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【摘要】工業(yè)機器人在碼垛生產(chǎn)線中的應用能大大提高生產(chǎn)效率。以碼垛對象出發(fā),說明了碼垛系統(tǒng)的設計方法。主要包括碼垛工具的設計,機器人的選型方法,以及碼垛程序的編寫等內(nèi)容。
【關鍵詞】機器人;碼垛;工具
在白色家電、食品加工等行業(yè),需要對包裝好的產(chǎn)品進行碼垛作業(yè)。工人將單個包裝好的產(chǎn)品按照一定的垛型堆疊起來,方便下一步的叉車的運輸作業(yè)。這樣的工作對員工的體力要求高,并且具有一定的危險性。現(xiàn)在越來越多的企業(yè)開始使用工業(yè)機器人來進行碼垛作業(yè)。使用了工業(yè)機器人以后,生產(chǎn)效率可以得到極大的提高。
1碼垛工具設計
1.1什么是機器人的工具
工業(yè)機器人要完成不同的工作任務,需要安裝對應的工具。比如說焊接作業(yè),會使用焊槍工具;噴涂作業(yè)會使用噴槍;搬運作業(yè)會使用夾爪。即使對于同種作業(yè)來說,由于工作對象的復雜度,工作環(huán)境的多樣性,很難有一款工具能夠勝任所有的工作需要。一般來說都需要更具實際情況進行工具的設計。
1.2工具的設計思路
碼垛作業(yè)的具體工作過程就是把產(chǎn)品從輸送線搬運到碼垛盤。設計工具的時候必須要分析產(chǎn)品的形狀、大小、重量、材質等因素。另外,碼垛方式也是工具設計的重要依據(jù)。下面對碼垛的對象進行具體的分析。在碼垛作業(yè)中最常見的是盒裝和袋裝兩種包裝形式。比如說,家用電器一般都是長方體的包裝盒,內(nèi)部有填充的緩沖物,搬運時一般不會變形,比較容易搬運。而大米、化肥等,一般都是使用袋裝包裝。袋裝品在搬運時非常容易變形,搬運難度較大。針對這兩種情況,我們需要設計不同的碼垛工具。首先要知道工具的一些分類。其中按照抓取產(chǎn)品的方式來分,可以有夾爪式和吸盤式兩種。而夾爪式可以使用電動夾爪或者氣動夾爪。吸盤式也可以使用真空吸盤或者電磁吸盤。它們各有優(yōu)缺點。盒裝產(chǎn)品:由于包裝盒表面光滑,材質較硬,不易變形,所以適合用氣動式的吸盤工具。對于重量較大的產(chǎn)品,可以使用吸盤組的形式來增加工具的吸附能力。對于表面積大,厚度小的扁平狀包裝盒使用這種方式是最為合適的,比如平板電視。對于一些接近于立方體,重量又很大的包裝盒,使用這種方式可能會不穩(wěn)定。由于包裝盒厚度較大,導致包裝盒的重心距離吸盤遠,在搬運的運動過程中,可能會導致部分吸盤和包裝盒的接觸處分離。對于這類產(chǎn)品,使用夾爪式的工具能夠起到更好的抓取效果。將夾爪設計為平板式,增加和包裝盒的接觸面積,可以穩(wěn)定的進行產(chǎn)品的搬運。在有些生產(chǎn)線上,需要一次性搬運多個包裝盒,大多數(shù)都會使用這種解決方式。袋裝產(chǎn)品:比如大米,面粉等,由于包裝物為粉末或顆粒,包裝袋容易形變。如果使用吸盤式的工具,基本無法完成吸附功能。所以一般都會采用夾爪式的工具。
1.3設計工具的主要因素
總體來說,工具一定要根據(jù)碼垛對象的特點來設計。主要包括工具的構型,驅動方式,材質等。除此以外還要考慮到一些輔助器件的安裝接口,比如傳感器,氣路,線纜等。
2工業(yè)機器人選型
2.1碼垛機器人的主要參數(shù)
負載能力:對于碼垛作業(yè)來說,首要考慮的肯定是機器人的負載能力。目前來說機器人的負載能力從3千克到1300千克范圍內(nèi)都有。在選擇負載能力的時候,碼垛對象的重量是顯而易見的。而另外一個重要的因素是碼垛工具的重量。對于機器人來說,它所安裝的工具也是一種負載。工作空間:機器人的工作空間是指,機器人的末端所能到達的位置的集合。每一臺機器人的說明書中都會有工作空間的描述,但是這個工作空間是指機器人手臂末端所能到達了位置。在實際生產(chǎn)中,機器人手臂末端安裝著工具,工具上還抓取著工件。需要綜合考慮生產(chǎn)線的布局,工具和工件的構型,碼垛的垛型等因素,才能確定機器人的工作空間。
2.2碼垛機器人
所有的工業(yè)機器人品牌,都會有針對碼垛的專門型號機器人。這些機器人的硬件和軟件都會有特殊的設計。對于機器人的本體設計更注重穩(wěn)定性,在構型上預留了線纜的安裝接口等。軟件算法上針對重負載情況做了優(yōu)化,提高運行的穩(wěn)定性。操作系統(tǒng)中都會增加碼垛功能模塊,如果使用廠家配套的碼垛工具,還可以快速方便的對垛型、速度等參數(shù)進行設置。
3碼垛控制系統(tǒng)設計
3.1系統(tǒng)功能分析
在設計控制程序之前,必須要對碼垛的流程進行全面的分析。以一個最常見的包裝箱碼垛任務為例。送貨傳送帶將工件運送到待運位置,機器人將工具運行到取工件位置,然后工具動作抓取工件,機器人將工件按照垛型放置到垛盤上,完成一次垛型以后輸送帶將垛盤運走。進入下一個工作循環(huán)。
3.2系統(tǒng)信號分析
系統(tǒng)中送料傳送帶上需要有工件到位信號。只要等到這個信號,傳送帶停止運行,同時通知機器人前來取工件。工件取走以后信號恢復,傳送帶運行。機器人等待工件到位信號,等到信號有效時,運行到取工件位置,取走工件并將工件擺放到垛盤上。然后重復工作,直到完成一次堆垛任務,將完成信號發(fā)送給垛盤的傳動帶。等待垛盤運走信號,開始進行一下個垛型的堆疊工作。托盤傳送帶一般處于停止狀態(tài)。等到機器人的碼垛完成信號以后,將垛盤運走,然后發(fā)送信號給機器人,告訴機器人可以開始進行下一個垛型的堆疊工作。
3.3程序程序設計
碼垛程序的復雜度不高,主要包括和外部設備的通信以及垛型計算兩部分。其中控制通信部分使用WaitDi指令來等待傳送帶的信號。當?shù)鹊絺魉蛶У墓ぜ轿恍盘栆院笳{用碼垛程序,完成碼垛程序以后,再使用set指令,控制輸出信號,控制托盤傳送帶將垛堆運走。碼垛程序中使用while循環(huán)指令來實現(xiàn)循環(huán)搬運工件程序。在循環(huán)中使用if指令判斷當前工件的擺放位置,然后控制機器人將工件放置到垛盤上。
4總結
本文對工業(yè)機器人碼垛系統(tǒng)中的主要環(huán)節(jié)進行了分析。最后再次強調工具的設計是碼垛任務中的重中之重。工具實際直接影響到碼垛生產(chǎn)線的布局,機器人的選型,程序的編寫等方面。
參考文獻
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作者:朱巍峰 單位:蘇州工業(yè)職業(yè)技術學院