器人的功率為5KW左右。大大降低了客戶(hù)的運(yùn)行成本。

（五）全部控制可在控制柜屏幕上操作即可，操作非常簡(jiǎn)單。

（六）只需定位抓起點(diǎn)和擺放點(diǎn)，教示方法簡(jiǎn)單易懂。

三、機(jī)器人碼垛編程設(shè)計(jì)思路

（一）安裝機(jī)器人碼垛用的夾具，連接好氣源。

（二）設(shè)計(jì)連接好機(jī)器人I/O接口的電氣線(xiàn)路，并調(diào)試相關(guān)傳感器及控制設(shè)備。

（三）制定工藝流程

復(fù)位→從物料底盤(pán)吸取物料并提升→放到碼垛底盤(pán)并提升→復(fù)位→從碼垛底盤(pán)吸取物料并提升→放到物料底盤(pán)并提升→復(fù)位。

（四）定義機(jī)器人的程序點(diǎn)

根據(jù)機(jī)器人實(shí)際運(yùn)行的位置，定義機(jī)器人的程序點(diǎn)，針對(duì)不同的物料的擺放方式，可以通過(guò)建立例通用例行子程序簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，并將實(shí)際示教點(diǎn)位帶入到例行子程序中。

（五）規(guī)劃?rùn)C(jī)器人運(yùn)行軌跡

根據(jù)模型布局，下圖規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，盡量做到安全快捷。

（六）機(jī)器人程序編寫(xiě)

PROC MAIN（）

rInitAll（）; （復(fù)位子程序）

MD （）;（物料底盤(pán)到碼垛底盤(pán)程序）

JD（）; （碼垛底盤(pán)到物料底盤(pán)程序）

ENDPROC

（七）機(jī)器人程序調(diào)試運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)碼垛功能。

四、碼垛機(jī)器人存在的問(wèn)題以及對(duì)策

從某種意義上說(shuō)，在碼垛機(jī)器人研究和應(yīng)用方面，國(guó)外取得了令人矚目的成績(jī)，我國(guó)在近幾年也有一定的進(jìn)展，但它依然存在一些問(wèn)題，需要采取一些可行的措施對(duì)它進(jìn)行完善。相應(yīng)地，碼垛機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)下討論的人們?cè)掝}之一。而采取行之有效的策略來(lái)解決這些存在的問(wèn)題已經(jīng)成為迫在眉睫的事情。

對(duì)于碼垛機(jī)器人來(lái)說(shuō)，它存在的問(wèn)題不是單一的。

第一、碼垛機(jī)器人的能力是很有限的，適應(yīng)能力也需要進(jìn)一步提高。碼垛機(jī)器人的工作能力是和它自身的靈活性、工作的空間、機(jī)械結(jié)構(gòu)息息相關(guān)的。由于碼垛機(jī)器人有著笨重而復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，它的靈活性能和工作空間也相繼降低了很多。進(jìn)而，給工業(yè)生產(chǎn)的工作效率帶來(lái)了阻礙。

第二、碼垛機(jī)器人的智能化程度很有限，可靠性和穩(wěn)定性還有待提高。在新時(shí)代下的工業(yè)生產(chǎn)中，需要機(jī)器人本身具有智能功能很多方面的特點(diǎn)。在工業(yè)生產(chǎn)中，碼垛機(jī)器人只是完成一些簡(jiǎn)單的工作。但隨著工業(yè)生產(chǎn)速度不斷加快，需要頻繁重復(fù)抓取、搬運(yùn)、碼放得動(dòng)作，碼垛機(jī)器人必須具有相應(yīng)的可靠性以及穩(wěn)定性，才不會(huì)出現(xiàn)誤差的情況。當(dāng)然，除了這些以外，還存在一些其它方面的問(wèn)題。比如，碼垛機(jī)器人的成本高而種類(lèi)又繁多。

關(guān)于解決碼垛機(jī)器人存在問(wèn)題的策略。

首先，在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，對(duì)碼垛機(jī)器人進(jìn)行模塊化和可重構(gòu)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)。碼垛機(jī)器人不再使用過(guò)去的并聯(lián)平行四邊形結(jié)構(gòu)，而是使用集成式模塊化的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。以此，來(lái)使碼垛機(jī)器人笨重而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化。

其次，需要采用多傳感器融合技術(shù)，比如，溫濕度、觸覺(jué)傳感器，使工業(yè)生產(chǎn)周?chē)沫h(huán)境以及目標(biāo)對(duì)象得以建模和決策控制。通過(guò)這樣的策略，來(lái)使碼垛機(jī)器人的適應(yīng)能力得以提高。比如，識(shí)別度得到提高，能夠測(cè)量三維參數(shù)。

最后，對(duì)碼垛機(jī)器人的硬件和軟件體系予以改善。比如，系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化。通過(guò)這樣的改進(jìn)，來(lái)降低碼垛機(jī)器人的成本費(fèi)用。很顯然，除了上面這些以外，還有一些其它方面的策略。

總之，對(duì)于碼垛機(jī)器人來(lái)說(shuō)，雖然國(guó)內(nèi)外正處在不同的階段，國(guó)外處于推廣階段，國(guó)內(nèi)還處于自主研發(fā)的初步階段，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，它具有很好的發(fā)展前景。同時(shí)，隨著碼垛機(jī)器人技術(shù)日漸成熟，它不僅將會(huì)被應(yīng)用到更多的領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)它的價(jià)值，還是科技史上一次質(zhì)的飛躍。

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