基于机器视觉的面粉袋码垛机器人研究中国内外研究与应用现状(下）

目前，我国自主设计研发的码垛机器人的结构主要为笛卡尔坐标型、串联关节型两种类型。笛卡尔坐标机器人也称为直角坐标机器人，一般为4轴的码垛机器人，除了X轴、Y轴和Z轴以外还包含一个绕Z轴旋转的轴。笛卡尔坐标码垛机器人一般在驱动电机、同步带、滑块的带动下完成码垛作业。它的主要优点是便于控制、动作精度高、运动路径容易求解等，缺点是占用工作空间大和运行速度相对低一些。与笛卡尔坐标机器人相比，串联关节机器人自身的体积小，工作空间相对较大，运动灵活，能够应用于更多的场合。但是其操作复杂，轨迹规划困难，对驱动电机和控制系统要求很高。我国为提高国产工业机器人的研发和应用水平，制定相关优惠扶持政策，积极引导推进机器人技术的创新，促进机器人产业化的大发展，加大科研力量和资金的投入，使我国不断涌现出一批具有较强实力的专家企业、产业基地和科研院校。如哈尔滨工业大学机器人研究所、上海交通大学机器人研究所、沈阳新松机器人自动化股份有限公司等，他们也纷纷研发出自己的工业机器人产品，如图1.3和图1.4所示。

哈尔滨工业大学是最早设计研发码垛机器人的单位，其开发用于橡胶产品包装码垛的机器人，应用笛卡尔坐标结构，设计最大码垛效率为600袋每小时，其后又设计出码垛效率为800袋每小时用于粉粒状物料的码垛机器人。我国为应对码垛机器人的高速化应用需求，专门成立863课题组研发高速码垛机器人，最终由上海交通大学和江苏无锡力马化工机械有限公司共同研发出1600袋每小时的高速码垛机器人及码垛生产线填补了国内空白。苏海新等研制出新型的码垛机器人，该码垛机器人具有4个自由度，利用的是平衡吊原理的连杆机构，并设计了多功能的控制系统使得该机器人具有较好的控制性和较高的运动精度。李成伟等将并联机器人技术应用到码垛作业中，设计出一种具有4自由度的码垛机器人，而且面对不同的搬运码垛对象仅需更换末端的执行器即可，提高了码垛机器人的通用性。该码垛机器人的控制系统是采用独立分布式的布局形式，通过工业电脑与控制模块实现码垛路径的规划和控制。

目前，由于我国的生产力总体水平相对欧美、日韩等发达国家较低，大多数生产制造企业，尤其是规模较小企业的自动化水平较低。先进的码垛设备和工业机器人的使用受到各方面的制约，仅仅在一些规模较大、实力雄厚的著名工厂企业中得到了应用和普及。中国烟草集团率先引进了码垛机器人对箱装的香烟成品进行码垛作业，与使用前相比，不仅减少了大量劳动力而且降低了香烟包装箱的破损率。通过增加条形码识别装置或图像识别系统，码垛机器人能够完成多种不同品牌香烟成品的码垛和拆垛作业。我国粮食加工企业采用具有4自由度圆柱形结构的码垛机器人，能够将仓库中不同重量规格的米袋进行搬运和码垛，码放高度和路径行程达到同类机器人中较高水平，并且机器人的控制性能优越、运行效率高，完全满足了米袋搬运、码垛的工作要求。我国作为啤酒生产和消费大国，啤酒的搬运和运输量巨大，各大啤酒生产厂商均采用自动化和高速化的码垛设备或码垛机器人来提高其码垛效率，降低物流系统的成本，增强产品的市场竞争力。