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附件1：外文资料翻译译文
一个复杂纸盒的包装机器人
Venketesh N.Dubey 英国设计学院，工程和计算机，伯恩茅斯大学，普尔
Jian S.Dai 伦敦大学国王学院，英国伦敦大学，伦敦
摘要
目的—为了展示设计一种可以折叠复杂几何形状的纸盒的多功能包装机的可行性。设计/方法/方式—这项研究对各种几何形状的纸盒进行研究，将纸盒分为适当的类型以及机器可以实现的操作；把能加工这些纸盒，并进行机械建模和仿真，且最终可以设计和开发的包装机概念化。
研究结果—这种多功能包装机已经被证明是可能的。只需将这种多功能包装机小型化，并对它投资以促进其发展，这种机器可以成为现实。
研究限制因素/问题—本研究的目的是证明这种包装机的原理，但实际应用需要考虑结合传感器给出了一个紧凑的、便携式系统。
创意/价值—这项设计是独一无二的，并已被证明可以折叠各种复杂形状的纸盒。关键字：机器人技术 包装 自动化 文章类型：研究论文简介
产品包装是关键的工业领域之一，以自动化为首要权益。任何产品流通到消费者手中需要某种形式的包装，无论是食品、礼品或医疗用品。因此，对高速的产品包装有持续的需求。对于周期性消费品和精美礼品，这项需求更是大大增加。它们要求包装设计新颖且有吸引力，以吸引潜在客户。通常这类产品用外观精美、形状复杂的纸盒递送。如果采用手工方法进行包装，不仅令工人感到乏味且操作复杂，也费时和单调。
对于简单的纸盒包装，通过使用沿传送带布置的专用机器，已经获得了实现。这些机器只能处理固定类型的纸盒，任何形状和结构的变化很难纳入到系统之中。在大多数情况下，它们需要进行超过40种变化以适应同种类型但大小不同的纸盒，这就意味着每一个特定类型的纸盒需要一条包装生产线。从一种类型到另一种类型的纸盒折叠组装生产线的转换将会使资本支出增加。因为这些限制因素和转换生产线的相关成本，包装的灵活性将会失去。
因此，作为一种补充，手工生产线被引进以适应不同类型的纸盒的生产,从而解决转换生产线的问题。它们承担了大约10%的工作订单，并被用作生产促销产品的组装生产线。但是，问题仍然存在，手工生产线上的管理员和操作工需要一个长时间的学习过程，而且与机器生产线不同，劳动伤害主要是源于扭手动作。此外，手工生产线通常被认为是一个季节性的生产力，仍然需要专门的机器长年运行，以节约成本和时间。设计师追求奇幻和独特的纸盒包装以响应竞争激烈的市场，使包装工作更加困难。纸盒的风格和类型的频繁变化和小批量生产对纸盒装配和包装生产线提出了挑战，为此需要设计一种灵活的机器。
因此，这项责任放在了包装行业的身上,在可编程和可重构系统的帮助下充分加快转换过程以处理不同类型的纸盒。这种灵活的和高度可重构的系统的开发需要进行系统的分析和综合每个部件，即纸盒和纸盒的折叠模式、包装纸盒的机器、完整的组装操作。一种这样的方法（Lu和Akella，2000年）已经公布了,该方法使用固定装置来折叠纸盒。虽然这种方法能完成纸盒所有折叠操作，但实施的工作只是处理一个简单的矩形箱,其固定的自动装置被安装在指定的位置。但是，对于复杂几何体纸盒，需要对纸盒和折叠机构进行综合考虑，从而实现包装生产线的柔性自动化。
在复杂纸盒的折叠操作及工序分析方面，作者开展了大量的研究，并诉诸于图形理论、螺旋理论、矩阵理论且以一种空间结构表示纸盒；及其研究纸盒移动性和分析其结构外形（Dai and Rees Jones，1997a，b，c，1999；Dubey et al.1999a，b，c；Dubey and Dai，2001）。本文介绍从事设计能处理复杂几何形状纸盒的可重构纸盒折叠机的研究。设计和原理的需要
该项目被列在许多化妆品和香水供应商的愿望列表上，如伊丽莎白雅顿和卡尔文·克莱恩，并被Unilever Research UK积极地考虑了数年。他们愿意支持任何一种能够使用一些替代手段从而实现整个花式纸盒包装过程自动化的研究思想。结果，这个
23一台电动机驱动做垂直运动以及转动，从而使纸盒达到包装操作所需的任何位置。手指的关节直接通过关节马达驱动，整个系统需要控制14个轴。这些考量是基于高度的可重构性与控制最小数量的轴。
指尖的设计进行了专门地考虑，因为它们必须执行上一节所讨论的各种操作功能。受手工包装过程的启发，指尖设计采用带有V型槽的尖头。根据手工包装的需要，使其手指能在纸盒上施加“戳”和“挤”的力。该尖头用于戳操作，在V型槽的挤压下，纸板打开以进行塞操作。除了提供戳力和挤力，二自由度手指的Y形部分还能给扁平纸板提供暂时的推力。在有限自由度的情况下，这样的设计可以提供许多灵活的操作功能以处理不同构造不同类型的纸盒。
该模型提供了机器运行所需的全部运动信息（Dubey and Crowder，2003年）。包装机的参数模型已经被开发出来（Workspace4，1998年），几何外形和尺寸设计的改变可以非常容易地纳入到模型中，包括结构的验证。这也使机器部件的运动参数能在加工之前就得以确定。包装纸盒时，在纸盒上定位各种接触点，通过记录的各种接触点的位移，就可以实现手指的纸箱之间的运动的连通性。纸箱上的接触点可以由折叠次序的几何表示鉴别（Dubey and Dai，2001）。这些接触点用于测量每个手指关节的偏移量。将这些位移数据进行插值运算，生成最优手指路径，尽量减少不必要的手指运动，从而减少包装的周期时间。从模型中获得的插补数据可以下载，用以驱动手指。当前的研究工作是基于纸盒的几何特征及其折叠次序的研究，使整个包装过程可以实现自动化（迪比等，2000），而不是借助于纸盒的仿真。
图5显示了当纸盒折叠时,手指跟踪纸盒上的接触点。模拟模型为包装机器的设计以及控制提供了许多有价值的信息。例如，在维度和结构决定之前，模拟模型可用来检查机器的几何以及结构。通过改变模型的基本尺寸参数,任何新的机械零件几何信息都可直接获得。在纸盒的折叠过程中所得的运动数据和轨迹可用于手指系统控制。目前，模拟运动参数不可从直接整合到控制器中，因此这些数据都必须以数据文件的形式输入到控制器中。不过，这种方法可全面地校核折叠次序，然后下载这些数据并输入到控制器中。
插图2 另一种纸盒的包装机讨论和结论
本文提出了一份灵活的、可重构的装配和包装系统。本研究的目的是设计一个可以处理不同几何形状的纸盒可重构的装配和包装系统。最初的想法是要开发一个可以展示对不同风格和复杂形状的纸盒的适应能力的系统。结果表明，该包装机可以折叠两个完全不同形状的纸盒。在任何情况下，折叠周期约为45s。虽然这不是一个优化的折叠时间，但是采用在线数据传输有望减少周期时间至30秒或更少。虽然一个非常灵活的纸盒包装机在用于车间生产之前仍有许多问题需要解决。不过，本研究的目的是验证面向包装行业的快速转换技术。
未来需要改进的部分包括优化手指导轨，使用力反馈触觉传感器，以避免纸板上的压力过大，且将在真空装置中进行折叠操作。还建议将仿真模型与实际机器相结合,使其能下载在线数据。X-Y工作台可用电机驱动和控制,实现自动重构。这些先进的技术，将使整个包装过程自动化, 从纸盒的二维图开始，然后确定其运动学特性并生成运动序列到完成产品包装。此外，如果能小型化，还计划将灵活的、可重构的机械手安装在一个机器人手臂上以得到更高灵活性。该系统不仅能进行纸盒折叠，也可以在折叠的同时将产品放入纸盒中。这将减少包装时间，也能够迎接对不断变化的高端私人产品包装需求的高度适应性的挑战。参考文献
Dai, J.S.(1996a), “Survey and busine case study of the exterous reconfigurable aembly
metamorphic mechanism”, paper presented at Tenth World Congre on the Theory of Machine and Mechanisms(IFToMM), pp.98-103.Lu, L.and Akella, S.(2000), “Folding cartons with fixtures: a motion planning approach”, IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol.16 No.4, pp.346-56.Workspace4w(1998), User’s Guide, Robot Simulations Ltd, Newcastle upon Tyne.附件2：外文原文
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