国内码垛机器人研究与应用现状.pdf

昱庄机械技术文集 / 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 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。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 / 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 / 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,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 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 在一些大型知名企业中得到了应用。 20 世纪 90 年代