码垛机器人的研究与应用现状、问题及对策

综述了国内外码垛机器人的研究与应用现状,介绍了机器视觉技术在码垛机器人中的应用现状,指出了码垛机器人目前存在的问题:码垛能力、控制技术以及成本问题。针对这些问题提出了解决对策,也指出了未来码垛机器人产业化的发展方向和研究重点。     

工业码垛机器人存在问题与解决对策

该文首先介绍了工业码垛机器人应用的适用领域、应用的意义及特点,阐述了工业码垛机器人系统的组成部分,详细分析了工业机器人码垛应用中所存在的多样化产品码垛,机器人抓取定位,结构设计,负载能力和码垛效率的问题。针对问题点详细分析了关键的解决技术,即多功能机器人抓手的设计、视觉检测引导技术、垛型设计及机器人运动规划。最后提出了云端控制化及多传感器信息融合的未来发展趋势。     

塑料与橡胶生产过程中的码垛作业

现代化企业尤其在石化企业，离不开码垛设备。本文对国内的码垛设备进行了客观的比较，同时也与世界上类似的设备作了对比。着重对机器人码垛机进行了探讨，希望对国内业界起点抛砖引玉的作用，促进国内码垛设备的进一步发展。     

基于模糊控制的导轨型码垛机器人设计与实现

目的针对传统码垛机器人只能在某一固定位置实现货物搬运,严重限制了码垛机器人的应用范围,无法实现灵活变更工作区域这一问题,提出一种导轨型码垛机器人。方法通过将导轨与机器人的结合,来拓宽码垛机器人的工作范围,使单个机器人可以实现多功能化应用,以提高机器人的应用效率。结果采用模糊控制方法提高了导轨滑块停靠精度,实验表明停靠精度稳定在±1.5 mm,机械手最大误差球形半径为1.5 mm,满足应用需求。结论导轨型码垛机器人可以最大化利用现有机器人系统,提升了码垛效率,节约了成本,具有一定的应用前景。     

新型四轴码垛机器人机构设计与动力学仿真分析

目的针对生产线码垛作业,设计一种四轴码垛机器人以满足货物搬运需求。方法利用平行四边形机构对码垛机器人进行结构设计。根据码垛机器人的结构特点,采用运动D-H方法对该机器人进行运动学分析,通过SolidWorks建立码垛机器人实体模型,并将其导入Matlab中,在仿真环境中调整相应参数,得到机器人的动力学仿真模型,再利用Simulink添加控制模块、驱动模块和检测模块,建立完整的仿真模型。通过SolidWorks与Matlab两者的结合进行机器人动力学仿真分析。结果运用SolidWorks与Matlab联合仿真,可以缩短设计周期,有效地获取其动力学特性参数。结论四轴码垛机器人可以有效解决生产线上的码垛作业问题。     

哈工大研制出包装码垛机器人

据报载：日前,由哈尔滨工业大学机器人研究所承担的国家“８６３计划”重点项目——自动包装机器人码垛生产线通过了国家“８６３”联合办公室机器人验收专家组的验收。 这种机器人主要应用于石化、建材、医药等行业。其生产线在高速称重时精度可达±２％,称重能力达到１２００次／ｈ;自动装袋速度８００袋／ｈ,码垛能力则达到１２００袋／ｈ。据了解,哈工大成立了哈尔滨博实自动化设备有限公司以实现技术的产业。这家公司现已能生产粉粒状、块状和化纤丝饼包装码垛机器人生产线。哈工大研制出包装码垛机器人@包信     

基于三次样条曲线的码垛机器人平滑轨迹规划方法

以混联式圆柱坐标码垛机器人为对象,研究了高速码垛机器人在关节空间内快速平稳的轨迹规划问题。首先应用三次样条曲线对机器人轨迹进行规划,其次以路径点的逼近程度与轨迹曲线的参数连续性为参考,建立了机器人平滑轨迹优化模型,得到了基于三次样条曲线的码垛机器人平滑轨迹。仿真结果表明,给定不同的曲线最大拟合误差,机器人的运动轨迹优化效果不同,验证了该轨迹规划方法能够兼顾码垛机器人的运动平稳性与轨迹平滑连续的控制要求,减小其在加、减速过程中产生的机械振动。     

基于五次多项式的码垛机器人轨迹规划

目的为了实现多轴码垛机器人速度和加速度变化曲线光滑、稳定,简化轨迹规划算法。方法介绍码垛机器人结构,并在码垛机器人结构基础上对码垛机器人运动进行分析,在关节空间下提出一种五次多项式插值的码垛机器人轨迹规划方法,利用五次函数对码垛机器人各个关节速度和加速度进行拟合插值。结果仿真结果表明,五次多项式轨迹规划方法拟合曲线更加光滑,同时保证速度和加速度无突变,保证了码垛机器人运动过程更加平稳。结论该轨迹规划方法能够保证码垛机器人按照预定的轨迹实现速度和加速度的平滑过渡,提升了码垛机器人运动精度。     

应用于圆饼工件分拣的码垛机器人自适应积分滑模控制

目的 针对存在系统未建模特性和负载变化下码垛机器人关节空间轨迹跟踪控制的问题,设计一种基于结合时延估计技术与自适应积分滑模面的控制策略。方法 根据圆饼工件分拣需求,设计一款桌面式码垛机器人系统,推导机器人的运动学与动力学模型,给出关节空间轨迹规划算法,并基于无模型思想设计关节空间轨迹跟踪控制器。结果 利用雅克比伪逆法可反解出机器人的关节角;通过所提的轨迹规划算法能有效获得各关节运动轨迹;与PID控制器和积分滑模控制器相比,文中所提控制器具有较好的控制精度、较强抗干扰性和较高的鲁棒性。结论 仿真和实验结果表明,所设计的基于时延估计技术的自适应积分滑模控制器是合理的,能使得码垛机器人完成圆饼工件的分拣任务,具有一定的工程应用价值。     

码垛机器人整机的有限元分析与优化

码垛机器人通过Solidworks电脑软件对码垛机器人进行控制与组装,码垛机器人的静力和动态行为都是采用Solidworks Simulation对它们从整体和个体进行的分析。四轴码垛机器人一共有8种不同的姿态,通过这8种可以得到相应8种数据分析以及进行的8种方案优化。本文就是从整机的情况下对码垛机器人进行有限的分析和优化。     

一种多垛型机器人码垛系统的设计

目的实现码垛设备能够满足多种垛型和特殊复杂垛型码垛的作业要求。方法研制一种多垛型机器人码垛系统,根据具体的设计要求,选用合适的工业机器人;采用一次抓取分批次放置的整体方案,设计具有分箱单独夹持功能的机器人夹具;研究各种垛型图样的共性,提出一种基于垛型数据结构的机器人码垛编程方法。结果该码垛系统能够适应多种垛型和各种复杂垛型码垛的工艺要求,运行稳定可靠,大大提高了生产效率;所设计的垛型数据结构包含了机器人搬运过程中的全部信息,更改和修改垛型时,无需更改机械结构,只需在线或者离线更新垛型数据结构即可。结论该码垛系统对垛型的适应能力强,对相关码垛设备的研制具有一定借鉴意义。     

一种重载码垛机器人结构优化设计方法

码垛机器人常用于焊接、喷涂、上下料、装配和码垛等工艺,可以提高劳动生产率和保证产品质量。针对现有的重载码垛机器人,使用D-H法构建其运动学方程并利用MATLAB解算其工作空间。联合使用ADAMS（automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析）和ANSYS Workbench,分别对重载码垛机器人零部件和整机进行瞬态动力学仿真,得到机器人各零部件所受的应力、应变以及机器人末端变形量等,并将其与试验数据对比,以验证仿真方法的可靠性和准确性。结合响应面法和拓扑法对重载码垛机器人结构进行联合优化,获得其结构的轻量化设计方法。研究表明该方法适用于各类关节型机器人的轻量化设计,可进一步降低机器人的材料、电机和减速器的成本。     

改进HS算法在码垛机器人轨迹规划中的应用

目的 解决码垛机器人在抓取目标物时需要满足最大速度约束条件、较短运行时间以及运行平稳性等问题。方法 以Func200id六轴工业机器人为研究对象,通过机器人的各关节尺寸关系计算其DH参数,并建立仿真模型。对改进的HS算法通过增加变异因子VF来改变算法的搜索策略,使得算法中的每个个体不但有机会参与到迭代的过程之中,而且有概率向最优个体学习,加快算法的收敛速度。结果 通过对4种算法在6种不同测试函数下分别运行30次的对比实验可知,改进后的HS算法相较于其他3种算法的寻优能力更强,收敛速度更快。结论 改进后的HS算法能够明显缩短码垛机器人的工作时间,且运行连续平稳,在其他工业场景下也具有一定的应用价值。     

基于PLC控制的多工位码垛系统设计与实现

目的为拓展工业机器人的有效工作范围。方法采用三菱Q系列PLC和定位模块QD75MH1搭建一套完善的工业机器人移动底座系统,用于机器人的位置调动,有效扩展工作范围。结果选用四工位码垛装箱工作站为应用案例,系统工作稳定,工业机器人的工作范围由原来的2个工位扩展到4个工位,使用1台工业机器人即可完成4个工位的工作,包装效率提升了2倍。结论该系统在多工位的码垛、装箱、搬运等场合具有很好的参考价值。     

基于5G与AI技术的家庭服务机器人交互设计研究

目的 针对家庭服务机器人的多功能、多智能、重交互等迭代需求,探究5G与AI技术在家庭服务机器人的多功能联动、智能交互的设计。方法 以家庭服务机器人的交互设计为研究对象,使用5G技术,协同智能语音、智能感知、计算机视觉等AI核心技术,对居家养老机器人的多智能体现及交互设计进行研究。结果 在5G与AI技术融合下,完成了以“智慧养老”为核心的居家养老机器人设计,输出了居家养老机器人的智能交互造型、交互方式及界面设计表达。结论 将5G互联和AI技术相结合,不仅为家庭服务机器人的功能、智能提供了新模式,而且增加了用户与家庭服务机器人的互动体验。     

基于模块化示教的精密码垛机器人控制系统

目的为了实现码垛机器人的实时快速控制,设计一种模块化示教的码垛机器人控制系统。方法以1802芯片为核心开发嵌入式模块示教系统,以QT为工具开发上位机模块示教系统,使用示教系统可以快速设定码垛机器人的路线和精度,通过wifi或串口模块把示教信号传输到码垛机器人控制系统中,控制系统利用高速脉冲驱动电路和闭环控制定位程序,使码垛机器人按照示教信息快速精准地搬运货物,点对点搬运实验表明,系统定位精度可以达到0.3 mm,旋转误差在0.1°内。结果机器人水平定位的最大相对误差为0.45%,旋转角度的最大误差为0.83%。结论实验证明,码垛机器人控制系统可以根据用户需求快速完成搬运。     

基于多轴同步控制技术的条烟柔性码垛系统设计

目的 克服原有的刚性吸盘的局限性，提高烟草物流中心的条烟码垛效率。方法 设计一种基于多轴同步控制技术的条烟柔性码垛系统，以SIMATIC S7–1200 PLC为控制核心，通过PROFINET与Kinoc触摸屏进行通信，将9个步进电机驱动器和传感器同PLC外接的输入、输出模块连接。工控机发送的数据经过PLC处理，通过主令同步的方式控制指令，实现柔性吸盘的同步，完成多样化条烟的同时抓取。结果 该控制系统通过搭建的实验平台验证了其稳定性和高效性，该系统可以同时吸附5条高度和宽度不同的条烟，大大提高了条烟码垛机器人的效率。相较于刚性码垛系统，此柔性码垛系统的码垛效率峰值提高了24.9%左右。结论 文中系统的设计提高了条烟的码垛效率，并且提高了烟草包装的智能化水平。