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1、 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。 1、啤酒生产码垛 http:/ 码垛机码垛机 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。 码垛机码垛机 桥式码垛机
2、桥式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（高位码垛机）机械式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、
3、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 码垛机器人码垛机器人与搬运机器人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， 安装在物流线末端，常见的码垛机器人结构多为 关节式码垛机器人 、摆臂式码垛机器人和龙门式码垛机器人 。 关节式码垛机器人 龙门式码垛机器人 码垛机器人分类 摆臂式码垛机器人 6.2 码垛机器人的系统组成 通常码垛机器人主要有 操作机、控制系统、码垛系统（气体发生装置
4、、液压发 生装置）和安全保护装置组成 。3 6 1 2 5 4 7 1 机器人控制柜； 2 示教器； 3 气体发生装置； 4 真空发生装置； 5 操作机； 6 夹板式手爪； 7 底座 码垛机器人系统组成 关节式码垛机器人常见本体多为 4 轴，亦有 5 、 6 轴码垛机器人，但在实际包 装码垛物流线中 5 、 6 轴码垛机器人相对较少 。码垛主要在物流线末端进行工作，4 轴码垛机器人足以满足日常码垛。KUKA KR 700 PA FANUC M-410iB ABB IRB 660 YASKAWA MPL80 四巨头码垛机器人本体 机器人码垛生产线自动包装生产线及机器人码垛生产线组成自动包装生产线
5、及机器人码垛生产线组成开始系统供电供气分料器粗加料细加料额定值自动供袋取袋夹袋夹带机松开输送单元折边单元封口单元倒包压包单元金属检测机重量复检机喷码打印机机器人自动码垛机不合格不合格剔除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垛高位码垛机器人码垛机器人码垛机器人码垛生产线机器人码垛生产线整体示意图机器人码垛生产线整体示意图机器人码垛生产线机器人码垛示意图机器人码垛示意图 作为码垛机器人的重要组成部分之一，码垛机械手（也
6、称手爪或抓手）的工作性能，包括高可靠性、结构简单新颖、质量小等参数对码垛机器人的整体工作性能具有非常重要的意义。可根据不同的产品，设计不同类型的机械手爪，使得码垛机器人具有效率高、质量好、适用范围广、成本低等优势，并能很好地完成码垛工作。机械手爪机械手爪(末端执行器末端执行器)常见码垛机器人的末端执行器有 吸附式吸附式、夹板式、抓取式、组合式夹板式、抓取式、组合式 。 吸附式吸附式 在码垛中吸附式末端执行器主要为 气吸附 ，主要适用于可吸取的码放物主要适用于可吸取的码放物；广泛应用于医药、食品、烟酒等行业。 机械手爪：机械手爪：真空吸附式机械手爪说明：说明：该类手爪主要用于适合吸盘吸取的码放物
7、，如覆膜包装盒，装啤酒箱，塑料箱，纸箱等。20 夹板式夹板式 夹板式手爪是码垛过程中最常用的一类手爪，常见的有 单板式单板式 和 双双板式板式 ，主要用于整箱或规则盒码垛，夹板式手爪加持力度较吸附式手爪大，并且两侧板光滑不会损伤码垛产品外观质量，单板式与双板式的侧板一般都会有可 旋转爪钩。 爪钩 b) 双板式 a) 单板式 夹板式手爪 机械手爪：机械手爪：夹板式机械手爪单板型机械手爪 双板型机械手爪 说明：说明：该类手爪主要用于整箱或规则盒装包装物品的码放，可用于各种行业。可以一次码一箱（盒）或多箱（盒）。23 抓取式抓取式 抓取式手爪是一种可灵活适应不同形状和内含物的包装袋。 抓取式手爪 说
8、明：说明：该类机械手手爪主要用于袋装物袋装物的码放，如面粉，饲料，水泥，化肥等等。机械手爪：机械手爪：抓取式机械手爪25 组合式组合式 组合式 是通过组合获得各单组手爪优势的一种手爪，灵活性较大，各单组手爪之间既可单独使用又可配合使用，可同时满足多个工位的码垛。 吸盘 爪钩 组合式手爪 机械手爪：机械手爪：组合式机械手爪吸盘抓钩真空吸取式+抓取式组合机械手爪说明：说明：组合式手爪是前三种手爪的灵活组合，同时满足多个工位码放。27 搬运码垛机器人主要包括机器人和码垛系统组成。机器人由搬运机器人本体及完成码垛排列控制的控制柜组成。码垛系统中末端执行器主要有吸附式、夹板式、抓取式和组合式等形式。 6
9、.3 6.3 码垛机器人的作业示教码垛机器人的作业示教 码垛机器人码垛机器人是在物流生产线末端取代人工或码垛机完成工件的自动码垛功能。主要适应对象为大批量、重复性强或是工作环境具有高温、粉尘等条件恶劣情况。具有定位精确、码垛质量稳定、工作节拍可调、运行平稳可靠、维修方便等特点。 IRB460系列系列工业机器人四巨头工业机器人四巨头KUKA的KR300PA,KR470PA,KR700PA系列PANUC的M,R系列YASKAWA的MPL系列TCP 确定：确定： 对码垛机器人而言，以末端执行器不同而设置在不同位置，就吸附式而言其 TCP 一般设在法兰中心线与吸盘所在平面交点的连线上并延伸一段距离，距
10、离的长短依据吸附物料高度确定；夹板式和抓取式的 TCP 一般设在法兰中心线与手爪前端面交点处；而组合式 TCP 设定点需依据起主要作用的单组手爪确定。 物料 工具中心在法兰中心 高度 线与吸盘平面的交点 的连线上并延伸距离 TCP 等同于物料高度处 吸盘式 TCP 生产再现 吸盘式 TCP 点及生产再现 工具中心在法兰 中心线与手爪前 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 以袋料码垛为例，选择关节式（ 4 轴），末端执行器为抓取式，采用在线示教 方式为机器人输入码垛作业程序，以 A 垛码垛为例展开。 C 程序点 8 程序点 1 程序点 7 A 程序点 5
11、 程序点 6 程序点 2 程序点 4 程序点 3 B 码垛机器人运动轨迹图例码垛机器人运动轨迹图例 6.3 码垛机器人的作业示教 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 码垛机器人的作业示教 所 处 位 登陆程序点登陆程序点 8 示教前的准备 设定码垛条件 置 【 登陆程序点登陆程序点 7 新建一个程序 运行确认（
12、跟踪） 课 堂 认 知 】 登录程序点登录程序点 1 登陆程序点登陆程序点 6 再现码垛 登录程序点登录程序点 2 登录程序点登录程序点 5 登录程序点登录程序点 3 登录程序点登录程序点 4 码垛机器人作业示教流程 6.3 码垛机器人的作业示教 （ 1 ）示教前的准备）示教前的准备 所 处 1 ） 确认自己和机器人之间保持安全距离。 2 ）机器人原点确认。 位 置 （ 2 ）新建作业程序）新建作业程序 点按示教器的相关菜单或按钮，新建一个作业程序，如“ Spot_sheet” 。 【 课 堂 认 知 】 （ 3 ）程序点的登录 在示教模式下，手动操作移动关节式码垛机器人轨迹设定程序点 1 至
13、程序点 8 （程序点 1 和程序点 8 设置在同一点可提高作业效率），此外程序点 1 至程序点 8 需处与工件、夹具互不干涉位置。 6.3 码垛机器人的作业示教 码垛作业示教 所 处 程序点 示教方法 位 置 按第 3 章手动操作机器人要领移动机器人到码垛原点。 程序点 1 插补方式选择“ PTP” 。 （机器人原点） 确认并保存程序点 1 为码垛机器人原点。 【 手动操作码垛机器人到码垛作业临近点，并调整抓手姿态。 程序点 2 课 插补方式选择“ PTP” 。 （码垛临近点） 堂 确认并保存程序点 2 为码垛机器人作业临近点。 认 知 手动操作码垛机器人移动到码垛起始点且保持抓手位姿不变。
14、】 插补方式选择“直线插补直线插补”。 程序点 3 再次确认程序点，保证其为作业起始点。 （码垛作业点） 若有需要可直接输入码垛作业命令。 手动操作码垛机器人到码垛中间点，并适度调整抓手姿态。 插补方式选择“直线插补直线插补”。 程序点 4 确认并保存程序点 4 为码垛机器人作业中间点。 （码垛中间点） 手动操作码垛机器人到码垛中间点，并适度调整抓手姿态。 插补方式选择“ PTP” 。 程序点 5 确认并保存程序点 5 为码垛机器人作业中间点。 （码垛中间点） 所 码垛作业示教码垛作业示教 处 位 置 程序点 示教方法 手动操作码垛机器人移动到码垛终止点且调整抓手位姿以适合安 放工件。 插补方
15、式选择“直线插补”。 程序点 6 再次确认程序点，保证其为作业终止点。 （码垛作业点） 【 若有需要可直接输入码垛作业命令。 课 堂 手动操作码垛机器人到码垛作业规避点。 认 程序点 7 插补方式选择“直线插补”。 知 ( 码垛规避点 ) 确认并保存程序点 7 为码垛机器人作业规避点。 】 手动操作码垛机器人到机器人原点。 程序点 8 插补方式选择“ PTP” 。 ( 机器人原点 ) 确认并保存程序点 8 为码垛机器人原点。 （ 4 ）设定作业条件）设定作业条件 设定码垛参数 码垛参数设定主要为 TCP 设定、物料重心设定、托盘坐标系设定、末端执行器姿态设定、物料重量设定、码垛层数设定、计时指
16、令设定等。 （ 5 ）检查试运行 确认码垛机器人周围安全，作进行跟踪测试作业程序跟踪测试： 1 ） 打开要测试的程序文件。2 ） 移动光标到程序开头位置。3 ） 按住示教器上的有关【跟踪功能键】，实现码垛机器人单步或连续运转。（ 6 ）再现码垛 1 ）打开要再现的作业程序，并将光标移动到程序的开始位置，将示教器上的 【模式开关】设定到“再现 / 自动”状态。 2 ）按示教器上【伺服 ON 按钮】，接通伺服电源。 3 ）按【启动按钮】，码垛机器人开始运行。 码垛机器人编程时运动轨迹上的关键关键点坐标位置点坐标位置可通过示教或坐标赋值方式进 行设定，在实际生产当中若托盘相对较大，采用示教方式找寻关
17、键点；若产品尺寸同托盘码垛尺寸合理，采用坐标赋值方式获取关键点。 采用赋值法获取关键点关键点，图中红点为产品的几何中心点，即所需找到托盘上表面这些几何点垂直投影点所在位置。 Z Y X 250 0 300 0 码垛产品 实际移动码垛机器人寻找关键点时，需用到校准针。 校准针 校准针 第一层码垛示教完毕，第二层只需在第一层基础上 Z 方向加上相应产品高度相应产品高度即可，示教方式如同第一层，第三层可调用第一层程序并在第二层基础上加上产品高度，以此类推。 码垛控制指令码垛控制指令相关程序知识相关程序知识继续程序编写码垛控制指令的应用码垛控制指令的应用知识链接6.4 6.4 码垛机器人的周边设备码垛
18、机器人的周边设备与工位布局与工位布局 6.4.1 周边设备 常见的码垛机器人辅助装置有 金属检测机、重量复检机、自动剔除机、倒袋机、整形机、待码输送机、传送带、码垛系统装置 等 。 金属检测机金属检测机。 金属检测机 防止在生产制造过程中混入金属等异物，需要金属检测机进行 重量复检机重量复检机 在自动化码垛流水作业中起到重要作用，可以检测出前工序是 否漏装、装多，以及对合格品、欠重品、超重品进行统计，进而到达产品质量控制。 金属检测机 重量复检机 所 处 自动剔除机自动剔除机 自动剔除机是安装在金属检测机和重量复检机之后，主要用于剔除含金属异物及重量不合格等产品。 位 置 【 课 堂 认 知
19、】 自动剔除机 倒袋机倒袋机 倒袋机是将输送过来的袋装码垛物按照预定程序进行输送。倒袋、转位等操作，以按流程进入后续工序 。 所 整形机 主要针对袋装码垛物，经整形机整形后袋装码垛物内可能存在的积 聚物会均匀分散，之后进入后续工序。 处 位 置 【 课 堂 认 知 】 整形机 待码输送机 待码输送机是码垛机器人生产线的专用输送设备，码垛货物聚集于此，便于码垛机器人末端执行器抓取，可提高码垛机器人灵活性。 待码输送机 生产线对接：生产线对接：待码输送机待码输送机待码输送机，待码输送机，与机械手爪配套，方便抓取。56所 传送带传送带 传送带是自动化码垛生产线上必不可少的一个环节，其针对不同的厂源条
20、件可选择不同的形式。处 位 置 【 课 堂 认 知 】 组合式传送带 转弯式传送带转弯式传送带 6.4.2 工位布局 码垛机器人工作站布局是以提高生产、节约场地、实现最佳物流码垛为目的，实际生产中，常见的码垛工作站布局主要有 全面式码垛和集中式码垛全面式码垛和集中式码垛两种。 全面式码垛全面式码垛 码垛机器人安装在生产线末端，可针对一条或两条生产线一条或两条生产线，具有 较小的输送线成本与占地面积，较大灵活性和增加生产量等优点。 全面式码垛 集中式码垛集中式码垛 码垛机器人被集中安装在某一区域，可将所有生产线集中在一 起，具有较高的输送线成本，节省生产区域资源，节约人员维护，一人便可全部操纵
21、。 集中式码垛 按码垛进出情况常见规划有 一进一出、一进两出、两进两出和四进四出 等形式。 一进一出 一进一出常出现在厂源相对较小、码垛线生产比较繁忙的情况，此类型 码垛速度较快，托盘分布在机器人左侧或右侧，缺点是需人工换托盘，浪费时间。 一进一出 一进两出 在一进一出的基础上添加输出托盘，一侧满盘信号输入，机器人不会停止等待直接码垛另一侧，码垛效率明显提高 。 一进两出 两进两出两进两出 两进两出是两条输送链输入，两条码垛输出，多数两进两出系统不会需 要人工干预，码垛机器人自动定位摆放托盘，是目前应用最多的一种码垛形式，也 是性价比最高的一种规划形式 。 两进两出 四进四出 四进四出系统多配
22、有自动更换托盘功能，主要应对于多条生产线的中等产量或低等产量的码垛 。 四进四出 码垛机器人技术新发展码垛机器人技术新发展 所 操作机 瑞典 ABB 公司推出全球最快码垛机器人 IRB-460 ，操作节拍可到达每小 时 2190 次，运行速度比常规机器人提升 15% ，作业覆盖范围达到 2.4 米，占地面积比一般码垛机器人节省 20% 。德国 KUKA 公司堆垛机器人 KR 180-2 PA Arctic ，可在 -30 条件下以 180kg 全负荷进行工作，且无防护罩和额外加热装置，创造了码 垛在寒冷条件下的极限。 处 位 置 【 扩 展 与 提 高 】 ABB IRB-460 KR 180
23、-2PA ARCTIC 码垛机器人技术新发展 控制器控制器 ABB 公司新出品的 IRC5 控制器，不仅继承了前几代控制器在运动控制 、柔性、通用性、安全性、可靠性的优势，且在模块化、用户界面、多机器人控制等方面取得全新性突破。 KUKA 公司出品的 KRC4 控制器具有高效、安全、灵活和智能化等优点，将安全控制、机器人控制、运动控制、逻辑控制及工艺控制 集中在一个开放高效数据标准构架中，具有高性能、可升级和灵活性等特点。 所 处 位 置 【 扩 展 与 提 高 】 ABB IRC5 KUKA KRC4 本章小结 所 码垛机器人四轴占据多数，通过这些可进行编写控制的 处 位 轴将码垛末端执行器
24、准确移动到预定空间位置，实现物件的 置 抓取和放置动作，按结构形式分，码垛机器人可分为龙门式、 摆臂式和关节式等。 【 本 码垛机器人作业编程简单，运动轨迹、作业条件、作业 章 小 顺序依旧为重点。特别注意，码垛之前要输入相应物料指标 结 】 参数（如重量），避免码垛机器人频繁重量报警。码垛机器 人控制点（ TCP ）可依据实际条件进行设置，吸附式手爪的 TCP 多设在法兰中心线与吸盘所在平面交点的连线上并延伸 一段距离，距离的长短依据吸附物料高度确定；夹板式和抓 取式手爪的 TCP 一般设在法兰中心线与手爪前端面交点处， 以保证示教时 TCP 点始终在托盘的上表面，利于码垛程序的 编制。 思
25、考练习 1 、填空 所 处 （ 1 ）从结构形式上看，码垛机器人可分为 _ 、 _ 和关节 位 置 式码垛机器人。 （ 2 ）码垛机器人常见的末端执行器分 _ 、 _ 、 _ 和 _ 。 【 （ 3 ）码垛机器人工作站按进出物料方式可分为 _ 、 _ 、 思 考 _ 和四进四出等形式。 练 习 2 、选择 】 （ 1 ）在实际生产当中常见的码垛机器人工作站工位布局是（ ）。 全面式码垛 集中式码垛 一进一出式码垛 两进两出式码垛一进 两出式码垛 三进三出式码垛 A. B. C. D. （ 2 ）对医药品码垛工作站而言，码垛辅助设备主要有（ ）。 金属检测机 重量复检机 自动剔除机 倒袋机 整形
26、机 待码 输送机 传送带 码垛系统装置 安全保护装置 A. B. C. D. 返回 目录 思考练习 3 、判断 所 （ 1 ）根据车间场地面积，在有利于提高生产节拍的前提下，搬运机器人工作 处 位 站可采用 L 型、环状、“品”字、“一”字等布局。（ ） 置 （ 2 ）关节式码垛机器人本体与关节式搬运机器人没有任何区别，在任何情况 下都可以互换。（ ） （ 3 ）关于码垛机器人 TCP 点，吸附式多设在法兰中心线与吸盘所在平面交点 【 思 的连线上并延伸一段距离使这段距离等同于物料高度，而夹板式同抓取式多设在 考 练 法兰中心线与手爪前端面交点处。（ ） 习 四、综合应用 】 (1) 简述码垛
27、机器人与搬运机器人的异同点。 (2) 下图是某食品包装流水生产线，主要由产品生产供给线、小箱输送包装线 和大箱输送包装线等部分构成。依图画出 A 位置码垛运动轨迹示意图（按照 2-3 、 3-2 码垛）。 (3) 依图并结合 A 点位置示教过程完成下表（请在相应选项下打“ ”或选择序 号阴影部分为码垛机器人原点，产品外观尺寸为 1800mm 1200mm 30mm ，托盘尺寸为 3600mm 3000mm 20mm ）。 思考练习 码垛作业示教 搬运作业 插补方式 A 所 处 原点中间 位 作业 直线插 程序点 点规避点临 置 PTP 点 补 近点 程序点 1 【 程序点 2 思 考 程序点 3 练 习 程序点 4 题 4 图 】 产品生产供给线； 小箱输送包装线； 程序点 5 大箱输送包装线 程序点 6 程序点 8 程序点 8 程序点 9 程序点 10 程序点 11 程序点 12 程序点 13 演讲完毕，谢谢观看！
