全自动包装码垛机器人控制系统设计

第 ４期 ２０１７年 ４月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
全 自动 包装码 垛 机 器人 控 制 系统 设 计
李坤全 ，邵凤 翔 （河南工程学 院 机械工程学院 ，河南 郑州 ４５１１９１）
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摘 要 ：为 了提升 包装物品生产效率，降低企业生产成本 ，在充分分析 包装码垛机 器人的基本结构和工作流程 的基础上 ， 设 计了一种基 于 ＰＬＣ和触摸屏 的包装码垛机控制 系统。通过成纶触摸屏 实现码垛机 器人 的控 制和 实时监控 ，以横河 ＦＡ— Ｍ３ ＰＬＣ为码垛机 器人控 制系统核 心。并根据 包装码垛作业的需要和工作流程 ，完成 了机 器人软件编程 ；实际运行结果表 明。该码垛机器人控制 系统可靠性 高、稳定性 强，同时具有很强的可扩展性 ，便 于维护。该控制 系统能够满足啤酒码垛作 业的实际需要 ，对于提升产品包装生产效率 ，降低生产成本具有重要意义。 关 键 词 ：码 垛 机器 人 ；ＰＬＣ；触 摸 屏 ；软 件 编 程 中图分 类号：ＴＨ１６；：ＴＰ２４ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１００１—３９９７（２０１７）０４—０２５９—０４
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｆｕｌｌｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｐａｌｌｅｔｉｚｉｎｇ Ｒｏｂｏｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ
ＬＩ Ｋｕｎ—ｑｕａｎ，ＳＨＡＯ Ｆｅｎｇ－ｘｉａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅ’ｎａｎ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５１１９１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｔｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｒｅｄｕ ｃｅ ｐｒｏｄｕ ｃｔｉｏｎ ｃｎｓｔｓ，鼬 ａｎａｌｙｓｉｓ ｐａｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｓｔａ ｃｋｉｎｇ ｒｏｂｏｔ’Ｓ ｂａｓｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄｗｏｒｋｆｌｏｗ ｂａｓｅｄ ｏｎｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆａｐａｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｓｔａｃｋｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＬＣ ａｎｄ ｔｏｕｃｈ ｓｃｒｅｅｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｗｅｉｎｖｉｅｗ ｔｏｕｃｈ ｓｃｒｅｅｎ ｔＯ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｐａ ｌｌｅｔｉｚｉｎｇ ｒｏｂｏｔ，ｔａｋｉｎｇ Ｈｅｎｇｈｅ ＦＡ—Ｍ３ ＰＬＣ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆｐａｌｌｅｔｉｚｉｎｇ ｒｏｂｏｔ．Ａｎｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｐａｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｓｔａ ｃｋｉｎｇｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ａｎｄ ｗｏｒｋｆ ｌｏｗ，ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｒｏｂｏｔ ｓｏｆｔｗａｒｅｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ；ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐａｌｌｅｔｉｚｉｎｇ ｒｏｂｏｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｈａ ｓ 劬 ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｈｉｇ ｈ ｓｔａ ｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ ｈａｓ ｓｔｒｏｎｇ ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ ｅａｓｅ ｏｆ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａ ｂｌｅ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ａ ｃｔｕａｌ ｎ ｅｅｄｓ ｏ ｆ ｂｅｅｒｐａ ｌｌｅｔｉｓｉｎｇｊｏｂｓ，ｆｏｒ ｅｎｈａｎｃｉｎｇｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｐａｃｋａｇｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｔｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔｓ ｉｓ ｓｉｇｎ ｉｆｉｃａｎ ｔ．
Ｋｅｙ Ｗ ｏｒｄｓ：Ｐａｌｌｅｔｉｚｉｎｇ Ｒｏｂｏｔ；ＰＬＣ；Ｔｏｕｃｈ Ｓｃｒｅｅｎ；Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍ ｉｎｇ
１ 引言
在对码垛机器 人的工作原理及其本体机械结构进行分析的基
码垛作为一项新兴 技术在工业 自动化 中得 到了广泛使用 ， 础上，根据机器人的功能需求和技术要求 ，开发 了码垛机器人的控 码垛便是将一些具有规整外形 的物体 比如啤酒箱体 、化肥袋等 ， 制系统。硬件系统方面，以触摸屏作为上位机 ，ＰＬＣ作为下位机结合
按照一定模式依 次摆放在托盘上 ，从而实现物料 的搬运 、存储 、装 伺服驱动技术完成了码垛机器 人控制系统的硬件设计。软件系统方 卸 、运输等物流活动口卅。目前 ，码垛机器人随着工业 自动技术 的快 面 ，根据码垛机器 人的程序流程图 ，编写了机器人的各功能子程序 ，
速发展 ，已经应用于各个行业 ，如机械制造 、食 品饮料 、化工 、仓储 人机界面的设计使得机器 人可以与外界进行信息交换，控制命令 的 物流等都发挥着重要 的作用，码垛机器人已然成为工业 自动化生 传送及机器 ＾信息的反馈都是通过 人机界面实现的。
产过程 中不可或缺 的自动化设备嘲。我国企业使用的大多数码垛 ２ 码 垛 机器 人 简介
机器人基本是从 国外进 口，这在很大程度上增加了企业 的生产成 ２．１ 码垛 机器人 工作原理
本 ，并 在关键技术上受制于人 。近年来 ，我国在码垛机器人技术的
码垛机器人有四个独立的 自由度 ，分别 由四台交流伺服 电
开发和研究上 ，虽然取得了很大进步 ，但与国外发达 国家相比 ，我 机驱动 ，可分为三部分进行分析 ：整体机构绕机座的转动 ，抓手绕
国码垛机器人通用化程度低 、成本高 ，稳定性差 ，在机器人 的性能 腕部的转动和平行四连杆机构 的运动 ，机器人机构简图 ，如 图 １
和智能 自动化程度和关键零部件 以及控制系统核心技术仍有不 所示 。图中：Ｏ—机器人的腰部中心点 ，设定坐标系 ＸＯ Ｙ，Ａ点一
少 差距 醐 。
机器人水平方向丝杠滑座与杆 ＡＥ Ｃ的铰接点，在交流伺服 电