码垛机器人系统.doc

前言 码垛机器人实质上是一种通用的工业搬运机器人,是物流自动化系统中必不可少的单机设备。随着国内经济的快速发展,物流自动化技术在国内方兴未艾,拆垛、码垛机器人在烟草、家电、食品、汽车等。行业的物流工程中具有较大的应用潜力,因此开发高性能、低成本、具有自主知识产权的拆垛、码垛机器人将有广阔的市场前景.。依据这种市场特点,我国自主开发了拆垛、码垛搬运机器人,该机器人为水平多关节四自由度SCARS 机器人,以交流伺服作为驱动方式,在控制系统的设计上,采用目前最为先进的分布式并行处理结构,而以开放式的DSP 多轴运动控制卡作为核心。控制软件的开发平台采用Windows 2000 ,以面向对象的VC + + 作为上位系统开发工具,而下位DSP 控制程序用标准C 语言编写.。从而在硬件和软件上保证了所研制的机器人具有较高的开放性和先进性。 所谓码垛就是按照集成单元化的思想，将一件件的物料按照一定的模式堆码成垛，以便使单元化的物垛实现物料的存储、搬运、装卸运输等物流活动 。 码垛有人工码垛和自动码垛之分。80 年代前，码垛工作都是由人工堆垛，人工 码垛主要应用在物料轻便、物料轻便、尺寸和形状变化大、吞吐量小的场合。当码垛吞吐量在10 件lmin 以上，人们采用一些自动码垛方案来提高码垛效率。自动码垛不仅可以加快物流速度，保护工人的健康和安全而且可以获得整齐一致的物垛，减少物料的损伤，提高叉车的搬运效率，增强处理的柔性。 传统的自动码垛方式主要是为了在吞吐量恒定的情况下，从人机工程学的角度 考虑，为了减轻工人在长时间地进行人工码垛作业时的弯腰疲劳和重复劳动疲劳，增加一些符合人机工程学方面的设施，例如托盘操纵机、剪式升降台、工业操作机械于等。 随着现代化的进程，人们对包装速度的要求越来越高。传统的简单的自动码垛方式不能满足要求，在线式码垛机逐渐成为码垛系统的主要角色。在线码垛机在工作时，通过排层输送机成排，之后，通过一定的装置将成层物料叠放在托盘上或其他层料上。根据进料位置的高低，可将在线式码垛机分为高位式和低位式两种 。在线式码垛机以其高速处理能力而著称，随着技术的进步，在线式码垛机的吞吐量不断提高，其向高速化方向发展，例如美国哥伦比亚机械公司生产的型号为QBR200的高位高速码垛机，处理能力达40 件Imin 。通过增加编层和编垛模块，可以实现对更多种产品的同时处理。作为物流自动化领域的一门新兴技术，近年来，码垛技术获得了飞速的发展。不管是人工码垛，还是传统的自动码垛技术和在线式码垛机均无法满足现代化企业多品种少批量的产品码垛要求，即缺乏处理多种产品的能力;另外，随着大型物资批发配送中心的出现，需要为成千上万的用户按定单配送产品，这就要求码垛机具有混合码垛的能力，所有这些，都为机器人码垛机的发展提供了机会，继70 年代末日本将机器人技术用于码垛工艺以来，机器人码垛机的研究开发获得了迅速的发展，柔性、处理速度以及抓取重量不断提高，价格不断下降。近来，机器人码垛技术发展甚为迅猛，这种发展趋势是和当今制造领域出现的多品种少批量的发展趋势相适应的，机器人码垛机以其柔性工作能力和小占地面积，能够同时处理多种物料和码垛多个料垛，愈来愈受到广大用户的青睐并迅速占据码垛市场。伺机器人码垛机富有柔性，被广泛用于码垛作业中，机器人技术在码垛领域中的应用，主要表现在,以下几个方面： (1)适应性强，机器人码垛机只要更换抓手就可以处理不同种类的产品。 (2)智能程度高，机器人码垛机可以对到来的物料进行识别，然后，码垛机根据识别信息将物料送往不同的托盘上。 (3)操作范围大机器人码垛机本身占地面积小，操作范围大，可同时处理多条生 产线上的产品。 码垛机器人电控系统主要是基于DSP的伺服运动系统的设计，DSP芯片也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器具信号处理、通信、雷达等许多领域得到广泛的应用DSP和数字处理器已不再局限于些特殊应用领域，手机、通讯卫星和机顶盒均对DSP提出了完全不同的要求和功能外，一些消费类电子产品(如视频游戏机)正将一些功能(如音频处理)作为一种数字处理功能增加到系统中，这一多样化将DSP作为一个功能模块集成到系统级芯片中去的趋势仍在继续增长。:一台码垛机器人能让多条生产线实现自动化，机器人码垛系统能识别和处理多种产品。 1.1.1伺服技术发展简况 伺服控制技术的发展是和控制理论及控制器件的发展紧密相连，功率驱动装置的发展历史就是伺服控制技术的历史。世界上第一个伺服系统是美国麻省理工学院辐射实验室于1944年研制成功的火炮自动跟踪目标伺服系统。这种早期的伺服系统是采用交磁电机扩大机—直流电动机的驱动方式，由于交磁电机的频率响应差，电动机转动部分的转动惯量及电气时间常数都比较大，因此响应速度比较慢。 第二次世界