湛江海川機器人丨工業(yè)碼垛機器人存在的問(wèn)題及解決對策

工業(yè)機器人作為工業(yè)自動(dòng)化的典型裝備，促進(jìn)經(jīng)濟活動(dòng)中各行各業(yè)的發(fā)展。工業(yè)碼垛機器人更是以低廉的成本、高效的作業(yè)優(yōu)勢，將人從繁重、單一的堆垛勞作中解放出來(lái)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期。



碼垛機器人可以代替人工進(jìn)行貨物分類(lèi)、搬運和裝卸，特別是代替人類(lèi)搬運危險物品，象放射物質(zhì)、有毒物質(zhì)等，降低工人的勞動(dòng)強度，保證工人的人身安全。實(shí)現自動(dòng)化、智能化、無(wú)人化。工業(yè)機器人碼垛系統適用于化工、建材、飼料、食品、飲料、啤酒、自動(dòng)化物流等行業(yè)，主要對生產(chǎn)制造過(guò)程中流水線(xiàn)上的產(chǎn)品進(jìn)行拾取、分揀。特別是在倉儲物流業(yè)中，碼垛機器人的工作效率直接決定貨物的吞吐量。所以，采用機器人碼垛實(shí)現自動(dòng)化生產(chǎn)是推動(dòng)企業(yè)發(fā)展的有效手段。

工業(yè)機器人碼垛系統組成

工業(yè)機器人碼垛系統在實(shí)際應用中并不是由機器人獨立工作的，而是配合自動(dòng)化設備進(jìn)行系統工作。

工業(yè)機器人碼垛系統一般由4個(gè)子系統共同組成，電氣控制子系統控制整個(gè)碼垛系統的工作流程和節拍。物料傳輸子系統將物料傳輸到機器人工作區域，由機器人將物品拾取碼放到自動(dòng)托盤(pán)系統，當機器人碼完一垛貨物，自動(dòng)托盤(pán)輸送系統自動(dòng)傳輸到指定位置，由叉車(chē)或其他轉運設備進(jìn)行輸送。

碼垛機器人系統：機器人本體，機器人控制器，機器人抓手，安全護欄及底座等。

自動(dòng)托盤(pán)輸送系統：托盤(pán)庫，輕/重載輸送機，重載滾筒線(xiàn)，升/降移栽機等。

物料輸送系統：皮帶輸送線(xiàn)，氣動(dòng)推倒裝置，直線(xiàn)滑道，螺旋滑道，轉彎輥道線(xiàn)。上壓平裝置，下震動(dòng)輸送線(xiàn)，物料整形裝置，掉頭裝置等。

電氣及電動(dòng)系統：plc，氣路設備，變壓器，檢測傳感器，動(dòng)力電機等。



工業(yè)機器人碼垛系統組成

(1)高精度定位，搬運夾取，縮短作業(yè)節拍，生產(chǎn)效率。

(2)機器人作業(yè)穩定可靠，減少工作失誤，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)無(wú)疲勞連續作業(yè)，全天候工作，擴大工廠(chǎng)產(chǎn)能。

(4)結構簡(jiǎn)單、零部件少。因此零部件的故障率低、性能可靠、保養維修簡(jiǎn)單。

(5)占地面積少。有利于客戶(hù)廠(chǎng)房中生產(chǎn)線(xiàn)的布置，并可留出較大的庫房面積。

(6)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，大大降低了運行成本。

工業(yè)機器人碼垛應用存在的問(wèn)題

1、碼垛抓手問(wèn)題

碼垛機器人能夠在不同的作業(yè)任務(wù)情況下工作，主要取決于機器人法蘭盤(pán)抓手的設計。

機器人抓手的品質(zhì)和性能直接影響工業(yè)搬運機器人的工作質(zhì)量和效率。傳統搬運機器人抓手由純機械部件組成，結構復雜、整體笨重、動(dòng)作速度慢、不具備自動(dòng)檢測、控制位置能力、控制精度低、受工作環(huán)境溫度和工件重量影響會(huì )產(chǎn)生運動(dòng)不到位等眾多問(wèn)題，影響搬運機器人的正常工作效率，在生產(chǎn)中存在安全隱患，針對不同的物品設計特定的抓手工業(yè)機器人才可以作業(yè)。但是，面對工業(yè)生產(chǎn)制造中，在同一工位上，可能會(huì )出現不止一種的產(chǎn)品規格，這種情況下機器人只能特定地抓取，無(wú)法滿(mǎn)足品種多樣化地抓取。由此一來(lái)，機器人抓手的選擇和設計顯得格外重要。針對這種情況，急需設計出一種自適應、多功能的機器人抓手。



2、自動(dòng)識別抓取問(wèn)題

在工業(yè)機器人碼垛和分揀作業(yè)過(guò)程中，由于產(chǎn)品種類(lèi)的多樣化，需要根據物品的類(lèi)別進(jìn)行分類(lèi)拾取碼垛，將同一條流水線(xiàn)上的物品，搬運到不同的托盤(pán)上。其次，物品在傳輸過(guò)程中待抓取位置可能不固定，這就需要機器人能夠自主識別物品抓取點(diǎn)的位置。因此，選擇化的識別抓取對碼垛機器人的應用十分重要。

3、運動(dòng)路徑規劃

工業(yè)機器人在碼垛應用中，單位時(shí)間內碼垛次數，是衡量工業(yè)機器人性能的很重要的一個(gè)指標，特別對于高吐量的產(chǎn)線(xiàn)來(lái)說(shuō)，工業(yè)機器人的碼垛速率，決定了整個(gè)產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)能。影響機器人碼垛效率的因素有很多，像伺服電機的性能、負載強度、機器人的機械結構等，特別是機器人將物品碼放成不同的垛型，碼垛擺放的順序也是影響碼垛效率的關(guān)鍵因素。當碼垛順序固定后機器人運動(dòng)路徑的優(yōu)化對提高效率有很大幫助，如果是搬運到同一終點(diǎn)，機器人路徑選取不同，機器人運動(dòng)解算結果差異很大，最終速度差也很大。所以，機器人運動(dòng)路徑和碼放垛型順序的設計對機器人工作效率的提升起到關(guān)鍵作用。

工業(yè)機器人碼垛關(guān)鍵解決技術(shù)

1、自適應抓手

為了實(shí)際工作需要設計了一種具有自動(dòng)檢測、控制位置能力的工業(yè)搬運機器人自動(dòng)抓手，以解決現有技術(shù)存在的控制精度低、工作效率低及存在安全隱患等問(wèn)題。機器人夾爪自動(dòng)控制器的中央處理器內預置工作程序，可與工業(yè)搬運機器人的主控制器建立通信，當搬運機器人到達拾取工件位置時(shí)，依據搬運機器人主控制器的指令開(kāi)始抓取，抓手夾取過(guò)程受負反饋作用，當檢測抓手壓力變化時(shí)，自動(dòng)調節電機扭矩已達到抓取力度和行程的控制。如此一來(lái)，對于不同規格的物品，一種夾爪就可以滿(mǎn)足抓取任務(wù)，減少了頻繁更換夾具的流程，提高了碼垛工作的效率。

2、機器視覺(jué)系統

機器人視覺(jué)系統包括ccd數字相機、鏡頭、光源、機器人本體控制系統。ccd數字相機通過(guò)交換機與工業(yè)計算機連接，電氣控制柜接入交換機，相機單元對物品的圖片拍攝，數據采集，并通過(guò)交換機傳輸至工業(yè)計算機，工業(yè)計算機對采集到的備份件物品圖片進(jìn)行圖像處理和精準定位后，通過(guò)交換機向機器人控制系統發(fā)送控制信號。這種技術(shù)解決了傳統碼垛在產(chǎn)品種類(lèi)多，位置多變的情況下的碼垛問(wèn)題，在分揀碼垛作業(yè)中提高了工作效率，讓碼垛機器人更加智能化、人性化。



3、垛型設計和運動(dòng)路徑優(yōu)化

要想提高機器人工作效率，必須對垛型設計和運動(dòng)路徑合理設計。對運動(dòng)優(yōu)化進(jìn)行深入研究，提出了路徑規劃和軌跡規劃綜合優(yōu)化的方法，來(lái)同時(shí)優(yōu)化這兩個(gè)相互耦合的過(guò)程。在路徑規劃后，采用b樣條插值的方法對離散路徑進(jìn)行擬合得到光滑路徑，為了得到路徑的光滑程度有一個(gè)量化的表示，采用模糊控制器來(lái)控制路徑的修正幅度，進(jìn)而求得機器人沿該路徑運行的最小時(shí)間。再結合實(shí)際分析了時(shí)間最優(yōu)軌跡規劃的特點(diǎn)，采用參數化表示的方法降低動(dòng)力學(xué)模型的維數和動(dòng)態(tài)規劃法求取最優(yōu)時(shí)間來(lái)控制機器人碼垛運動(dòng)。對于機器人碼垛的擺放順序，根據擺放的方向，層數，每層個(gè)數的需要，以由遠到近，相鄰擺放的原則設計擺放順序可以縮短路徑的總和，已達到提高碼放效率的目的。