工业码垛机器人解决方案

工业机器人作为工业自动化的典型装备，促进经济活动中各行各业的发展。工业码垛机器人更是以低廉的成本、高效的作业优势，将人从繁重、单一的堆垛劳作中解放出来，提高生产效率，降低生产成本，缩短生产周期。码垛机器人可以代替人工进行货物分类、搬运和装卸，特别是代替人类搬运危险物品，象放射物质、有毒物质等，降低工人的劳动强度，保证工人的人身安全。实现自动化、智能化、无人化。工业机器人码垛系统适用于化工、建材、饲料、食品、饮料、啤酒、自动化物流等行业，主要对生产制造过程中流水线上的产品进行拾取、分拣。特别是在仓储物流业中，码垛机器人的工作效率直接决定货物的吞吐量。所以，采用机器人码垛实现自动化生产是推动企业发展的有效手段。

1.工业机器人码垛系统组成

工业机器人码垛系统在实际应用中并不是由机器人独立工作的，而是配合自动化设备进行系统工作。工业机器人码垛系统一般由4个子系统共同组成，电气控制子系统控制整个码垛系统的工作流程和节拍。物料传输子系统将物料传输到机器人工作区域，由机器人将物品拾取码放到自动托盘系统，当机器人码完一垛货物，自动托盘输送系统自动传输到指定位置，由叉车或其他转运设备进行输送。每个子系统包括模块如图1所示。

码垛机器人系统：机器人本体，机器人控制器，机器人抓手，安全护栏及底座等。

自动托盘输送系统：托盘库，轻/重载输送机，重载滚筒线，升/降移栽机等。

物料输送系统：皮带输送线，气动推倒装置，直线滑道，螺旋滑道，转弯辊道线。上压平装置，下震动输送线，物料整形装置，掉头装置等。

电气及电动系统：PLC，气路设备，变压器，检测传感器，动力电机等。

2 工业机器人码垛应用的特点

（1）高精度定位，快速搬运夹取，缩短作业节拍，生产效率。

（2）机器人作业稳定可靠，减少工作失误，提高产品质量。

（3）无疲劳连续作业，全天候工作，扩大工厂产能。

（4）结构简单、零部件少。因此零部件的故障率低、性能可靠、保养维修简单。

（5）占地面积少。有利于客户厂房中生产线的布置，并可留出较大的库房面积。

（6）能耗低。通常机械式的码垛机的功率在26 kW左右，而码垛机器人的功率为5 kW左右，大大降低了的运行成本。

解决技术

4.1 自适应抓手

该文为了实际工作需要设计了一种具有自动检测、控制位置能力的工业搬运机器人自动抓手，以解决现有技术存在的控制精度低、工作效率低及存在安全隐患等问题。机器人夹爪自动控制器的中央处理器内预置工作程序，可与工业搬运机器人的主控制器建立通信，当搬运机器人到达拾取工件位置时，依据搬运机器人主控制器的指令开始抓取，抓手夹取过程受负反馈作用，当检测抓手压力变化时，自动调节电机扭矩已达到抓取力度和行程的控制。如此一来，对于不同规格的物品，一种夹爪就可以满足抓取任务，减少了频繁更换夹具的流程，提高了码垛工作的效率。

4.2 机器视觉系统

机器人视觉系统包括CCD数字相机、镜头、光源、机器人本体控制系統。CCD数字相机通过交换机与工业计算机连接，电气控制柜接入交换机，相机单元对物品的图片拍摄，数据采集，并通过交换机传输至工业计算机，工业计算机对采集到的备份件物品图片进行图像处理和精准定位后，通过交换机向机器人控制系统发送控制信号。这种技术解决了传统码垛在产品种类多，位置多变的情况下的码垛问题，在分拣码垛作业中提高了工作效率，让码垛机器人更加智能化，人性化。

4.3 垛型设计和运动路径优化

要想提高机器人工作效率，必须对垛型设计和运动路径合理设计。对运动优化进行深入研究，提出了路径规划和轨迹规划综合优化的方法，来同时优化这2个相互耦合的过程。在路径规划后，采用B样条插值的方法对离散路径进行拟合得到光滑路径，为了得到路徑的光滑程度有一个量化的表示，采用模糊控制器来控制路径的修正幅度，进而求得机器人沿该路径运行的最小时间。再结合实际分析了时间最优轨迹规划的特点，采用参数化表示的方法降低动力学模型的维数和动态规划法求取最优时间来控制机器人码垛运动。对于机器人码垛的摆放顺序，根据摆放的方向，层数，每层个数的需要，以由远到近，相邻摆放的原则设计摆放顺序可以缩短路径的总和，已达到提高码放效率的目的。