基于紙箱包裝生產線的機器人碼垛仿真研究

魏雄冬

（廣東省機械技師學院，廣州 510450）

隨著科技的進步，工業機器人的應用越來越廣。目前，機器人在搬運、焊接、碼垛、噴漆以及涂膠等場所應用廣泛[1]。隨著社會的發展，老齡化問題越來越嚴重，企業用工成本越來越高，使得工業機器人代替人工變得迫切。很多原來由人工搬運碼垛的產線逐步被改裝成機器人自動搬運碼垛產線。本文根據工廠實際碼垛案例進行碼垛仿真系統研究。

1 紙箱包裝生產線碼垛工作站介紹

紙箱包裝生產線如圖1所示。根據現場工作場景，左右兩邊各有一個托盤。機器人將傳送帶運送過來的紙箱搬運到托盤上，并按規則碼垛。該碼垛工作站有兩種碼垛方式，分別為標準碼垛和奇偶層不同碼垛，如圖2所示。

圖1 紙箱包裝生產線實拍圖

圖2 碼垛排樣方式

2 碼垛仿真系統設計

2.1 系統布局

以安川機器人虛擬仿真軟件MotoSim EG-VRC為開發平臺，利用平臺內的工業機器人、控制柜、傳送帶以及托盤等現有資源搭建系統布局[2]。紙箱用軟件自帶畫圖工具畫出同尺寸長方體代替。根據工廠實際包裝產線，箱子大小跟原尺寸保持一致，設計長為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4層碼垛的設計需求，機器人的工作空間必須達到1 350 mm以上。這里選擇安川機器人控制柜為DX200，機器人本體為MA2010通用型。該機器人負載能力為10 kg，重復定位精度為0.08 mm，適合用于弧焊、激光加工、搬運以及碼垛等[3]。機器人的各軸動作范圍如表1所示。機器人安裝在地上的臂展空間無法達到4層的碼垛高度，因此需給機器人加裝一個600 mm的底座。

表1 MA2010機器人本體各軸動作范圍

2.2 碼垛程序設計

碼垛機器人工作站的仿真流程如圖5所示。當紙箱到達傳送帶末端時，首先末端傳感器檢測到紙箱，其次機器人過來搬運，最后機器人判斷搬運的物料是奇數層還是偶數層并按照規則進行碼垛。當托盤上的紙箱數量達到24個時，機器人自動回原點，碼垛結束[4-5]。

圖5 碼垛機器人工作站流程圖

根據機器人碼垛流程，設計控制程序。機器人程序控制過程如下：機器人回到搬運箱子上方，啟動傳送帶運送箱子，等待箱子到達傳送帶末端，輸入1信號為ON；機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；將層數放入中間變量B12，用B12層數與1進行奇偶判斷。假如為奇數層，與操作后B12為0；假如為偶數層，與操作后B12為1。用IF條件判斷是奇數層還是偶數層，按奇偶層調用相應的碼垛程序[1]。

部分程序如下

3 碼垛仿真調試

通過MotoSim EG-VRC仿真軟件播放系統運行，機器人將傳送帶運送的箱子按奇偶層碼垛方式放好，仿真結果如圖6所示。機器人按軌跡規劃到達每一個碼垛位置，且與周邊設備無任何碰撞。工作過程、碼垛工藝與企業實際效果一致，驗證了系統仿真的正確性，減少了現場調試時間，優化了程序結構。

圖6 機器人碼垛仿真效果圖

4 結語

在MotoSim EG-VRC機器人仿真平臺上，通過軟件自帶的三維建模功能、機器人控制系統和傳送帶構建工業機器人碼垛仿真工作站。根據實際生產工藝和碼垛工作流程進行軌跡規劃、離線編程，最終通過仿真驗證碼垛效果的真實性，可為實際生產設計、調試和改造提供有力依據，降低了調試成本，提高了系統可靠性和工作效率。