码垛机器人及其操作应用

—码垛机器人及其操作应用导入案例机器人助力啤酒、饮料产业，实现码垛自动化

随着中国啤酒饮料产业的不断发展以及生产技术装备的不断革新，机器人技术在啤酒、饮料包装码垛中也得到了广泛的应用。同时，机器人技术在医药和消费品领域的应用范围也正逐渐扩大，尤其在这些领域至关重要的包装码垛环节中，机器人已经在真正意义上成为生产商在包装码垛环节的有力武器。2、三菱机器人码垛码垛码垛，就是把货物按照一定的摆放顺序与层次整齐地堆叠好。码垛机是将已装入容器的纸箱，按一定排列码放在托盘、栈板（木质、塑胶）上，进行自动堆码，可堆码多层，然后推出，便于叉车运至仓库储存。

码垛机桥式码垛机桥式码垛机占用空间大，码垛速度慢，垛型不规整。机械式码垛机（高位码垛机）机械式码垛机占用空间大，通用性差，机构复杂，耗电量高。优点是价格相对机器人码垛价格比较低。6.1码垛机器人的分类及特点码垛机器人具有作业高效、码垛稳定等优点，解放工人繁重体力劳动，已在所各个行业的包装物流线中发挥强大作用。其主要优点有：处位置————占地面积少，动作范围大，减少厂源浪费。【课能耗低，降低运行成本。堂认知】提高生产效率，解放繁重体力劳动，实现“无人”或“少人”码垛。改善工人劳作条件，摆脱有毒、有害环境。柔性高、适应性强，可实现不同物料码垛。定位准确，稳定性高。6.1码垛机器人的分类及特点码垛机器人与搬运机器人在本体结构上没有过多区别，通常可认为码垛机器人本体较搬运机器人大，在实际生产当中码垛机器人多为四轴且多数带有辅助连杆，连杆主要起到增加力矩和平衡的作用，码垛机器人多不能进行横向或纵向移动，安装在物物流线末末端，常常见的码码垛机器器人结构构多为关节式码码垛机器器人、、摆臂式式码垛机机器人和和龙门式式码垛机机器人。。关节式码码垛机器器人龙门式码码垛机器器人码垛机器器人分类类摆臂式码码垛机器器人6.2码垛机器器人的系系统组成成通常码垛垛机器人人主要有有操作机、、控制系系统、码码垛系统统（气体体发生装装置、液液压发生装置））和安全全保护装装置组成成。36125471—机器人控控制柜；；2—示教器；；3—气体发生生装置；；4—真空发生生装置；；5—操作机；；6—夹板式手手爪；7—底座码垛机器器人系统统组成关节式码码垛机器器人常见见本体多多为4轴，亦有有5、6轴码垛机机器人，，但在实实际包装码垛物物流线中中5、6轴码垛垛机器器人相相对较较少。。码码垛主主要在在物流流线末末端进进行工工作，，4轴码垛垛机器器人足足以满满足日日常码码垛。。KUKAKR700PAFANUCM-410iBABBIRB660YASKAWAMPL80四巨头头码垛垛机器器人本本体机器人码垛生产线自动包包装生生产线线及机机器人人码垛垛生产产线组组成开始系统供供电供供气分料器器粗加料料细加料料额定值值自动供供袋取取袋夹夹袋夹带机机松开开输送单单元折边单单元封口单单元倒包压压包单单元金属检检测机机重量复复检机机喷码打打印机机机器人人自动动码垛垛机不合格格不合格格剔除1.自动定量包装机2.自动供袋取袋套袋装置3.主输送单元4.自动封口单元5.喷墨打印（打码）单元6.倒包、压包输送单元7.高低输送单元8.金属检测机9.重量复检机10.自动剔除机11.机器人码垛12.电气控制单元高位码码垛机器人人码垛垛机器人码垛生产线机器人人码垛垛生产产线整整体示示意图图机器人码垛生产线机器人人码垛垛示意意图作为码码垛机机器人人的重重要组组成部部分之之一，，码垛垛机械械手（（也称称手爪爪或抓抓手））的工工作性性能，，包括括高可可靠性性、结结构简简单新新颖、、质量量小等等参数数对码码垛机机器人人的整整体工工作性性能具具有非非常重重要的的意义义。可可根据据不同同的产产品，，设计计不同同类型型的机机械手手爪，，使得得码垛垛机器器人具具有效效率高高、质质量好好、适适用范范围广广、成成本低低等优优势，，并能能很好好地完完成码码垛工工作。。机械手手爪(末端端执行行器)常见码码垛机机器人人的末末端执执行器器有吸附式式、夹板式式、抓抓取式式、组组合式式。吸附式式在码垛垛中吸吸附式式末端端执行行器主主要为为气气吸附附，主要适适用于于可吸吸取的的码放放物；广泛泛应用用于医医药、、食品品、烟烟酒等等行业业。机械手手爪：：真空吸吸附式式机械械手爪爪说明：：该类手手爪主主要用用于适适合吸吸盘吸吸取的的码放放物，，如覆覆膜包包装盒盒，装啤酒酒箱，，塑料料箱，，纸箱箱等。20夹板式式夹板式式手爪爪是码码垛过过程中中最常常用的的一类类手爪爪，常常见的的有单板式式和双板式式，主要要用于于整箱箱或规规则盒盒码垛垛，夹夹板式式手爪爪加持持力度度较吸吸附式式手爪爪大，，并且且两侧侧板光光滑不不会损损伤码码垛产产品外外观质质量，，单板板式与与双板板式的的侧板板一般般都会会有可可旋旋转爪爪钩。。爪钩b)双板式a)单板式夹板式式手爪爪机械手手爪：：夹板式式机械械手爪爪单板型型机械械手爪爪双板型型机械械手爪爪说明：：该类手手爪主主要用用于整整箱或或规则则盒装装包装装物品品的码码放，，可用用于各各种行行业。。可以以一次次码一一箱（（盒））或多多箱（（盒））。23抓取式抓取式手爪爪是一种可可灵活适应应不同形状状和内含物物的包装袋袋。抓取式手爪说明：该类机械手手手爪主要要用于袋装物的码放，如如面粉，饲饲料，水泥泥，化肥等等等。机械手爪：：抓取式机械械手爪25组合式组合式是是通过组合合获得各单单组手爪优优势的一种种手爪，灵灵活性较大大，各单组组手爪之间间既可单独独使用又可可配合使用用，可同时时满足多个个工位的码码垛。吸盘爪钩组合式手爪爪机械手爪：：组合式机械械手爪吸盘抓钩真空吸取式式+抓取式式组合机械械手爪说明：组合式手爪爪是前三种种手爪的灵灵活组合，同时满足多多个工位码码放。27搬运码垛机机器人主要要包括机器人和码垛系统组成。机器器人由搬运运机器人本本体及完成成码垛排列列控制的控控制柜组成成。码垛系系统中末端端执行器主主要有吸附附式、夹板板式、抓取取式和组合合式等形式式。6.3码码垛垛机机器器人人的的作作业业示示教教码垛垛机机器器人人是在在物物流流生生产产线线末末端端取取代代人人工工或或码码垛垛机机完完成成工工件件的的自自动动码码垛垛功功能能。。主主要要适适应应对对象象为为大大批批量量、、重重复复性性强强或或是是工工作作环环境境具具有有高高温温、、粉粉尘尘等等条条件件恶恶劣劣情情况况。。具具有有定定位位精精确确、、码码垛垛质质量量稳稳定定、、工工作作节节拍拍可可调调、、运运行行平平稳稳可可靠靠、、维维修修方方便便等等特特点点。。IRB460系系列列工业业机机器器人人四四巨巨头头KUKA的的KR300PA,KR470PA,KR700PA系系列列PANUC的的M,R系系列列YASKAWA的的MPL系系列列TCP确定定：：对码码垛垛机机器器人人而而言言，，以以末末端端执执行行器器不不同同而而设设置置在在不不同同位位置置，，就就吸吸附附式式而而言言其其TCP一一般般设设在在法法兰兰中中心心线线与与吸吸盘盘所所在在平平面面交交点点的的连连线线上上并并延延伸伸一一段段距距离离，，距距离离的的长长短短依依据据吸吸附附物物料料高高度度确确定定；；夹夹板板式式和和抓抓取取式式的的TCP一一般般设设在在法法兰兰中中心心线线与与手手爪爪前前端端面面交交点点处处；；而而组组合合式式TCP设设定定点点需需依依据据起起主主要要作作用用的的单单组组手手爪爪确确定定。。物料工具中心在法法兰中心高度线与吸盘平面面的交点的连线上并延延伸距离TCP等同于物料高高度处吸盘式TCP生产再现吸盘式TCP点及生产再现现工具中心在法法兰中心线与手爪爪前端面的交点处TCP抓取式TCP生产再现抓取式TCP点及生产再现现以袋料码垛为为例，选择关关节式（4轴），末端执执行器为抓取式，采用在线示示教方式为为机器人输入入码垛作业程程序，以A垛Ⅰ码垛垛为例展开。。C程序点8程序点1程序点7A程序点5ⅣⅢⅤⅡ程序点6Ⅰ程序点2程序点4程序点3BⅩⅧⅥⅧⅦ码垛机器人运运动轨迹图例例6.3码垛机器人的的作业示教程序点说明所处位置程序点说明抓手动作程序点说明抓手动作————【课程序点1机器人原点程序点5码垛中间点抓取堂认知】程序点2码垛临近点程序点6码垛作业点放置程序点3码垛作业点抓取程序点7码垛规避点程序点4码垛中间点抓取程序点8机器人原点6.3码垛机器人的的作业示教所处位登陆程序点8示教前的准备备设定码垛条件件置————【登陆程序点7新建一个程序序运行确认（跟跟踪）课堂认知】登录程序点1登陆程序点6再现码垛登录程序点2登录程序点5登录程序点3登录程序点4码垛机器人作作业示教流程程6.3码垛机器人的的作业示教（1）示教前的准准备所处1）确认自己己和机器人之之间保持安全全距离。2）机器人人原点确认。。位置————（2）新建作业程程序点按示教器的的相关菜单或或按钮，新建建一个作业程程序，如“Spot_sheet”。【课堂认知】（3）程序点点的登录在示教模式下下，手动操作作移动关节式式码垛机器人人轨迹设定程程序点1至至程序点8（程序序点1和和程序点8设置在同同一点可提高高作业效率）），此外程序序点1至至程序点8需处与工工件、夹具互互不干涉位置置。6.3码垛机器人的的作业示教码垛作业示教教所处程序点点示教方方法位置按第3章手动动操作作机器器人要要领移移动机机器人人到码码垛原原点。。—————程序点点1插补方方式选选择““PTP””。（机机器器人人原原点点））确认认并并保保存存程程序序点点1为码码垛垛机机器器人人原原点点。。【手动动操操作作码码垛垛机机器器人人到到码码垛垛作作业业临临近近点点，，并并调调整整抓抓手手姿姿态态。。程序序点点2课插补补方方式式选选择择““PTP””。（码垛临临近点））堂确认并保存程程序点2为码垛机器人人作业临近点点。认知手动操作码垛垛机器人移动动到码垛起始始点且保持抓抓手位姿不变变。】插补方式选择择“直线插补”。程序点3再次确认程序序点，保证其其为作业起始始点。（码垛作业点点）若有需要可直直接输入码垛垛作业命令。。手动操作码垛垛机器人到码码垛中间点，，并适度调整整抓手姿态。。插补方式选择择“直线插补”。。程序点4确认并保存程程序点4为码垛机器人人作业中间点点。（码垛中间点点）手动操作码垛垛机器人到码码垛中间点，，并适度调整整抓手姿态。。插补方式选择择“PTP”。程序点5确认并保存程程序点5为码垛机器人人作业中间点点。（码垛中间点点）所码垛作业示教教处位置程序点示教方法————手动操作码垛垛机器人移动动到码垛终止止点且调整抓抓手位姿以适适合安放工工件。插补方式选择择“直线插补””。程序点6再次确认程序序点，保证其其为作业终止止点。（码垛作业点点）【若有需要可直直接输入码垛垛作业命令。。课堂手动操作码垛垛机器人到码码垛作业规避避点。认程序点7插补方式选择择“直线插补””。知(码垛规避点)确认并保存程程序点7为码垛机器人人作业规避点点。】手动操作码垛垛机器人到机机器人原点。。程序点8插补方式选择择“PTP”。(机器人原点)确认并保存程程序点8为码垛机器人人原点。（4）设设定作业条件件设定码垛参数数码垛参数数设定主要为为TCP设设定、物料料重心设定、、托盘坐标系系设定、末端端执行器姿态态设定、物料料重量设定、、码垛层数设设定、计时指指令设定等。。（5）检查试运行行确认码垛机器器人周围安全全，作进行跟跟踪测试作业业程序跟踪测测试：1）打开要测测试的程序文文件。2）移动光光标到程序序开头位置置。3）按住示示教器上的的有关【跟踪功能键键】，实现码垛垛机器人单单步或连续续运转。（6）再现码垛垛1）打开要再再现的作业业程序，并并将光标移移动到程序序的开始位位置，将示示教器上的的【模式开关】设定到“再再现/自动”状态态。2）按示教器器上【伺服ON按钮】，接通伺服服电源。3）按【启动按钮】，码垛机器器人开始运运行。码垛机器人人编程时运运动轨迹上上的关键点坐标标位置可通过示教教或坐标赋赋值方式进进行设定定，在实际际生产当中中若托盘相相对较大，，采用示教教方式找寻寻关键点；；若产品尺尺寸同托盘盘码垛尺寸寸合理，采采用坐标赋赋值方式获获取关键点点。采用用赋赋值值法法获获取取关键键点点，图图中中红红点点为为产产品品的的几几何何中中心心点点，，即即所所需需找找到到托托盘盘上上表表面面这这些些几几何何点点垂垂直直投投影影点点所所在在位位置置。。ⅣⅢⅤⅡⅠZYX25003000码垛产品实际际移移动动码码垛垛机机器器人人寻寻找找关关键键点点时时，，需需用用到到校校准准针针。。校准准针针校准准针针第一层层码垛垛示教教完毕毕，第第二层层只需需在第第一层层基础础上Z方向加加上相应产产品高高度即可，，示教教方式式如同同第一一层，，第三三层可可调用用第一一层程程序并并在第第二层层基础础上加加上产产品高高度，，以此此类推推。码垛控控制指指令相关程程序知知识继续程程序编编写码垛控控制指指令的的应用用知识链链接6.4码码垛垛机器器人的的周边边设备备与与工位位布局局6.4.1周周边设设备常见的的码垛垛机器器人辅辅助装装置有有金金属检检测机机、重重量复复检机机、自自动剔剔除机机、倒倒袋机机、整整形机机、待待码输输送机机、传传送带带、码码垛系系统装装置等等。。金属检检测机机。金金属检检测机机防防止在在生产产制造造过程程中混混入金金属等等异物物，需需要金金属检检测机机进行行重量复复检机机在自动动化码码垛流流水作作业中中起到到重要要作用用，可可以检检测出出前工工序是是否否漏装装、装装多，，以及及对合合格品品、欠欠重品品、超超重品品进行行统计计，进进而到到达产产品质质量控控制。。金属检检测机机重量复复检机机所处自动剔剔除机机自动剔剔除机机是安安装在在金属属检测测机和和重量量复检检机之之后，，主要要用于于剔除除含金金属异异物及及重量量不合合格等等产品品。位置—————【课堂认知】自动剔剔除机机倒袋机机倒袋机机是将将输送送过来来的袋袋装码码垛物物按照照预定定程序序进行行输送送。倒倒袋、、转位位等操操作，，以按按流程程进入入后续续工序序。。所整形机机主主要针针对袋袋装码码垛物物，经经整形形机整整形后后袋装装码垛垛物内内可能能存在在的积积聚聚物会会均匀匀分散散，之之后进进入后后续工工序。。处位置—————【课堂认知】整形机待码输送送机待码输送送机是码码垛机器器人生产产线的专专用输送送设备，，码垛货货物聚集集于此，，便于码码垛机器器人末端端执行器器抓取，，可提高高码垛机机器人灵灵活性。。待码输送送机生产线对对接：待码输送送机待码输送机待码输送送机，与机械手手爪配套套，方便便抓取。。56所传送带传送带是是自动化化码垛生生产线上上必不可可少的一一个环节节，其针针对不同同的厂源源条件可可选择不不同的形形式。处位置—————【课堂认知】组合式传传送带转弯式传传送带工位布局局码垛机器器人工作作站布局局是以提提高生产产、节约约场地、、实现最最佳物流流码垛为为目的，，实际生生产中，，常见的的码垛工工作站布布局主要要有全面式码码垛和集集中式码码垛两种。全面式码码垛码垛机器器人安装装在生产产线末端端，可针针对一条或两两条生产产线，具有较较小的的输送线线成本与与占地面面积，较较大灵活活性和增增加生产产量等优优点。全面式码码垛集中式码码垛码垛机器器人被集集中安装装在某一一区域，，可将所所有生产产线集中中在一起起，具具有较高高的输送送线成本本，节省省生产区区域资源源，节约约人员维维护，一一人便可可全部操操纵。。集中式码码垛按码垛进进出情况况常见规规划有一进一出出、一进进两出、、两进两两出和四进四出出等形式。。一进一出出一进进一出常常出现在在厂源相相对较小小、码垛垛线生产产比较繁繁忙的情情况，此此类型码垛速度度较快，，托盘分分布在机机器人左左侧或右右侧，缺缺点是需需人工换换托盘，，浪费时时间。一进一出出一进两出出在在一进进一出的的基础上上添加输输出托盘盘，一侧侧满盘信信号输入入，机器器人不会会停止等等待直接接码垛另另一侧，，码垛效效率明显显提高。。一进两出出两进两出出两进两出出是两条条输送链链输入，，两条码码垛输出出，多数数两进两两出系统统不会需需要人人工干预预，码垛垛机器人人自动定定位摆放放托盘，，是目前前应用最最多的一一种码垛垛形式，，也是是性价比比最高的的一种规规划形式式。两进两出出四进四出出四进四出出系统多多配有自自动更换换托盘功功能，主主要应对对于多条条生产线线的中等等产量或或低等产产量的码码垛。。四进四出出码垛机器器人技术术新发展展所操作机瑞典ABB公司推出出全球最最快码垛垛机器人人IRB-460，操作节节拍可到到达每小小时2190次次，运行行速度比比常规机机器人提提升15%，，作业业覆盖范范围达到到2.4米米，占地地面积比比一般码码垛机器器人节省省20%。。德国KUKA公公司堆垛垛机器人人KR180-2PAArctic，，可在-30°条条件下以以180kg全负负荷进行行工作，，且无防防护罩和和额外加加热装置置，创造造了码垛垛在寒寒冷条件件下的极极限。处位置—————【扩展与提高】ABBIRB-460KR180-2PAARCTIC码垛机器人人技术新发发展控制器ABB公司新出品品的IRC5控制器，不仅继承承了前几代代控制器在在运动控制制、柔性性、通用性性、安全性性、可靠性性的优势，，且在模块块化、用户户界面、多多机器人控控制等方面面取得全新新性突破。。KUKA公司司出品的KRC4控制器器具有高效效、安全、、灵活和智智能化等优优点，将安安全控制、、机器人控控制、运动动控制、逻逻辑控制及及工艺控制制集中在在一个开放放高效数据据标准构架架中，具有有高性能、、可升级和和灵活性等等特点。所处位置———————【扩展与提高】ABBIRC5KUKAKRC4本章章小小结结所码垛垛机机器器人人四四轴轴占占据据多多数数，，通通过过这这些些可可进进行行编编写写控控制制的的处位轴将将码码垛垛末末端端执执行行器器准准确确移移动动到到预预定定空空间间位位置置，，实实现现物物件件的的置————抓取和放置动动作，按结构构形式分，码码垛机器人可可分为龙门式式、摆臂式和关节节式等。【本码垛机机器人人作业业编程程简单单，运运动轨轨迹、、作业业条件件、作作业章小顺序依依旧为为重点点。特特别注注意，，码垛垛之前前要输输入相相应物物料指指标结】参数（如重重量），避避免码垛机机器人频繁繁重量报警警。码垛机机器人控制点（（TCP）可依据实实际条件进进行设置，，吸附式手手爪的TCP多设在法兰兰中心线与与吸盘所在在平面交点点的连线上上并延伸一段距离离，距离离的长短短依据吸吸附物料料高度确确定；夹夹板式和和抓取式手爪爪的TCP一般设在在法兰中中心线与与手爪前前端面交交点处，，以保证示示教时TCP点始终在在托盘的的上表面面，利于于码垛程程序的编制。思考练习习1、填空所处（1）从结构构形式上上看，码码垛机器器人可分分为__________、__________和关节位置式码垛机机器人。。—————（2）码垛机机器人常常见的末末端执行行器分________、_______、______和__________。【（3）码垛机机器人工工作站按按进出物物料方式式可分为为_________、_________、思考__________和四进四四出等形形式。练习2、选择】（1）在实际际生产当当中常见见的码垛垛机器人人工作站站工位布布局是（（）。。①全面