探討高速搬運機器人產業的運用和發展

司國斌 靳孝峰/焦作大學

探討高速搬運機器人產業的運用和發展

司國斌 靳孝峰/焦作大學

社會生產力的快速提升，預示著社會需求對各產業的生產加工能力的再一次提高。因此，為了提高不同行業的產品生產能力、降低生產生本，就有必要做好高速搬運機器人產業的運用與研究。

高速搬運機器人；工業機器人；發展；應用需求；根本條件；發展建議

引言

工業機器人分為串聯機器人及并聯機器人，前者存在結構單一、工作范圍大等優點；而后者則存在動作速度快、精度高等優勢。因此，高速搬運機器人產業的發展與運用必然會以此為基礎進行研究。

一、高速搬運機器人產業的發展概況

Delta機械手表的生產使用了高速并聯機器人，并且在1987年的時候該專利被瑞士的一家公司收購，然后開始了產業化生產，并逐漸的研制出了Top-placer和Presto等相關產品，在餅干等食品的包裝加工中得到了廣泛的運用。

到了1999年之后，ABB公司打造出了IRB340FlexPickerDelta機器人，然后還在機器人上安置了計算機視覺系統，并在醫藥、食品等領域廣泛推廣。此機器人在末端的加速度為10g，可實現150次/min的捉取操作，后續新品更是達到了180次/min的捉取速度。

而我國自80年代起開始研究機器人，并研究出了FlexPicker機器人，并在電焊、搬運等方面得到了一定的應用，不過我國工業機器人的研發能力依舊有待提升。

自2001年期，哈爾濱博實等公司聯合開發了搬運和碼垛的串聯機器人，而天津則率先攻克了高速并聯機器人難題，并研究出了Diamond的二平動自由度高速并聯機器人，收獲國家多項專利。

二、高速搬運機器人在社會發展中的應用需求

1.在食品飲料和醫藥行業的應用需求。

食品飲料及醫藥在我國的年產量巨大，物流設備產值大約在650億元/年左右，并在不斷攀升。相關行業的工序大多是自動化包裝、分揀、裝箱、碼垛等。但是，當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，雖然當前由機器人完成的比例相對較低，但日后必然會不斷增加。

2.在化工行業的應用及需求。

石油加工、能源開發、環保節能等都屬于化工行業，并且多數化工產品在加工制造中存在易爆、易燃、有毒等特性，所以此類產品的危險性極高。為了能夠有效的降低化工產業加工期間的危險性，積極的引進高速搬運機器人將具有十分重要的應用價值。通過將人力替換成機器，將有助于提高化工產業在生產、管理、運輸等方向的安全性與高效性，還能夠節省資源，滿足社會對化工行業產品加工制造速度及質量的使用需求。

三、發展高速搬運機器人產業的根本條件和目標

1.高速串聯搬運機器人。

自20世紀80年代起，哈工大就開始對串聯高速搬運機器人的研究，并首次制造了碼垛機器人，而且在社會的使用中也獲得了優秀的經濟及社會效益。在高速搬運機器人的研究中，攻堅團隊對機器人的腰部旋轉、大小臂、平衡機構等開展了細致的研究與探索，并在關鍵問題中提出了正確的思路，從而為我國工業機器人的發展起到了積極的促進作用。另外，在平衡連桿機器人的動力學問題研究中，上海交大通過動力學建模的方法，有效的對問題進行處理分。而在工業機器人實時控制的研究中，中科院自動化研究所所提出的逆運動學求解法也獲得了良好的成果。所以，經過這些年的長足發展與研究，在機器人的整體設計、建模、運動仿真學研究中，我們的理論正在日趨成熟、體系正在不斷完善。

2.高速并聯搬運機器人。

在高速抓放機器人的研究中，我國起步照比與西方發達國家較晚，但是卻取得了優秀的研究成果。特別是天津大學在國家“863”計劃的自主中，通過長時間的技術攻關，終于研發出了屬于我國自主知識產權的2自由度Diamond和3自由度Delta-S高速抓放機器人，并逐漸發展為系列產品，然后通過與娃哈哈集團、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、高性能鋰離子電池分選機等設備，相關技術的出現成功打破了國外技術的壟斷與制約，并在實際使用中得到了社會各界的認可。

四、高速搬運機器人的應用分析

高速搬運機器人在社會的發展中得到了廣泛的使用，有效的代替了人力，并節約了勞動成本與時間。高速搬運機器人在應用發展中需要充分的考慮相關產業的生產規模、節拍、成本、整體總線布局、系統單元功能、物理設備使用技術、規范化軟件接口標準、調試技術、現場快速反應技術、快速安裝技術等。

比如我國娃哈哈果奶包裝示范線就是由并聯機器人習慣添加站和碼垛機器人工作站聯合組建而成的。在實際的運用過程中，為了提高機器人的使用效率及工作效果，并聯機器人吸管添加站不僅應用了高速并聯機器人，還配套制造了相關輔助設備，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、機器人視覺系統等等，從而來滿足不同規格產品及習慣而定包裝要求。而碼垛機器人工作站不僅有本體的串聯機器人，同時也開發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機器人膠體炸藥裝箱工作站與成品碼垛機器人工作站聯合組建的。在使用中，為了提高工作效率及安全性，也配備了各種協助設備。并嚴格的按照國家民爆行業指導意見及要求對設備進行了升級改進，從而降低了包裝加工的危險性，改善了產品包裝、加工的生產效率。

五、高速搬運機器人的發展及建議

1.基于市場為導向抓手，把控重點產品進行集中突破。

高速搬運機器人產業要想在當前社會中長遠的發展下去，就必須重視市場的需求。當前我國的機器人研究單位及部門需要將主要精力及技術集中在高速搬運機器人不同型號的產業化開發與研究中，從而實現高速搬運機器人的規模化運用及整體技術的更新與突破，進而拉動國內機器人相關產業及零部件生產加工市場的積極性、提高其配套生產能力，改善我國工業機器人的整體競爭能力，為高速搬運機器人的健康發展奠定穩定而又堅持的基礎。

2.國家應自行設立抓向為國產高速搬運機器人產業的發展鋪平道路。

高速搬運機器人技術屬于歐美等發達國家對中國的技術壟斷項目之一，為了打破國外勢力的壟斷封鎖，我國有必要實現機器及零部件的自主規模化、產業化生產，從而降低生產成本，提高高速搬運機器人的使用效率、縮小其使用成本。因此，政府要設立專項資金，支持高精密度減速器、機器人專用多軸控制器等生產技術的研發，鼓勵成型技術建立配套的設備技術生產線，從而促進我國高速搬運機器人產業健康發展，掃清其發展道路上存在的障礙。

六、結束語

綜上所述，本文對高速搬運機器人的發展、應用需求、應用等進行了簡要的闡述。就當前的社會發展需求來看，高速搬運機器人必然會得到廣泛的運用，因此其發展前景甚好。

[1]工業碼垛機器人運動學仿真[J].孫祥溪,羅慶生,蘇曉東.計算機仿真.2013(03).

[2]基于matlab的六自由度機器人運動特性分析[J].蘇學滿,孫麗麗,楊明,許德章.機械設計與制造.2013(01).

[3]基于ADAMS的機器人性能分析和仿真[J].袁安富,薛金吉.制造業自動化.2011(16).