基于ABB碼垛機器人跺型算法的應用分析

李亞軍，吳振強，徐 慧，邱 野，侯 偉

（北京機械工業自動化研究所有限公司，北京 100120）

0 引言

在某制藥廠項目中，機器人碼垛系統采用的是ABB碼垛機器人，具有多機器人，多工位，多箱型，多跺型的特點，為了方便產品的輸送，儲存，銷售和管理，該機器人碼垛不但具有操作簡單，運行穩定，可視性強，維修方便，而且還具有增加箱型簡單等優點。它通過與PLC和觸摸屏的連接，能夠實現信息實時追蹤，信息傳遞，遠程診斷和方便WMS，EMS管理。下面結合實例，綜合分析碼垛的算法，比較其優缺點，分析碼垛的應用范圍，掌握編程的思路，這樣可以在安裝調試階段減少大量人力物力，降低勞動強度，提高生產效率，節約成本。

1 包裝碼垛工藝流程簡介

某制藥廠項目是紙箱碼垛，采用3臺ABB公司IRB460機器人，其中每臺機器人完成4工位碼垛任務，即2條產品拾取工位和4個產品碼垛工位，機器人碼垛布置圖如圖1所示。

其中，L0為左側拾取工位，對應碼垛放置工位L11和L12；R0為右側拾取工位，對應右側碼垛放置工位R11和R12。

2 影響機器人碼垛放置順序的因素

在實際應用中，機器人在碼垛過程中，影響機器人碼垛放置順序的主要因素有：

圖1 機器人碼垛布置圖

1）機器人卡具的影響。常用的機器人卡具主要有鉤爪式，真空吸盤式和夾抱式等。若采用鉤爪式卡具，在放置時，要考慮鉤爪的位置，否則有可能會壓箱子，損壞設備；

2）箱子尺寸的影響。箱子的尺寸應在機器人卡具的工作變徑范圍內，若箱子的長度小于機器人卡具的長度時，箱子被夾在卡具內部，在放置時應考慮卡具對已碼跺型的影響。

3）條碼標簽的影響。為便于操作，客戶要求標簽朝外，方便手持掃碼拼盤。

最后，綜合工藝流程和現場因素，確定了左右放置工位的奇數層偶數層的“32跺型”碼垛順序，如圖2所示。其他跺型不在贅述。

圖2 碼垛工位順序圖

在圖2中，(a)為左側工位碼垛奇數層順序，(b)為左側工位碼垛偶數層順序，(c)為右側工位碼垛奇數層順序，(d)為右側工位碼垛偶數層順序。

3 參考點選擇

3.1 拾取參考點設定

拾取參考點選擇如圖3所示。由于拾取工位箱子定位的對稱性，所以，覺得碼放位置碼放的對稱性，使左右放置工位位置的不一致，決定拾取參考點選擇的對稱性，所以引入碼垛算法比例系數K。在L0拾取工位，箱子靠右側定位，K=1；在R0拾取工位，箱子靠左側工位，K=-1。

圖3 拾取參考點選擇

3.2 放置基準點選擇

3.2.1 基于放置位置的碼垛算法放置基準點選擇

基于放置位置的碼垛算法，就是要求在工具坐標系中，要求放置基準點pBase0與放置位置點1重合，放置基準點pBase90與放置位置3重合。

L11號棧板的放置基準位置pBase0，如圖4(a)中1位置，此棧板的上其他位置若姿態與此基準相同，則可以通過偏移算法得出。示教時使用工具坐標系tGripper，工件坐標系Wobj0。

L13號棧板的放置基準位置pBase90，如圖4(c)中3位置，此棧板的上其他位置若姿態與此基準相同，則可以通過偏移算法得出。示教時使用工具坐標系tGripper，工件坐標系Wobj0。

右側棧板與此類似，不再贅述。

3.2.2 基于棧板位置的碼垛算法放置基準點選擇

基于棧板位置的碼垛算法，就是要求在工具坐標系中，要求放置基準點pBase0，pBase90， pBase180，pBase270棧板的角位置重合。

L11號棧板的放置基準位置pBase0，如圖4(b)中1位置，此棧板的上其他位置若姿態與此基準相同，則可以通過偏移算法得出。示教時使用工具坐標系tGripper，工件坐標系Wobj0。

L13號棧板的放置基準位置pBase90，如圖4(d)中3位置，此棧板的上其他位置若姿態與此基準相同，則可以通過偏移算法得出。示教時使用工具坐標系tGripper，工件坐標系Wobj0。

右側棧板與此類似，不再贅述。

圖4 放置基準位置圖

4 常用碼垛算法

4.1 基于放置位置的碼垛算法

以左側工位L11為例說明，放置位置的順序如圖2(a)和圖2(b)所示。

首先，位置1和位置3分別是需要示教位置的放置基準點pBase0和pBase90。

其中，位置1與創建好的放置基準點pBase0重合，則直接將pBase0各項數據賦值給當前的放置目標點；相對于放置基準點pBase0，位置2只是在X正方向偏移了一個產品長度，只需要在pBase0目標點X數據上面加上一個產品長度即可；位置3則和pBase90重合，以此類推，則可計算出剩余的全部碼放位置。

在碼垛應用過程中，通常奇數層跺型一致，偶數層跺型一致，這樣只要算出第一層和等二層，三層及其以上奇數層位置是可以直接復制第一層各項X，Y軸位置，然后在Z軸正方向上面疊加相應產品碼垛高度（通常為箱子高度整數倍）即可完成。四層及其以上偶數層，則直接復制第二層各項X，Y軸位置，然后，在Z軸的基礎正方向上疊加相應產品的碼垛高度即可完成。這樣即可完成整個跺型的碼放位置，如表1所示。

其次，為方便對各箱型碼放位置進行調整，利用Offs功能在已經計算好的碼放位置基礎上，沿X,Y,Z再進行微調，其中調用的是已創建好的三維數組Compensation，例如碼放不同類型箱型，nBoxType不同，第一個位置時，則拍Target：=Offs（pTarget，Compensation{nBoxType,1}, Compensation{nBoxType,2},Compensation{nBoxType,3}）。

表1 碼垛算法1放置目標點位置計算表

4.2 基于棧板位置的碼垛算法

以左側工位L11為例說明，放置位置的順序如圖2(a)和圖2(b)所示。

首先，位置1和位置3分別是需要示教位置的放置基準點pBase0和pBase90，但是，考慮到棧板尺寸的影響，要求放置基準點的參考點與棧板的頂點重合，箱子的邊緣與棧板的邊緣平行。

表2 碼垛算法2放置點目標位置計算表

其中，位置1的放置目標點，其姿態與放置基準點即是pBase0一致，位置也即是在其X,Y,兩個方向偏移了箱子邊緣與棧板邊緣之間的距離。

表3 碼垛算法總結

X軸方向偏移距離為：

Delta X:=0.5*(TL-2*nBoxSize{nBoxType,1}-Compensation{nBoxType,1})

Y軸方向偏移距離為：

Delta Y:=0.5*(TW-nBoxSize{nBoxType,1}-nBoxSize{nBoxType,2}-Compensation {nBoxType,2});

位置2的放置目標點，其姿態與放置基準點pBase0一致，位置2是在位置1的基礎上在X軸方向便移了箱子長度的距離，Y軸與位置1一致。

X軸方向偏移距離為：

Delta X :=0.5*(TL-2*nBoxSize{nBoxType,1}-Compensation{nBoxType,1})+ nBoxSize{nBoxType,1}+C ompensation{nBoxType,1}

位置3的放置目標點，其姿態與放置基準點即是pBase90一致，位置也即是在其X,Y兩個方向偏移了一定的距離。即X軸方向偏移距離為：箱子上長邊邊緣與棧板上寬邊邊緣之間的距離。

Delta X :=0.5*(TL-2*nBoxSize{nBoxType,1}-Compensation{nBoxType,1})

Y軸方向偏移距離為：箱子右短邊邊緣與棧板右長邊邊緣之間的距離。

Delta Y :=0.5*(TW-nBoxSize{nBoxType,1}-nBoxSize{nBoxType,2}-Compensation {nBoxType,2}) +nBoxSize{nBoxType,2}+Compensation{nBoxType,2};

以此類推，則可計算出剩余的全部碼放位置，如表2所示。

5 結束語

基于放置位置的碼垛算法，雖然計算簡單，易于理解，但是適用品種單一，增加跺形不便，后期工作量比較大，影響效率；而基于棧板位置的碼垛算法，程序算法復雜，前期編程工作量比較大，但是適用于多箱型的碼垛，增加跺形方便。因此可以根據項目實際應用的要求，針對具體作業方案，選擇具體算法。