机器人在工业码垛上面的应用

赵月辉

摘 要：进入20世纪后，机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持，一些适用化的机器人相继问世。1959年第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。机器人技术及其产品已成为柔性制造系统（ FMS） 、自动化工厂（ FA） 、计算机集成制造系统（CIMS）的自动化工具。工业机器人在生产流水线码垛广泛采用，不仅可提高产品的质量与数量，而且保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低生产成本有着十分重要的意义。在工业控制中主要使用的机器人四大家族是：ABB（瑞士）、库卡（德国）、安川（日本）、发那科（日本）等。在中职教学中，ABB品牌机器人占60%。

关键词：机器人;发展现状;国内趋势;码垛应用

一、码垛机器人的发展与前景

现在有很多个原因，包括包装的种类、工厂环境和客户需求等将码垛变成包装工厂里一块难啃的骨头。为了克服这些困难，码垛设备的各个方面都在发展改进，包括从机械手到操纵它的软件。 最近市场上对灵活性的需求不断增长，这一个趋势已经影响到了包装的多个方面，生产线的后段也不例外。

对于随机货盘来说，码垛机器人是唯一的选择。尽管如此，机器人装载也面临比较多的问题，如果要以较高的速度进行生产，将更加困难重重。

一个处理随机装载的机器人码垛机需要特殊的软件，通过软件，机器人码垛机与生产线的其他工业控部分相连接，这是智能脸孔是个巨大的进步。

一个用来建造随机货盘的机器人能集成进工厂的生产管理系统（MES）。精密的软件同样能够满足对立即可上架货盘的需求。一般来说，这就意味着产品码垛好后，部分或者全部一次包装容器的标签都必须是朝外的。 机器人码垛设备还是另外一个苛刻应用的选择：冷冻仓库内码垛。在消费商品包装领域，在一个冷冻仓库内处理箱子是最困难的工作之一。工人们不得不频繁地交替工作来保持身体暖和，这就间接的降低了工作效率并提高了劳动力成本。

在采用码垛机器人的时候，还要考虑一个重要的事情，就是机器人怎样抓住一个产品。 真空抓手是最常见的机械臂臂端工具（EOAT）。相对来说，它们价格便宜，易于操作，而且能够有效装载大部分负载物。但是在一些特定的应用中，真空抓手也会遇到问题，例如表面多孔的基质，内容物为液体的软包装，或者表面不平整的包装等等。

二、码垛机器人特点

（一）结构简单、零部件少。因此零部件的故障率低、性能可靠、保养维修简单、所需库存零部件少。

（二） 占地面积少。有利于客户厂房中生产线的布置，并可留出较大的库房面积。码垛机器人可以设置在狭窄的空间，即可有效的使用。

（三）适用性强。当客户产品的尺寸、体积、形状及托盘的外形尺寸发生变化时只需在触摸屏上稍做修改即可，不会影响客户的正常的生产。而机械式的码垛机更改相当的麻烦甚至上是无法实现的。

（四）能耗低。通常机械式的码垛机的功率在26KW左右，而码垛机器人的功率为5KW左右。大大降低了客户的運行成本。

（五）全部控制可在控制柜屏幕上操作即可，操作非常简单。

（六）只需定位抓起点和摆放点，教示方法简单易懂。

三、机器人码垛编程设计思路

（一）安装机器人码垛用的夹具，连接好气源。

（二）设计连接好机器人I/O接口的电气线路，并调试相关传感器及控制设备。

（三）制定工艺流程

复位→从物料底盘吸取物料并提升→放到码垛底盘并提升→复位→从码垛底盘吸取物料并提升→放到物料底盘并提升→复位。

（四）定义机器人的程序点

根据机器人实际运行的位置，定义机器人的程序点，针对不同的物料的摆放方式，可以通过建立例通用例行子程序简化程序设计，并将实际示教点位带入到例行子程序中。

（五）规划机器人运行轨迹

根据模型布局，下图规划机器人的运动轨迹，尽量做到安全快捷。

（六）机器人程序编写

PROC MAIN（）

rInitAll（）; （复位子程序）

MD （）;（物料底盘到码垛底盘程序）

JD（）; （码垛底盘到物料底盘程序）

ENDPROC

（七）机器人程序调试运行，实现码垛功能。

四、码垛机器人存在的问题以及对策

从某种意义上说，在码垛机器人研究和应用方面，国外取得了令人瞩目的成绩，我国在近几年也有一定的进展，但它依然存在一些问题，需要采取一些可行的措施对它进行完善。相应地，码垛机器人技术已经成为当下讨论的人们话题之一。而采取行之有效的策略来解决这些存在的问题已经成为迫在眉睫的事情。

对于码垛机器人来说，它存在的问题不是单一的。

第一、码垛机器人的能力是很有限的，适应能力也需要进一步提高。码垛机器人的工作能力是和它自身的灵活性、工作的空间、机械结构息息相关的。由于码垛机器人有着笨重而复杂的机械结构，它的灵活性能和工作空间也相继降低了很多。进而，给工业生产的工作效率带来了阻碍。

第二、码垛机器人的智能化程度很有限，可靠性和稳定性还有待提高。在新时代下的工业生产中，需要机器人本身具有智能功能很多方面的特点。在工业生产中，码垛机器人只是完成一些简单的工作。但随着工业生产速度不断加快，需要频繁重复抓取、搬运、码放得动作，码垛机器人必须具有相应的可靠性以及稳定性，才不会出现误差的情况。当然，除了这些以外，还存在一些其它方面的问题。比如，码垛机器人的成本高而种类又繁多。

关于解决码垛机器人存在问题的策略。

首先，在机械结构方面，对码垛机器人进行模块化和可重构化的优化设计。码垛机器人不再使用过去的并联平行四边形结构，而是使用集成式模块化的关节驱动系统。以此，来使码垛机器人笨重而复杂的结构得以简化。

其次，需要采用多传感器融合技术，比如，温湿度、触觉传感器，使工业生产周围的环境以及目标对象得以建模和决策控制。通过这样的策略，来使码垛机器人的适应能力得以提高。比如，识别度得到提高，能够测量三维参数。

最后，对码垛机器人的硬件和软件体系予以改善。比如，系列化、通用化、标准化。通过这样的改进，来降低码垛机器人的成本费用。很显然，除了上面这些以外，还有一些其它方面的策略。

总之，对于码垛机器人来说，虽然国内外正处在不同的阶段，国外处于推广阶段，国内还处于自主研发的初步阶段，但从长远来看，它具有很好的发展前景。同时，随着码垛机器人技术日渐成熟，它不仅将会被应用到更多的领域，实现它的价值，还是科技史上一次质的飞跃。

参考文献：

[1]王亭岭，王彩玲，马景义，刘国良，牛军.码垛机器人在饲料工业的研究及应用[J].饲料工业，2013，11：11-14.

[2]李晓刚，刘晋浩.码垛机器人的研究与应用现状、问题及对策[J].包装工程，2011，03：96-102.

[3]孙浩.码垛机器人的设计与研究[D].山东理工大学，2013.