码垛机器人的研究与应用现状

向应军

（湖北工业大学，湖北武汉430068）

码垛机器人的研究与应用现状

向应军

（湖北工业大学，湖北武汉430068）

由于仓储物流行业的发展十分迅速，自动化立体仓库得到了广泛的应用，码垛机器人技术在解决劳动力不足、提高劳动生产效率、降低生产成本、降低工人劳动强度、改善生产环境等方面具有很大潜力。国外从20世纪60年代开始研究工业机器人，码垛机器人也得到了广泛的应用。随着堆垛技术的应用不断深入，大量人力劳动逐渐被机器人取代。

码垛；机器人；研究；应用

1 码垛机器人的的历史

20世纪70年代初期的时候，世界第一台工业机器人由瑞士的ABB公司研制成功，该机器人主要用于物体码垛、零件的安装和卸载等。紧接着几年后日本也发明了搬运机器人，随着科学技术的迅速发展，自动化控制技术逐渐应用于各个领域，欧美发达国家和韩日等国都在工业机器人的研制上取得了重大突破，并且面向市场。

20世纪70年代初期，德国KUKA研制了世界上第一台六轴驱动控制码垛机器人，随着新世纪的到来，KUKA公司在机器人的生产材料上取得了重大突破，“巨贪纤维”的使用提高了机器人的综合性能，尤其是在结构质量、承载能力、机械性能、适应能力上得到改善。事实上，国外在20世纪60年代的时候就出现了大量的机器人，码垛机器人的发展也十分迅速。在工业机器人技术与码垛技术的融合方面，日本和瑞典作为先驱，日本在20世纪70年代的时候率先在码垛工作中引入了工业机器人，而这一时期瑞典ABB也研制除了具有较强电控能力的工业机器人IRB6，物体的存放和搬运效率得到提升。关于码垛机器人，美国、日本、德国和瑞典在技术上比较成熟，因此工业机器人也被分为日欧两大派系，日本目前比较著名的机器人公司为安川、OTC、FANUC和OKURA；欧系主要有KUKA和ABB。

2 码垛机器人的应用

20实际80年代开始，全球各国在搬运码垛工作中大量运用了自动化技术和机器人技术，而且应用效果良好。尤其是在生产行业，德国和日本广泛使用了码垛机器人，现阶段的码垛机器人以四轴空间关节式型号为主，该机器人的主要结构有三个部分：其一是本体；其二是控制柜；最后是末端执行器。其中本体结构又可以进一步分为机座、臂、腕等几个部分，而主体的材料以铸铁和铸铝为主。基于CAD与FEM有限元分析技术，本体结构能够得到优化，因此在抗震能力、机械性能上能够得到提升。由于搬运物体和包装各不相同，机器人末端执行器也具有较强的针对性。关于机器人的控制系统一般以PC开放式控制为主，机器人工作稳定性、敏捷性、准确性将会得到保证，目前ABB研发的IRB机器人就配套了软件来实时监控其工作情况，能够全面协调加速度、阻力、重力和惯性，除此之外，该软件还能够使机器人沿着规定的轨迹运动并且受到准确控制，同时准确辨别机器人负载大小。

目前应用较广的IRB660机器人在工业码垛中能够抓取250kg重的物体，3m多的工作距离支持其同时协助四条生产线工作，该型号的机器人也因此在食品加工行业中得到大量应用，基于上臂连杆，该型号机器人腕关节运动良好，而且在Palle Wizard软件中能够主动生成程序供工作使用。

德国KUKA公司（1973）研制了全球第一台电机六轴驱动的机器人FAMULUS，而且该公司（1996）研制了使用PC进行控制的机器人，这在很大程度上促进了机器人技术的迅速发展。美国JTM公司成功研制了进行润滑油码垛的机器人Motoman Model UP165，通过交流伺服电机提供动力，也是一种六轴工业机器人，该机器人采用了真空吸附的末端执行器，通过PLC去控制真空吸头，一次能够提取润滑油三桶。在应用了码垛机器人之后，其生产效率得到很大程度提升。

由于我国产业类型多是劳动密集型，转型还需慢慢过度，因此国内的码垛机器人的应用水平较低，应用量也比较小，只有在大型企业和自动化要求较高的行业才能批量使用。中国卷烟厂采用的码垛机器人设备，能够对不同种类的卷烟进行识别，并能通过机器人系统的控制，实现对烟草的抓取与码放动作，工作效率较高。中国制米工厂使用的码垛机器人生产线，能实现对不同型号的大米抓取与码放。中国的啤酒生产商运用码垛机器人代替人力劳动，降低了工人的劳动强度，并且有效控制了码放过程的破损率，提高了生产效率，降低了生产成本。

经大批专家学者不断努力，虽然国内码垛机器人的研究取得了长足的进步，但与现代工业的应用要求相比，还需要解决以下问题：

（1）智能化程度有限。码垛机器人需要适应灵活多变的工作对象与工作环境，因此码垛机器人需要进一步提高其智能化水平，使其能够智能的适应工作环境与工作对象，这就需要为码垛机器人添加相应的智能化设备，让其在稳定高效运转的同时还要有一定的自诊断及修复功能。

（2）适应能力有待提高。在现代制造业和物流行业中码垛机器人主要作用是取代人力劳动，因此需要其有对恶劣和复杂多变的工作环境的适应能力。但近年来，由于品种越来越多，中小型用户的迅速增加，多用途通用码垛机器人的发展速度很快，其应用前景非常广泛。

（3）可靠性、稳定性需提高。码垛机器人需要连续不断地重复完成物件的抓取、码放等相对简单的工作，由于长时间运作码垛机器人可能会产生累计误差而影响其系统精度，从而导致码垛机器人不能稳定可靠运行。

（4）视觉系统需完善。机器视觉技术是码垛机器人的一项关键技术，通过视觉不但能够获取周围环境信息还能获取工作对象的外观特征以及工件的空间定位，但就目前来讲，这项技术并不成熟，还存在许多问题亟待解决。

（5）高速化。不仅要促进了高速机，也是提高码垛系统的速度。自动化程度不断提高，码垛机器人的结构不断完善。同时，对整个码垛系统生产效率重视起来，以便向更深层次的高速发展。

（6）采用模块化结构。采用模块化结构不仅能够让码垛机器人最大限度的满足不同物品对机器人的要求，同时可以让设备的设计和制造更方便，能够降低成本、缩短生产周期。

因此，未来一段时间内开展智能码垛机器人的研究，对提高码垛机器人的智能化、工业应用的适应能力和提高码垛机器人的可靠性及稳定性，满足现代工业提高生产效率，改进生产模式，降低劳动成本，促进企业快速转型，具有非常重要的现实意义和工程应用价值。

［1］吴丽，梅杨.电气控制与PLC应用技术［M］．北京：机械工业出版社，2008.

［2］马秀坤，石雪涛，马学军.S7-200PLC与数字调速系统的原理及应用［M］.北京：国防工业出版社，2009.

Research and Application of Palletizing Robot

XIANG Ying-jun
（Hubei University of Technology，Wuhan，Hubei 430068，China）

Due to the rapid development of the warehousing and logistics industry，the automated warehouse has been widely used.The palletizing robot technology has big potential.In solving the problems of labor shortage，improving labor production efficiency，reducing production cost，reducing labor intensity and improving production environment.Abroad from the 1960s，palletizing robots have also been widely used.With the deepening of the application of stacking technology，a large number of human labor is gradually replaced by robots.

palletizing；robot；research；application

TP242

A

2095-980X（2017）03-0087-01

2017-02-08

向应军（1986-），男，硕士研究生，主要研究方向：机械工程。