一種基于PLC的碼垛機(jī)器人的研究

由于國(guó)外對(duì)機(jī)器人行業(yè)開展研究較早，在理論研究與實(shí)際應(yīng)用方面都比較成熟，最具代表性的機(jī)器人公司有德國(guó)的KUKA、瑞典ABB、日本的安川和FANUC等。日本對(duì)機(jī)器人碼垛技術(shù)的嘗試始于上世紀(jì)70年代。瑞典的ABB公司繼日本之后設(shè)計(jì)與完成了能夠搬運(yùn)與碼放任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人IRB6。隨后，美國(guó)、意大利、德國(guó)等也都開始涉足碼垛機(jī)器人技術(shù)的研究與開發(fā)，并都取得了一定的成果推動(dòng)了機(jī)器人碼垛技術(shù)的發(fā)展。

日本OKURA公司是碼垛機(jī)器人行業(yè)的先驅(qū)，經(jīng)歷近五十年的研究與發(fā)展，到目前為止，該公司已經(jīng)完成多個(gè)系列的碼垛機(jī)器人研究與開發(fā)。FANUC公司對(duì)碼垛機(jī)器人的研究成果顯著，該公司在20世紀(jì)末設(shè)計(jì)出M410i-HS型碼垛機(jī)器人，該型號(hào)機(jī)器人抓取重量可達(dá)100Kg，每小時(shí)能夠碼放1800袋物料，工作能力出眾。該公司的FANUCRobotM-410iB/160智能碼垛機(jī)器人，該型號(hào)機(jī)器人裝備有視覺(jué)感測(cè)器，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)碼放，重復(fù)定位精準(zhǔn)，并在機(jī)器人手腕部位采用獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)，解決了機(jī)器人手腕布線困難的問(wèn)題。

德國(guó)的KUKA公司自1977年開始著手設(shè)計(jì)與研發(fā)各種用途的機(jī)器人，由于該公司生產(chǎn)設(shè)計(jì)的機(jī)器人采用PC控制，故障率低，在全球擁有廣泛的用戶數(shù)量。該公司于2008年開發(fā)了KRl000TITAN，該機(jī)器人是六軸機(jī)器人，負(fù)載能力最高能夠達(dá)到1000kg，水平方向的工作半徑3.2m，垂直方向的工作高度5m，它采用的全新的驅(qū)動(dòng)方案解決了普通電機(jī)無(wú)法單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的難題。

瑞典的ABB公司對(duì)機(jī)器人技術(shù)的研究非常全面和深入，對(duì)機(jī)器人碼垛的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)在同行中處于領(lǐng)先地位，該公司生產(chǎn)的機(jī)器人操作簡(jiǎn)單，執(zhí)行能力強(qiáng)，深受用戶的青睞，在全球有廣大的用戶群體。該公司的IRB系列機(jī)器人，配置有相應(yīng)的主動(dòng)安全軟件與被動(dòng)安全軟件，能夠保證機(jī)器人在碼垛過(guò)程中安全穩(wěn)定的運(yùn)行，可以減小故障事故的發(fā)生的幾率。

國(guó)外碼垛機(jī)器人的應(yīng)用特點(diǎn)：

（1）控制系統(tǒng)性能優(yōu)越基于PC操作，可配備工業(yè)PC機(jī)和PCI總線，可實(shí)現(xiàn)軟件控制，具備人機(jī)交互能力，通信功能強(qiáng)大。

（2）模塊化結(jié)構(gòu)多采用開放式系統(tǒng)架構(gòu)，采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊結(jié)構(gòu)組件，可隨時(shí)替換升級(jí)，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

（3）碼垛機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化本體設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，本體設(shè)計(jì)更加合理，對(duì)不同的工作對(duì)象可開發(fā)多種智能末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

我國(guó)對(duì)碼垛機(jī)器人技術(shù)的研究起步較晚，由于缺乏技術(shù)上的研究與探索，發(fā)展速度緩慢，在應(yīng)用上跟發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距很大。近幾年，由于政府的重視與鼓勵(lì)，我國(guó)碼垛機(jī)器人技術(shù)的研究成了備受關(guān)注的熱門領(lǐng)域，由于資金與精力的大量投入，研究上取得了很多成就，促進(jìn)了碼垛機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)程。到目前為止，在碼垛機(jī)器人理論的研究上取得了較大成果，推動(dòng)了我國(guó)碼垛機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所研究的碼垛機(jī)器人，通過(guò)每次抓取多個(gè)目標(biāo)物體的高效堆碼方法，充分利用了每次執(zhí)行動(dòng)作，提高了碼垛機(jī)器人的工作效率，有較高的應(yīng)用價(jià)值。上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所和無(wú)錫立馬化工機(jī)械公司合作，共同開發(fā)低位式碼垛機(jī)MDQ-1600，該款碼垛機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，工作效率高。北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所研制一種混聯(lián)碼垛機(jī)器人，用于碼放化肥、飼料等袋裝物體，由于該類機(jī)器人簡(jiǎn)化了操作與控制，使用簡(jiǎn)單。楊灝泉等人通過(guò)思路的轉(zhuǎn)變，提出基于計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)使機(jī)器人的控制系統(tǒng)的方法對(duì)現(xiàn)有的機(jī)器人控制系統(tǒng)的兼容性進(jìn)行研發(fā)，這種方法增加了系統(tǒng)的兼容性，并可以通過(guò)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而完成碼垛機(jī)器人對(duì)不同物體的抓取操作。蘇海新設(shè)計(jì)開發(fā)的新型工業(yè)碼垛機(jī)器人，采用平行四桿機(jī)構(gòu)，集成化程度較高，同時(shí)該型具有良好的操作性與控制性，在應(yīng)用中便于操作。

由于我國(guó)產(chǎn)業(yè)類型多是勞動(dòng)密集型，轉(zhuǎn)型還需慢慢過(guò)度，因此國(guó)內(nèi)的碼垛機(jī)器人的應(yīng)用水平較低，應(yīng)用量也比較小，只有在大型企業(yè)和自動(dòng)化要求較高的行業(yè)才能批量使用。中國(guó)卷煙廠采用的碼垛機(jī)器人設(shè)備，能夠?qū)Σ煌N類的卷煙進(jìn)行識(shí)別，并能通過(guò)機(jī)器人系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙草的抓取與碼放動(dòng)作，工作效率較高。中國(guó)的啤酒生產(chǎn)商運(yùn)用碼垛機(jī)器人代替人力勞動(dòng)，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且有效控制了碼放過(guò)程的破損率，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

經(jīng)大批專家學(xué)者不斷努力，雖然國(guó)內(nèi)碼垛機(jī)器人的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但與現(xiàn)代工業(yè)的應(yīng)用要求相比，還需要解決以下問(wèn)題：

（1）智能化程度有限。碼垛機(jī)器人需要適應(yīng)靈活多變的工作對(duì)象與工作環(huán)境，因此碼垛機(jī)器人需要進(jìn)一步提高其智能化水平，使其能夠智能的適應(yīng)工作環(huán)境與工作對(duì)象，這就需要為碼垛機(jī)器人添加相應(yīng)的智能化設(shè)備，讓其在穩(wěn)定高效運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)還要有一定的自診斷及修復(fù)功能。

（2）適應(yīng)能力有待提高。在現(xiàn)代制造業(yè)和物流行業(yè)中碼垛機(jī)器人主要作用是取代人力勞動(dòng)，因此需要其有對(duì)惡劣和復(fù)雜多變的工作環(huán)境的適應(yīng)能力。

（3）可靠性、穩(wěn)定性需提高。碼垛機(jī)器人需要連續(xù)不斷地重復(fù)完成物件的抓取、碼放等相對(duì)簡(jiǎn)單的工作，由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作碼垛機(jī)器人可能會(huì)產(chǎn)生累計(jì)誤差而影響其系統(tǒng)精度，從而導(dǎo)致碼垛機(jī)器人不能穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

（4）視覺(jué)系統(tǒng)需完善。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是碼垛機(jī)器人的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)視覺(jué)不但能夠獲取周圍環(huán)境信息還能獲取工作對(duì)象的外觀特征以及工件的空間定位，但就目前來(lái)講，這項(xiàng)技術(shù)并不成熟，還存在許多問(wèn)題亟待解決。

因此，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)開展智能碼垛機(jī)器人的研究，對(duì)提高碼垛機(jī)器人的智能化、工業(yè)應(yīng)用的適應(yīng)能力和提高碼垛機(jī)器人的可靠性及穩(wěn)定性，滿足現(xiàn)代工業(yè)提高生產(chǎn)效率，改進(jìn)生產(chǎn)模式，降低勞動(dòng)成本，促進(jìn)企業(yè)快速轉(zhuǎn)型，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳曉軍.PLC控制技術(shù)在立體倉(cāng)庫(kù)碼垛機(jī)中的應(yīng)用[J].工業(yè)技術(shù)，2007，34：11.

[2]王整風(fēng).可編程控制器原理與實(shí)踐教程[M].上海：上海交通大學(xué)出社，2007.

[3]郭宗仁.可編程序控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2002.

[4]王曉輝.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)碼垛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造業(yè)自動(dòng)化，2002（9）：70.