码垛机器人
摘要：随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，使得机器人在码垛、
涂胶、点焊、弧焊、喷涂、搬运、测量等行业有着相当广泛的应用。
现在有很多个原因，包括包装的种类、工厂环境和客户需求等将码垛变成包装工厂里一块难啃的骨头。为了克服这些困难，码垛设备的各个方面都在发展改进，包括从机械手到操纵它的软件。最近市场上对灵活性的需求不断增长，这一个趋势已经影响到了包装的多个方面，生产线的后段也不例外。一个处理随机装载的机器人码垛机需要特殊的软件，通过软件，机器人码垛机与生产线的其他部分相连接，这是个巨大的进步。
关键词：码垛，机器人，装载，生产线;
一、码垛机器人简介
最近市场上对灵活性的需求不断增长，这一个趋势已经影响到了包装的多个方面，生产线的后段也不例外。零售客户，尤其是那些具有影响力的如沃尔玛一样的大型超市，经常需要定制一些随机货盘，但是他们不得不定制每一个货盘，而货盘的形式只是偶尔会有重复。而且这类随机的货盘的高效生产是比较困难的。对于随机货盘来说，码垛机器人是唯一的选择。尽管如此，机器人装载也面临比较多的问题，如果要以较高的速度进行生产，将更加困难重重。
二、码垛机器人设计
首要任务是根据机器人所要完成的工作，先确定机器人的结构组成。可以是龙门式，挂壁安装式等。再按工作要求所给出各轴的运动行程、负载、运动速度、加速度，动作周期来选每个运动轴直线运动单元的型号，所配驱动电机及所配精密行星减速机的型号。
下图是一个典型的三维机器人码垛的现场布置情况。
下面即以此系统为例对沈阳鼎冷机电码垛机器人进行深入的阐述
此码垛机器人是应用箱体码垛搬运工作上的。
三、生产线路：
产品的装箱后，进入输送线1，产品输送到封箱机中，然后经过输送线2，在2号线中有一个定位装置也可称定位挡板（已在娃哈哈生产线上成功应用），此装置和定位板可以完成箱体的旋转和定位，可以让箱体靠左侧定位，然后输送到缓冲区1，缓冲区有一个助推装置，此装置可以将箱体合适的输送到空闲的空间，在将装满的托盘推动动缓冲区2。缓冲区上方为码跺机器人，机器人通过机械手吸盘将15个箱子（小袋装可以码15个，盒装和听装可以码8-10个）整体提升垂直提升，在水平运行，以躲避安全通道，宽度和高度均为2米，经过安全通道后垂直放置在码跺区，前面的定位挡板已经将箱体旋转，所以机械手不需要旋转，在放置完成后，按照原路径返回，码跺区完成10层码跺后，由叉车将其叉走，在放置空闲码盘。前面的缓冲区2码盘在箱体被移走后为空盘，由人工移走再等缓冲区1码盘运送过来的时候放置在缓冲区1即可。
系统还设有紧急停止按扭，可手动、自动停止；机器人支承架工作范围内装有光栅安全系统，在故障或异常情况下报警信号灯亮，系统紧急停止，在手动状态下排除报警后系统方可继续运行；有自动记忆功能，在停电或故障情况后可继续完成工作。
输送线图纸如下：
四、效率计算：
按照客户提供的封箱时间15箱/分钟，如果一个一个抓取箱体需要4秒一个运行周期，完成产品的提升，输送，放置在按照路径返回，由于下方是行走区域所以不能应用导轨的差补运动，只能走直线路程。要使用这样的工作速度没有完成的可能行，而且很不安全，按照箱体整体运送的方式，按照一个箱体输送过来开始计算，一个码盘装满需要60秒，在这60秒（另外两个可以有32秒-40秒，可以码8-10个），完成助推，抓取提升，输送，放置和返回有充足的时间。
以上为箱体包装的产品输送方式，具体过程请参看效果图。
大袋产品的生产周期为15秒/袋，所以直接完成单个码跺输送，时间也很充足，主要是负载不大，所以可以提高运行速率。
综上所述，采用沈阳鼎冷机电码垛机器人后使搬运和码垛的工作效率大为提高。省去大量人力，大量降低成人工成本。该机器人运行一年后就可收回所投入的成本。该机器人在正常维护下至少运行十年。随着大批量全自动化码垛生产线的兴起，此码垛系统将具有更加广泛的市场前景和发展潜力！
五、码垛机器人主要技术参数
MD-25T 堆码机器人
功率：三相，5KW,380V,50HZ/60Hz
气压：3~6公斤/每平方厘米速度：25箱/分钟
六、发展与前景
随着我国机器人自动化技术的不断发展，我国机器人自动化装备的应用领域将非常广泛。
我国的码垛机器人从２０世纪８０年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，已基本掌握了机器人的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有１３０多台套喷漆机器人在２０多家企业的近３０条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊接线上。
目前，我国从事机器人研发和应用工程的单位２００多家，拥有量为３５００台左右，其中国产占２０％，其余都是从日本、美国、瑞典等４０多个国家引进的。２０００年已生产各种类型码垛机器人和系统３００台套，机器人销售额６.７４亿元，机器人产业对国民经济的年收益额为４７亿元。
据专家对国内５４２家用户以及汽车、电子电器、工程机械３个行业的部分用户进行统计分析，就全国而言，弧焊、点焊、装配、喷涂机器人应用的最多；其次是搬运、上下料（冲压、压铸、铸锻、注塑等用的大多是上下料机器人）；再次是包装、码垛、拆垛机器人和密封涂胶机器人，其他机器人用量很少。就行业而言，汽车行业以焊接、喷涂、涂胶作业较多，冲压、搬运、装配次之；电子电器行业集中在装配，如大连华录一家就用了近３００台，其次是搬运和喷涂；工程机械行业集中用于弧焊，喷涂其次。此外包装、码垛、拆垛机器人目前主要用于石化、轻纺和烟草行业。
据对我国７２４家用户行业统计分析，大机械行业（机械制造和汽车工业）共４６７家，占用户的６５％，电子电器和邮电通讯９２家，占用户的１３％。可见目前我国码垛机器人主要应用在汽车、机械制造等行业。
专家研究认为，我国码垛机器人的市场主要在汽车、摩托车、电器、工程机械、石油化工等行业，企业对技术进步的需求更加强烈，其中主要的机器人用户仍在汽车制造行业、工程机械行业及电机、电子行业。我国对码垛机器人的需求量和品种将逐年大幅度增加。
据专家预测，在码垛机器人的需求上，我国也将同国际市场需求趋势基本一致，即以机器人化的生产系统取代单台机器人，这是因为工业生产所用的机器人大多数是在生产线上使用，组成机器人化的生产系统，单台机器人很少使用。一般企业都不具备将机器人集成到生产系统的能力，因此对机器人的需求也就转化为对机器人及其自动化成套装备的需求。
我国机器人自动化生产线装备市场潜力巨大
在此间举行的中国首届国际装备制造业博览会上，有关专家预测，随着我国经济的快速发展，我国机器人自动化生产线装备的市场虽然刚刚起步，正处于由传统装备向先进制造装备转型的时期，但是市场潜力巨大，发展前景广阔。
据预测，目前我国仅汽车行业、电子和家电行业、烟草行业、新能源电池行业等，年需求机器人自动化生产线装备线就达３００多条，产值约为６０多亿元。预计在２００５年左右我国需求此类自动化生产线将达到６００条，市场容量达到１２０多亿元。
据专家介绍，我国制造行业和关键工序大部分仍然沿用传统的生产方式，有的仅是局部更新，不能取得预期的效果，严重制约了我国工业的发展。其主要原因在于我国还不能自主设计和生产先进的大型自动化成套装备，更形不成整体配套能力，目前的状况是几乎全部依赖于进口，被国外公司所垄断，由此严重制约了制造业的健康发展。
参考文献：
《码垛机器人机械结构与控制系统设计》李金泉,杨向东,付铁编；北京理工大学出版社；2011-7-1
胡洪国,高建华,杨汝清;码垛技术综述[J];组合机床与自动化加工技术;2000年06期
KUKA Robotics Announces New KUKA KR100-2PA Palletizing Robot Telepresence and delta style robots come of age at latest combined Automate and Promat ShowsRichard Bloss《Industrial Robot》, EISCI2012 1
码垛机器人说明书
前言 本说明书阐述了此四自由度码垛机器人使用方法。请仔细阅读并理解此说明书后使用机器人。打开包装请先对照装箱清单检查配件是否齐全，若有遗漏请尽快与我们联系。
目录 概述............................................... 错误!未定义书签。机器人的搬运及安装................................. 错误!未定义书签。 警告标示....................................... 错误!未定义书签。 机器人安装环境................................. 错误!未定义书签。 机器人运动范围及安全围栏安装................... 错误!未定义书签。 机器人的搬运方法............................... 错误!未定义书签。 基座安装尺寸................................... 错误!未定义书签。 机器人端持器的安装............................. 错误!未定义书签。 气路连接....................................... 错误!未定义书签。机器人控制柜的搬运与安装........................... 错误!未定义书签。 注意事项....................................... 错误!未定义书签。 机器人控制箱安装环境........................... 错误!未定义书签。 机器人控制箱的内部电气接线..................... 错误!未定义书签。 机器人控制箱的搬运............................. 错误!未定义书签。 机器人控制箱的外部连接......................... 错误!未定义书签。机器人系统与生产线的连接........................... 错误!未定义书签。机器人操作方法..................................... 错误!未定义书签。 机器人的开关机.................................. 错误!未定义书签。 操作界面的认识.................................. 错误!未定义书签。 操作界面的使用方法.............................. 错误!未定义书签。常见故障分析及处理................................. 错误!未定义书签。 机器人无法运行................................. 错误!未定义书签。 机器人未按既定规划运行......................... 错误!未定义书签。 机器人系统提示“系统正在运行”................. 错误!未定义书签。机器人保养与维护................................... 错误!未定义书签。 机械部件的养护.................................. 错误!未定义书签。 控制系统的维护.................................. 错误!未定义书签。
搬运码垛机器人毕业设计 Prepared on 22 November 2020
目录1
1绪论 研究背景及意义 随着现代社会科技水平日新月异的变化，机器人技术已经渗透到人类生活中的方方面面，演着不可替代的角色。机器人是多个学科技术综合而成的产物，其应用程度已经逐渐宽广起来研究机器人已经成为了当今时代的趋势。机器人的应用状况已经可以作为权衡一个国家现化程度高低的重要因素。从机器人工作的环境来对机器人进行分类，大体上能划分成两种，就是工业机器人与特种机器人。工业机器人是一种具有良好性能的自动化机械装置，是典型的含有很高科技含量的机电一体化产品。它在提高产品质量、增加经济效益、提高生产率方面起着重要作用。同时工业机器人的发展情况也是日新月异的，所以研发工业机器人是一件刻不容缓的事情。 码垛是随着物流产业的不断壮大而发展起来的一项高新技术，其思想是把物品按照一定规律码放在托盘上，从而能够使物品的存放、搬运、转移等活动变成单元化操作，从而大大提高物流运输的效率。在物料质量不大、尺寸不大、码垛速度要求不高的情况下，码垛工作都是通过人工来实现的。后来为了减轻工人在码垛时的工作强度，产生了托盘操作机、工业机械手等一些比较简单的机械设施。但是随着人们对码垛速度要求的不断提高，传统的人工码垛方式越来越难以达到人们的要求，这种情况下码垛机器人应运而生。 作为工业机器人典型的一种，码垛机器人技术近几年有着非常快速的发展，这样的发展速度和当今世界制造业的小批量、多种类的发展模式是十分吻合的。码垛机器人有着工作能力强、运行速度快、体积比较小、抓取种类多、应用范围广等特点，从而在市场上备受青睐，正因为这些优点，才使得码垛机器人被普遍应用于制造业、码垛、装配、焊接等诸多操作中。 近年来，袋装物品的需求和产量都十分巨大，进而对袋装物品进行运输的需求也在急剧增长。在我国有大量的袋装物品需要进行码垛、卸垛和运输。目前，对袋装物品的火车运输来讲，火车站台卸车、站台码垛、运输装车、运输卸车、库房码垛等工
码垛机设计方案（一） 一：系统方案概述经对贵公司产品、场地的分析，技术需求、指标的详细研究和理解，为了充分满足该技术要求，对本工程我们采用方案附图所示的机器人码垛系统。 一：总体方案 本机器人码垛系统，通过品质一流品牌的接近开关、按钮开关、可编程控制器等硬件和专家设计的专门控制软件相结合，实现了从客户自身的包装线出来的站立式包装袋到最后的码垛成型，均为无人的高度自动化系统。完善的安全联锁机制，可以对设备和操作人员提供保护。图形显示的触摸屏使整个系统操作简单，故障诊断容易，同时方便了检修和维护。并且每套系统出厂都经过严格的系统测试，保证客户的运行安全、可靠、稳定。 本机器人码垛系统如附图1所示，由1.倒包线、2.提升线、3.整形线、4.抓取线、5.码垛机器人，五部分构成。其各部分工作过程和其主要功能阐述如下： 1倒包线 2提升线3整形线4抓取线5码垛机器人
从称量秤、缝包机等客户末端出来的袋装产品均为站立式，通过输送机，当包装袋到达倒包线（附图2所示）时，包装袋会接触到其①倒包横梁，自身倒在②倒包板上，然后通过③防滑输送带的传送和④导向滚筒的导向，包装袋会自动调整为长度方向与流水线平行的纵向输送。且此倒包线为高度可以调整型。如果客户在更换产品，导致包装袋长度、称量秤输送线的高度有更改时，此倒包线可以通过其升降按钮，来驱动自身的升降电机，做高度的自动调整。 附图2：倒包线 由于产品从不同高度，客户端输送和倒包线有高度调整，为了更好统一的做码垛规划，最大发挥码垛机器人的功效和码垛能力，现增加提升线（附图3所示）将倒包线出来的包装袋提升到某一统一高度。此提升线为配合前段的自动升降，亦增加有自动升降按钮，可以调节升降电机控制单边提升高度与前段平齐，保证后端高度不变。 ①倒包横梁 ②倒包板 ③防滑输送带 ④导向滚筒
（ 分类号: 学校代码: 10128 U D C : 学 号: 201130101045 科研训练开题报告 题 目：码垛机器人控制系统设计 学生姓名：刘金来 学 院：机械学院 班 级：机制11-3 指导教师：武建新 二零一四年十二月
1.选题目的和意义 近几年机器人自动化生产线已经不断出现，机器人自动化生产线的市场也会越来越大，并且逐渐成为自动化生产线的主要方式，而过去的自动化码垛作业大部分是由机械式码垛机完成或人工搬运，由于机械式码垛机其结构等因素的限制，存在着占地面积大、程序更改麻烦（甚至无法更改）、耗电量大等缺点；而人工搬运劳动量大，完成同一工作量所需不少工人，在一些实际场所应用中，码垛机器人与传统码垛机一样，一次能搬运一整层箱子，有些顾客在传统码垛机坏了时，就用机器人代替，通常这些机器人系统都有层成型平台和臂尾加工装置，能将整层箱子搬起来，功能较强的码垛机器人还能更换不同的货盘；其码垛速度甚至可以达到100个小箱/分钟；码垛机器人装有低水平纸箱横进给装置，使用灵活底盘，有利于车间的良好布局；另外其性能可靠，大多用户容易掌握使用的软件，能够迅速转换对进行不同箱子的码垛。2．国内外研究现状及其发展趋势 2.1课题来源：内蒙古工业大学 2.2码垛机器人控制系统设计的发展前景 作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。 据相关统计数据表明，工业机器人主要用于汽车工业及汽车零部件工业，占整个机器人市场的61%，金属制品业占8%、橡胶及塑料工业和电子电气行业分别占7%，食品工业占2%，其他工业占15%。 依赖进口——我国工业机器人之阵痛 目前，我国进口的工业机器人主要来自日本，随着我国从劳动密集型向现代化制造业方向发展，虽然机器人保有量达到一定的规模，但与发达国家相比仍然有不少差距。 仅从汽车工业每百万名生产工人占有的机器人来讲，（日本1710台、意大利1600台、美国770台、英国610台、瑞典630台，而我国还不到90台），中国仍然是世界上相对比较落后的国家。面对中国这样庞大的市场，每一个机器人供应商都有着非常大的用武之地。 产业化不足——我国工业机器人之弊端 20世纪90年代末，我国建立了9个机器人产业化基地和7个科研基地。产业化
码垛机器人技术进展及方案设计
研究生课程论文封面课程名称：机器人技术及应用 论文题目：码垛机器人研究进展及方案设计学生班级；机械工程 学生姓名：黄凰 任课教师：王中任 学位类别：专业硕士 评分标准及分值选题与参 阅资料 （分 值） 论文内容 （分 值） 论文表 述 （分 值） 创新性 （分 值） 评分
确的完成抓取工作，抓取后对工件进行分类码垛。 关键词：机器人，码垛，视觉
码垛机器人研究进展及方案设计 1. 机器人概述 近年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域得到广泛的应用。于此同时，码垛技术也获得了飞速发展，尤其是机器人码垛发展更为迅猛，这种发展趋势是与当今制造领域出现的多品种小批量的发展趋势相适应的[1][2]。码垛机器人是用在工业生产过程中执行大批量工件、包装件的获取、搬运、码垛、拆垛等任务的一类工业机器人，是集机械、电子、信息、智能技术、计算机科学等学科于一体的高新机电产品[3]。码垛机器人技术在解决劳动力不足、提高劳动生产效率、降低生产成本、降低工人劳动
强度、改善生产环境等方面具有很大潜力[4]。国外从 20 世纪 60 年代开始研究工业机器人，码垛机器人是伴随着工业机器人技术的发展而出现的，日本、德国、美国等发达国家的研究已取得一定成果，我国在这方面的研究刚起步不久，还需加快研究步伐，提高研究水平，为我国物流包装企业的生产和发展做出贡献[5]。 最早将工业机器人技术用于物体的码放和搬运是日本和瑞典[6]。20世纪70年代末日本第一次将机器人技术用于码垛作业。1974年，瑞典ABB公司研发了全球第一台全电控式工业机器人IRB6，主要应用于工件的取放和物料的搬运[7]。除此之外，德国、意大利、韩国等国家工业机器人的研发水平也相当高。随着计算机技术、工业机器人技术以及人工智能控制等技术的发展和日趋成熟，日本、德国、美国、瑞典、意大利、韩国等国家在包装码垛机器人的研究上做了大量工作，相应推出了自己的码垛机器人，如日本的 FANUC [8]和 OKURA 以及 FUJI 系列，德国的KUKA 系列[9]，瑞典的 ABB 系列等。 德国、瑞典以及日本等国家的码垛机器人一般
码垛机器人使用说明 非常感谢贵公司购买码垛机器人。 本系统是将上流传送带传送过来的产品按一定的堆放形状放置到托盘上的码垛机器人设备。 1.功能概述 为适应我国在石油、化工领域的快速发展，我们在吸收国外先进技术的基础上，自主开发了RB200型垂直多关节型机器人。 RB200型码垛机器人是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种规定作业的机电一体化生产设备。其主要由机械本体、伺服驱动系统、手臂机构、末端执行器（抓手）、末端执行器姿态调节机构以及检测机构等构成，它根据不同的物料包装、堆垛顺序、层数要求等进行参数设置，实现不同类型物料包装的码垛作业。 2.码垛机器人与传统机械式码垛机比较,特点如下: 2.1.结构简单、零部件少。因此零部件的故障率低、性能可靠、保养维修简单、所需库 存零部件少。 2.2.占地面积小。有利于客户厂房的总体布置，并可留出较大的库房面积。 2.3.适用性强。当客户产品的尺寸、体积、形状及托盘的外形尺寸发生变化时只需在触 摸屏上稍做修改即可，不会影响客户的正常的生产，甚至一台码垛机器人可同时对两条包装不同物料的生产线进行码垛操作。 2.4.能耗低。传统机械式码垛机的功率在26kW左右，而码垛机器人的功率为10kW， 能大大降低客户的长期运行成本。 3.主要技术特点：
3.1.码垛机器人具有4个自由度，分别为手臂的两个关节沿垂直轴、水平轴作直线运动， 机械本体和抓手绕各自的回转轴作回转运动。 3.2.手臂采用平行四边形连杆机构，由伺服电机通过带轮、同步带、滚珠丝杠、直线导 轨驱动，并采用末端执行器姿态调节机构，使末端执行器（抓手）实现垂直轴、水平轴无藕合线性运动。 3.3.机械本体用于承载手臂机构及其驱动机构，机械本体安装在交叉滚子轴承上，由伺 服电机通过精密摆线减速机驱动，实现码垛机器人在水平面内的回转作业。 3.4.抓手腕部回转由伺服电机通过精密摆线减速机驱动。 3.5.机械手主要材料采用铝合金型材，具有质量轻，动作灵活等特点。 4.主要技术指标： 码垛最大能力：1200bags/h 橡胶：600bags/h 最大载荷：200kg 结构形式：4自由度关节型 运动模式：柱面坐标 动作范围 Z轴（垂直）：2300mm X轴（水平）：1500mm θ轴（本体回转）：330° a轴（手腕回转）：330° 5.动作范围: 图1码垛机器人动作范围 6.工作原理： 码垛机器人（如下图2）包括手腕1、手臂机构2、手腕姿态调整机构3、机架4、底座12、机械手20以及手臂机构2的伺服驱动系统等。手臂机构2由AC、BF、FD、CE四个连杆构成，其中AC连杆的BC杆段与CD、DF、FB等连杆构成平行四边形，BC
码垛机器人使用说明
码垛机器人使用说明 非常感谢贵公司购买码垛机器人。 本系统是将上流传送带传送过来的产品按一定的堆放形状放置到托盘上的码垛机器人设备。 1.功能概述 为适应我国在石油、化工领域的快速发展，我们在吸收国外先进技术的基础上，自主开发了RB200型垂直多关节型机器人。 RB200型码垛机器人是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种规定作业的机电一体化生产设备。其主要由机械本 体、伺服驱动系统、手臂机构、末端执行器（抓手）、末端执行器姿态 调节机构以及检测机构等构成，它根据不同的物料包装、堆垛顺序、层 数要求等进行参数设置，实现不同类型物料包装的码垛作业。 2.码垛机器人与传统机械式码垛机比较,特点如下: 2.1.结构简单、零部件少。因此零部件的故障率低、性能可靠、保养维修 简单、所需库存零部件少。 2.2.占地面积小。有利于客户厂房的总体布置，并可留出较大的库房面积。 2.3.适用性强。当客户产品的尺寸、体积、形状及托盘的外形尺寸发生变 化时只需在触摸屏上稍做修改即可，不会影响客户的正常的生产，甚 至一台码垛机器人可同时对两条包装不同物料的生产线进行码垛操 作。
2.4.能耗低。传统机械式码垛机的功率在26kW左右，而码垛机器人的功率 为10kW，能大大降低客户的长期运行成本。 3.主要技术特点： 3.1.码垛机器人具有4个自由度，分别为手臂的两个关节沿垂直轴、水平 轴作直线运动，机械本体和抓手绕各自的回转轴作回转运动。 3.2.手臂采用平行四边形连杆机构，由伺服电机通过带轮、同步带、滚珠丝 杠、直线导轨驱动，并采用末端执行器姿态调节机构，使末端执行器 （抓手）实现垂直轴、水平轴无藕合线性运动。 3.3.机械本体用于承载手臂机构及其驱动机构，机械本体安装在交叉滚子轴 承上，由伺服电机通过精密摆线减速机驱动，实现码垛机器人在水平 面内的回转作业。 3.4.抓手腕部回转由伺服电机通过精密摆线减速机驱动。 3.5.机械手主要材料采用铝合金型材，具有质量轻，动作灵活等特点。 4.主要技术指标： 码垛最大能力：1200bags/h 橡胶：600bags/h 最大载荷：200kg 结构形式：4自由度关节型 运动模式：柱面坐标 动作范围 Z轴（垂直）： 2300mm X轴（水平）： 1500mm θ轴（本体回转）： 330° a轴（手腕回转）： 330° 5.动作范围:
码垛机器人 摘要：随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，使得机器人在码垛、 涂胶、点焊、弧焊、喷涂、搬运、测量等行业有着相当广泛的应用。 现在有很多个原因，包括包装的种类、工厂环境和客户需求等将码垛变成包装工厂里一块难啃的骨头。为了克服这些困难，码垛设备的各个方面都在发展改进，包括从机械手到操纵它的软件。最近市场上对灵活性的需求不断增长，这一个趋势已经影响到了包装的多个方面，生产线的后段也不例外。一个处理随机装载的机器人码垛机需要特殊的软件，通过软件，机器人码垛机与生产线的其他部分相连接，这是个巨大的进步。 关键词：码垛，机器人，装载，生产线; 一、码垛机器人简介 最近市场上对灵活性的需求不断增长，这一个趋势已经影响到了包装的多个方面，生产线的后段也不例外。零售客户，尤其是那些具有影响力的如沃尔玛一样的大型超市，经常需要定制一些随机货盘，但是他们不得不定制每一个货盘，而货盘的形式只是偶尔会有重复。而且这类随机的货盘的高效生产是比较困难的。对于随机货盘来说，码垛机器人是唯一的选择。尽管如此，机器人装载也面临比较多的问题，如果要以较高的速度进行生产，将更加困难重重。 二、码垛机器人设计 首要任务是根据机器人所要完成的工作，先确定机器人的结构组成。可以是龙门式，挂壁安装式等。再按工作要求所给出各轴的运动行程、负载、运动速度、加速度，动作周期来选每个运动轴直线运动单元的型号，所配驱动电机及所配精密行星减速机的型号。 下图是一个典型的三维机器人码垛的现场布置情况。 下面即以此系统为例对沈阳鼎冷机电码垛机器人进行深入的阐述 此码垛机器人是应用箱体码垛搬运工作上的。 三、生产线路：
四自由度码垛机器人控制系统设计 一、四自由度码垛机器人简介 随着科技工业自动化的发展,很多轻工业都相继通过自动化流水线作业.尤其是食品工厂,后道包装机械作业使用一些成套设备不仅效率提高几十倍,生产成本也降低了。其中四自由度码垛机器人每天自动对1000箱食品进行托盘处理，这些码垛机器人夜以继日地工作，从不要求增加工资。码垛机器人的应用越来越广。码垛机器人配备有特殊定制设计的多功能抓取器，不管包装箱尺寸或重量如何，机器人都可以使用真空吸盘牢固地夹持和传送包装箱。如图1所示，四自由度码垛机器人本体由腰部、大臂、小臂、腕部组成。 图1 码垛机器人简图腰部大臂 小臂腕部
如图2所示，码垛机器人具有独特的线性执行机构，使其保证了手部在水平与垂直方向的平行移动。 图2 码垛机器人的线性执行机构运动示意图 此四自由度码垛机器人的应用案例如图3所示。具有示教作业简单,现场操作简便。 图3 码垛机器人的应用案例
二、四自由度码垛机器人控制要求及其控制方案 1、控制要求 如图1所示，四自由度码垛机器人的运动主要由控制腰部、大臂、小臂、腕部的驱动电机实现。在此均采用松下A5伺服电机；抓取部件等其他辅助运动采用气动，由电磁阀动作来控制抓取部件的动作。 四自由度码垛机器人的运动控制系统主要包括感知部分、硬件部分和软件部分，其运动控制系统的主要任务是要控制此机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹以及作业流程等。此外，还要求： 1）防碰撞检测和在线编程控制,可以进行离线仿真； 2）人机界面友善、高度可靠作性和安全性； 3）便携式触摸屏示教器、全中文界面； 4）利用使能开关双电路设计使在紧急状态下自动切断伺服动作，从而保证安全。 2、控制方案 控制方案1：基于PLC的运动控制方案 基于PLC的机器人运动控制系统，一般利用触摸屏进行人机交互。在触摸屏上的人机界面，由组态软件编写人机操作界面实现人机交互；PLC则通过I/O 模块与码垛机器人以及现场设备通信并实现控制，通过接受PLC的控制命令，实现机器人及其周边、物流设备的启停与协调，同时将码垛机器人及其周边、物流设备的运行状态返回给PLC。 控制方案2：基于嵌入式PC的运动控制方案
码垛机器人的主要结构介绍 积成包装码垛机器人主要由机械主体、伺服驱动系统、手臂机构、末端执行器(抓手卜末端执行器调节机构以及检测机构组成，按不同的物料包装、堆垛顺序、层数等要求进行参 数设置，实现不同类型包装物料的码垛作业。按功能划分为进袋、转向、排袋、编组、抓袋码垛、托盘库、托盘输送以及相应的控制系统等机构。 (1) 进袋机构。采用皮带输送机完成码垛机供袋任务。 (2) 转向机构。按设定程序对包装袋作转向编排。 (3) 排袋机构。采用皮带输送机将编排好的包装袋送至积袋机构。
(4) 积袋机构。采用皮带输送机集中编排好的包装袋。 (5) 抓袋码垛机构。采用码垛机器人构完成码垛作业。 (6) 托盘库。成叠的托盘由叉车送人，按程序逐个排放至托盘辊道输送机，有规律地向 码垛工序供应空托盘，达到8层后的成垛托盘，由辊道输送机输送至成垛托盘库，最后由 叉车取出送至仓库贮存，系统采用可编程序控制器(PLC)控制。 码垛机的适用范围 1、条件与形状 (1) 搬运物条件。为了适应码垛机的工作，要求搬运物品必须是箱装和袋装。这样码垛 机才能把物品搬运到输送机上。此外，要求手工装载的物品停放后货态不能变化。 (2) 搬运物的形状。码垛机工作条件之一是要求搬运物的形状要规则，以便装箱。玻璃、 铁、铝等材料的缸和罐之类，以及棒状、筒状物和环状物等，因形状不规则，不便装箱。适合码垛机工作的物品有纸箱、木箱、纸袋、麻袋和布袋等。 2码垛机的效率 (1) 直角坐标码垛机机器人，其效率较低，每小时搬运200 一 600个包装物品。 (2) 关节型码垛机机器人，其效率为4小时搬运300 一 1000个包装物品。 (3) 圆柱坐标码垛机，属于中等效率的码垛机，每小时装载600 一 1200个包装物品。 ⑷低脚式码垛机，效率较高，每小时装载1000 一 1800个包装物品。 (5)高脚式码垛机，属于高效率码垛机，每小时可装载1200-3000 个包装物品。 积成包装机械有限公司是一家从事后道组合集成包装自动化的设计、研发制造与包装材料生产配套为一体的科研制造高新企业。我们专注于研究各行业的后道包装现状，结合行业工控技术，融合机电一体化，应用于包装作业中。为客户提供设计定制从自动开箱一自动
2018年第7期 时代农机 TIMES AGRICULTURAL MACHINERY 第45卷第7期Vol.45No.7 2018年7月Jul.2018 码垛机器人的现状及发展趋势研究 豆磊 （山东科技大学，山东青岛266590） 摘要：：随着科技和工业的不断发展，机器人技术日渐成熟，而码垛机器人在工业中也起着更加重要的作用。因此，文章通过对码垛机器人国内外现状进行综述， 并结合现状对未来的发展趋势进行了分析总结。关键词：码垛机器人；现状； 发展趋势作者简介：豆磊（1996-），男，四川眉山人，大学本科， 主要研究方向：机械电子工程。 码垛机器人是应用机械设备、计算机技术、传感技 术、人工智能来实现工业生产中工件的快速获取、搬运、码垛、拆垛等功能的智能化机器人，码垛机器人的出现降低了生产和人工成本、提高了生产效率。 1码垛机器人国外研究现状 码垛机器人在20世纪60年代进入人们的视野， 日本和瑞典将工业机器人技术和码垛技术进行了融合。20世纪80年代时，国外的机器人公司将机器人技术和自动化技术进行融合，应用于搬运码垛领域。现在生产的码垛机器人一般由机器人本体结构、机器人控制柜和机器人末端执行器三大个部分组成的4轴空间关节式机器人。国外的码垛机器人结构形式主要为关节型，且主体材料主要使用高质量和较轻的铸铝或铸铁。此类机器人 的结构设计多采用FEM 和CAD 有限元技术进行优化；同时针对不同的物品，码垛机器人的末端执行器也是多种 多样的；码垛机器人进行工作时能够做到快速、平稳和准确都依赖于采用的基于PC 开放式控制系统，控制系统可以对机器人的动作、受力状况进行监控，确保机器人按照预定的路径工作并给予有效的控制。 2码垛机器人国内研究现状 我国自行研发的码垛机器人的结构形式主要为直角 坐标型和关节型。其中关节型的码垛机器人结构紧凑，机 身较小，动作灵活且工作空间大，是采用最多的形式。哈尔滨工业大学研制的码垛机器人采用双自由度的笛卡尔坐标机器人，此类机器人能够实现800袋/h 的工作效率； 上海交通大学设计的码垛机器人采用基于PC 控制系统 的线性四连杆机构， 可以实现1600包/h 的工作效率，大大提高了机器人的工作效率。沈阳新松机器自动化股份 有限公司在机器人控制、本体优化设计、机器人作业中具有突出的优势，成功研制出自动化程度较高的码垛机 器人系统。苏海新等研究出采用基于PC 和PMAC 的分布式控制系统的四自由度新型工业码垛机器人，此类机器人的伺服控制的精度、控制系统的实时性和开放性都较高。杨灏泉等设计的SCARA 型码垛机器人采用基于PC 的DSP 多轴运动控制，并采用水平关节型的机械结构。 国内的码垛机器人技术虽然有了较高的提升， 但相对于国外还是有较大的差距。我国码垛机器人要在其柔性、负载能力和速度上进行提升，并逐渐拓展应用领域。 3码垛机器人的发展趋势 为了让码垛机器人更好地服务工业生产，解决限制 码垛机器人技术发展的因素，必须针对码垛机器人的新 功能、新特点进行创新和发展，因此码垛机器人的未来的发展主要趋向于以下几个方面： （1）自动化程度的提高。机械与电子科技相结合的 技术越来越成为码垛机器人主流技术，自动化和智能化的程度是衡量码垛机器人水平的一个至关重要的指标。码垛机器人的自动化主要体现在自动控制和自动检测两个方面。码垛机器人自动化程度快速提高主要依赖于微电子、红外线、传感器等技术的应用，其中微型计算机在码垛机器人中的使用大大提高了效率和质量。 （2）高速化。在单机高速化的基础上，提高码垛机器人系统整体的高速运转。码垛机器人的高速化要以自动化程度的提高和机器人结构的优化为基础，进而提高整个码垛系统的运转和生产效率。 （3）多功能码垛机器人。随着多种类、小批量商品市 场的不断发展，以及中小型用户的增加，使得只能对固定批量、固定尺寸进行码垛的机器人的利用率大幅度降 低，所以码垛机器人正在逐渐的向着可以应用于各种不同的环境和商品的方向不断发展和创新。 4结语 从国内外的码垛机器人的研究和应用现状来看， 目前我国正处在研发起步阶段，距离国外的使用推广还有较大差距。国内的码垛机器人要根据我国工业的实际需求针对其新功能、新特点进行研发设计，并主要从码垛机器人的自动化程度、生产速度、多功能等方面进行重点设计和研发，只有这样码垛机器人才能更加广泛地应用于工业生产中， 并最终实现产业化。 参考文献 ［1］李宗龙.自动化码垛机器人系统的设计和研究［D ］.秦皇岛：燕山大学.2014.［2］李晓刚，刘晋浩.码垛机器人的研究与应用现状、问题及对策 ［J ］.包装工程，2011，32（3）：96-102. 87
机器人码垛系统介绍 概述 机器人在成品袋装码垛上的应用越来越广，越来越多地被市场认识，它有其他设备无法比拟的优势，近年来在欧美、日本等发达国家的应用已超过70%以上，在日本码垛机器人在码垛市场的占有率超过了90%，绝大数码垛作业由码垛机器人完成。码垛机器人能适应于纸箱、袋装、罐装、箱体、瓶装等各种形状的包装成品码垛作业。。日本机器人产业非常发达，在工业中的应用更广。据日本机器人工业协会2006年的数据报道，日本机器人产值达600亿美元，而我国保守估计，就2007年，算上从国外进口的机器人，预计总金额不会超过100亿人民币。所以说机器人的运用才刚刚开始，未来几年将会像液晶显示器（LCD）替代显象管显示器（CRT）一样，产生井喷现象。 从效率上说，码垛机器人不仅能承担高负重，而且速度和质量远远高于人工。目前以四轴搬运机器人为例，根据负重的不同，分为100Kg-700Kg多种型号。其在直线运动时可达到2500mm/s的最大运动速度；搬运能力最高能达到1600次/小时。 从精度上看，每一台码垛机器人都有独立的控制系统，极大地保证了作业精度，且重复精度可达±0.5mm，完全可以满足物流码垛作业的定位要求。 码垛机器人虽然前期投入较高，但是却能达到边际成本效用最大化，且各家机器人都在为客户的成本控制都在产品从稳定性上讲，目前最先进的码垛机器人已经达到5轴和6轴，通过相应的科学、合理的刚性机械本体设计，使得机器人本体不仅适应高负重、高频率的码垛作业，还能适应食品快餐行业分拣繁琐，灵活性高的作业要求； 在控制网络方面，码垛机器人既可以通过“点对点”通信，也可以通过不同的国际标准总线接口（例如：CC-Link、PROFIBUS、Device Net等）或者以太网，方便、快捷、可靠地与周边设备和上位机进行信号与数据的交换，实现现场网络化控制；也可以通过软件编程，设定并灵活地优化不同的运动路径，实现现场不同生产产品型号的搬运作业要求。并通过以上介绍的通信方式，可实现远程控制生产。大大提高效率，降低成本； 在成本控制方面，机器中不断加入新的科技成果。比如：通过采用2D（2维平面）和3D（3维立体激光）视觉系统，机器人可以自动识别被抓取物的位置，使得码垛作业更为灵活，减少了产品输送带定位设备和人力的成本支出。
机器人码垛系统介绍 机器人码垛系统介绍 概述 机器人在成品袋装码垛上的应用越来越广，越来越多地被市场认识，它有其他设备无法比拟的优势，近年来在欧美、日本等发达国家的应用已超过70%以上，在日本码垛机器人在码垛市场的占有率超过了90%，绝大数码垛作业由码垛机器人完成。码垛机器人能适应于纸箱、袋装、罐装、箱体、瓶装等各种形状的包装成品码垛作业。。日本机器人产业非常发达，在工业中的应用更广。据日本机器人工业协会2006年的数据报道，日本机器人产值达600亿美元，而我国保守估计，就2007年，算上从国外进口的机器人，预计总金额不会超过100亿人民币。所以说机器人的运用才刚刚开始，未来几年将会像液晶显示器(LCD)替代显象管显示器(CRT)一样，产生井喷现象。 从效率上说，码垛机器人不仅能承担高负重，而且速度和质量远远高于人工。目前以四轴搬运机器人为例，根据负重的不同，分为100Kg-700Kg多种型号。其在直线运动时可达到2500mm/s的最大运动速度;搬运能力最高能达到1600次/小时。 从精度上看，每一台码垛机器人都有独立的控制系统，极大地保证了作业精度，且重复精度可达?0.5mm，完全可以满足物流码垛作业的定位要求。 码垛机器人虽然前期投入较高，但是却能达到边际成本效用最大化，且各家机器人都在为客户的成本控制都在产品从稳定性上讲，目前最先进的码垛机器人已经达到5轴和6轴，通过相应的科学、合理的刚性机械本体设计，使得机器人本体不仅适应高负重、高频率的码垛作业，还能适应食品快餐行业分拣繁琐，灵活性高的作业要求;
在控制网络方面，码垛机器人既可以通过“点对点”通信，也可以通过不同的国际标准总线接口(例如:CC-Link、PROFIBUS、Device Net等)或者以太网，方 便、快捷、可靠地与周边设备和上位机进行信号与数据的交换，实现现场网络化控制;也可以通过软件编程，设定并灵活地优化不同的运动路径，实现现场不同生产产品型号的搬运作业要求。并通过以上介绍的通信方式，可实现远程控制生产。大大提高效率，降低成本; 在成本控制方面，机器中不断加入新的科技成果。比如:通过采用2D(2维平面)和3D(3维立体激光)视觉系统，机器人可以自动识别被抓取物的位置，使得码垛作业更为灵活，减少了产品输送带定位设备和人力的成本支出。 应用行业:化工、饲料、面粉、水泥、淀粉、食品等行业。 自动码垛机工作效率及经济效益估算 以单条线为例，典型数据: 工作能力:1000包/小时包装袋重:50kg/包(以化肥磷铵为例) 每条线4~6人，2~4辆人力推车，每班用人6~8人，以每人每班工 人工方式装卸资100元/人计，用人工费600~800元，每天工作2次， 1200~1600 元，年工作300天计，360000~540000元。 用1名叉车工，以150元/人/班计，一天两班，计300元/天，以自动码垛年300天计90000元。 人工工资可以节约25~45万元 设备用电、用气情况 人工高架位码垛机机器人码垛机 2~5kw 装机功率约35kw 10kw (主要用于输送机) 每班(8小时) 约16~40度 280度 80度用电量
机器人码垛系统的技术要求（参考） 在设备进行招投标过程中，由于没有统一的技术要求，往往导致评标中缺乏基准，造成招标质量不高。为此，针对机器人码垛系统的招投标工作，特制订以下的技术要求作为参考，各单位可在此基础上结合自身的实际情况，进一步对自己将要应用的设备提出详细的技术要求。 国内目前主流的码垛机器人有日本FUJI ACE（不二）、日本NACHI（那智不二越）、日本FANUC（发那科）、日本OKURA（大库）、日本KAWASAKI（川崎）、德国库卡（KUKA）、瑞典ABB、上海沃迪等。这些厂家的码垛机器人基本都能满足集团饲料厂的使用要求。销售型式是通过国内的公司代理销售，由国内的公司配套相应的设备组成机器人码垛系统。码垛机器人本体建议采用日本不二、瑞典ABB、上海沃迪这几个品牌。各单位可根据自身情况进行采购。
一、建设内容 1、本项目为适合时产25吨的饲料生产线使用的9FM25-12机器人码垛系统采购，采用一条定量包装线，两个托盘的布置形式。主要包含倒包输送机、爬坡输送机、方辊整形输送机、缓冲输送机、待抓取输送机、码垛机器人本体、码垛机器人抓手、防护网及控制柜等。布置方案参考下图。
2 托盘数量 定量包装线数量 生产线时产（吨/小时） 机器人码垛系统 饲料 畜牧机械代号 9FM25-12：适合时产25吨的饲料生产线使用的机器人码垛系统，设有一条定量包装线，配置两个托盘。 二、建设原则要求 1、采用成熟先进的技术 充分理解和把握机器人码垛技术的发展趋势，采用目前先进成熟的码垛机器人及配套设备。 2、方便易用，界面友好 设备要充分考虑应用和维护的方便性、灵活性，提供简洁、方便的操作方式和可视化操作界面。 三、项目技术要求 1、总体要求 （1）本项目需码垛的产品重量为40kg，采用编织袋包装。 （2）机器人码垛系统额定码垛能力≥720袋/小时（28.8吨/小时）。 （3）码垛所使用的托盘尺寸为：1400mm×1600mm ×