机器人码垛 思维导图
中心主题：机器人码垛
一级分支 1：核心概念
- 定义
利用工业机器人,将规则或不规则的物品，按照预设的程序和垛型，自动、快速、整齐地堆叠在托盘、料框或其他承载物上的过程。
- 目的与价值
- 提高效率：24小时不间断工作，速度远超人工。
- 降低成本：减少人力成本、降低工伤风险和保险费用。
- 提升质量：码垛整齐、稳定，减少货物破损和运输过程中的倒塌风险。
- 改善工作环境：将工人从繁重、重复、枯燥的体力劳动中解放出来。
- 增强灵活性：可轻松切换不同产品和垛型，适应多品种、小批量的生产需求。
- 与传统人工码垛对比
- 速度：机器人 >> 人工
- 稳定性：机器人 >> 人工
- 成本（初期）：机器人 > 人工
- 成本（长期）：机器人 < 人工
- 柔性：机器人 >> 人工
- 安全性：机器人 > 人工
一级分支 2：系统构成
- 机器人本体
- 类型：
- 关节机器人：最常用，灵活性好，适合多种码垛场景。
- 直角坐标机器人：结构简单，定位精度高，适合重型、大型物品。
- SCARA机器人：主要用于轻量、高速的码垛。
- 关键参数：负载能力、工作半径、重复定位精度、防护等级。
- 类型：
- 末端执行器
- 类型：
- 夹爪：
- 气动夹爪：结构简单，成本低，适合抓取表面平整的箱体。
- 电动夹爪：精度高，可编程，能适应不同尺寸和重量的物体。
- 柔性夹爪：利用柔性材料，可抓取不规则形状的物体。
- 真空吸盘：适合抓取表面平整、致密的物体（如纸箱、箱、薄膜袋）。
- 电磁吸盘：适合抓取具有导磁性的金属物体（如钢卷、铁盒）。
- 叉式抓手：适合插入托盘或料框的缝隙中进行抓取。
- 夹爪：
- 类型：
- 控制系统
- 核心：机器人控制器（包含硬件和软件）。
- 功能：运动控制、路径规划、I/O信号处理、与外部设备通信。
- 传感系统
- 视觉系统：
- 2D视觉：用于定位、有无检测、二维码/条码读取。
- 3D视觉：用于识别无序、堆叠、散乱的工件，实现“无序抓取”。
- 力/力矩传感器：用于力控装配、碰撞检测，保护机器人、工件和周边设备。
- 安全传感器：安全光幕、安全地毯、急停按钮等。
- 视觉系统：
- 周边设备
- 输送线：将待码垛的物品输送到指定位置。
- 定位/阻挡机构：确保物品在抓取前位置固定。
- 托盘/料仓供给系统：自动输送空托盘或料框。
- 安全围栏：隔离机器人工作区域，保障人员安全。
- 触摸屏/HMI：用于人机交互，设置参数、启停设备。
一级分支 3：工作流程
- 接收信号
控制系统等待来自生产线或传感器的“开始码垛”信号。
- 识别定位
- 传感器（视觉或光电）检测到物品到达抓取位。
- 视觉系统识别物品的位置、姿态、尺寸。
- 抓取
- 机器人控制器根据视觉反馈,规划最优路径，移动到目标位置。
- 末端执行器执行抓取动作,并确认抓取成功。
- 搬运
机器人携带物品,沿预设的平滑轨迹移动到目标托盘上方。
- 放置
- 机器人将物品精确地放置到托盘的指定坐标点。
- 根据垛型算法,计算出下一层的位置。
- 循环与结束
- 重复步骤二至五,直到一层码垛完成。
- 系统自动更换到新的托盘或进入下一层码垛。
- 当所有任务完成或托盘已满,系统发出完成信号，等待下一批次。
一级分支 4：关键技术
- 路径规划与优化
- 平滑轨迹：减少加减速，提高效率和机器人寿命。
- 避障：确保机器人运动路径上无障碍物。
- 垛型算法
- 常见垛型：井字形、金字塔形、旋转交错式、行列式等。
- 算法目标：实现垛型稳定、节省托盘空间、适应包装限制。
- 视觉识别与引导
- 2D vs 3D：3D视觉是实现柔性码垛的关键。
- 标定：确保相机坐标系与机器人坐标系一致，保证定位精度。
- 算法：图像处理、模式识别、深度学习（用于复杂场景）。
- 通信与集成
- 工业总线：Profinet, EtherCAT, EtherNet/IP 等，实现与PLC、HMI、MES等系统的高速、可靠通信。
- OPC UA：实现跨平台、跨厂商的数据交互。
一级分支 5：应用领域
- 食品饮料行业
- 应用：袋装/箱装米面、饮料箱、瓶装水、啤酒箱、鸡蛋托盘。
- 特点：卫生要求高，包装多样。
- 物流与仓储
- 应用：快递包裹、电商订单箱、托盘化货物。
- 特点：订单小批量、多品种，对柔性要求极高。
- 化工行业
- 应用：吨袋（柔性集装袋）、纸箱、桶装物料。
- 特点：物品重、粉尘多，对机器人防护等级要求高。
- 建材行业
- 应用：瓷砖、地板、石膏板、水泥袋、砖块。
- 特点：物品重、形状不规则，有时需要特殊夹具。
- 饲料行业
应用：吨袋饲料、宠物食品袋。
- 制造业
应用：袋装原材料、箱装成品、汽车零部件料框。
一级分支 6：选型与考量因素
- 负载能力：根据物品最重时的重量选择，并留有余量。
- 工作半径：确保机器人能覆盖从输送线到托盘所有需要到达的点。
- 节拍时间：根据生产线的产量要求，计算并验证码垛周期是否满足。
- 环境适应性：考虑温度、湿度、粉尘、腐蚀性等，选择合适的防护等级。
- 集成难度：评估现场空间、与现有设备的对接难度、项目周期。
- 预算：综合考虑机器人、夹具、视觉、周边设备及软件的总成本。
一级分支 7：挑战与解决方案
- 挑战：产品多样化
- 解决方案：采用3D视觉+柔性末端执行器，实现“以不变应万变”。
- 挑战：场地限制
- 解决方案：选择更紧凑的机器人本体，或采用龙门式机器人系统。
- 挑战：定位不准
- 解决方案：使用视觉引导，或通过高精度传感器进行实时补偿。
- 挑战：码垛不稳定
- 解决方案：优化垛型算法，设计更可靠的夹具，增加辅助支撑机构。
- 挑战：初始投资高
- 解决方案：分析投资回报周期，评估长期效益；选择模块化、可扩展的系统。
一级分支 8：未来趋势
- 智能化与AI融合
- 深度学习：让机器人能识别更复杂的、无序堆叠的物体。
- 预测性维护：通过数据分析预测机器人部件的寿命，提前维护。
- 柔性化与协作
- 协作机器人：与人共享工作空间，部署更灵活，适用于小规模、高混合度的场景。
- “无序抓取”成为标配：3D视觉技术普及，降低对来料输送精度的要求。
- 云平台与大数据
- 远程监控：通过云平台实时监控码垛机的运行状态、产量和故障。
- 数据分析：优化码垛策略，实现能耗管理和生产效率的持续提升。
- 模块化与标准化
- 快速部署：即插即用的模块化设计，缩短项目周期。
- 易于维护：标准化的接口和备件，降低维护成本。
