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码垛机器人生产线整体架构分析规划

时间：2018-01-03 来源：机器人在线 阅读：11791
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2  生产线整体架构分析规划

本文设计的纸箱码垛机器人生产线是在纸箱产品包装生产线的基础上进行设计的，在设计纸箱码垛机器人生产线之前，首先应该了解整个产品生产线的流程。纸箱产品包装生产线是由多个功能模块组成。
 
其中整个包装生产线和码垛生产线是串联起来的。
包装生产线部分粗略包含纸板开箱机、装箱机、称重剔除机、封箱机。成品线上的产品进入待装线被规整，准备装箱，开箱机为装箱机输送打开的空纸箱，装箱机将整理好的产品装进空纸箱后，输送至称重剔除机上进行称重检查，不合格的纸箱被推出重新包装，合格的纸箱包装产品进入下一个环节，即封箱机封箱环节，装满产品的纸箱被封好以后，进入码垛生产线进行码垛。
码垛生产线部分包括整垛输送线、待码垛机、码垛机器人、托盘输送系统、托盘位规整系统。包装线上封装好的纸箱产品有序进入整箱输送线，经调整其角度和方向后，进入待码垛机上待码垛。整理过后的空托盘被叠放在托盘输送系统之上，当托盘位无托盘时，托盘输送系统向其输送托盘，保证下一个托盘码完后能有效补充托盘。当托盘位托盘存在，待码垛机上纸箱到位，码垛机器人将待码垛机上的纸箱抓取放置在托盘位上的托盘上，有规则码放。待托盘垛满，整垛物料输出(此动作可由人工驾驶叉车叉走满垛托盘完成)。
通过对功能要求和性能要求分析，纸箱自动化码垛生产线的中间环节是进行纸箱运输、位姿调整等一系列工序，调整为码垛时需求的姿态，最终将纸箱码垛成预期的垛型。
因此，纸箱码垛机器人码垛单元应包括如下设备及其功能:
(1)输送机。主要功能是将从封箱机输出的纸箱运送到相应的处理工位，进行后续处理工艺。
(2)转向机构。主要功能是对纸箱的放置位姿进行调整。该设备可实现纸箱在水平面内90°旋转，并可以有条件的进行转向。
(3)待码垛机。主要作用是将到位后的纸箱定位，固定在抓取位置，并为码垛机器人抓手提供抓取空间。
(4)码垛机器人。主要作用是将处理完的纸箱准确、快速的放置在托盘相应的位置，将纸箱码成预期的垛型。
(5)托盘输送机。主要作用是将托盘输送到固定位置，便于码垛机器人准确放
置纸箱。无托盘时，对托盘进行自动补充。
 
简化后的搬运是从流水线上下来的箱装产品在到达指定地点之后，码垛机器人从流水线上将其抓取，经过一定的运动过程，放置在固定位置的托盘上，且摆放位置随码垛层级有所变化，使原本零散的纸箱在托盘上摆放出稳定且紧凑的垛型，减少占地空间，方便存储和运输。
通过分析得出系统最主要的需求，简化码垛机器人工作行程(图2-3 )，包括纸箱输送、纸箱待码垛、机器人从待码垛机上抓取纸箱、机器人放置纸箱在托盘。
 
考虑到使生产线顺利生产，码垛机器人能具有可操作性、可靠性等角度考虑，码垛机器人控制系统单元应具有一下功能:
(1)人机交互功能。可方便操作者进行人工操作，提高可操作性，码垛机器人单元控制系统可进行任意辅助设备的直接控制和操作，并可以实时监控设备运行状态和数据，使操作者能及时发现和处理当前状况。
(2)通信与检测功能。整个纸箱码垛机器人生产线包含多个相互独立的机电设备，纸箱包装生产线和纸箱码垛生产线包含多道工序。为实现纸箱码垛机器人生产线码垛过程中的自动运行，必须保证各设备之间能够实现相互通讯，实现整体协调控制。从而实现纸箱顺利通过各道工序，减少处理时间，提高生产效率。
(3)安全防护功能。该功能应该结合硬件和软件共同实现。通常硬件使用防护栏等设备，软件采用PLC程序结合检测元件实现安全保证。使用PLC对码垛机器人的上位控制方式。
由于纸箱码垛机器人生产线包含输送机、转向机构、待码垛机、码垛机器人、托盘输送机五种设备和多种电气元件、驱动元件及检测元件。且其全年连续工作的要求，使得生产线的可靠性必须非常高。所以，传统的机械传动及简单的控制方式己经不能满足上述的生产效率和可靠性要求。
如图2-4所示，将整个系统进行不同层级的功能结构组合。前两层为上位机控制的任务分配层和行为规划层，下两层为下位机控制。现场数据实时反馈到上层，做出及时修正偏差，保证系统安全可靠的持续工作。
(1)任务分配层。该层的主要任务是通过界面操作给各个设备分配任务。
(2)行为规划层。该层的主要任务是负责接受各个执行元器件的反馈信息，包括传感器，气缸状态，伺服电机的运行信息等。
(3)行为控制层。该层主要负责从上层接受任务并分配给下层不同控制器。
(4)运动控制层。该层是下位层，负责现场的I/O信号、监督设备和动作等。
 
 
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