機器人在工業碼垛上面的應用

趙月輝

摘 要：進入20世紀后，機器人的研究與開發得到了更多人的關心與支持，一些適用化的機器人相繼問世。1959年第一臺工業機器人在美國誕生，開創了機器人發展的新紀元。機器人技術及其產品已成為柔性制造系統（ FMS） 、自動化工廠（ FA） 、計算機集成制造系統（CIMS）的自動化工具。工業機器人在生產流水線碼垛廣泛采用，不僅可提高產品的質量與數量，而且保障人身安全、改善勞動環境、減輕勞動強度、提高勞動生產率、節約材料消耗以及降低生產成本有著十分重要的意義。在工業控制中主要使用的機器人四大家族是：ABB（瑞士）、庫卡（德國）、安川（日本）、發那科（日本）等。在中職教學中，ABB品牌機器人占60%。

關鍵詞：機器人;發展現狀;國內趨勢;碼垛應用

一、碼垛機器人的發展與前景

現在有很多個原因，包括包裝的種類、工廠環境和客戶需求等將碼垛變成包裝工廠里一塊難啃的骨頭。為了克服這些困難，碼垛設備的各個方面都在發展改進，包括從機械手到操縱它的軟件。 最近市場上對靈活性的需求不斷增長，這一個趨勢已經影響到了包裝的多個方面，生產線的后段也不例外。

對于隨機貨盤來說，碼垛機器人是唯一的選擇。盡管如此，機器人裝載也面臨比較多的問題，如果要以較高的速度進行生產，將更加困難重重。

一個處理隨機裝載的機器人碼垛機需要特殊的軟件，通過軟件，機器人碼垛機與生產線的其他工業控部分相連接，這是智能臉孔是個巨大的進步。

一個用來建造隨機貨盤的機器人能集成進工廠的生產管理系統（MES）。精密的軟件同樣能夠滿足對立即可上架貨盤的需求。一般來說，這就意味著產品碼垛好后，部分或者全部一次包裝容器的標簽都必須是朝外的。 機器人碼垛設備還是另外一個苛刻應用的選擇：冷凍倉庫內碼垛。在消費商品包裝領域，在一個冷凍倉庫內處理箱子是最困難的工作之一。工人們不得不頻繁地交替工作來保持身體暖和，這就間接的降低了工作效率并提高了勞動力成本。

在采用碼垛機器人的時候，還要考慮一個重要的事情，就是機器人怎樣抓住一個產品。 真空抓手是最常見的機械臂臂端工具（EOAT）。相對來說，它們價格便宜，易于操作，而且能夠有效裝載大部分負載物。但是在一些特定的應用中，真空抓手也會遇到問題，例如表面多孔的基質，內容物為液體的軟包裝，或者表面不平整的包裝等等。

二、碼垛機器人特點

（一）結構簡單、零部件少。因此零部件的故障率低、性能可靠、保養維修簡單、所需庫存零部件少。

（二） 占地面積少。有利于客戶廠房中生產線的布置，并可留出較大的庫房面積。碼垛機器人可以設置在狹窄的空間，即可有效的使用。

（三）適用性強。當客戶產品的尺寸、體積、形狀及托盤的外形尺寸發生變化時只需在觸摸屏上稍做修改即可，不會影響客戶的正常的生產。而機械式的碼垛機更改相當的麻煩甚至上是無法實現的。

（四）能耗低。通常機械式的碼垛機的功率在26KW左右，而碼垛機器人的功率為5KW左右。大大降低了客戶的運行成本。

（五）全部控制可在控制柜屏幕上操作即可，操作非常簡單。

（六）只需定位抓起點和擺放點，教示方法簡單易懂。

三、機器人碼垛編程設計思路

（一）安裝機器人碼垛用的夾具，連接好氣源。

（二）設計連接好機器人I/O接口的電氣線路，并調試相關傳感器及控制設備。

（三）制定工藝流程

復位→從物料底盤吸取物料并提升→放到碼垛底盤并提升→復位→從碼垛底盤吸取物料并提升→放到物料底盤并提升→復位。

（四）定義機器人的程序點

根據機器人實際運行的位置，定義機器人的程序點，針對不同的物料的擺放方式，可以通過建立例通用例行子程序簡化程序設計，并將實際示教點位帶入到例行子程序中。

（五）規劃機器人運行軌跡

根據模型布局，下圖規劃機器人的運動軌跡，盡量做到安全快捷。

（六）機器人程序編寫

PROC MAIN（）

rInitAll（）; （復位子程序）

MD （）;（物料底盤到碼垛底盤程序）

JD（）; （碼垛底盤到物料底盤程序）

ENDPROC

（七）機器人程序調試運行，實現碼垛功能。

四、碼垛機器人存在的問題以及對策

從某種意義上說，在碼垛機器人研究和應用方面，國外取得了令人矚目的成績，我國在近幾年也有一定的進展，但它依然存在一些問題，需要采取一些可行的措施對它進行完善。相應地，碼垛機器人技術已經成為當下討論的人們話題之一。而采取行之有效的策略來解決這些存在的問題已經成為迫在眉睫的事情。

對于碼垛機器人來說，它存在的問題不是單一的。

第一、碼垛機器人的能力是很有限的，適應能力也需要進一步提高。碼垛機器人的工作能力是和它自身的靈活性、工作的空間、機械結構息息相關的。由于碼垛機器人有著笨重而復雜的機械結構，它的靈活性能和工作空間也相繼降低了很多。進而，給工業生產的工作效率帶來了阻礙。

第二、碼垛機器人的智能化程度很有限，可靠性和穩定性還有待提高。在新時代下的工業生產中，需要機器人本身具有智能功能很多方面的特點。在工業生產中，碼垛機器人只是完成一些簡單的工作。但隨著工業生產速度不斷加快，需要頻繁重復抓取、搬運、碼放得動作，碼垛機器人必須具有相應的可靠性以及穩定性，才不會出現誤差的情況。當然，除了這些以外，還存在一些其它方面的問題。比如，碼垛機器人的成本高而種類又繁多。

關于解決碼垛機器人存在問題的策略。

首先，在機械結構方面，對碼垛機器人進行模塊化和可重構化的優化設計。碼垛機器人不再使用過去的并聯平行四邊形結構，而是使用集成式模塊化的關節驅動系統。以此，來使碼垛機器人笨重而復雜的結構得以簡化。

其次，需要采用多傳感器融合技術，比如，溫濕度、觸覺傳感器，使工業生產周圍的環境以及目標對象得以建模和決策控制。通過這樣的策略，來使碼垛機器人的適應能力得以提高。比如，識別度得到提高，能夠測量三維參數。

最后，對碼垛機器人的硬件和軟件體系予以改善。比如，系列化、通用化、標準化。通過這樣的改進，來降低碼垛機器人的成本費用。很顯然，除了上面這些以外，還有一些其它方面的策略。

總之，對于碼垛機器人來說，雖然國內外正處在不同的階段，國外處于推廣階段，國內還處于自主研發的初步階段，但從長遠來看，它具有很好的發展前景。同時，隨著碼垛機器人技術日漸成熟，它不僅將會被應用到更多的領域，實現它的價值，還是科技史上一次質的飛躍。

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