王次建
青岛中海德自动化设备有限公司
摘要：码垛机器人是高新技术与工业生产所造就的一种产物，更好的服务于工业生产，弥补人力生产上的不足，在提升工业经济额的同时，减少成本投入，保障工人的人身安全。码垛机器人在工业生产中的应用，标志着我国的工业生产的智能化、自动化发展。本文从三个方面入手，详细阐述工业码垛机器人的设计理论、问题以及关键技术等，以推动码垛机器人的快速发展。
关键词：工业；码垛机器人；设计
现阶段，机器人在我国多个领域中获得广泛的应用，是计算机、汽车等技术后的一项创新技术，能够对人们的日常工作与生活产生极大的影响，同时也严重影响国家的GDP增长速度。码垛机器人能够参与日常生活与工作中的货物搬运工作，在国际社会中得到普遍的认可。随着我国科学技术的快速发展，智能制造得到人们的重视与认可，因此需重视码垛机器人智能水平与生产水平的提升，降低资金成本的投入，缩短生产所需的时间，以更好地服务于人们的日常生产与生活，推动社会的发展，同时还能够保障人们的人身安全。
一、码垛机器人的设计理论
1.设计特征
码垛机器人属于我国工业生产中较为重要的一种机械产品，设计人员以科学技术为基础，对机械材料、机械工艺以及机械结构等进行选择与设计，以充分发挥码垛机器人的码垛重物、搬运重物等的作用。在码垛机器人设计过程中，需有效融合产品结构、产品工艺、产品材料、企业文化以及经济价值等，以为企业创造更大的附加值，提升企业的市场竞争力。（1）美观性：在码垛机器人设计工程中，需重视艺术美，以功能美、技术美等为基础，最大限度的追求和谐化的尺度、比例、均衡以及对称等，在码垛机器人设计中有机融合美学，满足用户的精神需求与物质需求，增强企业的市场竞争力，加快社会经济的发展速度；（2）实用性：码垛机器人设计的目的就是能够快速搬运物品与搬运，以确保日常生产活动的有序进行，提升生产稳定性与生产效率，大大降低人工费，缩小占用空间，因此需重视实用性，不能过于追求美观度与运动效率；（3）科学性：码垛机器人设计极为重视技术，在适用的基础上，重视码垛机器人设计的美学，符合力学性能要求，同时还要全面思考产品实用性，以提升产品的可靠性与安全性。
2.应用特征
机器人码垛在日常应用时，定位精确，有效节约作业节拍，提升生产效率。机器人码垛能够连续性作业，不间断施工，提高工厂的产能。机器人码垛工作可靠稳定，有效避免工作失误，确保工作效率。且日常所使用的机器人码垛的结构较为简单，存在良好的性能，维修保养工作简单，在车间使用时有利于优化生产线，提高厂房利用效率，同时能够降低能耗，减少企业的资金成本投入。
二、工业码垛机器人中存在的问题
1.自动识别抓取
码垛机器人在日常生产中使用时，需要码垛机器人自动识别多样化的产品种类，以完成分类码垛，在流水线上的产品，分类搬运至正确的托盘之上。在传输物品时，抓取位置是不确定的，因此码垛机器人对于产品的自主识别以及抓取位置选择等极为重要，严重影响工作效率的提升。
2.码垛抓手
在日常生产活动中，码垛机器人可应用于多个作业活动之中，同时码垛抓手占据极为重要的地位，主要是因为码垛转手严重影响工作的效率与质量，因此需重视码垛转手的性能与品质。我国之前所使用的码垛抓手主要是利用纯机械部件构成的，具备笨重、结构复杂以及速度慢等特征，无法自动进行检测，且自身控制精度不高，深受工件重量、工作环境等的影响，极易出现运动不到位的情况，对码垛机器人的工作效率产生不良影响，导致日常生产过程中存在极大的安全隐患，搬运不同物品需设计针对性抓手开展工作。但是，在日常生产活动中，同一工作岗位上的产品规格不可能一直一样，但是传统码垛抓手的抓取只能有针对性的进行，无法进行多样化抓取。
3.运动路径
码垛机器人在实际生产中应用时，在单位时间中所进行的码垛次数是确定其性能的一个关键指标，尤其是高吐量生产线，码垛机器人的工作效率严重影响产能。而电机负载强度、性能、码垛顺序、码垛形状以及结构等，均对码垛机器人的工作效率产生不良的影响。一旦确定码垛工程程序后，需确定运动路径，并对其进行优化。例如：在搬运同一种产品时，运动路径不同，运动速率也各不相同，严重影响企业获得的经济效益。
三、码垛机器人设计的关键技术
1.机器视觉系统
在日常生产过程中，机器人视觉系统是由镜头、数字相机以及光源等几个部分组成的。数字相机利用计算机与交换机联系在一起，控制柜与交换机相连接，而相继能够拍摄物品图片完成数据采集，利用交换机将采集到的图片传给计算机，计算机则通过识别图片完成处理与定位，随后利用交换机完成控制信号的传输。机器视觉系统的应用，能够有效应对物品种类繁多的问题，能够有效解决物品位置的变换，提高码垛分拣作业率，实现码垛机器人的人性化、智能化的发展。
2.自动抓手
码垛机器人需具备控能、自动检测等功能，以提升抓手控制精确度，提高企业生产效率，同时能够消除安全隐患。码垛抓手的处理器可设置自动控制程序，并与码垛抓手之间构建完善的通信渠道。在码垛抓手抵达正确的抓取位置时，控制处理器就会下达抓取指令，而码垛抓手在抓取操作过程中，会受到反馈作用，抓手压力出现变化，会对行程、抓取力度等进行有效控制。这种抓取模式能够抓取多样化尺寸的物品，满足多种任务需求，降低抓取夹具的更换率，提升工作效率。
3.优化码垛运动路径
对码垛运动路径进行优化，能够有效提升码垛机器人的工作效率。与实际工作状况相结合，编制轨迹优化方案，在规划路径后，利用插值优化离散路径，通过离散路径确定光滑路径，并得出一个量化值，通过模糊控制器修正控制路径的幅度，以计算出该路径通过所需的时间。与实际状况相结合，以规划处最优路线，通过参数化方法对动态规划与力学模型等进行优化，以得出最佳时间参数。以摆放方向、摆放层数等为基础，优化码垛摆放顺序，由远及近，优化码垛路径，确定摆放顺序，从而保证码垛机器人的工作效率。随着我国科学技术的不断发展，多种高新技术应用到码垛机器人的设计之中，例如：多传感器等，促使码垛机器人更加智能化，有效融合视觉、力觉、听觉、嗅觉、触觉等，以更好的服务与工业生产，创造更多的工业价值。
结语：
综上所述，随着我国工业行业的不断发展，人们追求最大化的工业产值与工业价值，因此，码垛机器人在工业生产中得到了广泛的应用，大大提升工业生产的灵活性，同时配合人力，在保证产品质量的同时，获得最大化的工作效率，以增加工业产值。
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