文献综述
随着工业自动化技术的进一步成熟与发展,码垛机器人在水泥、包装、物流等行业已经得到了广泛的应用,并且在工业自动化产业的升级发挥着重要作用。近年来,由于市场环境不断变化和工业4.0的提出与发展,人们更加希望码垛机器人能够在更大程度上代替人工码垛,与此同时,机器人相关行业都需要进行产业更新换代,紧跟时代的步伐,朝着智能化、自动化的方向发展。作为工业机器人中特殊用途之一的码垛机器人,目前正成为相关企业进行产业升级的不可或缺的重要组成部分。然而,市场上存在的大部分码垛机器人多以关节型机器人为主,其价格相对较贵,而且不易于维护,局限性较大,所以这类机器人很难被大多数资金有限的中小型企业所接受。因此开展对码垛机器人的研究对推动码垛机器人更广泛地走向市场化具有重要的意义[1]。
1.研究背景
随着“工业4.0与智能制造”的提出和发展，自动化生产与物流行业对工人的依赖程度将会逐步降低，在工业自动化生产线上采用更多的高度自动化设备代替人工在生产中的作用己经成为了一种必然趋势。同时，由于科学技术水平的飞速发展和社会生产力的大力提高，越来越多的机器人己经参与到了现代化社会生产生活当中，甚至在某些特殊的场合起到了不可替代的作用。在一定程度上，机器人的普及程度己经能够作为一个非常重要的因素去衡量某一个国家现代化发展水平的高低程度。工业机器人是一种性能优良的机电一体化产品，它主要被应用与自动化生产，其目的是为了节约更多成本，并且它在提高生产效率、增加生产效益等方面起着重要的作用。
由于仓储物流行业的发展十分迅速,自动化立体仓库得到了相当广泛的应用,与此同时,码垛机器人也得到了广泛的应用。随着堆垛技术的应用不断深入,大量人力劳动逐渐被机器人取代,一方面劳动生产率得到很大程度的提高,另一当面自动化与智能化成为了第三产业发展的主要方向[2]。
机器人技术已经随着科学技术的发展渗透到了人类生活的各个领域，并将在未来发挥着越来越重要的作用。码垛是把物品按照一定规律码放成垛，使物品的存放、搬运、转移等工作变得单元化，从而提高工作效率。近些年，码垛机器人在包装和物流领域的应用越来越广泛，但是我国的码垛机器人研究水平与国外还是有着很大差距，因此研究码垛机器人的设计技术有着较大的工程应用价值[3]。
1.1国内码垛机器人应用现状与发展前景
国内码垛机器人技术的起步与发展和瑞典等国家相比确实晚了很长一段时间，受到当时国内环境的影响，码垛机器人的研发与应用还停留在初级阶段[4]。随着改革开放和社会经济的发展，越来越多的企业逐步引入了外国大量的机器人用于工厂的生产。到了新世纪，我国的机器人技术研究方面取得了巨大的进步，种类繁多的机器人都己经被科研工作这研发出来了，比较常见的有搬运机器人、码垛机器人、焊接机器人、涂装机器人、装配机器人等，并且码垛机器人的技术也取得了迅速的发展，选后进入众多企业的生产流水线上工作。
机器码垛近些年来在我国的发展非常迅速, 由我国上海交通大学机器人研究所携手沃迪包装科技有限公司开发出新一代TPR系列码垛机器人, 具有独特的线性四连杆机构, 采用高强度铝合金制造的节能环保手臂, 生产能力可达1600包/h[5]。机器码垛的发展趋势可以分为两个方面:1) 因为我国是全球第一大的制造业大国, 在强大的工业制造需求推动下, 大型制造企业不断兴起, 并且随着企业规模的不断提高, 企业对码垛机器人的技术要求也越来越苛刻。具体体现在越来越大的码垛工业线的吞吐量, 较低的码错率, 抓取的物料重量要更加灵活等方面, 而且随着企业的发展壮大, 码垛机器人的功能现在也不仅仅再局限在单一码垛上, 在很多生产环境里, 混合码垛能力也逐渐成为码垛机器人所必备的能力之一。比如除了单一的码垛功能, 很多企业也同时要求码垛机器人要有搬运和装卸等拓展功能, 因此对码垛机器人本身的技术硬件要求也越来越高。2) 机器码垛的快速发展也体现在各种行业的实际应用中, 像制造业、化工业、食品饮料等生产企业, 码垛机器人要对各种各样的物料形态都要适应, 因此探讨码垛机器人在不同的、复杂的、非单一的场景中的应用也是当前的发展趋势, 按照以往的生产经验, 人工码垛之所以不能被完全取代, 就是因为码垛的工作场景比较复杂, 比如码垛物料的非单一性, 机器还无法很好地适应这种场景, 自动化程度比较低, 就必须使用人工来进行码垛。但是随着技术的发展, 机器码垛与人工码垛的区别已经非常小, 我们可以进一步使用码垛机器人来替代人工码垛[6]。
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