码垛机器人控制系统设计Word文档下载推荐.docx

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stackingrobot,off-lineprogramming,teaching,3Dsimulation,xmldocument

III

目录

4

摘要 I

ABSTRACT 2

第一章 绪论 3

1.1课题背景 3

1.2码垛机器人 2

1.2.1国内外码垛机器人发展现状 2

1.2.2码垛机器人控制器发展现状 4

1.2.3码垛机器人控制系统发展现状 6

1.3本文的主要研究工作 6

第二章码垛机器人控制系统方案的建立 8

2.1码垛机器人构成 8

2.2名词解释 11

2.3控制系统需求 12

2.3.1控制系统功能需求 12

2.3.2控制系统技术要求 15

2.4控制方案确定 15

2.4.1当前流行码垛机器人控制方案 15

2.4.2改进前码垛机器人的控制方案 17

2.4.3改进后的控制系统方案 18

2.5控制系统硬件介绍和选取 19

2.5.1运动控制器 19

2.5.2工控机 20

2.5.3PLC 20

2.5.4人机界面 21

2.6本章小结 22

第三章 控制系统具体实现 23

3.1开发环境简介 23

3.1.1上位开发平台visualstudio 23

3.1.2上位开发语言c# 23

3.1.3系统所有文件格式 23

3.2控制系统模块划分 24

3.3各模块界面设计原则 25

3.4系统软件主要模块设计 26

3.4.1原点复位模块 27

3.4.2垛型信息输入模块 28

3.4.3用户坐标系设定模块 30

3.4.4设置模块 32

3.4.5计算模块 36

3.4.6手动示教模块 38

3.4.7修正模块 40

3.4.8通信备份和恢复模块 41

3.4.9故障诊断和报警模块 42

3.4.10多线控制模块 43

3.5控制器模块的实现 44

3.5.1运动控制卡模块 44

3.5.2PLC控制模块 48

3.6仿真模块 50

3.6.1与离线编程模块之间接口通讯 50

3.6.2仿真模块的介绍 51

3.7本章小结 52

第四章实验与分析 53

4.1实验条目 53

4.2实验方案 53

4.3实验结果 54

4.4本章小结 56

第五章全文结论 57

5.1结论 57

5.2以后工作展望 57

参考文献 58

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 61

致 谢 62

第一章 绪论

1.1课题背景

所谓码垛就是按照集成单元化的思想，将一件件的物料按照一定的模式堆码成垛，以便使单元化的物垛实现物料的存储、搬运、装卸运输等物流活动[1]。

码垛有人工码垛和自动码垛之分。

80年代前，码垛工作都是由人工堆垛，人工码垛主要应用在物料轻便、物料轻便、尺寸和形状变化大、吞吐量小的场合。

当码垛吞吐量在10件/min以上，人们采用一些自动码垛方案来提高码垛效率。

自动码垛不仅可以加快物流速度，保护工人的健康和安全而且可以获得整齐一致的物垛，减少物料的损伤，提高叉车的搬运效率，增强处理的柔性。

传统的自动码垛方式主要是为了在吞吐量恒定的情况下，从人机工程学的角度考虑，为了减轻工人在长时间地进行人工码垛作业时的弯腰疲劳和重复劳动疲劳，增加一些符合人机工程学方面的设施，例如托盘操纵机、剪式升降台、工业操作机械手等。

随着现代化的进程，人们对包装速度的要求越来越高。

传统的简单的自动码垛方式不能满足要求，在线式码垛机逐渐成为码垛系统的主要角色。

在线码垛机在工作时，通过排层输送机成排，之后，通过一定的装置将成层物料叠放在托盘上或其他层料上。

根据进料位置的高低，可将在线式码垛机分为高位式和低位式两种[2]。

在线式码垛机以其高速处理能力而著称，随着技术的进步，在线式码垛机的吞吐量不断提高，其向高速化方向发展，例如美国哥伦比亚机械公司生产的型号为QBR200的高位高速码垛机，处理能力达40件/min。

通过增加编层和编垛模块，可以实现对更多种产品的同时处理。

作为物流自动化领域的一门新兴技术，近年来，码垛技术获得了飞速的发展。

不管是人工码垛，还是传统的自动码垛技术和在线式码垛机均无法满足现代化企业多品种少批量的产品码垛要求，即缺乏处理多种产品的能力；

另外，随着大型物资批发配送中心的出现，需要为成千上万的用户按定单配送产品，这就要求码垛机具有混合码垛的能力，所有这些，都为机器人码垛机的发展提供了机会，继70年代末日本将机器人技术用于码垛工艺以来，机器人码垛机的研究开发获得了迅速的发展，

柔性、处理速度以及抓取重量不断提高，价格不断下降。

近来，机器人码垛技术发展甚为迅猛，这种发展趋势是和当今制造领域出现的多品种少批量的发展趋势相适应的，机器人码垛机以其柔性工作能力和小占地面积，能够同时处理多种物料和码垛多个料垛，愈来愈受到广大用户的青睐并迅速占据码垛市场。

[3][4]机器人码垛机富有柔性，被广泛用于码垛作业中，机器人技术在码垛领域中的应用，主要表现在以下几个方面[5]：

（1）适应性强，机器人码垛机只要更换抓手就可以处理不同种类的产品。

（2）智能程度高，机器人码垛机可以对到来的物料进行识别，然后，码垛机根据识别信息将物料送往不同的托盘上。

（3）操作范围大机器人码垛机本身占地面积小，操作范围大，可同时处理多条生产线上的产品。

本论文就是在基于机器人技术在码垛中的应用，在国家863项目支持下，结合目前流行的运动控制系统和国内外码垛机器人的控制，为沃迪码垛机器人开发设计的通用码垛机器人控制系统，该机器人是国内首个产业化的通用码垛机器人。

1.2码垛机器人

机器人码垛系统可以看作是一个输入输出系统，从一条或多条流水线上输入物品然后将它们抓取放置到托盘上预先设置或计算好的地点，最后输出成品垛。

基本的计算能力，加上可集成传感器来识别产品的变化，使机器人码垛系统成为一个智能系统，能识别和区分出多种产品；

一台码垛机器人能让多条生产线实现自动化，机器人码垛系统能识别和处理多种产品。

1.2.1国内外码垛机器人发展现状

在国内，我国尚无通用的码垛机器人，主要还是以上述介绍的传统的码垛机为主，研究机器人码垛机的单位主要有哈工大机器人研究所和上海交通大学机器人研究所。

哈工大机器人研究所多年前就研制了机器人码垛机，成功地应用在全自动包装码垛生产线上，取得了良好的经济效益和社会效益。

他们采用双自由度的笛卡尔坐标式机器人码垛机并结合编组机，通过一次抓取两袋或三袋，实现了800袋/h的工作能力。

上海交通大学机器人研究所从事的高速码垛技术的开发研究，取得了重要进展。

上海交通大学与上海沃迪科技有限公司合作开发的TWPR系列码垛机器人的处理能力达到1000袋/小时。

此外天津大学机械学院和北京航空航天大学的机械

62

学院也正在从事码垛技术的开发研究。

图1.1 TWPR系列码垛机器人Fig1.1TWPRStackingrobot

目前欧美日码垛机器人在码垛市场的占有率达到了百分之九十多，绝大数码垛作业由码垛机器人完成。

现在，市场上码垛机器人主要有日本的Fuji[6]，瑞典的ABB，德国的库卡等。

目前，日本已产品化的搬运码垛机器人，最大搬运重量可达300kg，最大工作半径2.5m，最大运动速度0.2m/s，重复定位精度±

0.5mm。

德国库卡公司成立于1898年，自1977年开始系列化生产各种用途的机器人，至今已经生产并在世界各地交付使用了超过8万部机器人，是目前国际上最大的机器人制造商之一

[7][8][9][10]。

在Interpack展会上，ABB推出了新的第二代码垛机器人，据称该机相比

以前型号，它的操作区域更大、速度更快。

该IRB660码垛机器人可以操作到3.15米远的产品，有效负载为250kg，而且可以跟踪正在移动的箱子，在不需停机的情况下就可以完成箱子的码垛工作[11]。

图1.2 FUJI码垛机器人 图1.3 KUKA码垛机器人

Fig1.1FUJIStackingrobot Fig1.3KUKAStackingrobot

图1.4 ABB码垛机器人Fig1.4ABBStackingrobot

和国外相比，国内的码垛技术还存在很大的差距，目前，日本、美国、德国、英国等发达国家的自动码垛技术己经发展到了相当高的水平，码垛机的吞吐量在不断地提高，机器人码垛机的柔性、处理速度以及抓取载荷在不断地升级，应用场合在不断地扩大[12][13][14][15]。

在不断地缩短同国外技术水平差距的道路上，我国的科技工作者和广大的技术工程人员还有许多工作要做。

1.2.2码垛机器人控制器发展现状

由于市场上码垛机器人主要是日本的Fuji，瑞典的ABB、德国的