码垛机器人在工业搬运上的应用设计

前言：
在很多产品的包装生产线上，要把这些产品定量装入纸盒箱内，然后要人工从传送带上把封好的纸盒箱搬运到拖盘上，从很多工业品到众多日用品的包装箱，其体积差异较大，每个箱子也从几公斤到几十公斤重不等。为了适应这些重复性高，高强度、高速度、高效率的搬运码垛工作，沈阳莱茵机电有限公司为一些用户设计制造了不同规划和工作节拍的纸盒箱搬运码垛机器人，下面就以为大型上市企业设计制造的一种搬运码垛机器人为例来介绍。
一、项目要求 1、技术参数
搬运单体负载≤5kg，一次搬运五箱，一次总搬运重量≤25kg箱体尺寸有五种规格
托盘尺寸1700*1700，1500*1500
2、工作节拍
纸箱从传送带上输送出来，以每约2秒钟一箱的速度堆码到托盘上，每分钟至少完成25箱码垛
3、码垛要求
搬运纸箱的尺寸不同，在托盘每一层的码放方式也不相同，码放方式的要求是在托盘尺寸内每层尽可能多的摆放纸箱，整个托盘码垛完的总高度大约1900mm，托盘四周的纸箱仅可能平稳，要保证运输过程中平稳不倒。
二、设计方案
根据用户要求，采用了图2所示的标准化、模块化的三维搬运码垛机器人和带水平任意转动的吸盘手爪，每次抓取4-5个纸箱，由于手爪可以任意水平转动，这样就可以按要求把纸箱转动90度或不转动码放到托盘上。还有上层纸箱与下层纸箱相互压住，这样整个托盘上的纸箱在后续的运输中很平稳。
1、机器人结构
水平运动x轴：采用两根有效行程为2500mm的pas43bb，
水平运动y轴：采用两根有效行程为1800mm的pas43bb，
上下运动z轴：采用壹根有效行程为1900mm的lm-a43bb，
2、吸盘系统
根据纸箱的透气性，重量和搬运速度要求，选择4个吸盘为一组来吸取1个纸箱，共需要5组吸盘来实现一次最多吸住5个纸箱，5组吸盘可独立控制，实现分抓分放。有关吸盘类的详细资料请沈阳莱茵机电的陈绍博先生联系。
3、控制系统
码垛机器人采用plc和触摸屏的上位机控制系统，驱动伺服电机来控制机器人快速准确的定位，控制以及执行机构各部分功能简介：
触摸屏—plc—伺服电机—减速机—执行机构
信号检测—每个轴的两端安装限位开关，对机器人有一定的保护作用；
4、抓取方式和摆放方案
根据不同尺寸的箱子，设计不同的摆放方案和次序，下图为其中一例：
一次抓取5个纸箱，然后放置到托盘上。图中托盘上标记有1，2，3和4的纸箱分别是一次抓取到。抓5，6，7和8的纸箱时，可以一次抓4个纸箱，先放下2个纸箱，然后手爪升高一点后转动90度再放到相邻的位置上，托盘上标记有5，6，7和8的纸箱就是两次抓取放置的。
5成功应用
根据不同箱子，实际设计摆放次序
优化运动节拍
最终实现10.4秒摆放5个箱子
三、总结 1、纸箱的搬运过程中各个环节的匹配是非常重要的
要根据搬运纸箱的重量，体积，搬运方式，搬运速度，加速度和减速度值考虑来选择吸盘的吸力，手爪要根据具体使用要求来设计其尺寸，吸盘数量和吸盘位置。特别是搬运码垛过程中有旋转和翻转时要给出足够的吸力安全系数，确保在搬运过程中纸箱不能产生微小的位移，绝不允许搬运过程中纸箱吸不牢掉下来的或与吸盘间产生位移。
2、应用结果及展望
从1996年以来，莱茵机电采用百格拉公司标准化、模块化的产品，已安装调式过数百台类似的三维机器人交钥匙工程。标准化的机器人可以采用不同的手爪和夹具，广泛推广到很多小工业零件，化妆品，工艺品，药品，食品，家电等产品的生产制造，检测，装配等过程中完成码垛，装箱，供料，下料，检测，装配，拧螺丝，压入，打标等任务。