工業(yè)機器人技術及應用蘭虎第6章.

1、章節(jié)目錄 6.1 碼垛機器人的分類及特點 6.2 碼垛機器人的系統(tǒng)組成 6.3 碼垛機器人的作業(yè)示教 思考練習 學習目標 導入案例 擴展與提高 本章小結(jié) 課堂認知 6.4 碼垛機器人的周邊設備 . 6.4.1 周邊設備 6.4.2 工位布局 1/35 課前回顧 所 處 位 置 如何準確移動搬運機器人進行搬運作業(yè)？ 搬運機器人周邊設備有哪些？ 【 課 前 回 顧 】 返回 目錄 2/35 學習目標 所 處 位 置 了解碼垛機器人的分類及 能夠識別碼垛機器人工作 特點 站基本構(gòu)成 【 學 掌握碼垛機器人的系統(tǒng)組 能夠進行碼垛機器人的簡 習 目 成及其功能 單作業(yè)示教 標 】 熟悉碼垛機器人作業(yè)示教

2、 基本流程 熟悉碼垛機器人周邊設備 返回 目錄 3/35 認知目標認知目標能力目標能力目標導入案例 所 機器人助力啤酒、飲料產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)碼垛自動化 處 位 置 隨著中國啤酒飲料產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展以及生產(chǎn)技術裝備的不斷革新，機 器人技術在啤酒、飲料 【 導 包裝碼垛中也得到了廣 入 案 泛的應用。同時，機器 例 】 人技術在醫(yī)藥和消費品 領域的應用范圍也正逐 漸擴大，尤其在這些領 域至關重要的包裝碼垛 環(huán)節(jié)中，機器人已經(jīng)在 真正意義上成為生產(chǎn)商在包裝碼垛環(huán)節(jié)的有力武器。 返回 目錄 4/35 6.1 碼垛機器人的分類及特點 碼垛機器人具有作業(yè)高效、碼垛穩(wěn)定等優(yōu)點，解放工人繁重體力勞動，已在 所 各個行

3、業(yè)的包裝物流線中發(fā)揮強大作用。其主要優(yōu)點有： 處 位 置 占地面積少，動作范圍大，減少 廠源浪費 。 【 課 能耗低，降低運行成本 。 堂 認 知 】 提高生產(chǎn)效率，解放繁重體力勞 動，實現(xiàn)“無人”或“少人”碼 垛。 改善工人勞作條件，擺脫有毒、 有害環(huán)境 。 柔性高、適應性強，可實現(xiàn)不同 物料碼垛 。 定位準確，穩(wěn)定性高 。 返回 目錄 5/35 6.1 碼垛機器人的分類及特點 所 碼垛機器人與搬運機器人在本體結(jié)構(gòu)上沒有過多區(qū)別，通常可認為碼垛機 處 器人本體較搬運機器人大，在實際生產(chǎn)當中碼垛機器人多為四軸且多數(shù)帶有輔 位 置 助連桿，連桿主要起到增加力矩和平衡的作用，碼垛機器人多不能進行橫

4、向或 縱向移動，安裝在物流線末端，常見的碼垛機器人結(jié)構(gòu)多為 關節(jié)式碼垛機器人 、擺臂式碼垛機器人和龍門式碼垛機器人 。 【 課 堂 認 知 】 關節(jié)式碼垛機器人 龍門式碼垛機器人 擺臂式碼垛機器人 返回 碼垛機器人分類 目錄 6/35 6.2 碼垛機器人的系統(tǒng)組成 通常碼垛機器人主要有 操作機、控制系統(tǒng)、碼垛系統(tǒng)（氣體發(fā)生裝置、液壓發(fā) 所 生裝置）和安全保護裝置組成 。 處 位 置 3 6 1 2 5 【 課 堂 認 4 知 】 7 1 機器人控制柜； 2 示教器； 3 氣體發(fā)生裝置； 4 真空發(fā)生裝置； 5 操作機； 6 夾板式手爪； 7 底座 碼垛機器人系統(tǒng)組成 返回 目錄 7/35 6.

5、2 碼垛機器人的系統(tǒng)組成 關節(jié)式碼垛機器人常見本體多為 4 軸，亦有 5 、 6 軸碼垛機器人，但在實際包 所 裝碼垛物流線中 5 、 6 軸碼垛機器人相對較少 。碼垛主要在物流線末端進行工作， 處 位 4 軸碼垛機器人足以滿足日常碼垛。 置 【 課 堂 認 知 】 KUKA KR 700 PA FANUC M-410iB ABB IRB 660 YASKAWA MPL80 四巨頭碼垛機器人本體 返回 目錄 8/35 6.2 碼垛機器人的系統(tǒng)組成 常見碼垛機器人的末端執(zhí)行器有 吸附式、夾板式、抓取式、組合式 。 所 處 位 吸附式 在碼垛中吸附式末端執(zhí)行器主要為 氣吸附 。廣泛應用于醫(yī)藥、食品

6、、 置 煙酒等行業(yè)。 夾板式 夾板式手爪是碼垛過程中最常用的一類手爪，常見的有 單板式 和 雙板 【 式 ，主要用于整箱或規(guī)則盒碼垛，夾板式手爪加持力度較吸附式手爪大，并且 課 兩側(cè)板光滑不會損傷碼垛產(chǎn)品外觀質(zhì)量，單板式與雙板式的側(cè)板一般都會有可 堂 認 旋轉(zhuǎn)爪鉤。 知 】 爪鉤 b) 雙板式 a) 單板式 返回 夾板式手爪 目錄 9/35 6.2 碼垛機器人的系統(tǒng)組成 常見碼垛機器人的末端執(zhí)行器有 吸附式、夾板式、抓取式、組合式 。 所 處 位 抓取式 抓取式手爪是一種可靈活適應不同形狀和內(nèi)含物的包裝袋。 置 組合式 組合式是通過組合獲得各單組手爪優(yōu)勢的一種手爪，靈活性較大， 各單組手爪之間

7、既可單獨使用又可配合使用，可同時滿足多個工位的碼垛。 【 課 堂 認 知 】 吸盤 爪鉤 抓取式手爪 組合式手爪 搬運碼垛機器人主要包括機器人和碼垛系統(tǒng)組成。機器人由搬運機 器人本體及完成碼垛排列控制的控制柜組成。碼垛系統(tǒng)中末端執(zhí)行器主 要有吸附式、夾板式、抓取式和組合式等形式。 返回 目錄 10/35 6.3 碼垛機器人的作業(yè)示教 碼垛機器人是在物流生產(chǎn)線末端取代人工或碼垛機完成工件的自動碼垛功能。 所 主要適應對象為大批量、重復性強或是工作環(huán)境具有高溫、粉塵等條件惡劣情況。 處 位 具有定位精確、碼垛質(zhì)量穩(wěn)定、工作節(jié)拍可調(diào)、運行平穩(wěn)可靠、維修方便等特點。 置 TCP 確定： 對碼垛機器人而

8、言，以末端執(zhí)行器不同而設置在不同位置，就吸附式而言其 【 TCP 一般設在法蘭中心線與吸盤所在平面交點的連線上并延伸一段距離，距離的長 課 堂 短依據(jù)吸附物料高度確定；夾板式和抓取式的 TCP 一般設在法蘭中心線與手爪前端 認 面交點處；而組合式 TCP 設定點需依據(jù)起主要作用的單組手爪確定。 知 】 物料 工具中心在法蘭中心 高度 線與吸盤平面的交點 的連線上并延伸距離 TCP 等同于物料高度處 吸盤式 TCP 返回 生產(chǎn)再現(xiàn) 目錄 吸盤式 TCP 點及生產(chǎn)再現(xiàn) 11/35 6.3 碼垛機器人的作業(yè)示教 TCP 確定： 所 對碼垛機器人而言，以末端執(zhí)行器不同而設置在不同位置，就吸附式而言其

9、處 位 TCP 一般設在法蘭中心線與吸盤所在平面交點的連線上并延伸一段距離，距離的長 置 短依據(jù)吸附物料高度確定；夾板式和抓取式的 TCP 一般設在法蘭中心線與手爪前端 面交點處；而組合式 TCP 設定點需依據(jù)起主要作用的單組手爪確定。 【 課 堂 認 知 】 工具中心在法蘭 中心線與手爪前 端面的交點處 TCP 抓取式 TCP 生產(chǎn)再現(xiàn) 抓取式 TCP 點及生產(chǎn)再現(xiàn) 返回 目錄 12/35 6.3 碼垛機器人的作業(yè)示教 所 以袋料碼垛為例，選擇關節(jié)式（ 4 軸），末端執(zhí)行器為抓取式，采用在線示教 處 方式為機器人輸入碼垛作業(yè)程序，以 A 垛碼垛為例展開。 位 置 【 課 堂 認 C 程序點

10、8 知 程序點 1 程序點 7 】 A 程序點 5 程序點 6 程序點 2 程序點 4 程序點 3 B 碼垛機器人運動軌跡圖例 返回 目錄 13/35 6.3 碼垛機器人的作業(yè)示教 程序點說明 所 處 位 置 程序點 說明 抓手動作 程序點 說明 抓手動作 【 課 程序點 1 機器人原點 程序點 5 碼垛中間點 抓取 堂 認 知 】 程序點 2 碼垛臨近點 程序點 6 碼垛作業(yè)點 放置 程序點 3 碼垛作業(yè)點 抓取 程序點 7 碼垛規(guī)避點 程序點 4 碼垛中間點 抓取 程序點 8 機器人原點 返回 目錄 14/35 6.3 碼垛機器人的作業(yè)示教 所 處 位 登陸程序點登陸程序點 8 示教前的準

11、備 設定碼垛條件 置 【 登陸程序點登陸程序點 7 新建一個程序 運行確認（跟蹤） 課 堂 認 知 】 登錄程序點登錄程序點 1 登陸程序點登陸程序點 6 再現(xiàn)碼垛 登錄程序點登錄程序點 2 登錄程序點登錄程序點 5 登錄程序點登錄程序點 3 登錄程序點登錄程序點 4 返回 碼垛機器人作業(yè)示教流程 目錄 15/35 6.3 碼垛機器人的作業(yè)示教 （ 1 ）示教前的準備 所 處 1 ） 確認自己和機器人之間保持安全距離。 位 置 2 ）機器人原點確認。 （ 2 ）新建作業(yè)程序 【 課 點按示教器的相關菜單或按鈕，新建一個作業(yè)程序，如“ Spot_sheet” 。 堂 認 知 （ 3 ）程序點的登

12、錄 】 在示教模式下，手動操作移動關節(jié)式碼垛機器人軌跡設定程序點 1 至程序點 8 （ 程序點 1 和程序點 8 設置在同一點可提高作業(yè)效率），此外程序點 1 至程序點 8 需處于 與工件、夾具互不干涉位置。 返回 目錄 16/35 6.3 碼垛機器人的作業(yè)示教 碼垛作業(yè)示教 所 處 程序點 示教方法 位 置 按第 3 章手動操作機器人要領移動機器人到碼垛原點。 程序點 1 插補方式選擇“ PTP” 。 （機器人原點） 確認并保存程序點 1 為碼垛機器人原點。 【 手動操作碼垛機器人到碼垛作業(yè)臨近點，并調(diào)整抓手姿態(tài)。 程序點 2 課 插補方式選擇“ PTP” 。 （碼垛臨近點） 堂 確認并保存

13、程序點 2 為碼垛機器人作業(yè)臨近點。 認 知 手動操作碼垛機器人移動到碼垛起始點且保持抓手位姿不變。 】 插補方式選擇“直線插補”。 程序點 3 再次確認程序點，保證其為作業(yè)起始點。 （碼垛作業(yè)點） 若有需要可直接輸入碼垛作業(yè)命令。 手動操作碼垛機器人到碼垛中間點，并適度調(diào)整抓手姿態(tài)。 插補方式選擇“直線插補”。 程序點 4 確認并保存程序點 4 為碼垛機器人作業(yè)中間點。 （碼垛中間點） 手動操作碼垛機器人到碼垛中間點，并適度調(diào)整抓手姿態(tài)。 插補方式選擇“ PTP” 。 程序點 5 確認并保存程序點 5 為碼垛機器人作業(yè)中間點。 （碼垛中間點） 返回 目錄 17/35 6.3 碼垛機器人的作業(yè)

14、示教 所 碼垛作業(yè)示教 處 位 置 程序點 示教方法 手動操作碼垛機器人移動到碼垛終止點且調(diào)整抓手位姿以適合安 放工件。 插補方式選擇“直線插補”。 程序點 6 再次確認程序點，保證其為作業(yè)終止點。 （碼垛作業(yè)點） 【 若有需要可直接輸入碼垛作業(yè)命令。 課 堂 手動操作碼垛機器人到碼垛作業(yè)規(guī)避點。 認 程序點 7 插補方式選擇“直線插補”。 知 ( 碼垛規(guī)避點 ) 確認并保存程序點 7 為碼垛機器人作業(yè)規(guī)避點。 】 手動操作碼垛機器人到機器人原點。 程序點 8 插補方式選擇“ PTP” 。 ( 機器人原點 ) 確認并保存程序點 8 為碼垛機器人原點。 （ 4 ）設定作業(yè)條件 設定碼垛參數(shù) 碼垛

15、參數(shù)設定主要為 TCP 設定、物料重心設定、托盤坐標系設定 、末端執(zhí)行器姿態(tài)設定、物料重量設定、碼垛層數(shù)設定、計時指令設定等。 返回 目錄 18/35 6.3 碼垛機器人的作業(yè)示教 （ 5 ）檢查試運行 所 處 位 確認碼垛機器人周圍安全，作進行跟蹤測試作業(yè)程序跟蹤測試： 置 1 ） 打開要測試的程序文件。 【 2 ） 移動光標到程序開頭位置。 課 堂 認 3 ） 按住示教器上的有關【跟蹤功能鍵】，實現(xiàn)碼垛機器人單步或連續(xù)運轉(zhuǎn)。 知 】 （ 6 ）再現(xiàn)碼垛 1 ）打開要再現(xiàn)的作業(yè)程序，并將光標移動到程序的開始位置，將示教器上的 【模式開關】設定到“再現(xiàn) / 自動”狀態(tài)。 2 ）按示教器上【伺服

16、 ON 按鈕】，接通伺服電源。 3 ）按【啟動按鈕】，碼垛機器人開始運行。 返回 目錄 19/35 6.3 碼垛機器人的作業(yè)示教 所 碼垛機器人編程時運動軌跡上的關鍵點坐標位置可通過示教或坐標賦值方式進 處 行設定，在實際生產(chǎn)當中若托盤相對較大，采用示教方式找尋關鍵點；若產(chǎn)品尺寸 位 置 同托盤碼垛尺寸合理，采用坐標賦值方式獲取關鍵點。 采用賦值法獲取關鍵點，圖中紅點為產(chǎn)品的幾何中心點，即所需找到托盤上表 面這些幾何點垂直投影點所在位置。 【 課 堂 認 知 】 Z Y X 250 0 300 0 碼垛產(chǎn)品 返回 目錄 20/35 6.3 碼垛機器人的作業(yè)示教 實際移動碼垛機器人尋找關鍵點時，

17、需用到校準針。 所 處 位 置 【 課 堂 認 知 】 校準針 校準針 第一層碼垛示教完畢，第二層只需在第一層基礎上 Z 方向加上相應產(chǎn)品高度即 可，示教方式如同第一層，第三層可調(diào)用第一層程序并在第二層基礎上加上產(chǎn)品高 度，以此類推。 返回 目錄 21/35 6.4 碼垛機器人的周邊設備與工位布局 6.4.1 周邊設備 所 處 常見的碼垛機器人輔助裝置有 金屬檢測機、重量復檢機、自動剔除機、倒袋 位 機、整形機、待碼輸送機、傳送帶、碼垛系統(tǒng)裝置 等 。 置 金屬檢測機 防止在生產(chǎn)制造過程中混入金屬等異物，需要金屬檢測機進行 流水線檢測。 【 課 重量復檢機 在自動化碼垛流水作業(yè)中起到重要作用，

18、可以檢測出前工序是 堂 否漏裝、裝多，以及對合格品、欠重品、超重品進行統(tǒng)計，進而到達產(chǎn)品質(zhì) 認 知 量控制。 】 金屬檢測機 重量復檢機 返回 目錄 22/35 6.4 碼垛機器人的周邊設備與工位布局 6.4.1 周邊設備 所 處 自動剔除機 自動剔除機是安裝在金屬檢測機和重量復檢機之后，主要用于 位 剔除含金屬異物及重量不合格等產(chǎn)品。 置 倒袋機 倒袋機是將輸送過來的袋裝碼垛物按照預定程序進行輸送。倒袋、 轉(zhuǎn)位等操作，以按流程進入后續(xù)工序 。 【 課 堂 認 知 】 自動剔除機 倒袋機 返回 目錄 23/35 6.4 碼垛機器人的周邊設備與工位布局 6.4.1 周邊設備 所 整形機 主要針對

19、袋裝碼垛物，經(jīng)整形機整形后袋裝碼垛物內(nèi)可能存在的積 處 位 聚物會均勻分散，之后進入后續(xù)工序。 置 待碼輸送機 待碼輸送機是碼垛機器人生產(chǎn)線的專用輸送設備，碼垛貨物聚 集于此，便于碼垛機器人末端執(zhí)行器抓取，可提高碼垛機器人靈活性。 【 課 堂 認 知 】 整形機 待碼輸送機 返回 目錄 24/35 6.4 碼垛機器人的周邊設備與工位布局 6.4.1 周邊設備 所 傳送帶 傳送帶是自動化碼垛生產(chǎn)線上必不可少的一個環(huán)節(jié)，其針對不同的 處 位 廠源條件可選擇不同的形式。 置 【 課 堂 認 知 】 組合式傳送帶 轉(zhuǎn)彎式傳送帶 返回 目錄 25/35 6.4 碼垛機器人的周邊設備與工位布局 6.4.2

20、 工位布局 所 處 碼垛機器人工作站布局是以提高生產(chǎn)、節(jié)約場地、實現(xiàn)最佳物流碼垛為目的， 位 置 實際生產(chǎn)中，常見的碼垛工作站布局主要有 全面式碼垛和集中式碼垛兩種。 全面式碼垛 碼垛機器人安裝在生產(chǎn)線末端，可針對一條或兩條生產(chǎn)線，具有 較小的輸送線成本與占地面積，較大靈活性和增加生產(chǎn)量等優(yōu)點。 【 課 堂 認 知 】 全面式碼垛 返回 目錄 26/35 6.4 碼垛機器人的周邊設備與工位布局 6.4.2 工位布局 所 處 碼垛機器人工作站布局是以提高生產(chǎn)、節(jié)約場地、實現(xiàn)最佳物流碼垛為目的， 位 置 實際生產(chǎn)中，常見的碼垛工作站布局主要有 全面式碼垛和集中式碼垛兩種。 集中式碼垛 碼垛機器人被

21、集中安裝在某一區(qū)域，可將所有生產(chǎn)線集中在一 起，具有較高的輸送線成本，節(jié)省生產(chǎn)區(qū)域資源，節(jié)約人員維護，一人便可全 【 課 部操縱 。 堂 認 知 】 返回 集中式碼垛 目錄 27/35 6.4 碼垛機器人的周邊設備與工位布局 6.4.2 工位布局 所 按碼垛進出情況常見規(guī)劃有 一進一出、一進兩出、兩進兩出和四進四出 等形式。 處 位 置 一進一出 一進一出常出現(xiàn)在廠源相對較小、碼垛線生產(chǎn)比較繁忙的情況，此類型 碼垛速度較快，托盤分布在機器人左側(cè)或右側(cè)，缺點是需人工換托盤，浪費時間。 ? 一進兩出 在一進一出的基礎上添加輸出托盤，一側(cè)滿盤信號輸入，機器人不會停 【 課 止等待直接碼垛另一側(cè)，碼垛

22、效率明顯提高 。 堂 認 知 】 一進兩出 一進一出 返回 目錄 28/35 6.4 碼垛機器人的周邊設備與工位布局 6.4.2 工位布局 所 按碼垛進出情況常見規(guī)劃有 一進一出、一進兩出、兩進兩出和四進四出 等形式。 處 位 置 兩進兩出 兩進兩出是兩條輸送鏈輸入，兩條碼垛輸出，多數(shù)兩進兩出系統(tǒng)不會需 要人工干預，碼垛機器人自動定位擺放托盤，是目前應用最多的一種碼垛形式，也 是性價比最高的一種規(guī)劃形式 。 【 課 四進四出 四進四出系統(tǒng)多配有自動更換托盤功能，主要應對于多條生產(chǎn)線的中等 堂 認 產(chǎn)量或低等產(chǎn)量的碼垛 。 知 】 返回 四進四出 兩進兩出 目錄 29/35 碼垛機器人技術新發(fā)展

23、 所 操作機 瑞典 ABB 公司推出全球最快碼垛機器人 IRB-460 ，操作節(jié)拍可到達每小 處 時 2190 次，運行速度比常規(guī)機器人提升 15% ，作業(yè)覆蓋范圍達到 2.4 米，占地面積 位 置 比一般碼垛機器人節(jié)省 20% 。德國 KUKA 公司堆垛機器人 KR 180-2 PA Arctic ，可 在 -30 條件下以 180kg 全負荷進行工作，且無防護罩和額外加熱裝置，創(chuàng)造了碼 垛在寒冷條件下的極限。 【 擴 展 與 提 高 】 ABB IRB-460 KR 180-2PA ARCTIC 返回 目錄 30/35 碼垛機器人技術新發(fā)展 控制器 ABB 公司新出品的 IRC5 控制器，

24、不僅繼承了前幾代控制器在運動控制 所 處 、柔性、通用性、安全性、可靠性的優(yōu)勢，且在模塊化、用戶界面、多機器人控 位 置 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、靈 活和智能化等優(yōu)點，將安全控制、機器人控制、運動控制、邏輯控制及工藝控制 集中在一個開放高效數(shù)據(jù)標準構(gòu)架中，具有高性能、可升級和靈活性等特點。 【 擴 展 與 提 高 】 KUKA KRC4 返回 ABB IRC5 目錄 31/35 本章小結(jié) 所 碼垛機器人四軸占據(jù)多數(shù)，通過這些可進行編寫控制的 處 位 軸將碼垛末端執(zhí)行器準確移動到預定空間位置，實現(xiàn)物件的 置 抓取和放置動作，按結(jié)構(gòu)形式分，碼

25、垛機器人可分為龍門式、 擺臂式和關節(jié)式等。 【 本 碼垛機器人作業(yè)編程簡單，運動軌跡、作業(yè)條件、作業(yè) 章 小 順序依舊為重點。特別注意，碼垛之前要輸入相應物料指標 結(jié) 】 參數(shù)（如重量），避免碼垛機器人頻繁重量報警。碼垛機器 人控制點（ TCP ）可依據(jù)實際條件進行設置，吸附式手爪的 TCP 多設在法蘭中心線與吸盤所在平面交點的連線上并延伸 一段距離，距離的長短依據(jù)吸附物料高度確定；夾板式和抓 取式手爪的 TCP 一般設在法蘭中心線與手爪前端面交點處， 以保證示教時 TCP 點始終在托盤的上表面，利于碼垛程序的 編制。 返回 目錄 32/35 思考練習 1 、填空 所 處 （ 1 ）從結(jié)構(gòu)形式上看，碼垛機器人可分為 _ 、 _ 和關節(jié) 位 置 式碼垛機器人。 （ 2 ）碼垛機器人常見的末端執(zhí)行器分 _ 、 _ 、 _ 和 _ 。 【 （ 3 ）碼垛機器人工作站按進出物料方式可分為 _ 、 _ 、 思 考 _ 和四進四出等形式。 練 習 2 、選擇 】 （ 1 ）在實際生產(chǎn)當中常見的碼垛機器人工作站工位布局