左懷山

（廣東省技師學(xué)院，廣東惠州516100）

0 引言

所謂“碼垛”就是按照集成單元化的思想，將一件件的物料按照一定的模式堆碼成垛，以便使單元化的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)物料的存儲(chǔ)、搬運(yùn)、裝卸運(yùn)輸?shù)任锪骰顒?dòng)。近年來，由于企業(yè)產(chǎn)品由賣方市場進(jìn)入了買方市場，企業(yè)生產(chǎn)正在向著多品種、少批量的方向發(fā)展，企業(yè)不再能夠承擔(dān)一線一產(chǎn)品的代價(jià)，往往需要一線多產(chǎn)品的生產(chǎn)線，這就要求作為后處理設(shè)備的碼垛機(jī)必須具備處理多種產(chǎn)品的能力。另外，隨著大型物資批發(fā)配送中心的出現(xiàn)，需要為成千上萬個(gè)用戶按訂單配送產(chǎn)品，這就要求碼垛機(jī)具有混合碼垛的能力。所有這些都為機(jī)器人碼垛機(jī)的發(fā)展提供了機(jī)會(huì)，繼20世紀(jì)70年代末日本將機(jī)器人技術(shù)用于碼垛工藝以來，當(dāng)前機(jī)器人碼垛機(jī)的研究與開發(fā)獲得了迅速的發(fā)展，柔性化水平、處理速度及抓取重量不斷提高，價(jià)格不斷下降。

1 在線式碼垛機(jī)工作狀況

在線式碼垛機(jī)根據(jù)進(jìn)料位置的高低，一般可分為高位式和低位式兩種，其中高位碼垛機(jī)運(yùn)用比較廣泛。對于高位碼垛機(jī)來說，物料通過爬坡輸送機(jī)提高其輸入高度，編層后的物料放在滑板門上，通過層降或連續(xù)降的方式將層料疊放在托盤上或其他層料上。最顯著的優(yōu)點(diǎn)是速度，產(chǎn)能一般可以達(dá)到1 500包/h以上。但高位碼垛占地面積較大，對廠房面積、高度等尺寸有要求，需要長寬高至少18 m×6 m×3.5 m的空間。而且高位碼垛是根據(jù)具體產(chǎn)品尺寸、具體垛型來設(shè)計(jì)的，也不方便更改產(chǎn)品尺寸，僅允許很小的變化量（一般都在設(shè)計(jì)前期就要考慮到使用幾種產(chǎn)品尺寸，幾種垛型，垛型的長寬高是多少）。因此，現(xiàn)在大部分原使用碼垛機(jī)的企業(yè)現(xiàn)在都面臨需要增加系統(tǒng)柔性工作能力的問題，以滿足日益增加的不同的用戶需求。

2 工業(yè)機(jī)器人在碼垛中的應(yīng)用優(yōu)勢

近年來，機(jī)器人碼垛技術(shù)發(fā)展甚為迅猛，這種發(fā)展趨勢是和當(dāng)今制造領(lǐng)域出現(xiàn)的多品種、少批量的發(fā)展趨勢相適應(yīng)的，機(jī)器人碼垛機(jī)以其柔性工作能力和小占地面積，能夠同時(shí)處理多種物料和碼垛，愈來愈受到廣大用戶的青睞。工業(yè)機(jī)器人機(jī)身小而動(dòng)作范圍大，可以進(jìn)行一個(gè)或幾個(gè)托盤的同時(shí)碼垛，能夠靈活機(jī)動(dòng)地對應(yīng)進(jìn)行多種產(chǎn)品生產(chǎn)線的工作，這種一機(jī)多線、一機(jī)多產(chǎn)品的特點(diǎn)正好符合當(dāng)下企業(yè)的需求。

3 工業(yè)機(jī)器人碼垛方案描述

3.1 工作邏輯

工作邏輯流程圖如圖1所示。

圖1 工作邏輯流程圖

3.2 選用設(shè)備

選用安川電機(jī)的MH系列——MH180工業(yè)機(jī)器人，負(fù)載180 kg，動(dòng)態(tài)范圍2 702 mm，搭配控制柜DX200。仿真圖如圖2所示。

圖2 工業(yè)機(jī)器人仿真圖

3.3 輸入、輸出I/O分配

機(jī)器人內(nèi)部繼電器編號(hào)規(guī)則如圖3所示，繼電器編號(hào)用五位數(shù)字表示，每個(gè)數(shù)值包含三個(gè)信息。其中組編號(hào)1為通用輸入，編號(hào)2為通用輸出；4和5分別代表專用輸入和輸出，專用信號(hào)采用系統(tǒng)默認(rèn)配置。通用輸入分配表如表1所示，通用輸出分配表如表2所示。

圖3 機(jī)器人內(nèi)部繼電器編號(hào)

表1 通用輸入分配表

表2 通用輸出分配表

3.4 主程序主要變量表及碼垛功能解釋

3.4.1 主程序變量表

實(shí)現(xiàn)碼垛功能需要調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)的用戶變量，以便在主程序和子程序之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通信。以下列出了碼垛功能中主要變量表，如表3所示。

表3 主程序變量表

以左側(cè)碼垛為例，首先需要手動(dòng)示教工件兩種擺放姿勢的位置數(shù)據(jù)，并分別登錄到用戶位置型變量P010和P011，如圖4所示。

圖4 兩種擺放姿勢的位置變量

根據(jù)當(dāng)前抓取的工件數(shù)累計(jì)不同，對應(yīng)執(zhí)行相應(yīng)的計(jì)算代碼，計(jì)算出當(dāng)前工件的放置位置，并賦值給P016和P017，以便放置子程序PICKL調(diào)用。

3.4.2 左側(cè)位置計(jì)算子程序詳解

讓工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)碼垛功能，主要是讓機(jī)器人能夠根據(jù)當(dāng)前搬運(yùn)工件的序號(hào)，自己計(jì)算出正確的擺放位置，按一定的堆疊排列方式碼放工件。以15件產(chǎn)品堆疊三層的碼垛為例，三層的放置位置平面圖及序號(hào)分配如圖5所示。

如圖5所示，在計(jì)算位置子程序COUNTL先對應(yīng)不同的工件順序應(yīng)用JUMP指令和IF指令跳轉(zhuǎn)到不同的程序段，分別計(jì)算出對應(yīng)當(dāng)前工況的放置位置，再把計(jì)算結(jié)果賦值給放置子程序要調(diào)用的位置變量，舉例的左側(cè)碼垛放置調(diào)用的是P016和P017。

圖5 三層堆疊平面圖及序號(hào)分配

當(dāng)拾取工件序號(hào)為1時(shí)，對應(yīng)轉(zhuǎn)跳到*01程序段：

*01

SET P016 P012

SET P017 P014

CALL JOB:PLACEL

RET

因?yàn)榈谝粋€(gè)工件放置位置正好與手動(dòng)示教位置重合，則直接進(jìn)行賦值，然后調(diào)用放置子程序進(jìn)行放置，再返回主程序（這里是拾取子程序，拾取子程序接下來的指令是返回主程序）。

當(dāng)拾取工件序號(hào)為2時(shí)，對應(yīng)轉(zhuǎn)跳*02程序段：

*02

ADD P012 P001

ADD P014 P001

SET P016 P012

SET P017 P014

CALL JOB:PLACEL

RET

如圖5所示，*02工件相對*01工件正好是在X軸上正偏移一個(gè)工件長度的距離，這里直接用X軸上工件長度偏移P001進(jìn)行相加，然后再賦值給P016和P017，調(diào)用子程序即可。其他對應(yīng)序號(hào)的工件依次偏移疊加，根據(jù)不同的拾取序列分別放置不同的位置，完成碼垛的堆疊。

4 碼垛程序的柔性化定制

由于程序都是模塊化編寫，廠家可以根據(jù)不同的要求進(jìn)行便利的修改。

（1）修改運(yùn)行速度：當(dāng)搬運(yùn)的產(chǎn)品或工具因?yàn)橹亓吭黾踊虺善繁Ｗo(hù)等需要降低運(yùn)行速度時(shí)，可以分別在PICKL和PLACEL中的MOVE指令中修改速度標(biāo)簽。

（2）修改產(chǎn)品尺寸：當(dāng)生產(chǎn)線產(chǎn)品更換時(shí)，可直接在MAIN主程序中直接修改D001、D002、D003三個(gè)數(shù)據(jù)，分別對應(yīng)產(chǎn)品的長、寬、高，再手動(dòng)示教抓取位置P006、P007和放置位置P010和P011即可。

（3）修改碼垛堆疊方式：在機(jī)器人程序里，只要不超出機(jī)器人的最大動(dòng)作范圍，可任意修改堆疊的層數(shù)和堆疊的樣式。如本文的程序要減少為只堆疊兩層的話，可修改主程序中的以下兩個(gè)命令行，

CALL JOB:FULLL IF I000>=15

JUMP*02 IF I000>=15

修改IF指令標(biāo)簽后的數(shù)據(jù)，把15改為10即可減少堆疊層數(shù)。需要增加層數(shù)的情況除了修改該數(shù)據(jù)外，還需在COUNTL中補(bǔ)充上增加的工件的計(jì)算程序段。還可預(yù)先編寫好多種計(jì)算位置子程序，對應(yīng)不同的產(chǎn)品，以便直接調(diào)用。在場地允許的情況下，還可改造成三進(jìn)三出式碼垛流水線。

5 結(jié)語

此次工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用筆者運(yùn)用了工作中積累的編程設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參考了一些相關(guān)的書籍，認(rèn)真分析了工業(yè)機(jī)器人碼垛的工作過程及工作要點(diǎn)，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，達(dá)到了預(yù)期的效果。在國家大力推廣和普及工業(yè)機(jī)器人的今天，人工智能技術(shù)的研究與生產(chǎn)應(yīng)用已成為發(fā)展的核心追求，許多企業(yè)都陸陸續(xù)續(xù)把工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到自己的生產(chǎn)線中，代替人力勞動(dòng)，淘汰原有的設(shè)備。我們應(yīng)把握機(jī)會(huì)，接受挑戰(zhàn)，掌握新技術(shù)，推進(jìn)新形勢下我國工業(yè)機(jī)器人的快速發(fā)展。

[1]YASKAWA安川電機(jī).DX200使用說明書：R-CTO-A220-C[Z].

[2]葉暉.工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用案例精析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[3]蔣慶斌，陳小艷.工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.