工业机器人技术及应用-第6章

2020-02-27 432浏览

1.工业机器人技术及应用 — 码垛机器人及其操作应用主编：兰虎
2.章节目录 6.1 码垛机器人的分类及特点 6.2 码垛机器人的系统组成 6.3 码垛机器人的作业示教学习目标导入案例课堂认知扩展与提高本章小结思考练习 6.4 码垛机器人的周边设备 …. 6.4.1 周边设备 6.4.2 工位布局 1/35
3.课前回顾所处位置 ——— — 【课前回顾】 ü 如何准确移动搬运机器人进行搬运作业？ ü搬运机器人周边设备有哪些？返回目录 2/35
4.学习目标所处位置 ——— — 【学习目标】 Ø 了解码垛机器人的分类及特点 Ø能够识别码垛机器人工作站基本构成 Ø 掌握码垛机器人的系统组成及其功能 Ø能够进行码垛机器人的简单作业示教 Ø熟悉码垛机器人作业示教基本流程 Ø 熟悉码垛机器人周边设备认知目标能力目标返回目录 3/35
5.导入案例所处位置 ——— — 【导入案例】机器人助力啤酒、饮料产业，实现码垛自动化随着中国啤酒饮料产业的不断发展以及生产技术装备的不断革新，机器人技术在啤酒、饮料包装码垛中也得到了广泛的应用。同时，机器人技术在医药和消费品领域的应用范围也正逐渐扩大，尤其在这些领域至关重要的包装码垛环节中，机器人已经在真正意义上成为生产商在包装码垛环节的有力武器。返回目录 4/35
6.6.1 码垛机器人的分类及特点码垛机器人具有作业高效、码垛稳定等优点，解放工人繁重体力劳动，已在所处各个行业的包装物流线中发挥强大作用。其主要优点有：位置 ——— 占地面积少，动作范围大，减少 — 厂源浪费。【课堂认知】能耗低，降低运行成本。提高生产效率，解放繁重体力劳动，实现“无人”或“少人”码垛。改善工人劳作条件，摆脱有毒、有害环境。柔性高、适应性强，可实现不同物料码垛。定位准确，稳定性高。 5/35 返回目录
7.6.1 码垛机器人的分类及特点所码垛机器人与搬运机器人在本体结构上没有过多区别，通常可认为码垛机处位器人本体较搬运机器人大，在实际生产当中码垛机器人多为四轴且多数带有辅置助连杆，连杆主要起到增加力矩和平衡的作用，码垛机器人多不能进行横向或 ——— — 纵向移动，安装在物流线末端，常见的码垛机器人结构多为关节式码垛机器人【课堂认知】、摆臂式码垛机器人和龙门式码垛机器人。关节式码垛机器人龙门式码垛机器人码垛机器人分类 6/35 摆臂式码垛机器人返回目录
8.6.2 码垛机器人的系统组成通常码垛机器人主要有操作机、控制系统、码垛系统（气体发生装置、液压发所处生装置）和安全保护装置组成。位置 ——— 3 — 6 1 【课堂认知】 2 5 4 7 1 — 机器人控制柜； 2 — 示教器； 3 — 气体发生装置； 4 — 真空发生装置； 5 — 操作机； 6 — 夹板式手爪； 7 — 底座码垛机器人系统组成返回目录 7/35
9.6.2 码垛机器人的系统组成关节式码垛机器人常见本体多为 4 轴，亦有 5 、 6 轴码垛机器人，但在实际包。码垛主要在物流线末端进行工作，所处装码垛物流线中 5 、 6 轴码垛机器人相对较少位 4 轴码垛机器人足以满足日常码垛。置 ——— — 【课堂认知】 KUKA KR 700 PA FANUC M-410iB ABB IRB 660 YASKAWA MPL80 四巨头码垛机器人本体返回目录 8/35
10.6.2 码垛机器人的系统组成常见码垛机器人的末端执行器有吸附式、夹板式、抓取式、组合式。所处位 Ø吸附式在码垛中吸附式末端执行器主要为气吸附。广泛应用于医药、食品、置 ——— 烟酒等行业。 — 【课堂认知】 Ø 夹板式夹板式手爪是码垛过程中最常用的一类手爪，常见的有单板式和双板式，主要用于整箱或规则盒码垛，夹板式手爪加持力度较吸附式手爪大，并且两侧板光滑不会损伤码垛产品外观质量，单板式与双板式的侧板一般都会有可旋转爪钩。爪钩 b) 双板式 a) 单板式夹板式手爪 9/35 返回目录
11.6.2 码垛机器人的系统组成所处位 Ø 置 ——— Ø — 【课堂认知】常见码垛机器人的末端执行器有吸附式、夹板式、抓取式、组合式。抓取式抓取式手爪是一种可灵活适应不同形状和内含物的包装袋。组合式组合式是通过组合获得各单组手爪优势的一种手爪，灵活性较大，各单组手爪之间既可单独使用又可配合使用，可同时满足多个工位的码垛。吸盘爪钩抓取式手爪组合式手爪搬运码垛机器人主要包括机器人和码垛系统组成。机器人由搬运机器人本体及完成码垛排列控制的控制柜组成。码垛系统中末端执行器主要有吸附式、夹板式、抓取式和组合式等形式。 10/35 返回目录
12.6.3 码垛机器人的作业示教码垛机器人是在物流生产线末端取代人工或码垛机完成工件的自动码垛功能。所处主要适应对象为大批量、重复性强或是工作环境具有高温、粉尘等条件恶劣情况。位置具有定位精确、码垛质量稳定、工作节拍可调、运行平稳可靠、维修方便等特点。 ——— TCP 确定： — 【课堂认知】对码垛机器人而言，以末端执行器不同而设置在不同位置，就吸附式而言其 TCP 一般设在法兰中心线与吸盘所在平面交点的连线上并延伸一段距离，距离的长短依据吸附物料高度确定；夹板式和抓取式的 TCP 一般设在法兰中心线与手爪前端面交点处；而组合式 TCP 设定点需依据起主要作用的单组手爪确定。物料高度 TCP 工具中心在法兰中心线与吸盘平面的交点的连线上并延伸距离等同于物料高度处吸盘式 TCP 生产再现吸盘式 TCP 点及生产再现 11/35 返回目录
13.6.3 码垛机器人的作业示教 TCP 确定：所处对码垛机器人而言，以末端执行器不同而设置在不同位置，就吸附式而言其位 TCP 一般设在法兰中心线与吸盘所在平面交点的连线上并延伸一段距离，距离的长置 ——— 短依据吸附物料高度确定；夹板式和抓取式的 TCP 一般设在法兰中心线与手爪前端 — 面交点处；而组合式 TCP 设定点需依据起主要作用的单组手爪确定。【课堂认知】 TCP 工具中心在法兰中心线与手爪前端面的交点处抓取式 TCP 抓取式 TCP 点及生产再现 12/35 生产再现返回目录
14.6.3 码垛机器人的作业示教 4 轴），末端执行器为抓取式，采用在线示教 A 垛Ⅰ码垛为例展开。所以袋料码垛为例，选择关节式（处位方式为机器人输入码垛作业程序，以置 ——— — 【课堂认知】 C 程序点 8 程序点 1 程序点 7 A 程序点 5 Ⅳ Ⅲ Ⅴ Ⅱ 程序点 6 Ⅰ 程序点 2 程序点 4 程序点 3 B Ⅷ Ⅷ Ⅹ Ⅵ Ⅶ 码垛机器人运动轨迹图例 13/35 返回目录
15.6.3 码垛机器人的作业示教所处位置 ——— — 【课堂认知】程序点说明程序点说明程序点 1 抓手动作程序点说明抓手动作机器人原点程序点 5 码垛中间点抓取程序点 2 码垛临近点程序点 6 码垛作业点放置程序点 3 码垛作业点抓取程序点 7 码垛规避点程序点 4 码垛中间点抓取程序点 8 机器人原点返回目录 14/35
16.6.3 码垛机器人的作业示教所处位置 ——— — 【课堂认知】示教前的准备登陆程序点 8 设定码垛条件新建一个程序登陆程序点 7 运行确认（跟踪）登录程序点 1 登陆程序点 6 再现码垛登录程序点 2 登录程序点 5 登录程序点 3 登录程序点 4 码垛机器人作业示教流程 15/35 返回目录
17.6.3 码垛机器人的作业示教（ 1 ）示教前的准备所处位置 ——— — 【课堂认知】 1 ）确认自己和机器人之间保持安全距离。 2 ）机器人原点确认。（ 2 ）新建作业程序点按示教器的相关菜单或按钮，新建一个作业程序，如“ Spot_sheet” 。（ 3 ）程序点的登录在示教模式下，手动操作移动关节式码垛机器人轨迹设定程序点 1 至程序点 8 （程序点 1 和程序点 8 设置在同一点可提高作业效率），此外程序点 1 至程序点 8 需处与工件、夹具互不干涉位置。于返回目录 16/35
18.6.3 码垛机器人的作业示教所处位置 ——— — 【课堂认知】码垛作业示教程序点示教方法程序点 1 （机器人原点） ① 按第 3 章手动操作机器人要领移动机器人到码垛原点。 ② 插补方式选择“ PTP” 。 ③ 确认并保存程序点 1 为码垛机器人原点。程序点 2 （码垛临近点） ① 手动操作码垛机器人到码垛作业临近点，并调整抓手姿态。 ② 插补方式选择“ PTP” 。 ③ 确认并保存程序点 2 为码垛机器人作业临近点。程序点 3 （码垛作业点） ① 手动操作码垛机器人移动到码垛起始点且保持抓手位姿不变。 ② 插补方式选择“直线插补”。 ③ 再次确认程序点，保证其为作业起始点。 ④ 若有需要可直接输入码垛作业命令。程序点 4 （码垛中间点） ① 手动操作码垛机器人到码垛中间点，并适度调整抓手姿态。 ② 插补方式选择“直线插补”。 ③ 确认并保存程序点 4 为码垛机器人作业中间点。程序点 5 （码垛中间点） ① 手动操作码垛机器人到码垛中间点，并适度调整抓手姿态。 ② 插补方式选择“ PTP” 。 ③ 确认并保存程序点 5 为码垛机器人作业中间点。返回目录 17/35
19.6.3 码垛机器人的作业示教所处位置 ——— — 【课堂认知】码垛作业示教程序点程序点 6 （码垛作业点）示教方法 ① 手动操作码垛机器人移动到码垛终止点且调整抓手位姿以适合安放工件。 ② 插补方式选择“直线插补”。 ③ 再次确认程序点，保证其为作业终止点。 ④ 若有需要可直接输入码垛作业命令。程序点 7 ( 码垛规避点 ) ① 手动操作码垛机器人到码垛作业规避点。 ② 插补方式选择“直线插补”。 ③ 确认并保存程序点 7 为码垛机器人作业规避点。程序点 8 ( 机器人原点 ) ① 手动操作码垛机器人到机器人原点。 ② 插补方式选择“ PTP” 。 ③ 确认并保存程序点 8 为码垛机器人原点。（ 4 ）设定作业条件设定码垛参数码垛参数设定主要为 TCP 设定、物料重心设定、托盘坐标系设定、末端执行器姿态设定、物料重量设定、码垛层数设定、计时指令设定等。返回目录 18/35
20.6.3 码垛机器人的作业示教所（处位置 ——— — 5 ）检查试运行【课堂认知】 2 ）移动光标到程序开头位置。确认码垛机器人周围安全，作进行跟踪测试作业程序跟踪测试： 1 ）打开要测试的程序文件。 3 ）按住示教器上的有关【跟踪功能键】，实现码垛机器人单步或连续运转。（ 6 ）再现码垛 1 ）打开要再现的作业程序，并将光标移动到程序的开始位置，将示教器上的【模式开关】设定到“再现 / 自动”状态。 2 ）按示教器上【伺服 ON 按钮】，接通伺服电源。 3 ）按【启动按钮】，码垛机器人开始运行。返回目录 19/35
21.6.3 码垛机器人的作业示教所码垛机器人编程时运动轨迹上的关键点坐标位置可通过示教或坐标赋值方式进处位行设定，在实际生产当中若托盘相对较大，采用示教方式找寻关键点；若产品尺寸置同托盘码垛尺寸合理，采用坐标赋值方式获取关键点。 ——— 采用赋值法获取关键点，图中红点为产品的几何中心点，即所需找到托盘上表 — 【课堂认知】面这些几何点垂直投影点所在位置。 Ⅳ Ⅲ Ⅴ Ⅱ Ⅰ Z Y X 250 0 3000 码垛产品返回目录 20/35
22.6.3 码垛机器人的作业示教所处位置 ——— — 实际移动码垛机器人寻找关键点时，需用到校准针。【课堂认知】校准针校准针第一层码垛示教完毕，第二层只需在第一层基础上 Z 方向加上相应产品高度即可，示教方式如同第一层，第三层可调用第一层程序并在第二层基础上加上产品高度，以此类推。返回目录 21/35
23.6.4 码垛机器人的周边设备与工位布局 6.4.1 周边设备所处常见的码垛机器人辅助装置有金属检测机、重量复检机、自动剔除机、倒袋位置机、整形机、待码输送机、传送带、码垛系统装置等。 ——— Ø 金属检测机防止在生产制造过程中混入金属等异物，需要金属检测机进行 — 【课堂认知】流水线检测。 Ø 重量复检机在自动化码垛流水作业中起到重要作用，可以检测出前工序是否漏装、装多，以及对合格品、欠重品、超重品进行统计，进而到达产品质量控制。金属检测机重量复检机 22/35 返回目录
24.6.4 码垛机器人的周边设备与工位布局 6.4.1 周边设备所处 Ø 自动剔除机自动剔除机是安装在金属检测机和重量复检机之后，主要用于位置剔除含金属异物及重量不合格等产品。 ——— — Ø倒袋机倒袋机是将输送过来的袋装码垛物按照预定程序进行输送。倒袋、【课堂认知】转位等操作，以按流程进入后续工序。自动剔除机倒袋机返回目录 23/35
25.6.4 码垛机器人的周边设备与工位布局 6.4.1 周边设备所处 Ø整形机主要针对袋装码垛物，经整形机整形后袋装码垛物内可能存在的积位聚物会均匀分散，之后进入后续工序。置 ——— — Ø待码输送机待码输送机是码垛机器人生产线的专用输送设备，码垛货物聚【课堂认知】集于此，便于码垛机器人末端执行器抓取，可提高码垛机器人灵活性。整形机待码输送机 24/35 返回目录
26.6.4 码垛机器人的周边设备与工位布局 6.4.1 周边设备所处 Ø传送带传送带是自动化码垛生产线上必不可少的一个环节，其针对不同的位厂源条件可选择不同的形式。置 ——— — 【课堂认知】组合式传送带转弯式传送带返回目录 25/35
27.6.4 码垛机器人的周边设备与工位布局 6.4.2 工位布局所处位码垛机器人工作站布局是以提高生产、节约场地、实现最佳物流码垛为目的，置实际生产中，常见的码垛工作站布局主要有全面式码垛和集中式码垛两种。 ——— — 【课堂认知】 Ø 全面式码垛码垛机器人安装在生产线末端，可针对一条或两条生产线，具有较小的输送线成本与占地面积，较大灵活性和增加生产量等优点。全面式码垛 26/35 返回目录
28.6.4 码垛机器人的周边设备与工位布局 6.4.2 工位布局所处位码垛机器人工作站布局是以提高生产、节约场地、实现最佳物流码垛为目的，置实际生产中，常见的码垛工作站布局主要有全面式码垛和集中式码垛两种。 ——— — 【课堂认知】 Ø集中式码垛码垛机器人被集中安装在某一区域，可将所有生产线集中在一起，具有较高的输送线成本，节省生产区域资源，节约人员维护，一人便可全部操纵。集中式码垛 27/35 返回目录
29.6.4 码垛机器人的周边设备与工位布局 6.4.2 工位布局所处按码垛进出情况常见规划有一进一出、一进两出、两进两出和四进四出等形式。位置 Ø一进一出一进一出常出现在厂源相对较小、码垛线生产比较繁忙的情况，此类型 ——— — 码垛速度较快，托盘分布在机器人左侧或右侧，缺点是需人工换托盘，浪费时间。【课堂认知】 ? 一进两出在一进一出的基础上添加输出托盘，一侧满盘信号输入，机器人不会停止等待直接码垛另一侧，码垛效率明显提高。一进两出一进一出 28/35 返回目录
30.6.4 码垛机器人的周边设备与工位布局 6.4.2 工位布局所处按码垛进出情况常见规划有一进一出、一进两出、两进两出和四进四出等形式。位置 ——— Ø两进两出两进两出是两条输送链输入，两条码垛输出，多数两进两出系统不会需 — 要人工干预，码垛机器人自动定位摆放托盘，是目前应用最多的一种码垛形式，也【课堂认知】是性价比最高的一种规划形式。 Ø 四进四出四进四出系统多配有自动更换托盘功能，主要应对于多条生产线的中等产量或低等产量的码垛。四进四出两进两出 29/35 返回目录
31.码垛机器人技术新发展所 Ø 处位置 ——— — 【扩展与提高】操作机瑞典 ABB 公司推出全球最快码垛机器人 IRB-460 ，操作节拍可到达每小时 2190 次，运行速度比常规机器人提升 15% ，作业覆盖范围达到 2.4 米，占地面积比一般码垛机器人节省 20% 。德国 KUKA 公司堆垛机器人 KR 180-2 PA Arctic ，可在 -30 °条件下以 180kg 全负荷进行工作，且无防护罩和额外加热装置，创造了码垛在寒冷条件下的极限。 ABB IRB-460 KR 180-2PA ARCTIC 30/35 返回目录
32.码垛机器人技术新发展所 Ø控制器 ABB 公司新出品的 IRC5 控制器，不仅继承了前几代控制器在运动控制处、柔性、通用性、安全性、可靠性的优势，且在模块化、用户界面、多机器人控位置制等方面取得全新性突破。 KUKA 公司出品的 KRC4 控制器具有高效、安全、灵 ——— 活和智能化等优点，将安全控制、机器人控制、运动控制、逻辑控制及工艺控制 — 【扩展与提高】集中在一个开放高效数据标准构架中，具有高性能、可升级和灵活性等特点。 KUKA KRC4 ABB IRC5 31/35 返回目录
33.本章小结所处位置 ——— — 【本章小结】码垛机器人四轴占据多数，通过这些可进行编写控制的轴将码垛末端执行器准确移动到预定空间位置，实现物件的抓取和放置动作，按结构形式分，码垛机器人可分为龙门式、摆臂式和关节式等。码垛机器人作业编程简单，运动轨迹、作业条件、作业顺序依旧为重点。特别注意，码垛之前要输入相应物料指标参数（如重量），避免码垛机器人频繁重量报警。码垛机器人控制点（ TCP ）可依据实际条件进行设置，吸附式手爪的 TCP 多设在法兰中心线与吸盘所在平面交点的连线上并延伸一段距离，距离的长短依据吸附物料高度确定；夹板式和抓取式手爪的 TCP 一般设在法兰中心线与手爪前端面交点处，以保证示教时 TCP 点始终在托盘的上表面，利于码垛程序的编制。返回目录 32/35
34.思考练习 1 、填空所处位（ 1 ）从结构形式上看，码垛机器人可分为 __________ 、 __________ 和关节置式码垛机器人。 ——— — （ 2 ）码垛机器人常见的末端执行器分 ________ 、 _______ 、 ______ 和【思考练习】 __________ 。（ 3 ）码垛机器人工作站按进出物料方式可分为 _________ 、 _________ 、 __________ 和四进四出等形式。 2 、选择（ 1 ）在实际生产当中常见的码垛机器人工作站工位布局是（）。 ①全面式码垛 ②集中式码垛 ③一进一出式码垛 ④两进两出式码垛⑤一进两出式码垛 ⑥三进三出式码垛 A. ①② B. ①②③ C. ③④⑤⑥ D. ③④⑤ （ 2 ）对医药品码垛工作站而言，码垛辅助设备主要有（）。 ①金属检测机 ②重量复检机 ③自动剔除机 ④倒袋机 ⑤整形机 ⑥待码输送机 ⑦传送带 ⑧码垛系统装置 ⑨安全保护装置 A. ①②③⑦⑧⑨ B. ①③⑤⑦⑧⑨ C. ②③④⑦⑧⑨ D. ①②③④⑤⑥⑦⑧⑨ 返回目录 33/35
35.思考练习 3 、判断所（ 1 ）根据车间场地面积，在有利于提高生产节拍的前提下，搬运机器人工作处位站可采用 L 型、环状、“品”字、“一”字等布局。（）置 ———（ 2 ）关节式码垛机器人本体与关节式搬运机器人没有任何区别，在任何情况 — 下都可以互换。（）（ 3 ）关于码垛机器人 TCP 点，吸附式多设在法兰中心线与吸盘所在平面交点思的连线上并延伸一段距离使这段距离等同于物料高度，而夹板式同抓取式多设在考练法兰中心线与手爪前端面交点处。（）【习】四、综合应用 (1) 简述码垛机器人与搬运机器人的异同点。 (2) 下图是某食品包装流水生产线，主要由产品生产供给线、小箱输送包装线和大箱输送包装线等部分构成。依图画出 A 位置码垛运动轨迹示意图（按照 2-3 、 3-2 码垛）。 (3) 依图并结合 A 点位置示教过程完成下表（请在相应选项下打“ √ ”或选择序号阴影部分为码垛机器人原点，产品外观尺寸为 1800mm × 1200mm × 30mm ，托盘尺寸为 3600mm × 3000mm × 20mm ）。返回目录 34/35
36.思考练习所处位置 ——— — 【思考练习】 A 码垛作业示教搬运作业 Ⅲ 程序点作业点 Ⅱ 插补方式 ①原点②中间点③规避点④临近点 PTP 直线插补程序点 1 程序点 2 Ⅰ 程序点 3 程序点 4 题4图 Ⅰ — 产品生产供给线；Ⅱ — 小箱输送包装线；程序点 5 Ⅲ — 大箱输送包装线程序点 6 程序点 8 程序点 8 程序点 9 程序点 10 程序点 11 程序点 12 程序点 13 35/35 返回目录
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