摘要：本文以某食品企業(yè)的實際工況要求為例，介紹直角坐標(biāo)機(jī)器人在紙箱搬運(yùn)、碼垛中的應(yīng)用。 

關(guān)鍵字：直角坐標(biāo)機(jī)器人，碼垛

前言：很多產(chǎn)品裝入紙箱后從傳送帶上被抓起來按一些規(guī)則碼放到托盤上，所要搬運(yùn)碼垛的紙箱尺寸和重量隨產(chǎn)品不同而變化，最快每1~2秒就要搬運(yùn)一個紙箱。而托盤尺寸從歐洲標(biāo)準(zhǔn)尺寸到1.6*1.6m的幾種。如何采用機(jī)器人對這些紙箱快速，整齊，有序地碼垛是實現(xiàn)高效工廠自動化的關(guān)鍵之一。沈陽萊茵機(jī)電17年來從代理德國機(jī)器人產(chǎn)品到建立中德合資企業(yè)在國內(nèi)組裝多種型號的直角坐標(biāo)機(jī)器人。并借鑒德國BergerLahr和Roboworker公司的很多成功應(yīng)用經(jīng)驗，開發(fā)了多種紙箱，塑料箱，塑料桶等的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人。這些搬運(yùn)碼垛和拆垛機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計、精益生產(chǎn)流程、設(shè)備的選型和生產(chǎn)節(jié)拍平衡上等，充分考慮了技術(shù)上的先進(jìn)性、生產(chǎn)上的實用性、在使用中的長期可靠性，同時在經(jīng)濟(jì)性方面具有良好的性價比。本文以國內(nèi)一著名生產(chǎn)食品企業(yè)的實際工況要求為例，介紹直角坐標(biāo)機(jī)器人在紙箱搬運(yùn)、碼垛中的應(yīng)用。

一、基本要求 

1、適用產(chǎn)品（紙箱外形尺寸） 

產(chǎn)品                  長                寬                 高
A                        34.5CM      19.2CM          9.5CM

B                        33CM          23.7CM         9.5CM

C                        37.5CM       23CM            11.5CM

D                        37CM          24.5CM         10CM

E                        36.5CM       22.5CM          10CM

F                        30.5CM       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。

3、基本信息及要求

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

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

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

4）  碼放方式的要求是在托盤尺寸內(nèi)每層盡可能多的擺放紙箱，托盤四周的紙箱僅可能平穩(wěn)，要保證運(yùn)輸過程中平穩(wěn)不倒。而碼好的托盤每兩層紙箱間要向砌磚墻那樣，盡可能相互壓住和咬和。這樣才能保證碼滿紙箱的托盤（最高1.9米）在運(yùn)輸過程中平穩(wěn)。

二、技術(shù)方案

1、總體說明

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

1）  整套機(jī)器人系統(tǒng)采用龍門式結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中X、Y、Z三軸為直線運(yùn)動單元，A軸為吸盤旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，還包括吸盤系統(tǒng)和控制系統(tǒng)（見圖1）。

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

3）  吸盤旋轉(zhuǎn)軸可根據(jù)實際擺放要求，實現(xiàn)吸盤系統(tǒng)的-90~+90度旋轉(zhuǎn)、定位。

4）  吸盤系統(tǒng)由5個吸盤組構(gòu)成，每組有4個吸盤，吸取1個紙箱。每組吸盤均可通過電磁閥進(jìn)行分控，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，真空度一般在-40kPa~-50kPa之間，根據(jù)參數(shù)單個吸盤垂直的吸力為56.6N，4個吸盤的吸力226.4N,考慮運(yùn)輸過程中一定的加速度和安全系數(shù)，每1組吸盤完全可以吸住單個重量≤5KG的紙箱，并高速運(yùn)動。吸取和釋放的時間小于200ms（ 吸盤的詳細(xì)選型可以與沈陽萊茵機(jī)電陳紹博13940002980聯(lián)系）。

5）  設(shè)計帶抓取工作區(qū)，通過傳感器計數(shù)，當(dāng)達(dá)到待抓取數(shù)量時，擋板將傳送帶紙箱擋住，再由氣缸將紙箱推頂緊。如圖3所示：

6）  直線運(yùn)動單元都配有限位和零位開關(guān)，保證運(yùn)動安全和準(zhǔn)確。

7）  增加多個傳感器信號，檢測生產(chǎn)線及機(jī)器人的動作狀況，并及時反饋給控制系統(tǒng)。 

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

9）  在整個生產(chǎn)線設(shè)有總控制工作站，用于輸入生產(chǎn)數(shù)及記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)等。

2、工藝流程 

適應(yīng)不同尺寸的箱子，初步設(shè)計了5種不同的碼垛樣式，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

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

工作過程描述：

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

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

（2）紙箱的抓取（吸?。?/strong>