很多產(chǎn)品裝入紙箱后從傳送帶上被抓起來(lái)按一些規(guī)則碼放到托盤(pán)上，所要搬運(yùn)碼垛的紙箱尺寸和重量隨產(chǎn)品不同而變化妒牙，最快每1~2秒就要搬運(yùn)一個(gè)紙箱孽亲。而托盤(pán)尺寸從歐洲標(biāo)準(zhǔn)尺寸到1.6*1.6m的幾種。如何采用機(jī)器人對(duì)這些紙箱快速顷牌，整齊剪芍，有序地碼垛是實(shí)現(xiàn)高效工廠自動(dòng)化的關(guān)鍵之一。沈陽(yáng)萊茵機(jī)電17年來(lái)從代理德國(guó)機(jī)器人產(chǎn)品到建立中德合資企業(yè)在國(guó)內(nèi)組裝多種型號(hào)的直角坐標(biāo)機(jī)器人窟蓝。并借鑒德國(guó)BergerLahr和Roboworker公司的很多成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)罪裹，開(kāi)發(fā)了多種紙箱，塑料箱迄咸，塑料桶等的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人茶踪。這些搬運(yùn)碼垛和拆垛機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)、精益生產(chǎn)流程屿钥、設(shè)備的選型和生產(chǎn)節(jié)拍平衡上等教叽，充分考慮了技術(shù)上的先進(jìn)性、生產(chǎn)上的實(shí)用性坎市、在使用中的長(zhǎng)期可靠性嘶忘，同時(shí)在經(jīng)濟(jì)性方面具有良好的性?xún)r(jià)比。本文以國(guó)內(nèi)一著名生產(chǎn)食品企業(yè)的實(shí)際工況要求為例盹馅，介紹直角坐標(biāo)機(jī)器人在紙箱搬運(yùn)躁银、碼垛中的應(yīng)用。

一毒奇、基本要求

1蔑辽、適用產(chǎn)品（紙箱外形尺寸）

產(chǎn)品 長(zhǎng)寬高

A34.5CM 19.2CM 9.5CM

B33CM 23.7CM 9.5CM

C37.5CM 23CM11.5CM

D37CM 24.5CM 10CM

E36.5CM 22.5CM 10CM

F30.5CM 18.7CM 13CM

2、節(jié)拍分析

搬運(yùn)碼垛的平均速度達(dá)到2.2秒/箱四洗。

3松招、基本信息及要求

1） 單箱重量≤5KG，一次搬運(yùn)五箱每庆，一次總搬運(yùn)重量≤25KG筐带。

2） 托盤(pán)尺寸1100*1100，碼垛完了托盤(pán)上紙箱最高處到地面≤1900mm缤灵。

3） 傳送帶高度為700mm, 上面最矮紙箱正上面到地面高度為795mm伦籍。

4） 碼放方式的要求是在托盤(pán)尺寸內(nèi)每層盡可能多的擺放紙箱，托盤(pán)四周的紙箱僅可能平穩(wěn)腮出，要保證運(yùn)輸過(guò)程中平穩(wěn)不倒帖鸦。而碼好的托盤(pán)每?jī)蓪蛹埾溟g要向砌磚墻那樣，盡可能相互壓住和咬和。這樣才能保證碼滿紙箱的托盤(pán)（最高1.9米）在運(yùn)輸過(guò)程中平穩(wěn)作儿。

二洛二、技術(shù)方案

1、總體說(shuō)明

根據(jù)設(shè)計(jì)原則及產(chǎn)品生產(chǎn)概況攻锰，確定本機(jī)器人的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

1）整套機(jī)器人系統(tǒng)采用龍門(mén)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)晾嘶，其中X、Y娶吞、Z三軸為直線運(yùn)動(dòng)單元垒迂，A軸為吸盤(pán)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，還包括吸盤(pán)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）肖糖。

2）為確保機(jī)械強(qiáng)度要求笨拯，Y、Z采用雙直線單元睹蜈，X軸采用雙滑塊直線單元讶粹。直線單元由高強(qiáng)度同步帶傳動(dòng)，采用高精度伺服電機(jī)及減速機(jī)驅(qū)動(dòng)您奶，通過(guò)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)辐轧，單軸的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，以及在1450*1200*1900空間范圍內(nèi)的聯(lián)動(dòng)晋鼓，運(yùn)動(dòng)精度0.1mm。Z軸負(fù)載總重25kg松苹。

3）吸盤(pán)旋轉(zhuǎn)軸可根據(jù)實(shí)際擺放要求摘链，實(shí)現(xiàn)吸盤(pán)系統(tǒng)的-90~+90度旋轉(zhuǎn)、定位丘多。

4）吸盤(pán)系統(tǒng)由5個(gè)吸盤(pán)組構(gòu)成岗努，每組有4個(gè)吸盤(pán)，吸取1個(gè)紙箱谢鹊。每組吸盤(pán)均可通過(guò)電磁閥進(jìn)行分控算吩，可單獨(dú)吸取或釋放紙箱。（布局圖如圖2）

考慮到紙箱的透氣性佃扼，真空度一般在-40kPa~-50kPa之間偎巢，根據(jù)參數(shù)單個(gè)吸盤(pán)垂直的吸力為56.6N，4個(gè)吸盤(pán)的吸力226.4N,考慮運(yùn)輸過(guò)程中一定的加速度和安全系數(shù)兼耀，每1組吸盤(pán)完全可以吸住單個(gè)重量≤5KG的紙箱压昼，并高速運(yùn)動(dòng)。吸取和釋放的時(shí)間小于200ms（ 吸盤(pán)的詳細(xì)選型可以與沈陽(yáng)萊茵機(jī)電陳紹博13940002980聯(lián)系）瘤运。

5）設(shè)計(jì)帶抓取工作區(qū)窍霞，通過(guò)傳感器計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá)到待抓取數(shù)量時(shí)，擋板將傳送帶紙箱擋住但金，再由氣缸將紙箱推頂緊韭山。如圖3所示：

6）直線運(yùn)動(dòng)單元都配有限位和零位開(kāi)關(guān)，保證運(yùn)動(dòng)安全和準(zhǔn)確冷溃。

7）增加多個(gè)傳感器信號(hào)遣惊，檢測(cè)生產(chǎn)線及機(jī)器人的動(dòng)作狀況，并及時(shí)反饋給控制系統(tǒng)待鲤。

8）設(shè)置安全隔離網(wǎng)（或光電對(duì)射傳感器）渠盅，保證在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)人員的安。

9）在整個(gè)生產(chǎn)線設(shè)有總控制工作站狞饮，用于輸入生產(chǎn)數(shù)及記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)和檢測(cè)數(shù)據(jù)等供辰。

2、工藝流程

適應(yīng)不同尺寸的箱子佣各，初步設(shè)計(jì)了5種不同的碼垛樣式梢苍，現(xiàn)在舉其中一例介紹工藝流程。

（1）機(jī)器人在初始位置等待抓取信號(hào)

初始位置設(shè)定：傳送帶或工作臺(tái)上待抓取5個(gè)紙箱的中心位置可以設(shè)為機(jī)器人的初始位指胡，大約在1100*600*900mm處诲有。

工作過(guò)程描述：

1）包裝箱通過(guò)傳送帶輸送到指定位置，氣缸頂緊橘忿，通過(guò)傳感器給出控制系統(tǒng)到位信號(hào)药封。

2）控制系統(tǒng)得到機(jī)器人系統(tǒng)的零位信號(hào)后，發(fā)出抓取信號(hào)侯选。

（2）紙箱的抓确托弧（吸取）

在初始位置诗茎，Z軸下降50-100mm工坊，接觸到紙箱后，電磁閥接通抽真空敢订，真空度檢測(cè)信號(hào)反饋給系統(tǒng)王污，確保吸住紙箱，總用時(shí)400ms楚午。

（3）紙箱的碼垛過(guò)程（多次釋放過(guò)程）

第一次釋放：紙箱被吸住后昭齐， X、Y醒叁、Z軸可聯(lián)動(dòng)運(yùn)行到指定位置司浪，隨后Z軸下降100mm，電磁閥斷開(kāi)把沼，根據(jù)要求釋放某幾個(gè)吸盤(pán)啊易。

第二次釋放：由于不同碼垛規(guī)格吁伺，5個(gè)紙箱不一定一次都放下，所以再第一次釋放后還需提升Z軸堤酿，X谷培、Y軸以及A軸聯(lián)動(dòng)到指定位置，再釋放吸盤(pán)镇评。

根據(jù)實(shí)際情況藤侦，最多可能需要3次釋放吸盤(pán)才能完成一次碼垛。

（4）機(jī)器人系統(tǒng)空載返回初始位置

機(jī)器人放下紙箱后牺鱼，X樊何、Y、Z快速聯(lián)動(dòng)返回至初始位置跪晕，通過(guò)傳感器反饋給控制系統(tǒng)到位信號(hào)秀彤。

三、碼垛順序和時(shí)間節(jié)拍分析

1啄崖、碼垛順序分析

由于紙箱的外形尺寸不同笙吠，萊茵公司設(shè)計(jì)了5種碼垛規(guī)格，現(xiàn)以其中一例詳細(xì)介紹碼垛的順序及過(guò)程垄暗。

1）吸盤(pán)每次抓取5個(gè)紙箱轴座，圖中數(shù)字代表第幾次抓取。

2）按次序碼垛简烘，從第一層至第三層（位置可根據(jù)實(shí)際優(yōu)化）

3）受托盤(pán)尺寸和紙箱尺寸的限制苔严，有時(shí)一次抓取的5個(gè)紙箱要分兩到三次在不同的位置擺放。

4）如此類(lèi)推一層層碼放到總高度達(dá)到要求為止夸研。

2邦蜜、時(shí)間節(jié)拍分析

根據(jù)之前的分析，紙箱碼垛越高所用時(shí)間越多亥至，那么我們把5個(gè)紙箱搬運(yùn)到托盤(pán)上紙箱的最高層最遠(yuǎn)處位置，并完成3次釋放贱迟，只要到達(dá)這個(gè)位置11秒內(nèi)順利完成姐扮，那么就能滿足其它所有位置的搬運(yùn)。下面是完成一次搬運(yùn)的完整運(yùn)動(dòng)順序：

1）機(jī)器人在初始位置衣吠，Z軸下降50mm茶敏，接觸到紙箱，用時(shí)200ms

2）等待真空度檢測(cè)信號(hào)缚俏，確保吸盤(pán)吸牢紙箱惊搏，用時(shí)200ms

3）在工作臺(tái)上方，Z軸從800mm需要先提升至最高點(diǎn)忧换。Z軸上升1050mm减点，最高速度F = 620mm/s饥猴，加速度=2.06m/s2，平均速度F = 530mm/s街粟， 用時(shí)2000ms

4）X軸屉胳，Y軸和Z軸聯(lián)動(dòng)，同時(shí)運(yùn)動(dòng)到最遠(yuǎn)處稍圾。 其中X軸運(yùn)動(dòng)1400mm履剔，Y軸運(yùn)動(dòng)少于800mm，Z軸升高100mm钠彬。由于X軸運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn)轨来，速度高，這里僅分析X軸的運(yùn)動(dòng)就可以汹改。X軸運(yùn)動(dòng)1400mm基霞，最高速度F = 820mm/s，加速度=2.75m/s2憨琅，用時(shí)2000ms

5）吸盤(pán)釋放紙箱漆勉，到此完成第一次放置紙箱， 用時(shí)200ms

6）Z軸上升100mm叙谨，最高速度F = 670mm/s温鸽，加速度=4.44m/s2， 用時(shí)300ms

7）X軸手负、Y軸和A軸聯(lián)動(dòng)涤垫，運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)位置，同時(shí)吸盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)90度竟终。 其中X軸和Y軸運(yùn)動(dòng)400mm（例子）蝠猬，運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn)，平均速度F = 500mm/s统捶，用時(shí)800ms

8）Z軸下降100mm榆芦，最高速度F = 670mm/s，加速度=4.44m/s2喘鸟，用時(shí)300ms

9）吸盤(pán)釋放紙箱匆绣，到此完成第二次放置紙箱，用時(shí)200ms

10）Z軸再上升100mm什黑，最高速度F = 670mm/s崎淳，加速度=4.44m/s2，用時(shí)300ms

11）X軸和Y軸聯(lián)動(dòng)伺罗，運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)位置寨衣。其中X軸和軸運(yùn)動(dòng)400mm（例子），平均速度F = 500mm/s奇巍，用時(shí)800ms

12）Z軸下降100mm遇托，最高速度F = 620mm/s债烹，加速度=4.44m/s2，用時(shí)300ms

13）吸盤(pán)釋放紙箱熏虱，到此完成第三次放置紙箱榄缸，用時(shí)200ms

14）X軸和Y軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)回到抓取紙箱處。其中X軸運(yùn)動(dòng)大約800mm浓盐，運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn)涌疲，速度高，這類(lèi)僅分析X軸的運(yùn)動(dòng)就可以倚胀。X軸運(yùn)動(dòng)800mm九昵，最高速度F = 1140mm/s，加速度=3.81m/s2可款，用時(shí)1000ms 由于已沒(méi)有負(fù)載了育韩，所有運(yùn)動(dòng)速度完全可以塊些。

15）Z軸下降1050mm闺鲸，返回初始位置筋讨。最高速度F = 620mm/s，加速度=2.06m/s2摸恍，用時(shí)2000ms

在極限情況下悉罕，碼垛5個(gè)紙箱，總體用時(shí)10.6s立镶，平均2.12s/箱壁袄，滿足要求。

3媚媒、實(shí)際優(yōu)化節(jié)拍：

1）第二次搬運(yùn)最高層的位置時(shí)嗜逻，由于運(yùn)動(dòng)距離近了，搬去和運(yùn)動(dòng)回來(lái)可以再節(jié)省1s

2）在工作臺(tái)一下區(qū)域缭召，可以實(shí)現(xiàn)3軸聯(lián)動(dòng)栈顷，可以節(jié)省Z軸上升或下降時(shí)間2-3s

3）碼垛5個(gè)紙箱，一般情況下嵌巷，只需2次釋放就可以全部放置完畢怔哮，這樣還可以節(jié)約1.3s

四、結(jié)論

經(jīng)過(guò)反復(fù)的抓取釋放及碼垛實(shí)驗(yàn)翼抡，本套機(jī)器人系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)平均1.94s/箱的搬運(yùn)碼垛速度。沈陽(yáng)萊茵機(jī)電十幾年來(lái)為一些用戶做了一些搬運(yùn)和碼垛機(jī)器人箭雪，從中積累了一些經(jīng)驗(yàn)响奋。從這些多年的搬運(yùn)和碼垛應(yīng)用中可以看出合資公司生產(chǎn)的機(jī)器人達(dá)到了德國(guó)原廠的質(zhì)量，不僅具有很好的性?xún)r(jià)比濒秸、易操控救眯、易維護(hù)览止、貨期短、而且可靠性高观昂、長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行校增。今天萊茵機(jī)電能幾乎能提供各種紙箱，塑料箱疾练，塑料桶等產(chǎn)品的搬運(yùn)茁只，碼垛等。按要求提供各種結(jié)構(gòu)形式缔莲，多種規(guī)格哥纫，不同托盤(pán)供給方式的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人，可以應(yīng)用包裝痴奏、各種生產(chǎn)過(guò)程中物流蛀骇、倉(cāng)儲(chǔ)、機(jī)床上下料等行業(yè)读拆。

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