向應軍

（湖北工業(yè)大學，湖北武漢430068）

碼垛機器人的研究與應用現(xiàn)狀

向應軍

（湖北工業(yè)大學，湖北武漢430068）

由于倉儲物流行業(yè)的發(fā)展十分迅速，自動化立體倉庫得到了廣泛的應用，碼垛機器人技術在解決勞動力不足、提高勞動生產效率、降低生產成本、降低工人勞動強度、改善生產環(huán)境等方面具有很大潛力。國外從20世紀60年代開始研究工業(yè)機器人，碼垛機器人也得到了廣泛的應用。隨著堆垛技術的應用不斷深入，大量人力勞動逐漸被機器人取代。

碼垛；機器人；研究；應用

1 碼垛機器人的的歷史

20世紀70年代初期的時候，世界第一臺工業(yè)機器人由瑞士的ABB公司研制成功，該機器人主要用于物體碼垛、零件的安裝和卸載等。緊接著幾年后日本也發(fā)明了搬運機器人，隨著科學技術的迅速發(fā)展，自動化控制技術逐漸應用于各個領域，歐美發(fā)達國家和韓日等國都在工業(yè)機器人的研制上取得了重大突破，并且面向市場。

20世紀70年代初期，德國KUKA研制了世界上第一臺六軸驅動控制碼垛機器人，隨著新世紀的到來，KUKA公司在機器人的生產材料上取得了重大突破，“巨貪纖維”的使用提高了機器人的綜合性能，尤其是在結構質量、承載能力、機械性能、適應能力上得到改善。事實上，國外在20世紀60年代的時候就出現(xiàn)了大量的機器人，碼垛機器人的發(fā)展也十分迅速。在工業(yè)機器人技術與碼垛技術的融合方面，日本和瑞典作為先驅，日本在20世紀70年代的時候率先在碼垛工作中引入了工業(yè)機器人，而這一時期瑞典ABB也研制除了具有較強電控能力的工業(yè)機器人IRB6，物體的存放和搬運效率得到提升。關于碼垛機器人，美國、日本、德國和瑞典在技術上比較成熟，因此工業(yè)機器人也被分為日歐兩大派系，日本目前比較著名的機器人公司為安川、OTC、FANUC和OKURA；歐系主要有KUKA和ABB。

2 碼垛機器人的應用

20實際80年代開始，全球各國在搬運碼垛工作中大量運用了自動化技術和機器人技術，而且應用效果良好。尤其是在生產行業(yè)，德國和日本廣泛使用了碼垛機器人，現(xiàn)階段的碼垛機器人以四軸空間關節(jié)式型號為主，該機器人的主要結構有三個部分：其一是本體；其二是控制柜；最后是末端執(zhí)行器。其中本體結構又可以進一步分為機座、臂、腕等幾個部分，而主體的材料以鑄鐵和鑄鋁為主?；贑AD與FEM有限元分析技術，本體結構能夠得到優(yōu)化，因此在抗震能力、機械性能上能夠得到提升。由于搬運物體和包裝各不相同，機器人末端執(zhí)行器也具有較強的針對性。關于機器人的控制系統(tǒng)一般以PC開放式控制為主，機器人工作穩(wěn)定性、敏捷性、準確性將會得到保證，目前ABB研發(fā)的IRB機器人就配套了軟件來實時監(jiān)控其工作情況，能夠全面協(xié)調加速度、阻力、重力和慣性，除此之外，該軟件還能夠使機器人沿著規(guī)定的軌跡運動并且受到準確控制，同時準確辨別機器人負載大小。

目前應用較廣的IRB660機器人在工業(yè)碼垛中能夠抓取250kg重的物體，3m多的工作距離支持其同時協(xié)助四條生產線工作，該型號的機器人也因此在食品加工行業(yè)中得到大量應用，基于上臂連桿，該型號機器人腕關節(jié)運動良好，而且在Palle Wizard軟件中能夠主動生成程序供工作使用。

德國KUKA公司（1973）研制了全球第一臺電機六軸驅動的機器人FAMULUS，而且該公司（1996）研制了使用PC進行控制的機器人，這在很大程度上促進了機器人技術的迅速發(fā)展。美國JTM公司成功研制了進行潤滑油碼垛的機器人Motoman Model UP165，通過交流伺服電機提供動力，也是一種六軸工業(yè)機器人，該機器人采用了真空吸附的末端執(zhí)行器，通過PLC去控制真空吸頭，一次能夠提取潤滑油三桶。在應用了碼垛機器人之后，其生產效率得到很大程度提升。

由于我國產業(yè)類型多是勞動密集型，轉型還需慢慢過度，因此國內的碼垛機器人的應用水平較低，應用量也比較小，只有在大型企業(yè)和自動化要求較高的行業(yè)才能批量使用。中國卷煙廠采用的碼垛機器人設備，能夠對不同種類的卷煙進行識別，并能通過機器人系統(tǒng)的控制，實現(xiàn)對煙草的抓取與碼放動作，工作效率較高。中國制米工廠使用的碼垛機器人生產線，能實現(xiàn)對不同型號的大米抓取與碼放。中國的啤酒生產商運用碼垛機器人代替人力勞動，降低了工人的勞動強度，并且有效控制了碼放過程的破損率，提高了生產效率，降低了生產成本。

經大批專家學者不斷努力，雖然國內碼垛機器人的研究取得了長足的進步，但與現(xiàn)代工業(yè)的應用要求相比，還需要解決以下問題：

（1）智能化程度有限。碼垛機器人需要適應靈活多變的工作對象與工作環(huán)境，因此碼垛機器人需要進一步提高其智能化水平，使其能夠智能的適應工作環(huán)境與工作對象，這就需要為碼垛機器人添加相應的智能化設備，讓其在穩(wěn)定高效運轉的同時還要有一定的自診斷及修復功能。

（2）適應能力有待提高。在現(xiàn)代制造業(yè)和物流行業(yè)中碼垛機器人主要作用是取代人力勞動，因此需要其有對惡劣和復雜多變的工作環(huán)境的適應能力。但近年來，由于品種越來越多，中小型用戶的迅速增加，多用途通用碼垛機器人的發(fā)展速度很快，其應用前景非常廣泛。

（3）可靠性、穩(wěn)定性需提高。碼垛機器人需要連續(xù)不斷地重復完成物件的抓取、碼放等相對簡單的工作，由于長時間運作碼垛機器人可能會產生累計誤差而影響其系統(tǒng)精度，從而導致碼垛機器人不能穩(wěn)定可靠運行。

（4）視覺系統(tǒng)需完善。機器視覺技術是碼垛機器人的一項關鍵技術，通過視覺不但能夠獲取周圍環(huán)境信息還能獲取工作對象的外觀特征以及工件的空間定位，但就目前來講，這項技術并不成熟，還存在許多問題亟待解決。

（5）高速化。不僅要促進了高速機，也是提高碼垛系統(tǒng)的速度。自動化程度不斷提高，碼垛機器人的結構不斷完善。同時，對整個碼垛系統(tǒng)生產效率重視起來，以便向更深層次的高速發(fā)展。

（6）采用模塊化結構。采用模塊化結構不僅能夠讓碼垛機器人最大限度的滿足不同物品對機器人的要求，同時可以讓設備的設計和制造更方便，能夠降低成本、縮短生產周期。

因此，未來一段時間內開展智能碼垛機器人的研究，對提高碼垛機器人的智能化、工業(yè)應用的適應能力和提高碼垛機器人的可靠性及穩(wěn)定性，滿足現(xiàn)代工業(yè)提高生產效率，改進生產模式，降低勞動成本，促進企業(yè)快速轉型，具有非常重要的現(xiàn)實意義和工程應用價值。

［1］吳麗，梅楊.電氣控制與PLC應用技術［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2008.

［2］馬秀坤，石雪濤，馬學軍.S7-200PLC與數(shù)字調速系統(tǒng)的原理及應用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2009.

Research and Application of Palletizing Robot

XIANG Ying-jun
（Hubei University of Technology，Wuhan，Hubei 430068，China）

Due to the rapid development of the warehousing and logistics industry，the automated warehouse has been widely used.The palletizing robot technology has big potential.In solving the problems of labor shortage，improving labor production efficiency，reducing production cost，reducing labor intensity and improving production environment.Abroad from the 1960s，palletizing robots have also been widely used.With the deepening of the application of stacking technology，a large number of human labor is gradually replaced by robots.

palletizing；robot；research；application

TP242

A

2095-980X（2017）03-0087-01

2017-02-08

向應軍（1986-），男，碩士研究生，主要研究方向：機械工程。