工業(yè)機器人作為工業(yè)自動化的典型裝備，促進經(jīng)濟活動中各行各業(yè)的發(fā)展。工業(yè)碼垛機器人更是以低廉的成本、高效的作業(yè)優(yōu)勢，將人從繁重、單一的堆垛勞作中解放出來，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期。
碼垛機器人可以代替人工進行貨物分類、搬運和裝卸，特別是代替人類搬運危險物品，象放射物質、有毒物質等，降低工人的勞動強度，保證工人的人身安全。實現(xiàn)自動化、智能化、無人化。工業(yè)機器人碼垛系統(tǒng)適用于化工、建材、飼料、食品、飲料、啤酒、自動化物流等行業(yè)，主要對生產(chǎn)制造過程中流水線上的產(chǎn)品進行拾取、分揀。特別是在倉儲物流業(yè)中，碼垛機器人的工作效率直接決定貨物的吞吐量。所以，采用機器人碼垛實現(xiàn)自動化生產(chǎn)是推動企業(yè)發(fā)展的有效手段。
工業(yè)機器人碼垛系統(tǒng)組成
工業(yè)機器人碼垛系統(tǒng)在實際應用中并不是由機器人獨立工作的，而是配合自動化設備進行系統(tǒng)工作。工業(yè)機器人碼垛系統(tǒng)一般由4個子系統(tǒng)共同組成，電氣控制子系統(tǒng)控制整個碼垛系統(tǒng)的工作流程和節(jié)拍。物料傳輸子系統(tǒng)將物料傳輸?shù)綑C器人工作區(qū)域，由機器人將物品拾取碼放到自動托盤系統(tǒng)，當機器人碼完一垛貨物，自動托盤輸送系統(tǒng)自動傳輸?shù)街付ㄎ恢?，由叉車或其他轉運設備進行輸送。
碼垛機器人系統(tǒng)：機器人本體，機器人控制器，機器人抓手，安全護欄及底座等。
自動托盤輸送系統(tǒng)：托盤庫，輕/重載輸送機，重載滾筒線，升/降移栽機等。
物料輸送系統(tǒng)：皮帶輸送線，氣動推倒裝置，直線滑道，螺旋滑道，轉彎輥道線。上壓平裝置，下震動輸送線，物料整形裝置，掉頭裝置等。
電氣及電動系統(tǒng)：PLC，氣路設備，變壓器，檢測傳感器，動力電機等。
工業(yè)機器人碼垛系統(tǒng)組成
(1) 高精度定位，快速搬運夾取，縮短作業(yè)節(jié)拍，生產(chǎn)效率。
(2) 機器人作業(yè)穩(wěn)定可靠，減少工作失誤，提高產(chǎn)品質量。
(3) 無疲勞連續(xù)作業(yè)，全天候工作，擴大工廠產(chǎn)能。
(4) 結構簡單、零部件少。因此零部件的故障率低、性能可靠、保養(yǎng)維修簡單。
(5) 占地面積少。有利于客戶廠房中生產(chǎn)線的布置，并可留出較大的庫房面積。
(6) 能耗低。通常機械式的碼垛機的功率在26 KW左右，而碼垛機器人的功率為5 KW左右，大大降低了運行成本。
工業(yè)機器人碼垛應用存在的問題
1、碼垛抓手問題
碼垛機器人能夠在不同的作業(yè)任務情況下工作，主要取決于機器人法蘭盤抓手的設計。
機器人抓手的品質和性能直接影響工業(yè)搬運機器人的工作質量和效率。傳統(tǒng)搬運機器人抓手由純機械部件組成，結構復雜、整體笨重、動作速度慢、不具備自動檢測、控制位置能力、控制精度低、受工作環(huán)境溫度和工件重量影響會產(chǎn)生運動不到位等眾多問題，影響搬運機器人的正常工作效率，在生產(chǎn)中存在安全隱患，針對不同的物品設計特定的抓手工業(yè)機器人才可以作業(yè)。但是，面對工業(yè)生產(chǎn)制造中，在同一工位上，可能會出現(xiàn)不止一種的產(chǎn)品規(guī)格，這種情況下機器人只能特定地抓取，無法滿足品種多樣化地抓取。由此一來，機器人抓手的選擇和設計顯得格外重要。針對這種情況，急需設計出一種自適應、多功能的機器人抓手。
2、自動識別抓取問題
在工業(yè)機器人碼垛和分揀作業(yè)過程中，由于產(chǎn)品種類的多樣化，需要根據(jù)物品的類別進行分類拾取碼垛，將同一條流水線上的物品，搬運到不同的托盤上。其次，物品在傳輸過程中待抓取位置可能不固定，這就需要機器人能夠自主識別物品抓取點的位置。因此，選擇化的識別抓取對碼垛機器人的應用十分重要。
3、運動路徑規(guī)劃
工業(yè)機器人在碼垛應用中，單位時間內碼垛次數(shù)，是衡量工業(yè)機器人性能的很重要的一個指標，特別對于高吐量的產(chǎn)線來說，工業(yè)機器人的碼垛速率，決定了整個產(chǎn)線的產(chǎn)能。影響機器人碼垛效率的因素有很多，像伺服電機的性能、負載強度、機器人的機械結構等，特別是機器人將物品碼放成不同的垛型，碼垛擺放的順序也是影響碼垛效率的關鍵因素。當碼垛順序固定后機器人運動路徑的優(yōu)化對提高效率有很大幫助，如果是搬運到同一終點，機器人路徑選取不同，機器人運動解算結果差異很大，最終速度差也很大。所以，機器人運動路徑和碼放垛型順序的設計對機器人工作效率的提升起到關鍵作用。
工業(yè)機器人碼垛關鍵解決技術
1、自適應抓手
為了實際工作需要設計了一種具有自動檢測、控制位置能力的工業(yè)搬運機器人自動抓手，以解決現(xiàn)有技術存在的控制精度低、工作效率低及存在安全隱患等問題。機器人夾爪自動控制器的中央處理器內預置工作程序，可與工業(yè)搬運機器人的主控制器建立通信，當搬運機器人到達拾取工件位置時，依據(jù)搬運機器人主控制器的指令開始抓取，抓手夾取過程受負反饋作用，當檢測抓手壓力變化時，自動調節(jié)電機扭矩已達到抓取力度和行程的控制。如此一來，對于不同規(guī)格的物品，一種夾爪就可以滿足抓取任務，減少了頻繁更換夾具的流程，提高了碼垛工作的效率。
2、機器視覺系統(tǒng)
機器人視覺系統(tǒng)包括CCD數(shù)字相機、鏡頭、光源、機器人本體控制系統(tǒng)。CCD數(shù)字相機通過交換機與工業(yè)計算機連接，電氣控制柜接入交換機，相機單元對物品的圖片拍攝，數(shù)據(jù)采集，并通過交換機傳輸至工業(yè)計算機，工業(yè)計算機對采集到的備份件物品圖片進行圖像處理和精準定位后，通過交換機向機器人控制系統(tǒng)發(fā)送控制信號。這種技術解決了傳統(tǒng)碼垛在產(chǎn)品種類多，位置多變的情況下的碼垛問題，在分揀碼垛作業(yè)中提高了工作效率，讓碼垛機器人更加智能化、人性化。
3、垛型設計和運動路徑優(yōu)化
要想提高機器人工作效率，必須對垛型設計和運動路徑合理設計。對運動優(yōu)化進行深入研究，提出了路徑規(guī)劃和軌跡規(guī)劃綜合優(yōu)化的方法，來同時優(yōu)化這兩個相互耦合的過程。在路徑規(guī)劃后，采用B樣條插值的方法對離散路徑進行擬合得到光滑路徑，為了得到路徑的光滑程度有一個量化的表示，采用模糊控制器來控制路徑的修正幅度，進而求得機器人沿該路徑運行的最小時間。再結合實際分析了時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃的特點，采用參數(shù)化表示的方法降低動力學模型的維數(shù)和動態(tài)規(guī)劃法求取最優(yōu)時間來控制機器人碼垛運動。對于機器人碼垛的擺放順序，根據(jù)擺放的方向，層數(shù)，每層個數(shù)的需要，以由遠到近，相鄰擺放的原則設計擺放順序可以縮短路徑的總和，已達到提高碼放效率的目的。
