碼垛機器人的現狀及發展趨勢研究

豆 磊

（山東科技大學，山東 青島 266590）

碼垛機器人是應用機械設備、計算機技術、傳感技術、人工智能來實現工業生產中工件的快速獲取、搬運、碼垛、拆垛等功能的智能化機器人，碼垛機器人的出現降低了生產和人工成本、提高了生產效率。

1 碼垛機器人國外研究現狀

碼垛機器人在20世紀60年代進入人們的視野，日本和瑞典將工業機器人技術和碼垛技術進行了融合。20世紀80年代時，國外的機器人公司將機器人技術和自動化技術進行融合，應用于搬運碼垛領域。現在生產的碼垛機器人一般由機器人本體結構、機器人控制柜和機器人末端執行器三大個部分組成的4軸空間關節式機器人。

國外的碼垛機器人結構形式主要為關節型，且主體材料主要使用高質量和較輕的鑄鋁或鑄鐵。此類機器人的結構設計多采用FEM和CAD有限元技術進行優化；同時針對不同的物品，碼垛機器人的末端執行器也是多種多樣的；碼垛機器人進行工作時能夠做到快速、平穩和準確都依賴于采用的基于PC開放式控制系統，控制系統可以對機器人的動作、受力狀況進行監控，確保機器人按照預定的路徑工作并給予有效的控制。

2 碼垛機器人國內研究現狀

我國自行研發的碼垛機器人的結構形式主要為直角坐標型和關節型。其中關節型的碼垛機器人結構緊湊，機身較小，動作靈活且工作空間大，是采用最多的形式。哈爾濱工業大學研制的碼垛機器人采用雙自由度的笛卡爾坐標機器人，此類機器人能夠實現800袋/h的工作效率；上海交通大學設計的碼垛機器人采用基于PC控制系統的線性四連桿機構，可以實現1600包/h的工作效率，大大提高了機器人的工作效率。沈陽新松機器自動化股份有限公司在機器人控制、本體優化設計、機器人作業中具有突出的優勢，成功研制出自動化程度較高的碼垛機器人系統。蘇海新等研究出采用基于PC和PMAC的分布式控制系統的四自由度新型工業碼垛機器人，此類機器人的伺服控制的精度、控制系統的實時性和開放性都較高。楊灝泉等設計的SCARA型碼垛機器人采用基于PC的DSP多軸運動控制，并采用水平關節型的機械結構。

國內的碼垛機器人技術雖然有了較高的提升，但相對于國外還是有較大的差距。我國碼垛機器人要在其柔性、負載能力和速度上進行提升，并逐漸拓展應用領域。

3 碼垛機器人的發展趨勢

為了讓碼垛機器人更好地服務工業生產，解決限制碼垛機器人技術發展的因素，必須針對碼垛機器人的新功能、新特點進行創新和發展，因此碼垛機器人的未來的發展主要趨向于以下幾個方面：

（1）自動化程度的提高。機械與電子科技相結合的技術越來越成為碼垛機器人主流技術，自動化和智能化的程度是衡量碼垛機器人水平的一個至關重要的指標。碼垛機器人的自動化主要體現在自動控制和自動檢測兩個方面。碼垛機器人自動化程度快速提高主要依賴于微電子、紅外線、傳感器等技術的應用，其中微型計算機在碼垛機器人中的使用大大提高了效率和質量。

（2）高速化。在單機高速化的基礎上，提高碼垛機器人系統整體的高速運轉。碼垛機器人的高速化要以自動化程度的提高和機器人結構的優化為基礎，進而提高整個碼垛系統的運轉和生產效率。

（3）多功能碼垛機器人。隨著多種類、小批量商品市場的不斷發展，以及中小型用戶的增加，使得只能對固定批量、固定尺寸進行碼垛的機器人的利用率大幅度降低，所以碼垛機器人正在逐漸的向著可以應用于各種不同的環境和商品的方向不斷發展和創新。

4 結語

從國內外的碼垛機器人的研究和應用現狀來看，目前我國正處在研發起步階段，距離國外的使用推廣還有較大差距。國內的碼垛機器人要根據我國工業的實際需求針對其新功能、新特點進行研發設計，并主要從碼垛機器人的自動化程度、生產速度、多功能等方面進行重點設計和研發，只有這樣碼垛機器人才能更加廣泛地應用于工業生產中，并最終實現產業化。