摘要：机器人自动装配就是用机器人代替人工将零件组合在一起最终形成产品的过程。机器人能够灵活地完成各种动作，尤其对装配过程中的精准重复性、协同动作有突出优势。传统的制造业装配都是通过人工流水作业的方式来完成，耗费了大量人力、物力，并且工作效率低下，因此研究工业机器人装配工艺显得十分必要且具有重要意义。现以机器人堆垛洗菜筐为例，对装配系统中的装配方法和技术给出了详细分析，并对机器人，输送线以及升降机等协同作业的小型立体储存库的未来发展趋势进行了展望。
关键词：机器人；协同作业；堆垛；暂存库
装配是产品生产的后续工序，在制造业中占有重要地位，作为一项新兴的工业技术，机器人自动装配应运而生。用于装配生产线上对零件或部件进行装配的工业机器人，属于高、精、尖的机电一体化产品。随着“中国制造2025”与德国“工业4.0”的对接，我国正不断加大对工业机器人行业的扶持力度，生产企业也将机器人代替人工这一发展规划提上了日程，装配和码垛领域将是未来机器人技术发展的焦点之一。本文将以机器人堆垛洗菜筐为例，通过机器人之间的协同作业，可靠完成人工无法完成的复杂任务。
1.我国机器人技术与应用面对的困难和挑战
随着社会生产技术的提高，机器人的发展也日新月异，能否跟上发达国家的科技发展水平，我国面临着严峻的考验。主要困难有：1）总体社会的科技水平相对较低，阻碍了机器人技术的发展；2）机器人关键技术被国外发达国家长期垄断，关键部位的零件依然需要进口，如伺服电机等，造成使用成本过高从而阻碍了发展；关键的控制算法相对于国外落后，速度控制、轨迹规划等都亟需改善和提高；3）机器人的配套设施不完善，造成很多已经生产出来的机器人很难应用到实际工业生产当中；4）机器人价格还比较高，现在只有经济实力强的公司和单位才能应用，价格阻碍了其大规模应用。
2.码垛机器人的概述
我国码垛机器人的应用现状可以说是整个国产机器人产业发展的一个缩影，因为码垛对机器人的速度、精度要求相对较低，价格便宜，这也成为国内众多机器人企业率先实现技术突破的领域之一，实现以机器人代替人。本文以商用清洗机领域的洗筐机、输送线、堆放功能的小型机器人以及干燥暂存库等组成为例，此例是某大学中央厨房的一部分，也是厨房自动化发展的未来方向,是码垛机器人在中央厨房的应用之一。
3.机器人在堆筐输送系统的应用
3.1清洗装置的清洗对象:清洗洗菜篮筐表面的油污、油渍及其它污垢，并且干燥。清洗篮尺寸:420mm×380mm×200mm(长×宽×高)，单篮承重:20Kg，清洗节拍为10秒/个。洗菜篮筐清洗结果达到清洁度要求，洗碗篮筐干净无水迹。清洗过程全自动进行，观察窗内部状态，内部照明。采用PLC触摸屏可编程控制器控全操作过程，既可制全自动操作，也可手动操作。
1）工作原理：清洗机出来的3种篮子，在滚筒线上暂存，经过翻转机构将篮子开口向下翻转为开口向上后，在滚筒线上暂存，滚筒线底下的RFID读码头读取篮子上的RFID信息，并将信息传输给机器人，通过定位机构将篮子固定后，机器人将固定的篮子堆垛到相应的产品堆垛位置上。
2）翻转机构
米字型翻转机构将筐子原位翻转180度，使筐子开口向上。
3）定位机构
通过靠边定位机构将筐子固定后，机器人将定位好的筐子堆垛到相应的产品堆垛位置上
3.2 码垛机器人
设备可参考以下技术要求：
1）机器人本体
ABB6700-3.2六轴关节机器人
堆码方式：共计6个，高度约1.7米
抓取重量：150kg
操作半径：r=3.2米
2）机器人底座
底板按机器人安装图，采用t==20mm，A3钢板与100X100方通焊接制作
3）安全防护围栏
机器人在运动轨迹周围有安全护网，高度2米，框架用40X40方通焊接，中间铺直径4MM马路网，表面喷塑处理
4）码垛工装
机器人码垛工装采用夹取机构，确保码垛产品夹持稳定可靠，机器人自己能够判断是否抓取成功，在抓取产品时如出现脱离的情况，机器人立即停止工作并报警
5）RFID自动识别系统
设有自动RFID读取识别，针对不同的产品类例，放不同的堆垛位置上
6）安全装置
设备具有产品到位检测设备停机重新启动有继续功能等安全保护功能，安全围栏采用安全开关
3.3码垛输送线
工作原理：每1种产品对应每1条滚筒线的堆垛位置，有2段滚筒线，其中1段为堆垛位置，另1段为暂存位置。在产品C的堆垛过程中，为避免产品A，B的堆垛位置篮子阻碍机器人码垛，取消产品A，B堆垛位置的暂存段。
3.4下层暂存输送线
下层暂存仓有6条5400mm的滚筒线组成。堆垛好的篮子由码垛输送线通过顶升移栽机进入暂存仓的滚筒线进行暂存。为了每条滚筒线都能尽量多存储篮子，每条线都分成8段小段，每小段可以储存1垛篮子。
3.5往复升降机
下层架到上层架升降行程2.2M，节拍20S
往复式输送，输送链条采用杭州东华自强链条
动力380V、1KW采用台湾东元刹车马达
支架：50*50、75*75方通等型材
封板：铝型材外框嵌δ4.0进口茶色有机玻璃板
升降机输送滚筒线：380V400W台湾晟邦马达，滚筒采用Ф60不锈钢动力滚筒，间距120㎜
升降机配重，采用冷拉钢，表面喷黄色漆
升降机入口装有基恩士安全对射光栅
PLC编程控制
3.6上层暂存输送线
上层暂存仓有6条5400mm的滚筒线组成。下层暂存仓堆满篮子后，通过升降机进入上层暂存仓。为了每条滚筒线都能尽量多存储篮子，每条线都分成8段小段，每小段可以储存1垛篮子。
3.7升降滚筒线和物料小车
升降滚筒线将筐子降到物料小车的高度，然后由物料小车将筐子运送出去。
至此，我们厨房的洗菜篮框，码垛，干燥，输送都实现自动化和无人化，这是未来中央厨房的发展方向。
4.机器人在码垛方面的其他应用效果
4.1 20世纪90年代中期至今，青岛、玉溪等卷烟厂采用码垛机器人对其卷烟成品进行码垛作业，节省了大量人力，减少了烟箱破损。码垛机器人配备条码识别器可以实现2种以上品牌产品的码垛;利用真空吸盘可以实现成品拆垛;利用图像识别系统和多功能机械手，实现了各种辅料托盘的识别和抓取，完成卷烟辅料的搭配作业。
4.2我国是世界最大的啤酒生产和消费国家，如何降低物流系统的成本，提高效益与服务质量，成为竞争的新焦点。采用先进的物流技术和自动化设备是获得市场优势的主要战略之一。目前，青岛啤酒、燕京啤酒、广州珠江啤酒、东莞雪花啤酒等知名大型啤酒生产企业已经采用全自动、半自动码拆垛设备和机器人系统，码垛效率得到了极大提高，现在的设备基本可以完成48000～60000瓶/小时的码垛要求。
结论
机器人是一种技术装备，对我国发展而言是一种长期的刚性需求。在国内，不管是产业升级还是劳动力短缺等都是不可逆的趋势。在今后发展中，需求会一直存在，关键在于攻克机器人技术难题，本文是将机器人运用于中央厨房洗框中为例，分析了机器人能够大大提高工作的效率。在不久的将来，机器人技术会越来越完善和成熟，在国家政策的支持下，机器人软、硬件研发力度及人才队伍建设不断加大，机器人知识的广泛普及，将使机器人广泛应用于工业生产中更多的领域，并最终走向产业化。此案例也是一个小型暂存库和物流线的应用，未来更多的4.0工厂会应用立体仓库，物流线，机器人，自动包装系统等软硬件结合的柔性化，智能化生产。
参考文献
[1]于海赢.6-DOF机器人运动路径优化研究[D].长春：长春工业大学，2012.
[2]陈森源.起重机底盘装配线线平衡研究[D].长春：吉林大学，2011.
[3]朱振杰.机械产品装配线平衡问题优化研究[D].济南：山东大学，2010.
论文作者:何远建
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：机器人论文; 堆垛论文; 滚筒论文; 篮子论文; 筐子论文; 产品论文; 升降机论文; 《电力设备》2019年第6期论文;