工業(yè)機(jī)器人碼垛系統(tǒng)分析

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【摘要】工業(yè)機(jī)器人在碼垛生產(chǎn)線中的應(yīng)用能大大提高生產(chǎn)效率。以碼垛對(duì)象出發(fā)，說(shuō)明了碼垛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。主要包括碼垛工具的設(shè)計(jì)，機(jī)器人的選型方法，以及碼垛程序的編寫(xiě)等內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】機(jī)器人；碼垛；工具

在白色家電、食品加工等行業(yè)，需要對(duì)包裝好的產(chǎn)品進(jìn)行碼垛作業(yè)。工人將單個(gè)包裝好的產(chǎn)品按照一定的垛型堆疊起來(lái)，方便下一步的叉車(chē)的運(yùn)輸作業(yè)。這樣的工作對(duì)員工的體力要求高，并且具有一定的危險(xiǎn)性?，F(xiàn)在越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始使用工業(yè)機(jī)器人來(lái)進(jìn)行碼垛作業(yè)。使用了工業(yè)機(jī)器人以后，生產(chǎn)效率可以得到極大的提高。

1碼垛工具設(shè)計(jì)

1.1什么是機(jī)器人的工具

工業(yè)機(jī)器人要完成不同的工作任務(wù)，需要安裝對(duì)應(yīng)的工具。比如說(shuō)焊接作業(yè)，會(huì)使用焊槍工具；噴涂作業(yè)會(huì)使用噴槍；搬運(yùn)作業(yè)會(huì)使用夾爪。即使對(duì)于同種作業(yè)來(lái)說(shuō)，由于工作對(duì)象的復(fù)雜度，工作環(huán)境的多樣性，很難有一款工具能夠勝任所有的工作需要。一般來(lái)說(shuō)都需要更具實(shí)際情況進(jìn)行工具的設(shè)計(jì)。

1.2工具的設(shè)計(jì)思路

碼垛作業(yè)的具體工作過(guò)程就是把產(chǎn)品從輸送線搬運(yùn)到碼垛盤(pán)。設(shè)計(jì)工具的時(shí)候必須要分析產(chǎn)品的形狀、大小、重量、材質(zhì)等因素。另外，碼垛方式也是工具設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。下面對(duì)碼垛的對(duì)象進(jìn)行具體的分析。在碼垛作業(yè)中最常見(jiàn)的是盒裝和袋裝兩種包裝形式。比如說(shuō)，家用電器一般都是長(zhǎng)方體的包裝盒，內(nèi)部有填充的緩沖物，搬運(yùn)時(shí)一般不會(huì)變形，比較容易搬運(yùn)。而大米、化肥等，一般都是使用袋裝包裝。袋裝品在搬運(yùn)時(shí)非常容易變形，搬運(yùn)難度較大。針對(duì)這兩種情況，我們需要設(shè)計(jì)不同的碼垛工具。首先要知道工具的一些分類(lèi)。其中按照抓取產(chǎn)品的方式來(lái)分，可以有夾爪式和吸盤(pán)式兩種。而夾爪式可以使用電動(dòng)夾爪或者氣動(dòng)夾爪。吸盤(pán)式也可以使用真空吸盤(pán)或者電磁吸盤(pán)。它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。盒裝產(chǎn)品：由于包裝盒表面光滑，材質(zhì)較硬，不易變形，所以適合用氣動(dòng)式的吸盤(pán)工具。對(duì)于重量較大的產(chǎn)品，可以使用吸盤(pán)組的形式來(lái)增加工具的吸附能力。對(duì)于表面積大，厚度小的扁平狀包裝盒使用這種方式是最為合適的，比如平板電視。對(duì)于一些接近于立方體，重量又很大的包裝盒，使用這種方式可能會(huì)不穩(wěn)定。由于包裝盒厚度較大，導(dǎo)致包裝盒的重心距離吸盤(pán)遠(yuǎn)，在搬運(yùn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，可能會(huì)導(dǎo)致部分吸盤(pán)和包裝盒的接觸處分離。對(duì)于這類(lèi)產(chǎn)品，使用夾爪式的工具能夠起到更好的抓取效果。將夾爪設(shè)計(jì)為平板式，增加和包裝盒的接觸面積，可以穩(wěn)定的進(jìn)行產(chǎn)品的搬運(yùn)。在有些生產(chǎn)線上，需要一次性搬運(yùn)多個(gè)包裝盒，大多數(shù)都會(huì)使用這種解決方式。袋裝產(chǎn)品：比如大米，面粉等，由于包裝物為粉末或顆粒，包裝袋容易形變。如果使用吸盤(pán)式的工具，基本無(wú)法完成吸附功能。所以一般都會(huì)采用夾爪式的工具。

1.3設(shè)計(jì)工具的主要因素

總體來(lái)說(shuō)，工具一定要根據(jù)碼垛對(duì)象的特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)。主要包括工具的構(gòu)型，驅(qū)動(dòng)方式，材質(zhì)等。除此以外還要考慮到一些輔助器件的安裝接口，比如傳感器，氣路，線纜等。

2工業(yè)機(jī)器人選型

2.1碼垛機(jī)器人的主要參數(shù)

負(fù)載能力：對(duì)于碼垛作業(yè)來(lái)說(shuō)，首要考慮的肯定是機(jī)器人的負(fù)載能力。目前來(lái)說(shuō)機(jī)器人的負(fù)載能力從3千克到1300千克范圍內(nèi)都有。在選擇負(fù)載能力的時(shí)候，碼垛對(duì)象的重量是顯而易見(jiàn)的。而另外一個(gè)重要的因素是碼垛工具的重量。對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)，它所安裝的工具也是一種負(fù)載。工作空間：機(jī)器人的工作空間是指，機(jī)器人的末端所能到達(dá)的位置的集合。每一臺(tái)機(jī)器人的說(shuō)明書(shū)中都會(huì)有工作空間的描述，但是這個(gè)工作空間是指機(jī)器人手臂末端所能到達(dá)了位置。在實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)器人手臂末端安裝著工具，工具上還抓取著工件。需要綜合考慮生產(chǎn)線的布局，工具和工件的構(gòu)型，碼垛的垛型等因素，才能確定機(jī)器人的工作空間。

2.2碼垛機(jī)器人

所有的工業(yè)機(jī)器人品牌，都會(huì)有針對(duì)碼垛的專門(mén)型號(hào)機(jī)器人。這些機(jī)器人的硬件和軟件都會(huì)有特殊的設(shè)計(jì)。對(duì)于機(jī)器人的本體設(shè)計(jì)更注重穩(wěn)定性，在構(gòu)型上預(yù)留了線纜的安裝接口等。軟件算法上針對(duì)重負(fù)載情況做了優(yōu)化，提高運(yùn)行的穩(wěn)定性。操作系統(tǒng)中都會(huì)增加碼垛功能模塊，如果使用廠家配套的碼垛工具，還可以快速方便的對(duì)垛型、速度等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

3碼垛控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)功能分析

在設(shè)計(jì)控制程序之前，必須要對(duì)碼垛的流程進(jìn)行全面的分析。以一個(gè)最常見(jiàn)的包裝箱碼垛任務(wù)為例。送貨傳送帶將工件運(yùn)送到待運(yùn)位置，機(jī)器人將工具運(yùn)行到取工件位置，然后工具動(dòng)作抓取工件，機(jī)器人將工件按照垛型放置到垛盤(pán)上，完成一次垛型以后輸送帶將垛盤(pán)運(yùn)走。進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。

3.2系統(tǒng)信號(hào)分析

系統(tǒng)中送料傳送帶上需要有工件到位信號(hào)。只要等到這個(gè)信號(hào)，傳送帶停止運(yùn)行，同時(shí)通知機(jī)器人前來(lái)取工件。工件取走以后信號(hào)恢復(fù)，傳送帶運(yùn)行。機(jī)器人等待工件到位信號(hào)，等到信號(hào)有效時(shí)，運(yùn)行到取工件位置，取走工件并將工件擺放到垛盤(pán)上。然后重復(fù)工作，直到完成一次堆垛任務(wù)，將完成信號(hào)發(fā)送給垛盤(pán)的傳動(dòng)帶。等待垛盤(pán)運(yùn)走信號(hào)，開(kāi)始進(jìn)行一下個(gè)垛型的堆疊工作。托盤(pán)傳送帶一般處于停止?fàn)顟B(tài)。等到機(jī)器人的碼垛完成信號(hào)以后，將垛盤(pán)運(yùn)走，然后發(fā)送信號(hào)給機(jī)器人，告訴機(jī)器人可以開(kāi)始進(jìn)行下一個(gè)垛型的堆疊工作。

3.3程序程序設(shè)計(jì)

碼垛程序的復(fù)雜度不高，主要包括和外部設(shè)備的通信以及垛型計(jì)算兩部分。其中控制通信部分使用WaitDi指令來(lái)等待傳送帶的信號(hào)。當(dāng)?shù)鹊絺魉蛶У墓ぜ轿恍盘?hào)以后調(diào)用碼垛程序，完成碼垛程序以后，再使用set指令，控制輸出信號(hào)，控制托盤(pán)傳送帶將垛堆運(yùn)走。碼垛程序中使用while循環(huán)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)循環(huán)搬運(yùn)工件程序。在循環(huán)中使用if指令判斷當(dāng)前工件的擺放位置，然后控制機(jī)器人將工件放置到垛盤(pán)上。

4總結(jié)

本文對(duì)工業(yè)機(jī)器人碼垛系統(tǒng)中的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析。最后再次強(qiáng)調(diào)工具的設(shè)計(jì)是碼垛任務(wù)中的重中之重。工具實(shí)際直接影響到碼垛生產(chǎn)線的布局，機(jī)器人的選型，程序的編寫(xiě)等方面。

參考文獻(xiàn)

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作者：朱巍峰 單位：蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院