码垛机器人使用说明

码垛机器人使用说明
非常感谢贵公司购买码垛机器人。

本系统是将上流传送带传送过来的产品按一定的堆放形状放置到托盘上的码垛机器人设备。

1.功能概述
为适应我国在石油、化工领域的快速发展，我们在吸收国外先进技术的基础上，自主开发了RB200型垂直多关节型机器人。

RB200型码垛机器人是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种规定作业的机电一体化生产设备。

其主要由机械本体、伺服驱动系统、手臂机构、末端执行器（抓手）、末端执行器姿态调节机构以及检测机构等构成，它根据不同的物料包装、堆垛顺序、层数要求等进行参数设置，实现不同类型物料包装的码垛作业。

2.码垛机器人与传统机械式码垛机比较,特点如下:
2.1.结构简单、零部件少。

因此零部件的故障率低、性能可靠、保养维修简单、所需库
存零部件少。

2.2.占地面积小。

有利于客户厂房的总体布置，并可留出较大的库房面积。

2.3.适用性强。

当客户产品的尺寸、体积、形状及托盘的外形尺寸发生变化时只需在触
摸屏上稍做修改即可，不会影响客户的正常的生产，甚至一台码垛机器人可同时对两条包装不同物料的生产线进行码垛操作。

2.4.能耗低。

传统机械式码垛机的功率在26kW左右，而码垛机器人的功率为10kW，
能大大降低客户的长期运行成本。

3.主要技术特点：
3.1.码垛机器人具有4个自由度，分别为手臂的两个关节沿垂直轴、水平轴作直线运动，
机械本体和抓手绕各自的回转轴作回转运动。

3.2.手臂采用平行四边形连杆机构，由伺服电机通过带轮、同步带、滚珠丝杠、直线导
轨驱动，并采用末端执行器姿态调节机构，使末端执行器（抓手）实现垂直轴、水平轴无藕合线性运动。

3.3.机械本体用于承载手臂机构及其驱动机构，机械本体安装在交叉滚子轴承上，由伺
服电机通过精密摆线减速机驱动，实现码垛机器人在水平面内的回转作业。

3.4.抓手腕部回转由伺服电机通过精密摆线减速机驱动。

3.5.机械手主要材料采用铝合金型材，具有质量轻，动作灵活等特点。

4.主要技术指标：
码垛最大能力：1200bags/h 橡胶：600bags/h
最大载荷：200kg
结构形式：4自由度关节型
运动模式：柱面坐标
动作范围
Z轴（垂直）：2300mm
X轴（水平）：1500mm
θ轴（本体回转）：330°
a轴（手腕回转）：330°
5.动作范围:
图1码垛机器人动作范围
6.工作原理：
码垛机器人（如下图2）包括手腕1、手臂机构2、手腕姿态调整机构3、机架4、底座12、机械手20以及手臂机构2的伺服驱动系统等。

手臂机构2由AC、BF、FD、CE四个连杆构成，其中AC连杆的BC杆段与CD、DF、FB等连杆构成平行四边形，BC 杆段与DF连杆平行，CD连杆与FB连杆平行，AC连杆的A端点为工作负荷承载点。

连杆BF的F点为手臂机构2的水平主动关节，其安装在水平移动板19上，连杆CE的E 点为手臂机构的垂直主动关节，其安装在垂直移动板6上。

码垛机器人的手臂机构2的驱动系统安装在机架4上，由水平、垂直两个驱动机构
组成。

水平驱动机构由伺服电机13、主动带轮14、滚珠丝杠副15、直线导轨16、同步带17、从动带轮18、移动板19等组成。

通过滚珠丝杠传动副15，将伺服电机13的旋转运动转换为移动板19的直线运动，从而带动手臂机构2水平主动关节F在水平方向移动，此时手臂机构2的工作负荷承载点A仅在水平方向移动。

垂直驱动机构由伺服电机10、主动带轮11、同步带9、从动带轮8、直线导轨7、滚珠丝杠副5、移动板6等组成。

通过滚珠丝杠传动副5，将伺服电机10的旋转运动转换为移动板6的直线运动，从而带动手臂机构2的垂直主动关节F在垂直方向移动，此时手臂机构2的工作负荷承载点A 仅在垂直方向移动。

利用这种平行四边形连杆手臂机构及其驱动系统配置形式，非常方便的实现了手臂机构工作位置点的线性运动。

码垛机器人的手腕1安装在AC连杆的A点及JI连杆的J点上，设有机械手回转轴II。

手腕姿态调整机构3由两个平行四边形机构及一个三运动副杆件组成。

其中手臂机构AC 连杆的AB杆段、三运动副杆件的BI杆段、拉杆IJ、及手腕部JA杆段构成一个平行四边形，手臂机构BF连杆、固定连杆FG、拉杆GH、三运动副杆件的H B杆段构成另一个平行四边形。

机器人的手腕姿态调整机构与位置机构相互关联，但互不影响。

利用该机构调整时，码垛机器人的手腕1姿态保持不变，即与之相连的机械手工作姿态保持不变。

码垛机器人的底座12设有机架4的回转机构，机架4可以绕回转轴I作回转运动，从而扩大了码垛机器人的作业范围
图2 工作原理示意图
7.码垛机器人的主要部件
码垛机器人主要由机械手、手腕、手腕调整机构、手臂机构、回转本体、伺服驱动系统、底座等部件组成（如图3）。

其运动包括：本体回转、手臂机构的水平、垂直运动以及手腕回转。

图3码垛机器人结构示意图
主要部件结构简图如下：
7.1机械手
机械手是码垛机器人的工作装置，可以根据不同的物料包装形式，采用不同的抓取形式。

该码垛机器人由气缸驱动手指抓取物料。

图4机械手7.2手臂机构
图5手臂机构
7.3手腕
手腕是手臂机构与工作装置之间相互连接的杠件，用以支承工作装置并确定其位置和姿态。

图6手腕
7.4回转本体
图7回转本体
7.5垂直丝杠机构
图8垂直丝杠7.6水平丝杠机构
图9水平丝杠
8.气动原理
图10 码垛机器人气动原理图9.润滑管路
vb
图11 码垛机器人润滑原理图
10.注意事项
10.1.一般注意事项
(1) 本机器人必须由被授权的和接受培训过的人员来操作。

(2)一旦出现紧急情况，请立即按下非常停止按钮。

在控制面板以及示教盒上面都设有非常停止按钮。

(3) 如果要进入机器人的动作区域（安全防护栏内），请务必关闭控制电源，停止机器人运行，并
将锁定钥匙取出。

(4) 在运行过程中请千万不要越过防护栏进入防护区域。

(5) 在机器人运行过程中，请不要用手触摸限位开关以及光电开关等传感器。

否则可能会引
起机器人的误动作。

(6) 请定期检查空气过滤器，适时将冷凝水排出。

(7) 请不要使用不良的托盘:
托盘的尺寸误差许可范围为±10mm (长度和宽度)和±5mm (高度).
托盘如存在边框、底盘的破损，铁钉突出等现象，请务必将其修复后才能投入使用。

10.2. 操作前的注意事项
(1)确认安全防护栏已关闭，以及其他的防护装置已处于正确的工作状态。

否则不允许启动机器人。

(2) 确认没有人在机器人的动作区域之内。

(3) 检查空气压力是否正确，调整调压阀把压力设定到5kg/cm2²。

(4) 确认抓手的手指已完全固定。

(5) 确认空托盘已处于指定的位置。

(6) 确认机器人及前后配套设备没有异常。

确认没有妨碍运行的障碍物。

11.1.码垛机工艺流程
码垛机电气控制系统控制和协调码垛系统各部机的动作，使码垛机按照设定的工艺流
程来完成整个生产过程。

码垛系统的工艺流程如图12所示。

由包装机包装好的合格料袋经过渡输送机进入码垛机，首先由斜坡输送机送入过渡输
送机，然后进入缓停压平机，由压平装置对料袋进行压平整形，整形后的料袋经缓停机进
入编组机，然后在编组机等待码垛机器人抓取码垛。

码垛机器人在抓取码垛的过程中同时
自动进行编组计数，将横袋2袋编为一组，竖袋3袋编为一组。

码垛机器人重复上述动作，
直到码完设定的层数即为一垛，由垛盘输送机将垛盘排出到下线位，由叉车叉走入库。

叉车将成垛的空托盘（按设计要求为10个）放入托盘仓中，托盘仓能自动地将一个托盘
放到托盘输送机上，再由托盘输送机送到升降机的升降托架上，供码垛使用。

料袋进入
下线入库
图12 码垛机工艺流程框图
电控系统的核心部分包括机器人控制器PRC ，可编程控制器PLC 、检测元件（光电开关、接近开关）、操作面板（包括触摸屏、按钮开关和指示灯）、控制元件（伺服驱动器、交流接触器和电磁阀）以及执行元件（电动机和气缸）等。

电控系统外围的辅助元器件包括负荷开关、漏电保护开关、电动机空气开关、中间继电器、三相变压器、直流稳压电源、接线盒、接线端子以及其它辅件。

操作面板作为操作人员与设备之间的交互界面，接受来自操作人员的操作指令并指示设备的运行状态；检测元件检测托盘及料袋的位置状态以及机械各部机的动作状态；PLC 程序自动循环扫描各个输入输出点的当前状态，并根据程序所确定的逻辑关系刷新输出点的状态，通过交流接触器和电磁阀来控制相应的电动机的启停和气缸的动作；机器人控制器PRC 通过控制伺服电机来控制码垛机器人的各个动作，同时内部PLC 扫描I/O 与外部PLC 进行通讯，从而完成整个码垛流程的自动控制。

控制系统结构简图如图13所示。

限位开关
电磁阀
手操器
图13电控系统原理框图
11.3.系统的主要特点及技术说明 11.3.1电源部分
现场动力电源（AC380V ，三相五线制）进入控制柜后，经接线端子变径后至总负荷隔离开关和漏电保护开关。

总负荷隔离开关为表面安装形式，带有旋转手柄，在不打开控制柜门的情况下，可方便地通过旋转手柄完成主电源的开关动作。

漏电保护开关提供对操作人员及设备的安全保护，当发生由于电机绝缘破坏或其他原因造成的漏电事故时，漏电保护开关可以迅速产生脱扣动作，切断主电源，避免人身伤害事故的发生。

机组的每个电机均有单独的空气开关对其进行保护，从而保证了电机的安全运行，并且便于在发生故障的情况下查找故障点。

本系统所采用的电动机空气开关集成了多种保护功能，如短路、过载及断相等保护，因而省去了传统的热保护继电器。

码垛机器人在动作过程中需要位置控制，所以采用伺服驱动器控制伺服电机进行定位。

机器人本体上还在各个轴的运动方向上还装有限位开关，从而保证了机器人的安全运行。

为交流接触器线圈供电的交流220V 电源由一个单极小型断路器提供过流保护。

因控制部分的电路对电源的性能要求较高，为避免现场干扰，故由一个隔离变压器为
可编程序控制器PLC
光电开关 接近开关
操作面板
交流接触器、电磁阀
电动机 气缸
PLC、直流稳压电源等提供交流220V电源，其源端和副端均有小型断路器保护。

操作现场上所有的控制元件、监测元件及主令电器的工作电源均为DC24V，因而提高了设备运行及人员操作的安全性。

供电的详细原理参见电气图册。

11.3.2.可编程控制器
可编程控制器是控制系统的核心。

控制系统都采用欧姆龙CQM1系列PLC，该系列PLC运行速度快且内置有RS-232端口，可直接与计算机或其他终端连接，控制指令系统丰富，可进行多种复杂的运算。

CQM1采用模块式结构，维护或扩展简便易行。

各控制系统的PLC配置如下表：控制系统采用输入模块ID212（十六点/公共端直流），输出模块OC222（继电器十六点/公共端）、输出单元OC221（继电器8点独立回路）
机器人码垛机控制系统采用欧姆龙集成式系列PLC，型号为CPM2AH-60CDR-A。

该CPU具有很快的I/O处理速度，强大的I/O扩展能力，并且便于安装，能够满足现代化生产线对控制的高要求。

PLC CPU单元内置RS-232端口，可以与计算机、可编程终端或其他具有RS－232端口的设备连接，不需要添加另外的功能模块。

其程序可以采用闪存进行固化，通过手持编程设备即可方便操作，不需要另外的专用设备。

该PLC提供了丰富的指令系统，使用非常方便。

本系统的PLC配置包括36点24V直流输入，24点继电器输出。

输入点用于接收现场传感器开关、操作盘按钮开关以及码垛机器人控制输出的信号等。

输出点用于控制操作盘指示灯，电磁阀（气缸），输送电机和报警装置的控制以及输出给码垛机器人控制器的信号。

机器人码垛机控制系统采用自主研发的码垛机器人控制器，型号为PRC-100，主要作用有对伺服电机和手抓电磁阀的控制，接收机器人本体的限位信号以及输出给外部PLC信号等。

码垛机器人控制器一共有3层。

其中第1层，通过光电隔离对整个控制器起保护作用，与外部元器件的连接，比如直流电源输入，限位开关信号输入，伺服驱动器的控制等。

第2层对伺服驱动器进行相关控制，最多可以同时控制4轴，CPU采用MOTOROLA DSP56 系列数字信号处理器。

第3层为I/O扩展层，通过内部PLC程序可以读取控制器的输入和控制控制器的输出。

11.3.3.伺服驱动器
本系统采用4个日本SANYO DENKI公司PY系列伺服驱动器，1个PY2A030A，1个PY2A050A，2个PY0A150A。

由这些驱动器完成码垛机器人本体伺服电机的运动定位。

伺服驱动器的位置回路增益，运动位移、速度以及电子齿轮等参数可通过个人计算机应用专用软件进行设定，然后下载到伺服驱动器。

11.3.4.手持式操作器
本系统采用鸿格公司的手持式操作器，简称手操器，型号为iVIEW100。

手操器能用LCD显示数字和文本，利用键盘区可以对码垛机器人进行控制。

在手动状态下，可以使用手操器控制码垛机器人系统低速手动运行。

11.3.5.其它
控制系统所采用的控制柜、操作箱、接线箱、按钮盒、主令电器、传感器（开关）、电磁阀等均达到IP54防护等级。

为确保电控系统的可靠性和工作寿命，电气元件（包括接线端子等）均采用利用国际先进技术制造的产品。

控制系统所使用的控制元件主要有两种：交流接触器和电磁换向阀，其控制线圈与
PLC输出点相连。

交流接触器简称接触器，当其控制线圈得电，则接触器的触点接通，为电动机供电。

电磁换向阀简称电磁阀，用于切换气缸缸杆的伸缩状态，从而带动相应的机构动作，完成相应的操作。

在系统处于停止状态时，电磁阀一般都处在失电状态，但气缸杆的伸缩状态根据工艺需要有所不同。

12.码垛机的操作界面
12.1.码垛机控制柜
码垛机控制柜位于码垛机器人和垛盘输送机附近。

在控制柜左侧壁的上部有总负荷隔离开关手柄，正常情况下将手柄由“○”位拨至“│”
位，则控制柜通电，反之则断电。

12.2.码垛机控制柜操作面板
码垛机控制柜操作如图14所示，由一个触摸屏终端、一个指示灯、一个选择开关、一个急停开关和三个平头按钮组成。

操作部分核心为台达PWS6600S-S系列触摸式人机界面（以下简称“触摸屏”），这种触摸屏具有形象、直观，操作简单，便于维修和维护等特点，集以往操作面板中的各种按钮、指示灯、计数器、时间继电器、以及各种示意图于一身，并具有多画面切换、设备工作状态动态模拟演示、动态工作参数监控和设定、出现报警画面自动切换以及操作员等级密码设定等功能。

下面首先对触摸屏各操作画面分别予以说明，然后介绍其它按钮开关及指示灯。

12.3．触摸屏界面
12.3.1.自动运行主界面 系统自动运行主界面如图15所示，该画面共有3个按钮，“循环停止”按钮的作用是使码垛机器人的运动在该循环运动结束后停止，如果在按一次“循环继续”则码垛机器人会继续上一次循环停止的运动。

“强制排垛”可以把未满的一垛强制排出，并重新开始计数。

“I/O 监控”按钮可以切换至I/O 监控的相关画面。

编号数值为当前码垛形式的编号，垛数、层数、步数和速度为当前状态显示。

图14码垛机控制柜操作面
12.3.2.手动运行当前状态界面 系统手动运行界面如图16所示，当选择开关拨到手动状态时就会进入该界面。

在此界面中，可以对当前数据块编号、垛数、层数、步数和速度进行修改。

点击“手动测试”按钮可以切换到手动测试界面，点击“垛型参数”按钮可以查看垛型参数。

12.3.3.回零界面
在每次重新上电后自动运行前，伺服电机需要进行回零操作，即寻找初始参考位置。

按下“回零”按钮后，屏幕上提示操作者，在回零过程中请不要进行其他的操作，否则会使回零运动停止，或其他无法预测的后果。

回零界面如图17所示。

图15自动运行主界面
图16系统手动运行当前状态
图17 回零界面
如果还没有进行回零就按下控制柜的“启动”按钮，触摸屏会提示操作者请先回零的画面，如图18所示。

图18 回零界面
12.3.4.系统手动运行界面
从系统手动运行当前状态界面点击“手动测试”按钮，就能进入系统手动运行状态
界面如图19。

该画面共有6个画面切换按钮。

按钮“输出测试”可以让操作者进入输出测试状态，该测试需要操作者输入密码。

按下“当前状态”按钮可以返回系统手动运行当前界面。

按钮“系统设置”可以让操作者对触摸屏系统进行设置，该画面也需要操作者密码确认。

按钮“示教系统”可以对码垛机器人系统进行示教，该画面也需要操作者密码确认。

点击“故障历史”或“查看帮助”可以进入相关的操作界面。

图19 码垛机自动运行界面
12.4.按钮开关和指示灯
“手动自动”选择开关：用于选择码垛机器人的运行状态，手动状态可以对利用触摸屏进行输出测试或手持操作器使码垛机器人手动运行。

“急停”按钮开关：红色蘑菇头按钮，此按钮带自锁，按下后码垛机将无法启动，使码垛机可靠地处于停止状态。

若要再启动码垛机，必须将此开关右旋复位。

“启动”按钮：绿色，用于在自动状态下启动码垛机进入自动运行状态。

“停止”按钮：红色，用于将码垛系统从自动运行状态转为停止状态。

“复位”按钮：黑色，在码垛机停止状态下按复位按钮，将使伺服驱动器的普通故障复位，清除当前的故障报警。

“故障”指示灯：红色，当有故障报警发生时点亮。

12.5.手持式操作器
手操器键盘区如图20所示。

各按键及指示灯意义如下。

“手动”：按下该按钮给手操器才能使用，再按一次手操器按钮失效，只能显示。

“伺服”：该按钮可以使码垛机器人本体伺服电机使能在“ON”和“OFF”的状态之间进行切换。

“前页”：按下该按钮可以使LCD显示向前翻页。

“后页”：按下该按钮可以使LCD显示向后翻页。

左方向按钮：使LCD中光标左移。

右方向按钮：使LCD中光标右移。

＋按钮：数值增加。

－按钮：数值减少。

Z+按钮：码垛机器人手抓下降。

Z-按钮：码垛机器人手抓上升。

R+按钮：码垛机器人手抓后退。

R-按钮：码垛机器人手抓前进。

θ+按钮：码垛机器人本体顺时针旋转（俯视）。

θ-按钮：码垛机器人本体逆时针旋转（俯视）。

α+按钮：码垛机器人手腕顺时针旋转（俯视）。

α-按钮：码垛机器人手腕逆时针旋转（俯视）。

“手抓开/闭”按钮：手动控制手抓在张开和闭和之间切换。

“写入数据”按钮：保存当前的层数、步数数据，否则断电后数据会丢失。

“位置登录”按钮：保存当前的示教数据，否则断电后数据会丢失。

“移动”按钮：在进行示教后并保存示教数据，按动此键机器手运动到示教过的位置。

“快速”按钮：在进行示教时按下此键四轴将做快速运动，释放此键四轴将按设置速度运动。

另外，手操器侧面还用一个“急停”按钮。

图20 手操器键盘区
12.6.现场操作按钮
除控制柜的操作盘以外，另有还用一个操作按钮开关位于码垛机工作现场，就是
位于安全护栏处的“急停”按钮开关。

12.7.码垛机开车程序
a.将控制柜左侧壁上的总负荷隔离开关手柄由“○”位拨至“│”位，接通码
垛机动力电源；
b.打开气源阀门；
c.确认操作盘及现场的急停开关均放开；
d.确认当前层数、步数设置正确；
e.如果操作盘上有故障指示灯亮，则参考系统维护及故障处理章节及发生故障
伺服驱动器的说明书或帮助画面将故障排除；
f.如果要进行手动操作，将控制柜门上的选择开关拨至手动，然后通过手动操
作界面的手动按钮对相应的部机进行手动操作；
g.如果要进行自动操作，将控制柜门上的选择开关拨至自动，将码垛机切换到
自动操作状态；
h.在触摸屏中按下回零按钮，等待码垛机器人回零完成，在回零过程中请不要
进行其他的操作；
i.回零完成后，按下控制柜门上的“启动”按钮，码垛机器人即进入自动运行
状态。

13.机组开车前检查项目
a.仪表风压力、油雾器中的润滑油量应在正常范围内；
b.气动装置完好，无漏气现象；
c.各部分润滑情况良好；
d.设备运行的禁入区内没有人或其他杂物；
e.各控制开关及指示灯灵活有效；
f.光电开关镜头清洁，作用范围适当，没有无关物体遮挡；
g.接近开关位置准确，安装牢固，无松动，没有无关金属物体靠近；
h.自动运行界面中显示的当前层数、编组及转位袋数是否正确。

14.设备运行中监视项目
a.气动装置包括气缸和电磁阀是否灵活、是否有漏气现象；
b.各机械部件动作是否协调；
c.各部件的机械传动系统是否正常，是否有异常噪音、皮带是否跑偏；
d.各部机的电机运转是否正常，是否有异常噪音，是否有过热现象；
e.码垛的垛形是否整齐规则；
f.触摸屏上是否有故障报警信息；
“空仓/满垛”报警器报警时，应检查托盘仓和下线位垛盘输送机，处理相
应情况，将下线位垛盘输送机上的垛盘取走或向托盘仓内续放空托盘。

15.机组停车程序
15.1.正常停车
在正常情况下，确认机组的各部机都已完成它们的操作后，按下操作盘或现场操作盒上的“停止”按钮，机组转入停止状态。

15.2.紧急停车
在紧急情况下，应立即按下操作盘上的急停开关，锁定包装、码垛停止信号，包装机或码垛机转入急停状态；或者是手操器上的限位开关，码垛机转入急停状态。

紧急情况处理完成后，放开急停按钮。

15.3.循环停车
如果希望码垛机器人在某一个循环结束后停止，则点击自动运行主画面中的“循环停止”按钮，此时“循环停止”显示为“循环继续”，点击“循环继续”按钮，则码垛机器人继续运行。

16.维护、检修
16.1.日常维护、保养
a.电机启动、停止平稳，无异常噪声；
b.螺栓等紧固件是否有松动；光电开关位置是否有移动；
c.光电开关的玻璃窗是否有灰尘，发现异常情况需及时解决；
d.定期检查易损件（如同步带）的磨损情况，磨损严重应及时更换，检查周。