项目名称：
面向智能物流生产线的机器人关键技术研究及示范应用
主要完成单位：
北京航空航天大学、机科发展科技股份有限公司、北京同仁堂健康药业股份有限公司、遨博（北京）智能科技有限公司
【项目简介】
本项目所属科学技术领域是智能物流生产线用机器人，是生产物流系统的重要组成部分。本项目在科技部、国家自然科学基金委、工信部和北京市科委等重点项目资助下，重点针对智能物流生产线的机器人关键技术及示范应用展开研究，攻克了小批量多品种生产环境中机器人搬运码垛数字化设计与控制、机器人动态自学习抓取、协作机器人一体化柔性关节、移动机器人环境建模与路径规划、物流机器人与生产线集成工艺示范应用等关键技术难题；实现了机器人数字化、轻量化设计，抓取效率达到900-1200包/小时/台、视觉识别成功率达到99.8%、移动机器人重复定位精度达到±5mm，并完成了物流机器人与物流生产线的信息互联互通和互操作。
项目的实施推动了上述行业生产物流设施与装备的数字化、智能化水平，提升了物流生产线的生产效率和在制品的生产质量，大幅度降低了工人的劳动强度。促进了制造业、服务业等领域的转型升级，有力地支撑了《“十四五”智能制造发展规划》、《“十四五”机器人产业发展规划》、《推动物流业制造业深度融合创新发展实施方案》等的落地实施，为顺应物流智能化发展趋势、加快构建经济高效、绿色智能、安全稳定的现代物流体系培育新动能。
图1 新型智能物流生产线自动化系统
【项目创新点】
1、针对中医药、食品、化工、饲料等物流生产线中对搬运码垛需求，攻克了搬运码垛机器人的关键核心技术，完成了自主化研制和批量化应用。形成了200kg等系列化的高负载搬运码垛机器人，搬运效率可达900包/小时/台。
2、针对于智能工厂的高安全性要求，满足人机共融的工作场景需求，研制出了一种可变刚度的柔性机器人一体化关节。最大挠度达±18°，连杆惯量6.8×10-4kg·m2，提高了机器人的安全性和柔顺性。研制了一种智能机器人抓取系统，提高了复杂形态产品的识别成功率和动态抓取定位精度，针对复杂产品识别成功率可达99.8%。
3、针对移动机器人在复杂室内环境中构建地图的迫切需求，研制了基于稀疏姿态调整优化的高效地图绘制算法，优化了机器人的建图速率和边界信息的完整性；提出了基于改进蚁群优化和动态Inver-Over算法的全局路径规划方法，提高了移动机器人的重复定位精度和移动速度，实现了机器人重复定位精度±5mm，最大直线运行速度达2米/秒。
4、针对自动化物流机器人生产线，攻克了面向智能物流生产线的生产、包装、分拣、储运全流程的集成工艺与示范应用，分拣系统效率为2000件/小时，平均单次作业周期8秒；攻克了具有自主知识产权的复合导航移动搬运机器人（AGV）、自动装箱机器人设备。
图2 自动化物流生产线上的各类作业机器人
【应用情况】
项目研发成果在北京同仁堂健康药业公司的大兴智能工厂实现示范应用，相关成果在北京赛佰特科技有限公司、遨博（北京）智能科技有限公司、北京极智嘉科技股份有限公司实现物流机器人的产业化，进而在大北农、思念食品、正大食品等企业实现了示范应用，累计实现销售收入15,802.01万元，实现利润6362.49万元，利税1962.90万元。本项目累计申请国家发明专利14项，其中授权国家发明专利13项，在审国家发明专利1项，授权实用新型专利1项，外观设计专利4项；获得软件著作权7项；制定与物流机器人相关国家标准2项、团体标准3项；发表了SCI、EI索引等高水平学术论文21篇，出版机器人专著2本。
图3 北京同仁堂健康药业股份有限公司中医药生产线物流相关装备
