工業（yè）機器人作為工業自動化的典型裝備，促進經（jīng）濟活（huó）動（dòng）中各行各業的發展。工業碼垛機器人更是以低廉的成本、高效的作業優（yōu）勢，將人（rén）從繁重、單一的堆垛勞（láo）作中解放出來，提高生產效率，降低生產成本（běn），縮短生產周期。碼垛機器人可以代替人工進行貨物分類、搬運和（hé）裝卸，特別（bié）是代（dài）替人類搬運危險物（wù）品，象放射物質、有毒物質等，降低工人的勞動強度，保證工人的人身安全。實現自動化、智能化、無人化。

工業機器人（rén）碼垛係統適用於（yú）化工、建材、飼料、食品（pǐn）、飲料（liào）、啤酒、自動化（huà）物（wù）流等行業，主要對生產製造過程中流水線上的產品進行拾取、分揀（jiǎn）。特別是在倉儲物流業中，碼垛機器人的工作效率直（zhí）接決（jué）定貨物的吞（tūn）吐量。所以，采用（yòng）機器人碼垛實現自動化生產是推動企業發（fā）展的（de）有效手段（duàn）。

1、工業（yè）機器人碼垛係統組成

工業機（jī）器人碼垛係統在實際應用（yòng）中並不是由機器人獨立工作的（de），而是配合自動化設（shè）備進行係統工作。工業機器人碼垛係（xì）統一般由4個子係統共同組成，電氣控製子係統控（kòng）製整個碼垛係統的工作流程（chéng）和節拍。物料傳輸子係統將物料傳輸到機（jī）器人工作區（qū）域，由機器人將物品拾取碼放到自動托盤係統，當機器人（rén）碼（mǎ）完一垛貨物，自動托盤輸送係統（tǒng）自動傳輸到指定位置，由叉車或其他（tā）轉運設備進行輸送。每個子係統包括模塊如圖1所示。

碼垛機器人係統：機器人本體，機器人控製器，機器人抓手，安全護欄及底座等。

自動托盤輸送係統：托盤庫，輕/重載輸送機，重（chóng）載滾筒線（xiàn），升/降移栽（zāi）機等。

物料輸送（sòng）係統：皮帶輸送線，氣動推倒裝置，直線滑道，螺旋滑道，轉彎輥道線。上（shàng）壓平裝置，下（xià）震動輸送線，物料整形裝置，掉頭裝置等。

電氣及電動係統：PLC，氣路設備，變壓器，檢測傳感器，動力電機等。

2、工業機器人碼（mǎ）垛應用的特點

(1)高精度定位，快速（sù）搬運夾取，縮短作業節拍（pāi），生產效率。

(2)機器人作業穩定可（kě）靠，減少工作失誤，提高產品質量。

(3)無疲勞連續作業，全天候工作，擴大工廠產能。

(4)結構簡單、零部件少。因此零部件的故障率低、性能可靠、保養（yǎng）維（wéi）修簡單。

(5)占地麵（miàn）積少（shǎo）。有利於客戶廠房中生產線的布置，並可留出（chū）較大的庫房麵積。

(6)能耗低。通常機（jī）械式的碼垛機的（de）功率在26 kW左右，而碼垛機器人的功（gōng）率為5 kW左右（yòu），大大降（jiàng）低了的運（yùn）行成本。

3、工業機器人碼垛應用存在的問題

3.1碼垛抓手問題

碼垛（duǒ）機器人能夠在不同的作業任務（wù）情況下工作（zuò），主要（yào）取決於機器人法蘭盤抓手的設計（jì）。機器人抓手（shǒu）的品質和性能直接影響工業搬（bān）運機器人的工作質量和效率。傳統搬運（yùn）機器人抓手由（yóu）純機械部（bù）件組成，結構複雜（zá）、整（zhěng）體笨重、動（dòng）作速度（dù）慢、不具備自動檢測、控製位置能力、控製精度低、受工作環境（jìng）溫度（dù）和工件重量影響會產生運動不到位等眾多問題，影響搬運機器人的正常工作效率，在生產（chǎn）中存（cún）在安全隱（yǐn）患，針對不同的物品設計特定的抓手工業機器人才（cái）可以作業。但是，麵對（duì）工業生產製造中，在同一（yī）工位上，可能會出（chū）現不止一種的產（chǎn）品規格，這種情況下機器人隻能特定地（dì）抓取，無法（fǎ）滿足品種多樣化地抓取。由此一（yī）來，機（jī）器人抓手的選擇和（hé）設計顯得格外重要。針對這（zhè）種情（qíng）況，急需設計出一種自適應，多功能的機器人抓手。

3.2自動識別抓取（qǔ）問題

在工業機器人碼垛（duǒ）和（hé）分揀作業過程（chéng）中，由於產品種類（lèi）的多樣化，需要根據物品的類別進行分類拾取碼垛，將同一條流水（shuǐ）線上的物品，搬運到不同的托（tuō）盤上。其次，物品在傳輸過程中待抓取位置可能不固定，這就需要機器人能夠自主識別物品抓取（qǔ）點的位置。因此，選擇化的識別抓取對碼垛機器（qì）人的應用十（shí）分重要。

3.3運動路徑規劃

工業機器人在碼垛應用中，單位時（shí）間內碼（mǎ）垛次數，是衡量工業機器人性能的很重要的一個（gè）指標，特別（bié）對於高吐量的（de）產線來說，工（gōng）業機器人的碼垛速率，決定了整個產線的產能。影響機器人碼（mǎ）垛效率的（de）因素有很多，象（xiàng）伺（sì）服電（diàn）機的性能，負載（zǎi）強度，機器人的機械（xiè）結構等，特別是機器人將物品碼放成（chéng）不同的垛型，碼垛擺放的順序也是影響碼垛效率（lǜ）的關鍵因素。當碼垛順序固定後機器人運動路徑的優化對（duì）提高效率有很大幫助，如果是搬運到同一終點，機器人路徑選（xuǎn）取不同，機器人運動解算結果（guǒ）差異很大（dà），最（zuì）終速度差也很大。所以，機器人運動路徑和碼（mǎ）放垛型順序的設計對機器人工作效率的提升起到關鍵作用。

4、關鍵解決技術

4.1自適應抓手

該文為了實際工作需要設計了一種具有自動檢測、控製位（wèi）置能力的工業搬運機器人自動抓手，以解決現有技術存在（zài）的控製精度低（dī）、工作效率低及存在安（ān）全隱患等問題。機（jī）器人夾爪自動控製器的中央處理器內預置（zhì）工作程序，可與工業搬運機器人（rén）的主控製器建立通信，當搬（bān）運機器人到達拾取（qǔ）工件位置時，依據搬（bān）運機器人主控製器的指（zhǐ）令開始抓取，抓手夾（jiá）取過程受負反饋（kuì）作用，當檢測抓手壓力變化時，自動（dòng）調節電（diàn）機扭（niǔ）矩（jǔ）已達（dá）到抓取（qǔ）力度（dù）和行程的控製。如此一來，對於不同規格的物品，一種夾爪就可以滿足抓取任務，減（jiǎn）少了頻（pín）繁更換夾具的流程，提高了碼垛（duǒ）工作的效（xiào）率。

4.2機器視覺係統

機器（qì）人視（shì）覺（jiào）係統包括CCD數字相（xiàng）機、鏡頭、光源、機器人本體控製係統。CCD數字相機通過交換機與工業計算機連接，電氣控製櫃接入交換機，相機單元對物品的圖片（piàn）拍攝，數據采集，並通過交（jiāo）換機傳輸至（zhì）工業計算機，工業計算機對采集到（dào）的備份件物品圖片進行圖像處理和精準定位後，通過交換機向機器人控製係統發送控製信號。這（zhè）種技術解（jiě）決了（le）傳統碼垛在產品種類多，位置多變的情況下的碼垛（duǒ）問題，在分揀碼垛作業中提高了（le）工作效率，讓（ràng）碼垛機器人更加智能化，人性化。

4.3垛型（xíng）設計和運動路徑（jìng）優化

要想提高機器人工作效率，必須對垛型設計（jì）和運動路徑合理設計。對（duì）運動優化進行深入（rù）研究，提出了路徑規劃和軌跡規劃綜合優化的（de）方法，來同（tóng）時優化這2個相互耦合的過程。在路徑規劃後，采用B樣條插值的方法對離散路徑（jìng）進行擬合得到光滑路徑，為了得到路徑的光滑程度有一個量化的表示，采用模糊控製器來控製路徑的修正（zhèng）幅度，進而求得機（jī）器人沿該路徑運行的最小時間（jiān）。再結合（hé）實際分析了時間最優軌跡規劃的特點，采用參數化表示的方法降低（dī）動力學模型的維數和動態規劃法求取最優時間來控製機器人碼垛運動。對於機器人碼垛的（de）擺放順序（xù），根據擺放的（de）方向，層數，每層個數（shù）的需要，以由遠到近，相鄰擺放的原則設計擺放順（shùn）序可以縮短路徑的總和，已（yǐ）達到提高碼放效率的目的。

5、未來發（fā）展方向

5.1雲（yún）端控製（zhì）化

製造業的無人化或（huò）許將為（wéi）中國製造業的升級提供一條路徑。目前工業機器（qì）人的應用多是處在獨立的工作站中，每個機器人是獨立的。未來針（zhēn）對比較（jiào）複（fù）雜的生（shēng）產工藝，生產（chǎn）信息需要共享，需要遠程監控機器人，所以（yǐ）雲端（duān）控製化（huà）是機器人的（de）一個重要發展方向。雲端控製（zhì）需要解決關（guān）鍵問題（tí）是（shì）需要網關轉化不同的通信協議，遠程服務器儲存大量機器人工作案例，針對（duì）當前機器人工作的內容，從（cóng）雲端匹配工作案（àn）例，對機器人運動（dòng）進行遠程控製。雖然近年來，出現不（bú）少遠程控製機器人的案（àn）例，但是要想控製機器人使其（qí）滿足複雜的環（huán）境和工作（zuò）內容，還需要對機（jī）器人的運動數據和通信數據進（jìn）行進一步研究。

5.2多傳感（gǎn）器信息融合化

目前工業機器人的應用多是在工作站或流（liú）水線，還沒有與人的接觸和（hé）配合，未來針對比較複雜（zá）的生產工藝，人和機器人的協作將會是一個非常（cháng）重要的發展方向（xiàng）隨著工業機器人的工作內容的複（fù）雜性提高，機（jī）器人需要變得更加智能（néng），來感知周圍環境（jìng）信息，才能夠規劃下一決策和行為。這就需要借助傳感器係統的多個傳感器信息融合，以檢測多變的外部環境（jìng），做出判斷和決策，其實質類似於人的五（wǔ）官和身體的綜合感覺功能，包括視覺、觸（chù）覺、力覺、滑覺、接（jiē）近覺、壓覺、聽覺、味覺、嗅覺、溫覺等。研究包括（kuò）各類（lèi）傳感信息的采（cǎi）集及融合處理、傳感器與驅動器一（yī）體化技術、感覺功能繼承模塊等。目前，很多大型工廠都有大量的工業機器（qì）人，它們與人力一起，為社會工業（yè）化生產創造了不計其數的價值。目前（qián）的工業機器人仍舊在不停地發生（shēng）著技術上的改進，特別是（shì）隨著MEMS加速度傳感器、陀螺儀（yí）、壓力傳感器等智能化元器件的更新與改進，工業機器人也會借助（zhù）傳感器技術使它們變得更智能、使用更安全，從而激發提供更大（dà）的（de）價值（zhí）和更多潛能。