【布料搬運(yùn)的機(jī)械臂針刺夾爪技術(shù)發(fā)展綜述報(bào)告4300字（論文）】

布料搬運(yùn)的機(jī)械臂針刺夾爪技術(shù)發(fā)展綜述報(bào)告目錄TOC\o"1-2"\h\u16321一、前言部分 16550二、布料搬運(yùn)問題的機(jī)械臂研究現(xiàn)狀 114779（一）國內(nèi)研究現(xiàn)狀 129331（二）國外研究現(xiàn)狀 421923三、總結(jié) 814167四、參考文獻(xiàn) 8一、前言部分目前全球大部分食品、飲料、電器等大批量生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從生產(chǎn)到倉庫的物流自動(dòng)化，唯獨(dú)倉庫到裝車還未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。我國在卡車裝卸和物流運(yùn)輸領(lǐng)域，大多數(shù)采用人工裝卸方式。一些行業(yè)中的部分公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化裝載，即通過皮帶輸送機(jī)構(gòu)或者伸縮式輸送機(jī)構(gòu)將貨物從地面或筒倉輸送到等候區(qū)。為了提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)成本并縮短生產(chǎn)周期，集裝箱內(nèi)部碼垛智能機(jī)器人便應(yīng)運(yùn)而生?？梢源嫒祟愡M(jìn)行貨物的堆放、搬運(yùn)、裝卸，也可以代替人工搬運(yùn)放射性物質(zhì)、有毒物質(zhì)等危險(xiǎn)品。降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，保證了工人的人身安全，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化和無人化。隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)日益完善，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)布料搬運(yùn)問題的機(jī)械臂也逐漸引起大家高度關(guān)注。布料搬運(yùn)問題的機(jī)械臂是將機(jī)械設(shè)備與計(jì)算機(jī)程序有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，其涉及的學(xué)科包括：機(jī)械工程、電子技術(shù)、信息技術(shù)、智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等。布料搬運(yùn)問題的機(jī)械臂研究現(xiàn)狀（一）國內(nèi)研究現(xiàn)狀與發(fā)達(dá)國家相比，中國的工業(yè)機(jī)器人起步較晚。80年代初以來，整體技術(shù)水平相對(duì)較低。到目前為止，中國科技部已經(jīng)將工業(yè)機(jī)器人納入科技研究計(jì)劃。我國工業(yè)機(jī)器人經(jīng)過“七五”起步，“八五”和“九五”發(fā)展[1]的過程，并在原機(jī)械工業(yè)部和其他部委的不懈努力下，終于在弧焊、點(diǎn)焊、噴漆和搬運(yùn)等領(lǐng)域取得了重大的突破，加快了我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)程[2]。隨后，工業(yè)機(jī)器人發(fā)展比較緩慢，主要受市場(chǎng)需求量小和生產(chǎn)成本高等諸多因素影響。直到2010年，我國工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)容量逐年大幅度上升，并對(duì)機(jī)器人全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行全面發(fā)展。2005-2014年，我國工業(yè)機(jī)器人銷售額年均增長(zhǎng)率高達(dá)32.9%[3]。2015年5月，國務(wù)院發(fā)布了《中國制造2025》計(jì)劃，指出機(jī)器人核心零部件制造和系統(tǒng)集成等領(lǐng)域的突破是中國制造業(yè)的發(fā)展方向[4]。下面主要介紹近十年國內(nèi)布料搬運(yùn)問題的機(jī)械臂發(fā)展現(xiàn)狀。2009年張洋[5]等人申請(qǐng)了集裝箱內(nèi)部使用的碼垛機(jī)專利如圖1.1所示。該碼垛機(jī)包括行走車架，在行走車架內(nèi)分別設(shè)置有臥式伸縮機(jī)構(gòu)，水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)、升降推出機(jī)構(gòu)及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，還包括PLC總控系統(tǒng)。該機(jī)器人可使用食品、藥品、化妝品服裝、日用品等領(lǐng)域箱式貨物裝車環(huán)節(jié)，全過程自動(dòng)化較少了人工參與。該設(shè)計(jì)機(jī)架大小是固定的，難以同時(shí)滿足多種尺寸集裝箱的需求;升降推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)載貨面積固定，難以滿足多種貨物尺寸要求;還有該設(shè)備每次只碼垛一箱貨物，效率較低。圖1.1集裝箱內(nèi)部使用的碼垛機(jī)Fig.1.1Palletizerusedinsidecontainers2015年張帆[6]等人申請(qǐng)了集裝箱快速自動(dòng)裝車碼垛機(jī)如圖1.2所示。該碼垛機(jī)包括自動(dòng)行走式框形機(jī)架、輸送帶、升降導(dǎo)軌、左右橫移托板和翻轉(zhuǎn)式推料機(jī)構(gòu)等。相對(duì)張洋等人設(shè)計(jì)碼垛機(jī)，該碼垛機(jī)具有左右橫移托盤機(jī)構(gòu)，可以滿足不同寬度尺寸集裝箱裝貨要求，同時(shí)該碼垛機(jī)托盤可以同時(shí)碼垛多箱貨物，提高了碼垛效率。該碼垛機(jī)輸送帶安裝在機(jī)架底部位置，在裝高層貨物時(shí)，需要空托板返回底部，比較費(fèi)時(shí)。圖1.2集裝箱快速自動(dòng)裝車碼垛機(jī)Fig.1.2Containerrapidautomaticloadingpalletizer2016年華北理工大學(xué)[7]研發(fā)了一種袋裝布料搬運(yùn)問題的機(jī)械臂，該機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修簡(jiǎn)單。水泥裝車過程全自動(dòng)化，能夠?qū)崿F(xiàn)貨物的快速、準(zhǔn)確碼放，速度可達(dá)每小時(shí)裝2400袋，裝車過程能夠極大程度的降低揚(yáng)塵，保護(hù)周邊環(huán)境;提高了效率，降低了成本，減少了污染。該布料搬運(yùn)問題的機(jī)械臂主要針對(duì)敞篷貨車貨物碼垛，改裝成適應(yīng)集裝箱貨物碼垛難度大成本高。2018年楊忠[8]等人申請(qǐng)了《一種袋裝貨物自動(dòng)布料搬運(yùn)問題的機(jī)械臂》專利，自動(dòng)裝車設(shè)備如題1.1所示。自裝卸機(jī)器人主要包括：輸送機(jī)構(gòu)、移動(dòng)機(jī)構(gòu)和碼垛機(jī)構(gòu)。其中，貨物輸送機(jī)構(gòu)包括一條分流輸送線和兩條與分流輸送線末端相連的貨物輸送線。機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括放置在兩條貨物輸送線內(nèi)的兩個(gè)機(jī)器人移動(dòng)部件。共兩臺(tái)碼垛機(jī)器人，每臺(tái)機(jī)器人安裝在兩個(gè)機(jī)器人移動(dòng)部件上，包括安裝在移動(dòng)部件上的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，安裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的動(dòng)力單元，連接動(dòng)力單元的機(jī)械臂組件，以及連接的機(jī)械臂.單擊爬網(wǎng)機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型通過主控制柜控制碼垛機(jī)器人進(jìn)行貨物輸送線與卡車之間的碼垛作業(yè)，解決了傳統(tǒng)碼垛技術(shù)需要人工干預(yù)、自動(dòng)化程度低的問題。圖1.3袋裝物料自動(dòng)布料搬運(yùn)問題的機(jī)械臂Fig.1.3Automaticloadingrobotforbaggedmaterials除了以上介紹的布料搬運(yùn)問題的機(jī)械臂，還有2015年猛永江[9]等人研發(fā)的集裝箱氣動(dòng)式快速碼垛機(jī)；2016年，上海交通大學(xué)欒南[10]等人研發(fā)的集裝箱內(nèi)快速碼垛機(jī)；2017年廣州智能裝備研究院有限公司陳友材[11]等人研發(fā)的一種集裝箱自動(dòng)裝車機(jī)。到目前為止，只有少部分水泥廠針對(duì)敞篷貨車水泥裝車要求實(shí)現(xiàn)裝車機(jī)產(chǎn)品化。針對(duì)集裝箱貨物自動(dòng)裝車要求的裝車機(jī)，目前還處于研發(fā)階段市面上沒有成熟的產(chǎn)品銷售。（二）國外研究現(xiàn)狀在20世紀(jì)60年代，國外的一些研究學(xué)者已經(jīng)開始了工業(yè)機(jī)器人的研究[12]。20世紀(jì)70年代初，瑞士的ABB公司針對(duì)零件的安裝和貨物碼垛等應(yīng)用領(lǐng)域，成功研制出世界第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，隨后幾年后日本也成功研發(fā)了搬運(yùn)機(jī)器人。隨著科技的日益發(fā)展，自動(dòng)化控制技術(shù)逐漸成熟，并應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。歐美韓日等國家在工業(yè)機(jī)器人的研制上都取得了重大突破，并且將其產(chǎn)品推向市場(chǎng)[13]。目前國外碼垛機(jī)供應(yīng)商主要有瑞士的ABB、德國的庫卡、日本的發(fā)那科等[14]。布料搬運(yùn)問題的機(jī)械臂和傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)相類似，不過針對(duì)具體需求做了改進(jìn)，比如針對(duì)搬運(yùn)需要重負(fù)載，加了四桿機(jī)構(gòu)[15]。經(jīng)過多年的努力，ABB公司研發(fā)了IRB340FlexPicker[16]系列機(jī)器人如圖1.4。該機(jī)器人通過視覺傳感器采集圖像，通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，對(duì)物體位置識(shí)別、拾起和放置有較高精度。該機(jī)器人在拾取作業(yè)（即拾取、轉(zhuǎn)動(dòng)和放下）中每分鐘可完成150次以上的拾取，其最大速度為10M/s，最大加速度大于10g（>100M/s2）。該機(jī)器人主要應(yīng)用于對(duì)小部件的抓取、搬運(yùn)和碼放等。圖1.4ABB公司生產(chǎn)IRB340FlexPicker機(jī)器人Fig.1.4IRB340FlexPickerRobotProducedbyABBCompany德國庫卡研發(fā)的KR1000titian[17]是首款六自由度工業(yè)機(jī)器人，如圖1.5，并且具有開放式控制系統(tǒng)和超強(qiáng)的負(fù)載能力。它的臂長(zhǎng)可延申至6.5米遠(yuǎn)，并且能即精確又快速地搬運(yùn)重物。KR1000titan適用于任何重量級(jí)，比如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、木材、玻璃、鋼板、空調(diào)機(jī)外殼、石塊、混凝土預(yù)制件，最大重載能力高達(dá)1.3噸。圖1.5KR1000titan布料搬運(yùn)問題的機(jī)械臂Fig.1.5KukaKR1000TitanLoadingrobot日本發(fā)那科研發(fā)的M-410iB/140H[18]系列機(jī)器人主要是為了實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)機(jī)器人化，該系統(tǒng)具有自動(dòng)識(shí)別堆垛高度，識(shí)別工件大小和種類，檢查工件外觀，從貨物托盤卸貨，自動(dòng)生成堆垛程序，優(yōu)化機(jī)器人動(dòng)作程序等多項(xiàng)優(yōu)越功能。機(jī)器人額定負(fù)載為140KG，工作半徑2850mm，重復(fù)精度土0.2mm。如圖1.6所示。圖1.6日本發(fā)那科M-410iB/140H機(jī)器人Fig.1.6JapanFANUCM-410iB/140Hrobot以上介紹的碼垛機(jī)器人具有碼垛速度快、重負(fù)載、定位精度高等特點(diǎn)，但只能實(shí)現(xiàn)自主碼垛功能，后面并沒有實(shí)現(xiàn)貨物裝車一體化功能。國外也有少部分涉及貨物裝車一體化的專利。2008年CriswellTim[19]申請(qǐng)了一種自動(dòng)裝車機(jī)如圖1.7專利，該自動(dòng)裝車機(jī)包括送貨裝置、移動(dòng)小車和機(jī)械手。送貨裝置將貨物輸送到機(jī)械手附近，然后機(jī)械手進(jìn)行碼垛作業(yè)。圖1.7自動(dòng)裝車機(jī)Fig.1.7Automaticloadingmachine德國哈弗伯克公司也相繼研發(fā)了HaverSpeedRoad和HaverSpeedFlexx自動(dòng)化裝車系統(tǒng)，該系統(tǒng)體現(xiàn)了貨物庫存和貨物運(yùn)輸?shù)挠行ЫY(jié)合，大大的提高了包裝效率和作業(yè)能力。該套自動(dòng)化裝車系統(tǒng)幾乎告別了人工操作，自動(dòng)化程度非常高。工作原理為高空碼垛，將機(jī)械臂固定于高空桁架，通過天車的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的定位。不過這種裝車方式僅限于無頂棚貨車，所以該系統(tǒng)具有一定的局限性[20]。圖1.8德國哈弗伯克公司裝車系統(tǒng)Fig.1.8LoadingsystemofHAVERBURKEcompany,Gemany緊接著荷蘭Copal公司主要專注于設(shè)計(jì)與制造集裝箱內(nèi)貨物的卸載與碼放設(shè)備。該款設(shè)備主要針對(duì)集裝箱而開發(fā)，其目的是在集裝箱內(nèi)部不消耗人力的情況下快速的將貨物卸載并整齊碼放，整個(gè)工作過程只需一個(gè)操作員在駕駛室內(nèi)控制兩個(gè)操作桿即可[21]。當(dāng)需要移除或裝載指定物品時(shí)，操作者可以通過簡(jiǎn)單的動(dòng)作控制機(jī)械手到達(dá)參考點(diǎn)，系統(tǒng)頂部的機(jī)械臂控制吸盤抓取物品然后放置。輸送機(jī)將貨物運(yùn)輸?shù)酱鎯?chǔ)區(qū)。吸盤的大小可以根據(jù)貨物的大小而變化，因此適合裝卸不同大小的貨物。此外，該系統(tǒng)還可以進(jìn)行掃描、稱重、貼標(biāo)等功能，還可以與倉庫的貨物管理系統(tǒng)對(duì)接，隨時(shí)監(jiān)控貨物狀態(tài)。圖1.9Copalc1型集裝箱內(nèi)裝貨卸貨機(jī)Fig.1.9ContainerloadingandunloadingmachineofCopalc三、總結(jié)布料搬運(yùn)問題的機(jī)械臂具有運(yùn)動(dòng)靈活精準(zhǔn)、穩(wěn)定性高以及工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。國外研究學(xué)對(duì)自動(dòng)化裝車設(shè)備進(jìn)行了大量的研究，并對(duì)這些貨物進(jìn)行裝車，尤其是前四種物品的自動(dòng)化裝車技術(shù)較為成熟。然而對(duì)于箱式貨物的自動(dòng)化裝車技術(shù)尚未成熟，設(shè)計(jì)一種全自動(dòng)化箱式布料搬運(yùn)問題的機(jī)械臂至關(guān)重要，不僅可以提高生產(chǎn)率還可以節(jié)約成本。箱式貨物裝車的難點(diǎn)在于貨物碼放過程中會(huì)出現(xiàn)位置偏差。綜合以上介紹的國內(nèi)外自動(dòng)化裝車系統(tǒng)，無論國內(nèi)還是國外，其中明顯針對(duì)箱式貨物的自動(dòng)化裝車研究仍然非常少的。箱式貨物的外包裝通常是紙制品，相對(duì)于袋裝物品有易污染損壞的缺點(diǎn)，這是在實(shí)際的自動(dòng)化裝箱過程中必須要考慮的問題，因此箱式貨物裝箱的難度要大于其他類型的物品。所以目前箱式貨物裝箱在實(shí)際應(yīng)用中普遍還是采用碼垛機(jī)器人在流水輸送線的末端碼垛，然后采用叉車運(yùn)送至貨車進(jìn)行人工裝車，缺乏成熟的自動(dòng)化裝備裝車。因此，針對(duì)箱式貨物自動(dòng)化裝車需求在物流配送行業(yè)與日劇增的現(xiàn)狀，在前人關(guān)于各類物品裝車設(shè)備研究成果的基礎(chǔ)上開發(fā)更加完善的箱式貨物自動(dòng)化裝車系統(tǒng)是非常有必要的。參考文獻(xiàn)[1]陳漢超.碼垛機(jī)器人的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀、問題及對(duì)策[J].科技與企業(yè),2015(13):230-230.[2]畢勝.國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀[J].機(jī)械工程師,2008(7):5-8.[3]陳啟愉,吳智恒.全球工業(yè)機(jī)器人發(fā)展史簡(jiǎn)評(píng)[J].機(jī)械制造,2017,55(7):1-4.[4]《中國制造2025》規(guī)劃系列解讀之推動(dòng)機(jī)器人發(fā)展[J].科技導(dǎo)報(bào),2015,33(21):76-78.[5]張洋,張子宜.集裝箱內(nèi)部使用碼垛機(jī):中國,200920227870.7[P].2009-09-03.[6]張帆,張子宜.集裝箱快速自動(dòng)裝車碼垛機(jī):中國,201510064044.5[P].2015-02-09.[7]武金藝.袋裝水泥碼垛機(jī)器人機(jī)構(gòu)研究[D].華北理工大學(xué)，2016.[8]楊忠,謝欣芫,謝峻峰.一種袋裝物料自動(dòng)布料搬運(yùn)問題的機(jī)械臂[P].江蘇省：CN209554381U,2019-10-29.[9]孟永江.集裝箱氣動(dòng)式快速碼垛機(jī):中國,201510862875.7[P].2015-12-01.[10]欒楠,高雪官,胡俊杰等.集裝箱內(nèi)快速碼垛機(jī):中國,201610681976.9[P].2016-08-17.[11]陳友材,吳碼,歐陽國平.一種集裝箱自動(dòng)裝車機(jī):中國,201510064044.5[P].2015-02-09.[12]向應(yīng)軍.碼垛機(jī)器人的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].時(shí)代農(nóng)機(jī),2017,44(3):87-87.[13]田濤,鄧雙城,楊朝嵐等.工業(yè)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].新技術(shù)新工藝,2015(3):92-94.[14]計(jì)時(shí)鳴,黃希歡.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用綜述[J].機(jī)電工程,2015,32(1):193-194.[15]榮偉.工業(yè)機(jī)器人及智能制造發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].時(shí)代農(nóng)機(jī),2017(10):51-54.[16]HemmingsonE,HakanBrantmar