基于紙箱包裝生產(chǎn)線的機(jī)器人碼垛仿真研究

魏雄冬

（廣東省機(jī)械技師學(xué)院，廣州 510450）

隨著科技的進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣。目前，機(jī)器人在搬運(yùn)、焊接、碼垛、噴漆以及涂膠等場所應(yīng)用廣泛[1]。隨著社會的發(fā)展，老齡化問題越來越嚴(yán)重，企業(yè)用工成本越來越高，使得工業(yè)機(jī)器人代替人工變得迫切。很多原來由人工搬運(yùn)碼垛的產(chǎn)線逐步被改裝成機(jī)器人自動搬運(yùn)碼垛產(chǎn)線。本文根據(jù)工廠實(shí)際碼垛案例進(jìn)行碼垛仿真系統(tǒng)研究。

1 紙箱包裝生產(chǎn)線碼垛工作站介紹

紙箱包裝生產(chǎn)線如圖1所示。根據(jù)現(xiàn)場工作場景，左右兩邊各有一個托盤。機(jī)器人將傳送帶運(yùn)送過來的紙箱搬運(yùn)到托盤上，并按規(guī)則碼垛。該碼垛工作站有兩種碼垛方式，分別為標(biāo)準(zhǔn)碼垛和奇偶層不同碼垛，如圖2所示。

圖1 紙箱包裝生產(chǎn)線實(shí)拍圖

圖2 碼垛排樣方式

2 碼垛仿真系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)布局

以安川機(jī)器人虛擬仿真軟件MotoSim EG-VRC為開發(fā)平臺，利用平臺內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人、控制柜、傳送帶以及托盤等現(xiàn)有資源搭建系統(tǒng)布局[2]。紙箱用軟件自帶畫圖工具畫出同尺寸長方體代替。根據(jù)工廠實(shí)際包裝產(chǎn)線，箱子大小跟原尺寸保持一致，設(shè)計長為500 mm、寬為360 mm、高為300 mm，如圖3所示。由于每層碼垛6個箱子，3個一排，每層碼垛2排，設(shè)計的托盤尺寸長為1 100 mm、寬為1 100 mm、高為150 mm，如圖4所示。

圖3 箱子尺寸

圖4 托盤尺寸

根據(jù)4層碼垛的設(shè)計需求，機(jī)器人的工作空間必須達(dá)到1 350 mm以上。這里選擇安川機(jī)器人控制柜為DX200，機(jī)器人本體為MA2010通用型。該機(jī)器人負(fù)載能力為10 kg，重復(fù)定位精度為0.08 mm，適合用于弧焊、激光加工、搬運(yùn)以及碼垛等[3]。機(jī)器人的各軸動作范圍如表1所示。機(jī)器人安裝在地上的臂展空間無法達(dá)到4層的碼垛高度，因此需給機(jī)器人加裝一個600 mm的底座。

表1 MA2010機(jī)器人本體各軸動作范圍

2.2 碼垛程序設(shè)計

碼垛機(jī)器人工作站的仿真流程如圖5所示。當(dāng)紙箱到達(dá)傳送帶末端時，首先末端傳感器檢測到紙箱，其次機(jī)器人過來搬運(yùn)，最后機(jī)器人判斷搬運(yùn)的物料是奇數(shù)層還是偶數(shù)層并按照規(guī)則進(jìn)行碼垛。當(dāng)托盤上的紙箱數(shù)量達(dá)到24個時，機(jī)器人自動回原點(diǎn)，碼垛結(jié)束[4-5]。

圖5 碼垛機(jī)器人工作站流程圖

根據(jù)機(jī)器人碼垛流程，設(shè)計控制程序。機(jī)器人程序控制過程如下：機(jī)器人回到搬運(yùn)箱子上方，啟動傳送帶運(yùn)送箱子，等待箱子到達(dá)傳送帶末端，輸入1信號為ON；機(jī)器人移動到箱子處夾緊箱子，用延時等待夾手打開到位，向上移動一定距離移動到托盤上方，用I000變量記錄箱子層數(shù)；將層數(shù)放入中間變量B12，用B12層數(shù)與1進(jìn)行奇偶判斷。假如為奇數(shù)層，與操作后B12為0；假如為偶數(shù)層，與操作后B12為1。用IF條件判斷是奇數(shù)層還是偶數(shù)層，按奇偶層調(diào)用相應(yīng)的碼垛程序[1]。

部分程序如下

3 碼垛仿真調(diào)試

通過MotoSim EG-VRC仿真軟件播放系統(tǒng)運(yùn)行，機(jī)器人將傳送帶運(yùn)送的箱子按奇偶層碼垛方式放好，仿真結(jié)果如圖6所示。機(jī)器人按軌跡規(guī)劃到達(dá)每一個碼垛位置，且與周邊設(shè)備無任何碰撞。工作過程、碼垛工藝與企業(yè)實(shí)際效果一致，驗證了系統(tǒng)仿真的正確性，減少了現(xiàn)場調(diào)試時間，優(yōu)化了程序結(jié)構(gòu)。

圖6 機(jī)器人碼垛仿真效果圖

4 結(jié)語

在MotoSim EG-VRC機(jī)器人仿真平臺上，通過軟件自帶的三維建模功能、機(jī)器人控制系統(tǒng)和傳送帶構(gòu)建工業(yè)機(jī)器人碼垛仿真工作站。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工藝和碼垛工作流程進(jìn)行軌跡規(guī)劃、離線編程，最終通過仿真驗證碼垛效果的真實(shí)性，可為實(shí)際生產(chǎn)設(shè)計、調(diào)試和改造提供有力依據(jù)，降低了調(diào)試成本，提高了系統(tǒng)可靠性和工作效率。