用于包裝工業(yè)的工業(yè)機(jī)器人

-.z用于包裝工業(yè)的工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它能自動(dòng)執(zhí)行工作，是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以承受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做*些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時(shí)間作業(yè)，或是危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作。以食品、醫(yī)藥行業(yè)為例其產(chǎn)品物料質(zhì)量輕小，并且對生產(chǎn)與包裝環(huán)境均有十分嚴(yán)格的要求，為確保產(chǎn)品包裝效果，必須要在現(xiàn)有根底上對其自動(dòng)快速包裝作業(yè)進(jìn)展研究，不斷提高作業(yè)的自動(dòng)化與靈活性，降低外界因素對產(chǎn)品質(zhì)量造成的影響。高速包裝機(jī)器人的提出與應(yīng)用，可以更好的滿足特殊行業(yè)產(chǎn)品包裝需求，為提高機(jī)器人運(yùn)行穩(wěn)定性與高效性，需要確定關(guān)鍵技術(shù)，從軟件與硬件著手進(jìn)展分析，采取措施來降低機(jī)器人運(yùn)行故障發(fā)生概率。工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)根本局部組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有3～6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部通常有1～3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號，并進(jìn)展控制。包裝機(jī)器人概述高速包裝機(jī)器人即具有高加速度〔＞1g〕與高運(yùn)動(dòng)速度〔＞0.5m/s〕的包裝機(jī)器人系統(tǒng)，對傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)器手應(yīng)用現(xiàn)狀來看，因?yàn)槭菍Ⅱ?qū)動(dòng)單元設(shè)置在各關(guān)節(jié)構(gòu)造內(nèi)部，機(jī)器人設(shè)計(jì)完成后，整體構(gòu)造大、質(zhì)量重，不能滿足高速包裝需求[1]。因此，在對高速包裝機(jī)器人進(jìn)展研究設(shè)計(jì)時(shí)，需要以滿足切實(shí)需求為根本，最好軟件與硬件系統(tǒng)分析，對原有構(gòu)造設(shè)計(jì)方案進(jìn)展優(yōu)化。隨著各項(xiàng)新型技術(shù)在研究中的應(yīng)用，現(xiàn)在高速包裝機(jī)器人在應(yīng)用上已經(jīng)十分廣泛，尤其是包裝工業(yè)機(jī)器人主要負(fù)責(zé)大型物件的搬運(yùn)、裝卸與堆碼，并完成人們不可接觸特殊產(chǎn)品的包裝。從作業(yè)種類進(jìn)展分析，包裝機(jī)器人可以分為裝袋機(jī)器人、堆碼機(jī)器人、裝箱機(jī)器人、灌裝機(jī)器人以及包裝輸送機(jī)器人等。包裝工業(yè)機(jī)器人用途機(jī)器人技術(shù)在包裝工程領(lǐng)域中，應(yīng)用已有很長的歷史。包裝應(yīng)用機(jī)器人作業(yè)的有很多方面，其中最為成熟的是堆碼、裝箱和灌裝機(jī)器人。在美國、日本、德國等國家許多包裝工序是用機(jī)器人來完成的。每年一度的國際包裝機(jī)械展覽會上，都會推出新的包裝機(jī)器人。主要用于體積大而笨重物件的搬運(yùn)、裝卸和堆碼等；人體不能接觸的干凈產(chǎn)品的包裝，如食品、藥品，特別是生物制品和微生物制劑：及對人體有害的化工原料的包裝。隨著機(jī)器人技術(shù)的成熟和產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)，使得包裝工程領(lǐng)域中應(yīng)用機(jī)器人的*圍越來越廣。主要有：集合包裝裝箱：一次將多個(gè)包裝件進(jìn)展一次裝箱。〔2〕粉料大袋的袋裝：一次性將粉料裝入特定軟袋中，同時(shí)完成特定位置的堆碼。例如水泥及化工產(chǎn)品粉劑的集裝袋包裝?！?〕高速的裝盒裝箱折邊封合多工位包裝一些大型紙箱和托盤的多工位快速包裝，如將紙箱裝填完貨物后的折邊、壓邊、封合等。〔4〕重物的搬運(yùn)捆扎靠人搬運(yùn)難以實(shí)現(xiàn)的重型產(chǎn)品的包裝、搬運(yùn)和捆扎。如金屬鑄件的堆碼、捆扎、裹包，尤其是貴重有色金屬中的鋁錠、銅錠、鋅錠等。還有大型冷庫中的凍肉及制品的搬運(yùn)與堆碼等。〔5〕易脆物品的包裝實(shí)現(xiàn)一次性將成組的瓶裝產(chǎn)品進(jìn)展裝箱，例如，瓶裝啤酒，瓶裝汽水飲料等物品的裝填包裝等?！?〕有害液體的包裝化學(xué)和農(nóng)藥等對人體有害液體的灌裝?！?〕識別和檢測對一些包裝產(chǎn)品和包裝貨物在不同條件下，不同部位的自動(dòng)識別和多種信息檢測，同時(shí)還具有分級和分類的功能。以上工作，靠人工去完成有機(jī)器人技術(shù)的研究和應(yīng)用。包裝機(jī)器人的種類：裝袋機(jī)器人定難度。從而促進(jìn)裝袋機(jī)器人是機(jī)座固定回轉(zhuǎn)式，機(jī)身可360度旋轉(zhuǎn)，由機(jī)械手完成包裝袋的輸送、開袋、計(jì)量、充填、縫袋和給出堆碼。這是一種智能化較高的包裝機(jī)器人。裝箱機(jī)器人類似裝袋機(jī)器人，一般金屬和玻璃包裝容器的裝箱用剛性包裝箱機(jī)器人完成。對裝箱包裝〔物品〕的抓取有機(jī)械式和氣吸式兩種。它可整體移動(dòng)。對包裝件進(jìn)展抓取或吸附，然后送人指定位置上的包裝箱或托盤中。它具有方向性和位置自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能，可實(shí)現(xiàn)無箱〔托盤〕不卸貨和方向調(diào)節(jié)。這類機(jī)器人是一種較為成熟的機(jī)器人，應(yīng)用很廣。如飲料、啤酒，化裝品，香煙等?！?〕堆碼機(jī)器人這是一種功率較大的機(jī)器人。要求穩(wěn)定性和平衡性較高。其抓取機(jī)構(gòu)中具有自鎖功能，以確保從幾十公斤到幾噸的貨物的抓取結(jié)實(shí)可靠，它還具有時(shí)間、位置和力的參數(shù)控制系統(tǒng)，通過設(shè)定的控制程序?qū)崿F(xiàn)?！?〕灌裝機(jī)器人這是一種將包裝容器充滿液體物料后，進(jìn)展計(jì)量、輸蓋、壓蓋〔旋蓋〕和識別的機(jī)器人。它具有無瓶不輸料、不蓋不輸瓶、破瓶報(bào)警和自動(dòng)剔除等功能。在過去我們很多液體物料的灌裝主要是用這種機(jī)器人的局部功能一一機(jī)械手裝于生產(chǎn)線上，而今，已是將這種機(jī)器人直接配置在物料生產(chǎn)主機(jī)的后部，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)灌裝。灌裝機(jī)器人有軟包裝和硬包裝之分。這里分析的是硬包裝〔裝瓶〕灌裝機(jī)器人。〔5〕包裝輸送機(jī)器人這種機(jī)器人在包裝工業(yè)中主要指塑料瓶包裝輸送用的機(jī)器人，是利用動(dòng)力和特殊的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)瓶體〔空瓶〕的輸送，將瓶桶中的包裝瓶單件快速輸出排列，然后給予一個(gè)特定〔方向、大小〕的力。使瓶體準(zhǔn)確地在空中經(jīng)過拋物線路線到達(dá)充填工件。這種機(jī)器人改變了傳統(tǒng)的輸瓶機(jī)構(gòu)。使得輸送速度加快，輸送空間減小。是一種全新概念的包裝機(jī)器人。它借助于空氣動(dòng)力學(xué)和特殊機(jī)械構(gòu)件而實(shí)現(xiàn)其輸送作業(yè)的。〔6〕識別檢測機(jī)器人這種識別檢測機(jī)器人是一種智能化系統(tǒng)。它分別有包裝成品的識別檢測和產(chǎn)品〔如水果等〕分級識別檢測。識別檢測機(jī)器人用了許多先進(jìn)技術(shù)，主要是識別與檢測技術(shù)。它包括高光譜和多光譜圖像技術(shù)，*射線探傷檢測技術(shù)、核磁共振檢測技術(shù)、紅外檢測技術(shù)、熱紅外圖像檢測技術(shù)、激光圖像技術(shù)等?，F(xiàn)著重分析水果包裝中的分級機(jī)器人。無損檢測是實(shí)現(xiàn)水果自動(dòng)分級包裝的關(guān)鍵技術(shù)。美國研究人員研究說明，用普通CCD攝像機(jī)的機(jī)器視覺可實(shí)現(xiàn)水果外部環(huán)境品質(zhì)的無損檢測，準(zhǔn)確率較高。借助于高光譜、近紅外、中紅外和*射線的特性，可獲得更高的檢測準(zhǔn)確率和處理速度，是目前研究的熱點(diǎn)。近紅外還可檢測水果的糖份，可用于評價(jià)水果的品質(zhì)。此外，還可用水果的介電特性、沖擊檢測技術(shù)來判定水果的內(nèi)在品質(zhì)。水果在檢測分級還需要有專門的分級裝置、檢測結(jié)果信息的傳遞控制實(shí)現(xiàn)水果的傳輸、定向和定位等。這都是水果識別檢測機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)。包裝機(jī)械的分類1．按包裝機(jī)械的自動(dòng)化程度分類。(1)全自動(dòng)包裝機(jī)。全自動(dòng)包裝機(jī)是自動(dòng)供送包裝材料和內(nèi)裝物，并能自動(dòng)完成其它包裝工序的機(jī)器。(2)半自動(dòng)包裝機(jī)。半自動(dòng)包裝機(jī)是由人工供送包裝材料和內(nèi)裝物，但能自動(dòng)完成其它包裝工序的機(jī)器。2．按包裝產(chǎn)品的類型分類。(1)專用包裝機(jī)。專用包裝機(jī)是專門用于包裝*一種產(chǎn)品的機(jī)器。(2)多用包裝機(jī)。多用包裝機(jī)是通過調(diào)整或更換有關(guān)工作部件，可以包裝兩種或兩種以上產(chǎn)品的機(jī)器。(3)通用包裝機(jī)。通用包裝機(jī)是在指定*圍內(nèi)適用于包裝兩種或兩種以上不同類型產(chǎn)品的機(jī)器。3．按包裝機(jī)械的功能分類包裝機(jī)械按功能不同可分為：充填機(jī)械、灌裝機(jī)械、裹包機(jī)械、封口機(jī)械、貼標(biāo)機(jī)械、清洗機(jī)械、枯燥機(jī)械、殺菌機(jī)械、捆扎機(jī)械、集裝機(jī)械、多功能包裝機(jī)械，以及完成其它包裝作業(yè)的輔助包裝機(jī)械。我國國家標(biāo)準(zhǔn)采用的就是這種分類方法。4．包裝生產(chǎn)線由數(shù)臺包裝機(jī)和其它輔助設(shè)備聯(lián)成的能完成一系列包裝作業(yè)的生產(chǎn)線，即包裝生產(chǎn)線包裝工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.硬件構(gòu)造設(shè)計(jì)〔1〕*軸。*軸構(gòu)造主要負(fù)責(zé)機(jī)器人在水平方向的移動(dòng)，具有負(fù)載大以及位移與行程小等特點(diǎn)，在進(jìn)展設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)分析伺服電機(jī)與滾珠絲杠，尤其是伺服電機(jī)設(shè)計(jì)效果如何直接決定著機(jī)械手的運(yùn)作性能。為使得高速包裝機(jī)器人具有高精度與快速響應(yīng)特點(diǎn)，在確定伺服電機(jī)時(shí)，應(yīng)選擇較小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與轉(zhuǎn)矩的設(shè)備，同時(shí)還要控制好其時(shí)間常數(shù)與啟動(dòng)電壓，并具有較長時(shí)間過載能力，可以更好的滿足低速大轉(zhuǎn)矩要求。伺服電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：nL=VL/PR，nM=nL·R。其中，nL表示負(fù)載軸旋轉(zhuǎn)速度，nM表示電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)速度[3]。第一，負(fù)載/電機(jī)慣量比。慣量比越大，伺服參數(shù)調(diào)整難度越大，會影響機(jī)器人作業(yè)穩(wěn)定性，很容易出現(xiàn)振動(dòng)問題。但是如果慣量比過小，雖然具有較高的穩(wěn)定性，但是會影響系統(tǒng)響應(yīng)速度，并會降低系統(tǒng)固有頻率，很容易出現(xiàn)諧振。表1為慣量比對系統(tǒng)性能影響。*軸負(fù)載總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量〔JL〕分為直線運(yùn)動(dòng)構(gòu)造轉(zhuǎn)動(dòng)慣量〔JL1〕與絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量〔〕，計(jì)算公式為：JL1=m(PB/2πR)2=πρlBdB4/32第二，轉(zhuǎn)矩。設(shè)計(jì)時(shí)要求系統(tǒng)連續(xù)工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩≤伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，并且所需最大轉(zhuǎn)矩≤伺服電機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩。則*軸連續(xù)工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式為：TL=9.8μmPB/2πRη其中，μ表示滾珠絲杠摩擦系數(shù)，取值0.2；η表示滾珠絲杠機(jī)械效率，取值為0.9.第三，功率。如果所選電機(jī)功率過大，會造成生產(chǎn)本錢增加，但是功率過小又會影響到驅(qū)動(dòng)負(fù)載效果，導(dǎo)致機(jī)器人不能完成設(shè)定包裝作業(yè)軌跡。因此，設(shè)計(jì)時(shí)要求所選電機(jī)功率滿足公式：〔Po+Pa〕/2＜電機(jī)額定輸出＜〔Po+Pa〕其中，Po表示連續(xù)運(yùn)動(dòng)負(fù)載功率，單位W；Pa表示加速運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率，單位W?！?〕Y軸。Y軸構(gòu)造主要在豎直方向進(jìn)展移動(dòng)，具有較大的有效形成，在完成一個(gè)動(dòng)作循環(huán)周期后，Y軸要進(jìn)展3次動(dòng)作，即取料、放料以及返回，這就決定了Y軸設(shè)計(jì)要點(diǎn)為剛度分析，確保構(gòu)造在豎直方向可以自由運(yùn)動(dòng)，因此伺服電機(jī)需要設(shè)置制動(dòng)器。對于Y軸構(gòu)造各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算，完全與*軸構(gòu)造一樣。Y軸基座與Y軸支撐件相互連接，并且*軸絲杠螺母會與Y軸支撐件固聯(lián)，到達(dá)*軸與Y軸聯(lián)動(dòng)的目的。2.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)〔1〕人機(jī)交互系統(tǒng)。需要為快速包裝機(jī)器人設(shè)置一個(gè)良好的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)運(yùn)作系統(tǒng)的控制。一般人機(jī)交互系統(tǒng)主要包括信息顯示區(qū)域、鍵盤區(qū)域、手動(dòng)控制區(qū)域以及報(bào)警區(qū)域等，其**息顯示區(qū)域需要能夠正常呈現(xiàn)產(chǎn)品包裝流程、本卷須知以及突發(fā)故障等信息。對于參數(shù)設(shè)置區(qū)域的設(shè)計(jì)，主要是包裝任務(wù)的調(diào)整，而報(bào)警區(qū)域則是對機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)展監(jiān)控與管理，在遇到異常情況后進(jìn)展報(bào)警。在維護(hù)階段可以調(diào)出系統(tǒng)日志模塊，分析確定報(bào)警原因與處理方法，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的有效控制。〔2〕系統(tǒng)測試模式。以DMCA-18*2運(yùn)動(dòng)控制器為例，其可以制定L1n，n，n，n為各軸線性插補(bǔ)移動(dòng)增量式距離，在啟動(dòng)程序命令啟動(dòng)前，既可以編寫多個(gè)程序段。在機(jī)器人包裝運(yùn)行過程中，如果緩沖區(qū)有空間，還可以寫入附加程序段，來確保機(jī)器人作業(yè)的連續(xù)性。其中，在C*程序中，利用“MajGal.mand(＂MG-LM＂,＂\r＂,＂:＂,ture);〞完成讀L1程序段可用空間的操作，其中“MajGal〞為加載GALIL運(yùn)動(dòng)控制卡的“〞運(yùn)動(dòng)庫后，“Galil〞為實(shí)例化對象[4]。該軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以采取用圖1程序流程方案，確定機(jī)器人構(gòu)造各軸直線插補(bǔ)方式運(yùn)行的連續(xù)性。經(jīng)過屢次實(shí)驗(yàn)得出PSO選擇參數(shù)的結(jié)果如表2表示，從表中可以看出PSO的循環(huán)次數(shù)為40以上的時(shí)候4個(gè)參數(shù)值都根本上收斂，表2中的平均項(xiàng)和標(biāo)準(zhǔn)偏差項(xiàng)是循環(huán)次數(shù)為40以上的各參數(shù)的平均和對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。由此我們可以確定NLTV的4個(gè)參數(shù)的*圍：h的*圍為0.12左右；μ的*圍為95.52。λ的*圍為88.62左右、k的*圍為8左右。包裝工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)要點(diǎn)準(zhǔn)確性對高速包裝機(jī)器人進(jìn)展設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保其系統(tǒng)運(yùn)行效果可以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，即能夠在原有根底上來提升生產(chǎn)線打包速度和質(zhì)量，經(jīng)過屢次實(shí)驗(yàn)得出PSO選擇參數(shù)的結(jié)果如表2表示，從表中可以看出PSO的循環(huán)次數(shù)為40以上的時(shí)候4個(gè)參數(shù)值都根本上收斂，表2中的平均項(xiàng)和標(biāo)準(zhǔn)偏差項(xiàng)是循環(huán)次數(shù)為40以上的各參數(shù)的平均和對應(yīng)并且系統(tǒng)速度在設(shè)計(jì)上還具有一定的上升空間，為生產(chǎn)線的下次升級預(yù)留設(shè)計(jì)空間。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做好準(zhǔn)確度的控制，即在具有高速功能的同時(shí)，還具有較高的定位精度，主要因?yàn)樵诋a(chǎn)品包裝過程中如果定位不精準(zhǔn)，很容易導(dǎo)致物料、產(chǎn)品與送料軌道或其他構(gòu)造產(chǎn)生碰撞，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致機(jī)器人損壞。可靠性工業(yè)機(jī)器人在構(gòu)造與系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，為到達(dá)高精度要求，一般設(shè)計(jì)比較簡單，不存在硬件冗余情況，根本上為可靠性比極高的串聯(lián)模型。因此，在對高速包裝機(jī)器人進(jìn)展設(shè)計(jì)時(shí)，在做好對各重要部件設(shè)計(jì)的根底上，還需要做好對加工精度、裝配關(guān)系等因素的分析，做好系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的檢測，具有良好的故障診斷能力，可以及時(shí)解除機(jī)器人故障狀態(tài)，提高其運(yùn)作可靠性[2]。動(dòng)態(tài)性高速包裝機(jī)器人在設(shè)計(jì)時(shí)需要確保其具有高效的作業(yè)能力，即具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性，到達(dá)高速作業(yè)的效果。由此決定了構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，要控制好構(gòu)造重量與慣量，在確保其具有剛度與強(qiáng)度前提下，對構(gòu)造尺寸、外形以及拓?fù)錁?gòu)造進(jìn)展優(yōu)化分析。同時(shí)，為提高機(jī)器人作業(yè)效率，同時(shí)還需要做好對控制系統(tǒng)的研究分析，爭取提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及響應(yīng)速度，到達(dá)高效運(yùn)作的目的?？刂菩詾閷Ω咚僮詣?dòng)包裝機(jī)器人工作循環(huán)間隔時(shí)間進(jìn)展優(yōu)化，需要做好對快速下行以及快速上行時(shí)間的控制，尤其是要注意快速上行與下行換速時(shí)會產(chǎn)生較大的沖擊振動(dòng)，進(jìn)而會降低構(gòu)造運(yùn)行的穩(wěn)定性。基于產(chǎn)品包裝實(shí)際過程中需要180°旋轉(zhuǎn)特點(diǎn)，為防止機(jī)器人轉(zhuǎn)向造成已包裝完產(chǎn)品被打散，要著重研究旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)與停頓階段的設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)對運(yùn)行軌跡控制的效果，利用較高的控制效果來提高機(jī)器人運(yùn)行穩(wěn)定性。包裝工業(yè)機(jī)器人技術(shù)原理機(jī)器人控制系統(tǒng)是包裝機(jī)器人的大腦，是決定包裝機(jī)器人功能和性能的主要因素。包裝工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的主要任務(wù)就是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等。具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機(jī)交互界面、在線操作提示和使用方便等特點(diǎn)。關(guān)鍵技術(shù)包括：(1)開放性模塊化的控制系統(tǒng)體系構(gòu)造：采用分布式CPU計(jì)算機(jī)構(gòu)造，分為機(jī)器人控制器(RC)，運(yùn)動(dòng)控制器(MC)，光電隔離I/O控制板、傳感器處理板和編程示教盒等。機(jī)器人控制器(RC)和編程示教盒通過串口/CAN總線進(jìn)展通訊。機(jī)器人控制器(RC)的主計(jì)算機(jī)完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、插補(bǔ)和位置伺服以及主控邏輯、數(shù)字I/O、傳感器處理等功能，而編程示教盒完成信息的顯示和按鍵的輸入。(2)模塊化層次化的控制器軟件系統(tǒng)：軟件系統(tǒng)建立在基于開源的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)Linu*上，采用分層和模塊化構(gòu)造設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的開放性。整個(gè)控制器軟件系統(tǒng)分為三個(gè)層次：硬件驅(qū)動(dòng)層、核心層和應(yīng)用層。三個(gè)層次分別面對不同的功能需求，對應(yīng)不同層次的開發(fā)，系統(tǒng)中各個(gè)層次內(nèi)部由假設(shè)干個(gè)功能相對對立的模塊組成，這些功能模塊相互協(xié)作共同實(shí)現(xiàn)該層次所提供的功能。(3)機(jī)器人的故障診斷與平安維護(hù)技術(shù)：通過各種信息，對機(jī)器人故障進(jìn)展診斷，并進(jìn)展相應(yīng)維護(hù)，是保證機(jī)器人平安性的關(guān)鍵技術(shù)。(4)網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器技術(shù)：當(dāng)前機(jī)器人的應(yīng)用工程由單臺機(jī)器人工作站向機(jī)器人生產(chǎn)線開展，機(jī)器人控制器的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得越來越重要?？刂破魃暇哂写凇F(xiàn)場總線及以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)功能。可用于機(jī)器人控制器之間和機(jī)器人控制器同上位機(jī)的通訊，便于對機(jī)器人生產(chǎn)線進(jìn)展監(jiān)控、診斷和管理。包裝工業(yè)機(jī)器人技術(shù)特點(diǎn)〔1〕技術(shù)先進(jìn)工業(yè)機(jī)器人集精細(xì)化、柔性化、智能化、軟件應(yīng)用開發(fā)等先進(jìn)制造技術(shù)于一體，通過對過程實(shí)施檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，實(shí)現(xiàn)增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低本錢、減少資源消耗和環(huán)境污染，是工業(yè)自動(dòng)化水平的最高表達(dá)?！?〕技術(shù)升級包裝工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套裝備具備精細(xì)制造、精細(xì)加工以及柔性生產(chǎn)等技術(shù)特點(diǎn)，是繼動(dòng)力機(jī)械、計(jì)算機(jī)之后，出現(xiàn)的全面延伸人的體力和智力的新一代生產(chǎn)工具，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)字化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化以及智能化的重要手段?！?〕應(yīng)用領(lǐng)域廣泛工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套裝備是生產(chǎn)過程的關(guān)鍵設(shè)備，可用于包裝，制造、安裝、檢測、物流等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并廣泛應(yīng)用于汽車整車及汽車零部件、工程機(jī)械、軌道交通、低壓電器、電力、IC裝備、軍工、煙草、金融、醫(yī)藥、冶金及印刷出版等眾多行業(yè)，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。〔4〕技術(shù)綜合性強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套技術(shù)，集中并融合了多項(xiàng)學(xué)科，涉及多項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域，包括工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)及仿真、機(jī)器人構(gòu)建有限元分析、激光加工技術(shù)、模塊化程序設(shè)計(jì)、智能測量、建模加工一體化、工廠自動(dòng)化以及精細(xì)物流等先進(jìn)制造技術(shù)，技術(shù)綜合性強(qiáng)。庫卡機(jī)器人〔**〕**建立于2000年。KUKA公司工業(yè)機(jī)器人年產(chǎn)量超過15000臺，至今已在全球安裝了超過15萬臺工業(yè)機(jī)器人。公司生產(chǎn)有效負(fù)荷能力3～1300kg的五軸和六軸機(jī)器人，其工作*圍從635～3900mm不等，全部由一臺基于計(jì)算機(jī)的操控平臺控制。KUKA機(jī)器人廣泛應(yīng)用在儀器、汽車、航天、消費(fèi)產(chǎn)品、物流、食品、制藥、醫(yī)學(xué)、鑄造和塑料等工業(yè)行業(yè)，主要應(yīng)用于材料處理、機(jī)床裝料、裝配、包裝、堆垛、焊接和外表修整等領(lǐng)域第二十三屆中國國際包裝工業(yè)展覽會于2021年3月2～4日在位于**的中國進(jìn)出口商品交易會展館〔B區(qū)〕盛大舉行。全球頂級工業(yè)機(jī)器人制造商KUKA公司攜三款應(yīng)用工作站閃亮登場中國最大的綜合包裝設(shè)備展，精彩演繹機(jī)器人如何讓我們的生活變得更加美好。與以往的標(biāo)志性顏色不同，KUKA這次以煥然一新的展臺設(shè)計(jì)，更加突出了三款與工業(yè)包裝相關(guān)的應(yīng)用工作站，它們分別是：由KRQUANTECPA組成的KUKA碼垛機(jī)器人夾具快換演示單元；由仿真工作站；由KRAGILUS組成的KUKA機(jī)器人分揀與拾料應(yīng)用工作站。KUKA碼垛機(jī)器人專家此次KUKA展出的碼垛機(jī)器人夾具快換演示單元采用KUKA最緊湊的高負(fù)載專家KRQUANTECPA，其負(fù)載能力從40～1300kg，工作*圍長達(dá)3601mm，其空心軸構(gòu)造上的通孔最大可達(dá)60mm，能有效保護(hù)客戶夾具系統(tǒng)的供電、通信線路。KRC4控制系統(tǒng)則集所有功能于一身，適應(yīng)多種主流現(xiàn)場總線通信模式。KRQUANTECPA能有效滿足多種外型產(chǎn)品的抓取、搬運(yùn)及碼垛應(yīng)用，可快速實(shí)現(xiàn)兩種夾具之間的切換。全球首款可集成全向移動(dòng)輪平臺的移開工業(yè)機(jī)器人在包裝展現(xiàn)場展出的移動(dòng)機(jī)器人物流應(yīng)用仿真工作站，展示了全球首款可集成全向移動(dòng)輪平臺的移開工業(yè)機(jī)器人KUKAyouBot。面向廣闊高校、科研院所及企業(yè)研發(fā)中心的KUKAyouBot，可提供完全開放的移動(dòng)式工業(yè)機(jī)器人軟件以及應(yīng)用的開發(fā)平臺。小身材的卓越性能第三套展品是由KRAGILUS組成的機(jī)器人分揀與拾料應(yīng)用工作站。帶有高精度工業(yè)視覺系統(tǒng)的KRAGILUS面對不規(guī)則來料實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確分揀和高速拾料碼。KRAGILUS的負(fù)載6～10kg不等，工作半徑有700～1100mm多種選擇。此系列機(jī)器人還提供WATERPROOF防水版、CLEANROOM干凈室版、HygienicMachine食品衛(wèi)生版和fivve五軸高速版，可應(yīng)對不同客戶的各種特殊需求。憑借豐富多樣的產(chǎn)品，和高效卓越的品質(zhì)，KUKA公司的機(jī)器人能輕松勝任裝載、卸載、紙板包裝、貼標(biāo)簽、碼垛以及貨品組配等所有作業(yè)內(nèi)容，即使是特殊性極高的要求，也能提供量身定制的最正確解決方案。工程實(shí)踐：在局限空間中展示最正確性能英國涂料生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)者之一皇冠涂料公司〔CrownPaints〕在其博客上發(fā)布的實(shí)用裝修技巧中提到，通過涂料的巧妙應(yīng)用，即便最小的房間都能看起來比實(shí)際的要大。這家總部在蘭開夏郡的公司生產(chǎn)皇冠、撒多林以及新迪士多種品牌的涂料，在優(yōu)化利用有限空間方面有著豐富的經(jīng)歷。在其位于布萊克本南部達(dá)溫鎮(zhèn)的主要生產(chǎn)工廠內(nèi)，皇冠涂料公司正使用一臺KUKAKRQUANTEC系列機(jī)器人來進(jìn)展涂料桶的堆垛工作。除了達(dá)溫鎮(zhèn)之外，皇冠涂料公司在赫爾還有一個(gè)工廠，并在英國和愛爾蘭經(jīng)營著130家涂料和壁紙批發(fā)店。英國涂料生產(chǎn)商正在尋求一種能在油漆桶堆垛方面大大提高效率的解決方案，同時(shí)確保其質(zhì)量可靠，靈活選擇產(chǎn)品。KUKA機(jī)器人技術(shù)在諸多領(lǐng)域和行業(yè)，比方自動(dòng)化領(lǐng)域所取得的廣泛專業(yè)知識，對于皇冠涂料公司是極具說服力的。該公司選擇了一套與當(dāng)?shù)丶缮虤W迪瑪控制方案**〔OptimaControlSolutionsLtd〕合作開發(fā)的、以機(jī)器人技術(shù)為根底的自動(dòng)化解決方案。該解決方案以一臺技術(shù)成熟的KUKAKRQUANTEC系列堆垛機(jī)器人為中心。KUKAKRQUANTEC系列的KR180R3200PA機(jī)器人，以其穩(wěn)健的設(shè)計(jì)以及強(qiáng)勁的齒輪和電機(jī)使得堆垛操作能到達(dá)每分鐘27個(gè)工作循環(huán)周期。憑借其流線型的底座設(shè)計(jì)，該機(jī)器人只需占用很小的空間。這些特點(diǎn)在皇冠涂料公司選擇適宜的機(jī)器人時(shí)是最為重要的。“在順利安裝之后，該機(jī)器人協(xié)助實(shí)現(xiàn)了一條平安的、無連續(xù)的生產(chǎn)流程。〞皇冠涂料公司維護(hù)與支持經(jīng)理保羅福爾德維特強(qiáng)調(diào)說。該機(jī)器人自動(dòng)化方案不僅使公司極大地提高了總體系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，而且顯著改善了不同涂料混合物的再現(xiàn)性和靈活性。鑒于機(jī)器人自動(dòng)化方案的引入為公司的堆垛操作〔該操作對整個(gè)流程鏈來說是極為重要的〕帶來的良好效果，皇冠涂料公司正考慮在未來使用更多的機(jī)器人。包裝工業(yè)機(jī)器人開展趨勢根據(jù)日本政府2007年指定的一份方案，日本2050年工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模將到達(dá)1.4兆日元，擁有百萬工業(yè)機(jī)器人。按照一個(gè)工業(yè)機(jī)器人等價(jià)于10個(gè)勞動(dòng)力的標(biāo)準(zhǔn)，百萬工業(yè)機(jī)器人相當(dāng)于千萬勞動(dòng)力，是當(dāng)前日本全部勞動(dòng)人口的15%。我國工業(yè)機(jī)器人起步于70年代初，其開展過程大致可分為三個(gè)階段：70年代的萌芽期；80年代的開發(fā)期；90年代的實(shí)用化期。而今經(jīng)過20多年的開展已經(jīng)初具規(guī)模。當(dāng)前我國已生產(chǎn)出局部機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出弧焊、點(diǎn)焊、碼垛、裝配、搬運(yùn)、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機(jī)器人。一批國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已效勞于國內(nèi)諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上；一批機(jī)器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來。一些相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)制造技術(shù)；工業(yè)機(jī)器人控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)；機(jī)器人軟件的設(shè)計(jì)和編程技術(shù)；運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)；弧焊、點(diǎn)焊及大型機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制備技術(shù)等。*些關(guān)鍵技術(shù)已到達(dá)或接近世界水平。一個(gè)國家要引入高技術(shù)并將其轉(zhuǎn)移為產(chǎn)業(yè)技術(shù)〔產(chǎn)業(yè)化〕，必須具備5個(gè)要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。和有著“機(jī)器人王國〞之稱的日本相比，我國有著截然不同的根本國情，那就是人口多，勞動(dòng)力過剩。刺激日本開展工業(yè)機(jī)器人的根本動(dòng)力就在于要解決勞動(dòng)力嚴(yán)重短缺的問題。所以，我國工業(yè)機(jī)器人起步晚開展緩。但是正如前所述，廣泛使用機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化，提高社會生產(chǎn)效率的一種十分重要的途徑。我國正在努力開展工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，引進(jìn)國外技術(shù)和設(shè)備，培養(yǎng)人才，翻開市場。日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的輝煌得益于本國政府的鼓勵(lì)政策，我國在十一五綱要中也表達(dá)出了對開展工業(yè)機(jī)器人的大力支持。當(dāng)前，國外已經(jīng)研制和生產(chǎn)了各種不同的標(biāo)準(zhǔn)組件，而中國作為未來工業(yè)機(jī)器人的主要生產(chǎn)國，標(biāo)準(zhǔn)化的過程是開展趨勢。中國制造業(yè)面臨著向高端轉(zhuǎn)變，承接國際先進(jìn)制造、參與國際分工的巨大挑戰(zhàn)。加快工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究開發(fā)與生產(chǎn)是中國抓住這個(gè)歷史機(jī)遇的主要途徑。因此我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)開展要進(jìn)一步落實(shí)：第一，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是我國由制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的主要手段和途徑，政府要對國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人有更多的政策與經(jīng)濟(jì)支持，參考國外先進(jìn)經(jīng)歷，加大技術(shù)投入與改造；第二，在國家的科技開展方案中，應(yīng)該繼續(xù)對智能機(jī)器人研究開發(fā)與應(yīng)用給予大力支持，形成產(chǎn)品和自動(dòng)化制造裝備同步協(xié)調(diào)的新局面；第三，局部國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人質(zhì)量已經(jīng)與國外相當(dāng)，企業(yè)