工業(yè)機(jī)器人工裝系統(tǒng)設(shè)計(jì) 延伸閱讀：搬運(yùn)碼垛機(jī)器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

一、搬運(yùn)碼垛機(jī)器人國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究和應(yīng)用開始于1970年代，初期發(fā)展比較緩慢。進(jìn)入1980年代以后，隨著國家政策支持力度和科研隊(duì)伍的加強(qiáng)，我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)上都取得了很大突破，搬運(yùn)碼垛機(jī)器人技術(shù)也日益受重視，得到了快速發(fā)展。我國的碼垛設(shè)備是在1980年代生產(chǎn)出來的，當(dāng)時(shí)的碼垛能力是600袋/小時(shí)。我國的相關(guān)的研究成果報(bào)道也比較頻繁。曹彤、贠超等在“863計(jì)劃”的支持下研究了電視機(jī)整機(jī)搬運(yùn)碼垛機(jī)器人，提高了國內(nèi)電視機(jī)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)、管理效率。李成偉等人研究了一款用于搬運(yùn)碼垛作業(yè)的四自由度機(jī)器人。另外，隨著空間機(jī)構(gòu)學(xué)的發(fā)展，國內(nèi)科研人員在機(jī)構(gòu)上也進(jìn)行了創(chuàng)新。在我國空間機(jī)構(gòu)學(xué)專家張啟先院士的開創(chuàng)性研究基礎(chǔ)上，國內(nèi)科研人員先后發(fā)明了多種空間機(jī)構(gòu)，用于機(jī)器人的研究。碼垛方面，北京航空航天大學(xué)科研人員設(shè)計(jì)出了可以負(fù)載120kg的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人，并且可以達(dá)到較高的運(yùn)動(dòng)速度，如圖1所示。圖1120kg搬運(yùn)碼垛機(jī)器人隨著人們對(duì)碼垛結(jié)構(gòu)的了解和對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)逐漸深入，在簡(jiǎn)單的直角坐標(biāo)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，其與關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)合成為我國科研人員設(shè)計(jì)的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人的主要形式。直角坐標(biāo)機(jī)器人主要通過同步帶傳動(dòng)，通常采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或氣壓驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)同步帶傳動(dòng)，同時(shí)用滾珠絲杠減速器把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)使得工業(yè)機(jī)器人定位精度高、軌跡求解方便、控制簡(jiǎn)單，而關(guān)節(jié)機(jī)器人機(jī)身小，動(dòng)作空間大，運(yùn)動(dòng)靈活，更多地應(yīng)用在搬運(yùn)和碼垛的第一線。我國在搬運(yùn)碼垛機(jī)器人技術(shù)方面的研究和應(yīng)用具有下列特點(diǎn)。（1）我國科研人員對(duì)工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)、軟硬件設(shè)計(jì)等方面的關(guān)鍵技術(shù)都有較深入的研究。（2）我國已研制出伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、擺線針輪減速機(jī)、諧波減速機(jī)、高精度減速機(jī)等基礎(chǔ)元器件。（3）我國搬運(yùn)碼垛機(jī)器人在石油、化工、食品加工、工程機(jī)械、物流等行業(yè)廣泛應(yīng)用。雖然已經(jīng)取得了很多成績(jī)，但是搬運(yùn)碼垛機(jī)器人在機(jī)構(gòu)優(yōu)化、負(fù)載力增強(qiáng)、新材料應(yīng)用等方面還需要繼續(xù)研究。要開發(fā)適合國內(nèi)使用的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人，還需要重點(diǎn)考慮設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性、可操作性等。二、搬運(yùn)碼垛機(jī)器人國外研究現(xiàn)狀國外從20世紀(jì)60年代初開始研究工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，日本、美國、歐洲等國家和地區(qū)在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)上起步較早。日本和瑞典最先利用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行搬運(yùn)和碼垛。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、新機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，人工智能等技術(shù)的進(jìn)步，日本、美國、韓國、歐洲等國家和地區(qū)在搬運(yùn)碼垛機(jī)器人方面做了很多研究，都制造出相應(yīng)的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人。這些機(jī)器人通常有4—6個(gè)自由度，機(jī)械本體均由底座、腰部、臂部、腕部、手爪等關(guān)鍵部件組成。本體材料大都靠輕巧的鑄鋁來減輕重量，有的關(guān)鍵部位也用鑄鋼增強(qiáng)剛度，機(jī)構(gòu)形式多采用連桿式或者坐標(biāo)式關(guān)節(jié)型，均利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和有限單元法（FEM）等技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化，這些技術(shù)優(yōu)化了工業(yè)機(jī)器人本體的性能。日本、美國、歐洲等國家和地區(qū)對(duì)搬運(yùn)碼垛機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也進(jìn)行了改進(jìn)。相對(duì)于研究初期在腕部加平衡塊和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的方式，新的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人大都用交流（AC）伺服電動(dòng)機(jī)、擺線針輪減速機(jī)、諧波減速機(jī)或高精密減速機(jī)，機(jī)械本體的質(zhì)量大大減小，機(jī)構(gòu)變得更加靈活。在手爪形式上，設(shè)計(jì)了多種形式的針對(duì)不同類型的產(chǎn)品的末端執(zhí)行器，如圖1所示，大都采用氣壓驅(qū)動(dòng)，降低了成本。（a）叉式手爪（b）夾持式手爪圖2手爪類型示例國外工業(yè)機(jī)器人公司針對(duì)新機(jī)構(gòu)、高負(fù)載、高速度、高精度，研制出多種搬運(yùn)碼垛機(jī)器人。其中4家公司為典型代表，俗稱工業(yè)機(jī)器人“四大家族”，它們的產(chǎn)品在各行各業(yè)應(yīng)用普遍。例如，瑞士等國家的飲料企業(yè)、酒類和食品企業(yè)，用搬運(yùn)碼垛機(jī)器人的手爪精準(zhǔn)地抓取各種產(chǎn)品物料，完成搬運(yùn)、碼垛、拆垛?；诳刂破脚_(tái)，可以使機(jī)器人同時(shí)處理多條生產(chǎn)線上的任務(wù)，如協(xié)同作業(yè)在汽車生產(chǎn)和零件搬運(yùn)、組裝中，其手爪夾持力或吸力在搬運(yùn)碼垛過程中不會(huì)過量，可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。緊湊的設(shè)計(jì)使工業(yè)機(jī)器人的占地面積和工作空間達(dá)到了理想的水平。國外對(duì)搬運(yùn)碼垛機(jī)器人的需求，主要是對(duì)桶狀物、紙盒類物、箱體類物和袋狀物等產(chǎn)品的包裝、碼垛、拆垛。近年來，