基于机器视觉的面粉袋码垛机器人研究中码垛机器人工作参数(上）

该系统的主要工作过程为:不同类型的面粉袋间隔的被输送线传送出来，并且面粉袋在传送带上的位置和类型均不确定。当面粉袋移动到系统的识别区域时会触动传感器，此时视觉识别系统开始对面粉袋的类型和位姿进行判别，识别结束后将类型信号和位姿信号传送给码垛机器人控制器，码垛机器人控制器经过预先设置好的算法计算出该面粉袋需要放置的垛层编号及其在该垛层的位置，然后驱动机器人将面粉袋抓起移动到码垛区中相应的托盘上进行码垛。为提高码垛效率，当手爪离开视觉识别区时，视觉系统就可对下一个面粉袋进行识别，若手爪返回时识别还未结束，则手爪停留在等待区域，以免移动到识别区内部影响图像的采集。若某一托盘码放完毕则系统发出报警信号，机器人停止运动，叉车将码放好的垛层移走，并将空的托盘放入原位置，码垛机器人继续进行码垛工作。

由面粉袋尺寸、托盘尺寸及码垛系统的整体布局，可以得出面粉袋码垛机器人应具备的最大行程范围，其在平面内的行程范围能够覆盖四个托盘区域和视觉识别区域，在垂直方向的行程范围必须大于8层面粉袋的高度，并且还要考虑拾取手爪的高度尺寸。码垛机器人能够抓取的最大质量包括面粉袋的重量、拾取手爪的自重和运动过程中动载荷等。综上分析计算得出面粉袋码垛机器人应该具备的基本工作参数，如表4-1所示。

4.2.2码垛机器人方案设计

(l)码垛机器人结构形式的选择

码垛机器人方案的设计主要是其结构型式的选择，目前比较常用的机器人结构类型直角坐标型、圆柱坐标型、串联关节坐标型、SCARA型和并联关节型等。对于不同结构类型的选取主要取决于机器人工作范围的大小、占据空间的大小、定位精度的高低、控制算法的难易程度和运动的直观性等几个因素。本文在对各种结构类型机器人性能参数对比分析的基础上，详细的整理了各类型机器人的优缺点，如表4-2所示。

由上表的对比分析再结合面粉袋码垛的工作参数要求，大跨度的直角坐标型机器人结构比较适合本文所研究的面粉袋拾取与码垛作业，并且其结构刚度大，定位精度高，各关节的运动相互独立，无奇异点和祸合现象，使得运动学求解和控制相对简单，有利于成本的降低。因此，根据面粉码垛系统的工作特点和直角坐标机器人的类型特点，选择了面粉码垛直角运动机器人（码垛机器人）结构构型。