一种基于PLC的码垛机器人的研究

来源 :杂文月刊(学术版) | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangnaiyu
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  由于国外对机器人行业开展研究较早,在理论研究与实际应用方面都比较成熟,最具代表性的机器人公司有德国的KUKA、瑞典ABB、日本的安川和FANUC等。日本对机器人码垛技术的尝试始于上世纪70年代。瑞典的ABB公司继日本之后设计与完成了能够搬运与码放任务的工业机器人IRB6。随后,美国、意大利、德国等也都开始涉足码垛机器人技术的研究与开发,并都取得了一定的成果推动了机器人码垛技术的发展。
  日本OKURA公司是码垛机器人行业的先驱,经历近五十年的研究与发展,到目前为止,该公司已经完成多个系列的码垛机器人研究与开发。FANUC公司对码垛机器人的研究成果显著,该公司在20世纪末设计出M410i-HS型码垛机器人,该型号机器人抓取重量可达100Kg,每小时能够码放1800袋物料,工作能力出众。该公司的FANUCRobotM-410iB/160智能码垛机器人,该型号机器人装备有视觉感测器,能够实现动态码放,重复定位精准,并在机器人手腕部位采用独特的中空结构,解决了机器人手腕布线困难的问题。
  德国的KUKA公司自1977年开始着手设计与研发各种用途的机器人,由于该公司生产设计的机器人采用PC控制,故障率低,在全球拥有广泛的用户数量。该公司于2008年开发了KRl000TITAN,该机器人是六轴机器人,负载能力最高能够达到1000kg,水平方向的工作半径3.2m,垂直方向的工作高度5m,它采用的全新的驱动方案解决了普通电机无法单独驱动的难题。
  瑞典的ABB公司对机器人技术的研究非常全面和深入,对机器人码垛的各项关键技术在同行中处于领先地位,该公司生产的机器人操作简单,执行能力强,深受用户的青睐,在全球有广大的用户群体。该公司的IRB系列机器人,配置有相应的主动安全软件与被动安全软件,能够保证机器人在码垛过程中安全稳定的运行,可以减小故障事故的发生的几率。
  国外码垛机器人的应用特点:
  (1)控制系统性能优越基于PC操作,可配备工业PC机和PCI总线,可实现软件控制,具备人机交互能力,通信功能强大。
  (2)模块化结构多采用开放式系统架构,采用标准化模块结构组件,可随时替换升级,具有很强的可扩展性。
  (3)码垛机器人本体结构优化本体设计采用先进的现代设计方法,本体设计更加合理,对不同的工作对象可开发多种智能末端执行机构。
  我国对码垛机器人技术的研究起步较晚,由于缺乏技术上的研究与探索,发展速度缓慢,在应用上跟发达国家相比差距很大。近几年,由于政府的重视与鼓励,我国码垛机器人技术的研究成了备受关注的热门领域,由于资金与精力的大量投入,研究上取得了很多成就,促进了码垛机器人技术的应用进程。到目前为止,在码垛机器人理论的研究上取得了较大成果,推动了我国码垛机器人技术的发展。
  哈尔滨工业大学机器人研究所研究的码垛机器人,通过每次抓取多个目标物体的高效堆码方法,充分利用了每次执行动作,提高了码垛机器人的工作效率,有较高的应用价值。上海交通大学机器人研究所和无锡立马化工机械公司合作,共同开发低位式码垛机MDQ-1600,该款码垛机结构简单,易于操作,工作效率高。北京航空航天大学机器人研究所研制一种混联码垛机器人,用于码放化肥、饲料等袋装物体,由于该类机器人简化了操作与控制,使用简单。杨灏泉等人通过思路的转变,提出基于计算机软件的开发使机器人的控制系统的方法对现有的机器人控制系统的兼容性进行研发,这种方法增加了系统的兼容性,并可以通过软件对系统进行调节,从而完成码垛机器人对不同物体的抓取操作。苏海新设计开发的新型工业码垛机器人,采用平行四杆机构,集成化程度较高,同时该型具有良好的操作性与控制性,在应用中便于操作。
  由于我国产业类型多是劳动密集型,转型还需慢慢过度,因此国内的码垛机器人的应用水平较低,应用量也比较小,只有在大型企业和自动化要求较高的行业才能批量使用。中国卷烟厂采用的码垛机器人设备,能够对不同种类的卷烟进行识别,并能通过机器人系统的控制,实现对烟草的抓取与码放动作,工作效率较高。中国的啤酒生产商运用码垛机器人代替人力勞动,降低了工人的劳动强度,并且有效控制了码放过程的破损率,提高了生产效率,降低了生产成本。
  经大批专家学者不断努力,虽然国内码垛机器人的研究取得了长足的进步,但与现代工业的应用要求相比,还需要解决以下问题:
  (1)智能化程度有限。码垛机器人需要适应灵活多变的工作对象与工作环境,因此码垛机器人需要进一步提高其智能化水平,使其能够智能的适应工作环境与工作对象,这就需要为码垛机器人添加相应的智能化设备,让其在稳定高效运转的同时还要有一定的自诊断及修复功能。
  (2)适应能力有待提高。在现代制造业和物流行业中码垛机器人主要作用是取代人力劳动,因此需要其有对恶劣和复杂多变的工作环境的适应能力。
  (3)可靠性、稳定性需提高。码垛机器人需要连续不断地重复完成物件的抓取、码放等相对简单的工作,由于长时间运作码垛机器人可能会产生累计误差而影响其系统精度,从而导致码垛机器人不能稳定可靠运行。
  (4)视觉系统需完善。机器视觉技术是码垛机器人的一项关键技术,通过视觉不但能够获取周围环境信息还能获取工作对象的外观特征以及工件的空间定位,但就目前来讲,这项技术并不成熟,还存在许多问题亟待解决。
  因此,未来一段时间内开展智能码垛机器人的研究,对提高码垛机器人的智能化、工业应用的适应能力和提高码垛机器人的可靠性及稳定性,满足现代工业提高生产效率,改进生产模式,降低劳动成本,促进企业快速转型,具有非常重要的现实意义和工程应用价值。
  参考文献:
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