工業(yè)機器人碼垛系統(tǒng)分析

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

【關(guān)鍵詞】機器人；碼垛；工具

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

1碼垛工具設(shè)計

1.1什么是機器人的工具

工業(yè)機器人要完成不同的工作任務(wù)，需要安裝對應(yīng)的工具。比如說焊接作業(yè)，會使用焊槍工具；噴涂作業(yè)會使用噴槍；搬運作業(yè)會使用夾爪。即使對于同種作業(yè)來說，由于工作對象的復(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。一般來說都需要更具實際情況進行工具的設(shè)計。

1.2工具的設(shè)計思路

碼垛作業(yè)的具體工作過程就是把產(chǎn)品從輸送線搬運到碼垛盤。設(shè)計工具的時候必須要分析產(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)計的重要依據(jù)。下面對碼垛的對象進行具體的分析。在碼垛作業(yè)中最常見的是盒裝和袋裝兩種包裝形式。比如說，家用電器一般都是長方體的包裝盒，內(nèi)部有填充的緩沖物，搬運時一般不會變形，比較容易搬運。而大米、化肥等，一般都是使用袋裝包裝。袋裝品在搬運時非常容易變形，搬運難度較大。針對這兩種情況，我們需要設(shè)計不同的碼垛工具。首先要知道工具的一些分類。其中按照抓取產(chǎn)品的方式來分，可以有夾爪式和吸盤式兩種。而夾爪式可以使用電動夾爪或者氣動夾爪。吸盤式也可以使用真空吸盤或者電磁吸盤。它們各有優(yōu)缺點。盒裝產(chǎn)品：由于包裝盒表面光滑，材質(zhì)較硬，不易變形，所以適合用氣動式的吸盤工具。對于重量較大的產(chǎn)品，可以使用吸盤組的形式來增加工具的吸附能力。對于表面積大，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遠，在搬運的運動過程中，可能會導(dǎo)致部分吸盤和包裝盒的接觸處分離。對于這類產(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)計為平板式，增加和包裝盒的接觸面積，可以穩(wěn)定的進行產(chǎn)品的搬運。在有些生產(chǎn)線上，需要一次性搬運多個包裝盒，大多數(shù)都會使用這種解決方式。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。如果使用吸盤式的工具，基本無法完成吸附功能。所以一般都會采用夾爪式的工具。

1.3設(shè)計工具的主要因素

總體來說，工具一定要根據(jù)碼垛對象的特點來設(shè)計。主要包括工具的構(gòu)型，驅(qū)動方式，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)機器人選型

2.1碼垛機器人的主要參數(shù)

負載能力：對于碼垛作業(yè)來說，首要考慮的肯定是機器人的負載能力。目前來說機器人的負載能力從3千克到1300千克范圍內(nèi)都有。在選擇負載能力的時候，碼垛對象的重量是顯而易見的。而另外一個重要的因素是碼垛工具的重量。對于機器人來說，它所安裝的工具也是一種負載。工作空間：機器人的工作空間是指，機器人的末端所能到達的位置的集合。每一臺機器人的說明書中都會有工作空間的描述，但是這個工作空間是指機器人手臂末端所能到達了位置。在實際生產(chǎn)中，機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，才能確定機器人的工作空間。

2.2碼垛機器人

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

3碼垛控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1系統(tǒng)功能分析

在設(shè)計控制程序之前，必須要對碼垛的流程進行全面的分析。以一個最常見的包裝箱碼垛任務(wù)為例。送貨傳送帶將工件運送到待運位置，機器人將工具運行到取工件位置，然后工具動作抓取工件，機器人將工件按照垛型放置到垛盤上，完成一次垛型以后輸送帶將垛盤運走。進入下一個工作循環(huán)。

3.2系統(tǒng)信號分析

系統(tǒng)中送料傳送帶上需要有工件到位信號。只要等到這個信號，傳送帶停止運行，同時通知機器人前來取工件。工件取走以后信號恢復(fù)，傳送帶運行。機器人等待工件到位信號，等到信號有效時，運行到取工件位置，取走工件并將工件擺放到垛盤上。然后重復(fù)工作，直到完成一次堆垛任務(wù)，將完成信號發(fā)送給垛盤的傳動帶。等待垛盤運走信號，開始進行一下個垛型的堆疊工作。托盤傳送帶一般處于停止?fàn)顟B(tài)。等到機器人的碼垛完成信號以后，將垛盤運走，然后發(fā)送信號給機器人，告訴機器人可以開始進行下一個垛型的堆疊工作。

3.3程序程序設(shè)計

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算兩部分。其中控制通信部分使用WaitDi指令來等待傳送帶的信號。當(dāng)?shù)鹊絺魉蛶У墓ぜ轿恍盘栆院笳{(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，控制托盤傳送帶將垛堆運走。碼垛程序中使用while循環(huán)指令來實現(xiàn)循環(huán)搬運工件程序。在循環(huán)中使用if指令判斷當(dāng)前工件的擺放位置，然后控制機器人將工件放置到垛盤上。

4總結(jié)

本文對工業(yè)機器人碼垛系統(tǒng)中的主要環(huán)節(jié)進行了分析。最后再次強調(diào)工具的設(shè)計是碼垛任務(wù)中的重中之重。工具實際直接影響到碼垛生產(chǎn)線的布局，機器人的選型，程序的編寫等方面。

參考文獻

[1]程啟良.碼垛機器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用研究綜述[J].機電技術(shù),2016(2):135-138.

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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