司國斌 靳孝峰/焦作大學(xué)

探討高速搬運(yùn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的運(yùn)用和發(fā)展

司國斌 靳孝峰/焦作大學(xué)

社會生產(chǎn)力的快速提升，預(yù)示著社會需求對各產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)加工能力的再一次提高。因此，為了提高不同行業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)能力、降低生產(chǎn)生本，就有必要做好高速搬運(yùn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的運(yùn)用與研究。

高速搬運(yùn)機(jī)器人；工業(yè)機(jī)器人；發(fā)展；應(yīng)用需求；根本條件；發(fā)展建議

引言

工業(yè)機(jī)器人分為串聯(lián)機(jī)器人及并聯(lián)機(jī)器人，前者存在結(jié)構(gòu)單一、工作范圍大等優(yōu)點(diǎn)；而后者則存在動作速度快、精度高等優(yōu)勢。因此，高速搬運(yùn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與運(yùn)用必然會以此為基礎(chǔ)進(jìn)行研究。

一、高速搬運(yùn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況

Delta機(jī)械手表的生產(chǎn)使用了高速并聯(lián)機(jī)器人，并且在1987年的時候該專利被瑞士的一家公司收購，然后開始了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，并逐漸的研制出了Top-placer和Presto等相關(guān)產(chǎn)品，在餅干等食品的包裝加工中得到了廣泛的運(yùn)用。

到了1999年之后，ABB公司打造出了IRB340FlexPickerDelta機(jī)器人，然后還在機(jī)器人上安置了計算機(jī)視覺系統(tǒng)，并在醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域廣泛推廣。此機(jī)器人在末端的加速度為10g，可實(shí)現(xiàn)150次/min的捉取操作，后續(xù)新品更是達(dá)到了180次/min的捉取速度。

而我國自80年代起開始研究機(jī)器人，并研究出了FlexPicker機(jī)器人，并在電焊、搬運(yùn)等方面得到了一定的應(yīng)用，不過我國工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)能力依舊有待提升。

自2001年期，哈爾濱博實(shí)等公司聯(lián)合開發(fā)了搬運(yùn)和碼垛的串聯(lián)機(jī)器人，而天津則率先攻克了高速并聯(lián)機(jī)器人難題，并研究出了Diamond的二平動自由度高速并聯(lián)機(jī)器人，收獲國家多項(xiàng)專利。

二、高速搬運(yùn)機(jī)器人在社會發(fā)展中的應(yīng)用需求

1.在食品飲料和醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用需求。

食品飲料及醫(yī)藥在我國的年產(chǎn)量巨大，物流設(shè)備產(chǎn)值大約在650億元/年左右，并在不斷攀升。相關(guān)行業(yè)的工序大多是自動化包裝、分揀、裝箱、碼垛等。但是，當(dāng)前我國依舊采用手工或者是半手工的操作凡是，此類操作工作強(qiáng)度大、工作效率低、還有各種隱患問題，所以國家對其非常重視，雖然當(dāng)前由機(jī)器人完成的比例相對較低，但日后必然會不斷增加。

2.在化工行業(yè)的應(yīng)用及需求。

石油加工、能源開發(fā)、環(huán)保節(jié)能等都屬于化工行業(yè)，并且多數(shù)化工產(chǎn)品在加工制造中存在易爆、易燃、有毒等特性，所以此類產(chǎn)品的危險性極高。為了能夠有效的降低化工產(chǎn)業(yè)加工期間的危險性，積極的引進(jìn)高速搬運(yùn)機(jī)器人將具有十分重要的應(yīng)用價值。通過將人力替換成機(jī)器，將有助于提高化工產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)、管理、運(yùn)輸?shù)确较虻陌踩耘c高效性，還能夠節(jié)省資源，滿足社會對化工行業(yè)產(chǎn)品加工制造速度及質(zhì)量的使用需求。

三、發(fā)展高速搬運(yùn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的根本條件和目標(biāo)

1.高速串聯(lián)搬運(yùn)機(jī)器人。

自20世紀(jì)80年代起，哈工大就開始對串聯(lián)高速搬運(yùn)機(jī)器人的研究，并首次制造了碼垛機(jī)器人，而且在社會的使用中也獲得了優(yōu)秀的經(jīng)濟(jì)及社會效益。在高速搬運(yùn)機(jī)器人的研究中，攻堅團(tuán)隊(duì)對機(jī)器人的腰部旋轉(zhuǎn)、大小臂、平衡機(jī)構(gòu)等開展了細(xì)致的研究與探索，并在關(guān)鍵問題中提出了正確的思路，從而為我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。另外，在平衡連桿機(jī)器人的動力學(xué)問題研究中，上海交大通過動力學(xué)建模的方法，有效的對問題進(jìn)行處理分。而在工業(yè)機(jī)器人實(shí)時控制的研究中，中科院自動化研究所所提出的逆運(yùn)動學(xué)求解法也獲得了良好的成果。所以，經(jīng)過這些年的長足發(fā)展與研究，在機(jī)器人的整體設(shè)計、建模、運(yùn)動仿真學(xué)研究中，我們的理論正在日趨成熟、體系正在不斷完善。

2.高速并聯(lián)搬運(yùn)機(jī)器人。

在高速抓放機(jī)器人的研究中，我國起步照比與西方發(fā)達(dá)國家較晚，但是卻取得了優(yōu)秀的研究成果。特別是天津大學(xué)在國家“863”計劃的自主中，通過長時間的技術(shù)攻關(guān)，終于研發(fā)出了屬于我國自主知識產(chǎn)權(quán)的2自由度Diamond和3自由度Delta-S高速抓放機(jī)器人，并逐漸發(fā)展為系列產(chǎn)品，然后通過與娃哈哈集團(tuán)、力神電池股份有限公司等的合作，成功研究出了高速果奶裝箱一體機(jī)、高性能鋰離子電池分選機(jī)等設(shè)備，相關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)成功打破了國外技術(shù)的壟斷與制約，并在實(shí)際使用中得到了社會各界的認(rèn)可。

四、高速搬運(yùn)機(jī)器人的應(yīng)用分析

高速搬運(yùn)機(jī)器人在社會的發(fā)展中得到了廣泛的使用，有效的代替了人力，并節(jié)約了勞動成本與時間。高速搬運(yùn)機(jī)器人在應(yīng)用發(fā)展中需要充分的考慮相關(guān)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、節(jié)拍、成本、整體總線布局、系統(tǒng)單元功能、物理設(shè)備使用技術(shù)、規(guī)范化軟件接口標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)試技術(shù)、現(xiàn)場快速反應(yīng)技術(shù)、快速安裝技術(shù)等。

比如我國娃哈哈果奶包裝示范線就是由并聯(lián)機(jī)器人習(xí)慣添加站和碼垛機(jī)器人工作站聯(lián)合組建而成的。在實(shí)際的運(yùn)用過程中，為了提高機(jī)器人的使用效率及工作效果，并聯(lián)機(jī)器人吸管添加站不僅應(yīng)用了高速并聯(lián)機(jī)器人，還配套制造了相關(guān)輔助設(shè)備，像是吸管半成品儲存裝置、成品吸管輸送裝置、半成品輸送和切斷裝置、機(jī)器人視覺系統(tǒng)等等，從而來滿足不同規(guī)格產(chǎn)品及習(xí)慣而定包裝要求。而碼垛機(jī)器人工作站不僅有本體的串聯(lián)機(jī)器人，同時也開發(fā)除了配套的成品整列輸送裝置、多箱抓取器等以滿足加工需求，提高工作效率。

再比如安化炸藥包裝示范線也是由并聯(lián)機(jī)器人膠體炸藥裝箱工作站與成品碼垛機(jī)器人工作站聯(lián)合組建的。在使用中，為了提高工作效率及安全性，也配備了各種協(xié)助設(shè)備。并嚴(yán)格的按照國家民爆行業(yè)指導(dǎo)意見及要求對設(shè)備進(jìn)行了升級改進(jìn)，從而降低了包裝加工的危險性，改善了產(chǎn)品包裝、加工的生產(chǎn)效率。

五、高速搬運(yùn)機(jī)器人的發(fā)展及建議

1.基于市場為導(dǎo)向抓手，把控重點(diǎn)產(chǎn)品進(jìn)行集中突破。

高速搬運(yùn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)要想在當(dāng)前社會中長遠(yuǎn)的發(fā)展下去，就必須重視市場的需求。當(dāng)前我國的機(jī)器人研究單位及部門需要將主要精力及技術(shù)集中在高速搬運(yùn)機(jī)器人不同型號的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)與研究中，從而實(shí)現(xiàn)高速搬運(yùn)機(jī)器人的規(guī)?；\(yùn)用及整體技術(shù)的更新與突破，進(jìn)而拉動國內(nèi)機(jī)器人相關(guān)產(chǎn)業(yè)及零部件生產(chǎn)加工市場的積極性、提高其配套生產(chǎn)能力，改善我國工業(yè)機(jī)器人的整體競爭能力，為高速搬運(yùn)機(jī)器人的健康發(fā)展奠定穩(wěn)定而又堅持的基礎(chǔ)。

2.國家應(yīng)自行設(shè)立抓向?yàn)閲a(chǎn)高速搬運(yùn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展鋪平道路。

高速搬運(yùn)機(jī)器人技術(shù)屬于歐美等發(fā)達(dá)國家對中國的技術(shù)壟斷項(xiàng)目之一，為了打破國外勢力的壟斷封鎖，我國有必要實(shí)現(xiàn)機(jī)器及零部件的自主規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，從而降低生產(chǎn)成本，提高高速搬運(yùn)機(jī)器人的使用效率、縮小其使用成本。因此，政府要設(shè)立專項(xiàng)資金，支持高精密度減速器、機(jī)器人專用多軸控制器等生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)，鼓勵成型技術(shù)建立配套的設(shè)備技術(shù)生產(chǎn)線，從而促進(jìn)我國高速搬運(yùn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，掃清其發(fā)展道路上存在的障礙。

六、結(jié)束語

綜上所述，本文對高速搬運(yùn)機(jī)器人的發(fā)展、應(yīng)用需求、應(yīng)用等進(jìn)行了簡要的闡述。就當(dāng)前的社會發(fā)展需求來看，高速搬運(yùn)機(jī)器人必然會得到廣泛的運(yùn)用，因此其發(fā)展前景甚好。

[1]工業(yè)碼垛機(jī)器人運(yùn)動學(xué)仿真[J].孫祥溪,羅慶生,蘇曉東.計算機(jī)仿真.2013(03).

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