山东省科学院自动化研究所之机器人

山东省科学院自动化研究所人才荟萃，设有山东省机器人与制造自动化技术重点实验室、机器人国家工程中心山东分中心、山东省机器人与制造自动化工程技术研究中心，为山东省机器人产业技术创新战略联盟理事长单位。机器人与制造自动化技术是该研究所主要研究方向之一。

机器人科研团队目前有32 人，其中院士特聘专家1人，泰山学者海外特聘专家1 人，博士6 人，硕士20 人。团队主要围绕机器人关键共性技术及智能制造技术开展研究，在此领域已有10 余年的研究积累，在经济型工业机器人、移动机器人、智能装备等研究方面形成了自己的科研特色，主持承担了国家863 计划项目、国家国际科技合作项目、国家自然科学基金、山东省自主创新重大专项、山东省自主创新成果转化重大专项等多项国家、省重点科研项目，取得了一批具有自主知识产权的重要科研成果，包括井下探险救援机器人、大空间消防机器人、造纸行业包装搬运机器人、码垛机器人等，并在装备制造业、食品、包装等行业得到广泛应用。

一、主要研究方向及研究内容

1.经济型工业机器人

主要研究机器人智能控制、结构优化设计、建模仿真技术；机器人标定技术及性能检测技术。

2.移动型机器人

主要研究移动机器人导航、定位、通信、管理调度技术；机器人视觉、力觉、触觉等感知感测技术。

3.智能制造装备

面向行业应用需求，开展工业生产所需专用智能装备、工装夹具的研究设计和开发工作。

4.机器人系统集成

主要开展基于机器人的自动化生产线、数字化车间的解决方案研究、设计与开发工作。

二、主要研究成果

1.经济型工业机器人

· 圆柱坐标式码垛机器人

采用混联结构，为圆柱坐标式，见图1。其平行四边形结构使机器人具有更好的刚性和灵活性，结构上主要由腰部、并联部分以及腕部三部分组成。

该码垛机器人具有效率高、控制简单、成本低、工作空间大等特点。目前6 台成果样机已经在山东、江苏、广西、河南、湖南、安徽等地的建材、化工行业的企业中进行了应用，每年企业可节约用工成本15 万元，同时机器人的使用提高了企业产品质量和生产效率。

· 垂直关节式码垛机器人

采用串联结构，为垂直关节式，见图2。超高速4 轴运行机构、3.1m 到达距离加上200kg 的有效载荷，在同类产品市场上具有较大优势，是袋、盒、板条箱和瓶子等包装材料的理想堆垛工具。

图2 垂直关节式码垛机器人

2.移动型机器人

· 移动机器人平台

作为通用的机器人移动平台，整个平台配有模块化、标准化机械接口、电气接口和通信控制接口，在结构化环境中具备自主导航、自主作业、自主充电功能。该平台可通过更换运输平台、小型机械手、探测设备等不同机构和作业工具，实现不同的作业功能，并可以通过不断完善和升级实现机器人在非结构环境下的探测和行走，以适应不同的作业环境。

该机器人平台可以在工业物流、生产线夹装搬运、消防作业、电力巡视检测、野外探测、军事等行业领域应用（图3）。

图3 巡视检测移动机器人

3.机器人智能感知技术

· 机器人视觉检测与定位系统

本系统将机器视觉技术应用于工业机器人领域，使机器人能够从工作场景中检测、识别并准确抓取指定的物体，从而极大地提高机器人对环境的适应能力。系统采用基于进化算法的快速2D 目标检测、双目视觉的快速3D 目标位置和姿态识别及多自由度视觉伺服控制技术，系统具有高实时性、高鲁棒性和高精度（图4）。

图4 机器人视觉检测

· 机器人智能抓取系统

该系统采用多传感、多自由度末端执行器实现柔性抓取，集成了适合易碎和可变形物体的多种力控制算法，实现了基于视觉和力觉的工业机器人自主柔顺抓取和操作，可适用于精密工件、器件的抓持、夹持或装配以及多种食品、果蔬的无损抓取等（图5）。

图5 机器人智能抓取系统

4.智能制造装备

· 全自动砂轮成型机

如图6 所示，28 工位转盘式全自动砂轮成型机，具有定量投料、自动放网、自动放标签、自动放芯圈、自动取坯、检测和自动分拣等单元功能，可实现砂轮的全自动化生产，提高了砂轮的生产质量和效率。

图6 全自动砂轮成型机

· 全自动纸卷包装机

全自动纸卷包装机由放纸系统、送纸系统、切纸喷胶系统、卷纸系统、热压合系统组成，见图7。包装时由机器人放置内外封头，选择包装纸规格、送纸、喷胶、断纸、加压热封、踢纸等动作全部实现自动化。全自动纸卷包装机极大地提高了生产效率，节约了劳动力成本。

图7 全自动纸卷包装机

5.机器人系统集成

· 太阳能机器人码垛搬运系统

该系统用于热水器水箱后包装工段，支持多种产品混线生产。系统通过自动扫描条码识别产品信息，上位机利用智能算法分配码垛工位，并协调输送线和多台机器人，实现产品从输送线到各码垛工位的高速、准确搬运。同时，系统能够同时对上千种产品的生产信息进行维护管理（图8）。

图8 太阳能机器人码垛搬运系统

· 冲压线机器人上下料系统

为青岛海尔冲床车间开发设计的含自动排料、自动定位、机器人上下料等内容的自动化冲压生产线系统（图9）。

图9 冲压线机器人上下料系统

· 工程机械机器人重型焊接系统

为常林集团设计开发的工程机械斗杆、动臂等大型构件的机器人重焊系统，见图10。一台机器人利用平移、变位等协调控制，较好地解决了复杂、大工件、重焊问题，大大提高了效率和质量。

图10 工程机械机器人重型焊接系统