1．目的及意义

(1)研究目的及意义

码垛，简单的解释来说，就是把物体按照一定的摆放顺序及形式，整齐地堆放好，用以实现对物体以单元化的方式，进行物流的运输、装卸等。比较传统的码垛工作很大程度上是由人工来完成的，不仅工作量大，效率低，而且耗费了大量的人工成本。为了解决实际问题，人们开始研究并研制了码垛机器人，且提出了码垛相关的规划技术【1】。码垛机器人的出现，使得码垛得以自动化，提高了码垛的效率，在加快了物流速度的同时，也降低了人工成本的消耗，减小了物料的浪费。

码垛机器人的研制成功后，其在调试过程当中，容易出现速度、加速度的超限问题，且在很多情况下，驱动机构的驱动性能并没有能够得到充分发挥【2】，因此所带来的问题，严重影响了对码垛机器人的控制效果。然而，根据实际情况，对对象建立机器人的运动学模型，研究其运动特性，分析它的动力学性能，能够提出一种比较满足其运动约束的最优加速度轨迹规划方法【3】，这个方法在运动不超过限定值的前提下，能够充分发挥其驱动关节的驱动性能，从而使得控制变得精确快速。

至今为止，我们一直在探索机械化和智能化完美相结合的搬运技术。伴随着研究工作的顺利开展，码垛机、堆垛机相继被研制成功，在很大程度上解决了在实际生产线上的问题。但是，码垛机、堆垛机都拥有各自的不足之处，如占地面积大、灵活度差等问题。近几年以来，码垛机器人因在机械结构的灵活、适用范围广、占地面积小等诸多方面的优势，在现代物流中发挥着举足轻重的作用。码垛机器人能在无人参与的情况下，按照事先预定好的运动轨迹，自动的进行物体的搬运和码垛。这不仅提高了码垛的效率，码垛的质量和重复性也同样得到了很大的提高和改善。

2）国内外研究现状

世界上第一台六轴控制码垛机器人，是由德国的KUKA公司成功研制，随着技术的不断提高，机器人的承载能力、适应能力和机械性能得到提高【4】。日本率先在码垛工作中引入了机器人，该机器人专门用于工业生产。对码垛机器人来说，美国、德国、瑞典和日本在技术上具有领先的地位，技术相对其他国家而言较为成熟，所以，码垛机器人被分为两大派系殴日两大派系，在日本，比较被人们认可的机器人有：安川、OTC、FANUC、OKURA；殴系：KUKA、ABB【5】。

在国外，码垛机器人大部分是以 4~6 轴的形式为主，机器人的主体机械结构多采用优质轻巧的铸铝合金或者碳纤维等复合材料制造而成【6】，以此同时，在设计构思上，借助于 CAD 、 FEM 等有限元分析技术，对机器人的结构进行优化设计，让机器人的整体结构都具有比较好的机械性能和抗振性能；在驱动系统上，大多数机器人都采用了模块式的数字化交流伺服电机和高性能的 RV 减速器。 KUKA 公司研制出了一款新的码垛机器人 KR 300-2 PA，专门完成高速高负荷的作业【7】。它的整个机身臂部结构由精巧的聚碳纤维材料构成，使得机器人在具有很高的强度的同时，其性能又能体现出轻巧、快捷、强劲有力等特点，四轴倾斜式的设计又降低了维护保养的成本。库卡码垛机器人的最大技术优势是采用了在微软 Windows 界面下可操作的 PC BASED 控制系统。【8-9】

控制系统的设计是码垛机器人成功运行的重中之重，控制系统可划分为对两部分的控制：控制自身能够正确运动，能控制自身各部分之间的协调。目前，大部分的工业机器人结构都属于空间式的开链机构，想要实现机器人的手部末端执行某个动作，必须要实现机器人手部上多个独立的关节能够协调自如的动作。但计算机技术在工业领域的飞速发展，对工业机的运动控制器，在利用强大的软件技术支持下，极大的加大了幵放式运动控制的研究成果，代替了之前专用的封闭式控制系统。

（3）国内研究现状