机器人包装设备编程设计
摘 要本课题以注塑机生产塑料产品的包装为例。设备用机器人和PLC内编写好的程序来实现自动取料，装箱，换箱的功能。其中，取料与装箱部分都需要由机器人为主，PLC为辅来实现。不同在于，因为取料还需要对注塑机信号加以控制，以确保安全顺利的取料。而换箱功能的实现由PLC单独控制三条带有传感器的传送带来达成。最后，用触摸屏作为操作平台来对设备进行整体的信号控制，使自动取料，装箱，换箱的功能变得可以控制。最终达成一个可调控的循环自动包装设备。
目 录
引 言 2
一、整体设备简介 3
（一）国内外发展现状 3
（二）设备的总体设计方案 4
二、机器人上下料设计 5
（一）机器人的选型 5
（二）末端执行器设计 6
三、 机器人控制程序设计 7
（一）整体信号交换 7
（二）机器人工作所需的信号交换 7
（三）机器人开始和停止部分 8
（四）机器人取产品部分 8
（五）机器人放产品部分 10
四、PLC与人机交互系统设计 12
（一） PLC编程设计 12
（二）人机交互系统设计 13
总 结 16
参考文献 17
谢 辞 18
引 言
在工业品和生活消费品中，有很大一部分是塑料制品。伴随着居民生活和工业生产需求量的增大，所需的产量也随之变大，很多制造企业都引入了注塑机进行生产，来满足塑料产品的需求。而注塑机大多都有着噪音，高温，甚至如果所用的塑料质量不佳，还异味等问题。而且注塑机的生产过程中，工人工作的重复度高，而且不能长时间离开。因此，选择合适的设备来替代或者减少工人工作量是必然的趋势。而以工业机器人的自动包装设备就是其中十分合适的选择。因此，本课题将以注塑机生产计算器外壳的自动包装为例子，对机器人包装设备进行介绍。
工业机器人将代替工人去拾取，打包注塑机生产的产品，而工人所需要做的，就是在设备启动后放入空箱，取走装满产品的箱子。减少了工人进入生产区域的时间已经劳动量，一定程度上保护了工人的健康。同时，自动保证设备也能提高产能，增加产量。提高经济效益。<
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br /> 一、整体设备简介
（一）国内外发展现状
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置。能满足弧焊、点焊、搬运、涂胶、喷漆、去毛刺、切割、激光焊接、测量等不同的工作需要。作为搬运的延伸工作，包装也是工业机器人能实现的一个工作。
包装机器人一般分为：装袋机器人、装箱机器人、码垛机器人、灌装机器人、识别检测机器人。其中码垛机器人功率较大，多用于体积大或者重量重的产品的码放，装袋机器人、装箱机器人、灌装机器人顾名思义都是满足其不同需求的机器人，最后的识别检测机器人是一种先进的包装机器人，其可以根据不同需要，利用先进的检测技术对产品进行识别和检测的机器人。
机器人包装设备，就是以包装机器人为核心的自动化生产设备。随着企业自动化水平的不断提高，机器人自动化生产线的市场肯定会越来越大，将逐渐成为自动化生产线的主要形式。食品、化工、医药、粮食、饲料、建材和物流等行业已经大量使用包装机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。包装机器人技术先进，精密、智能，实现了增加产量、提高质量、降低成本、减少资源消耗和环境污染，是包装机械自动化水平的最高体现。
近几年，机器人技术在中国包装业中的应用获得了大幅度的增长。其中，以码垛、装箱以及拾取和放置领域中机器人技术的应用最为普遍，其在食品包装行业主要用于后端包装。此外，随着包装行业自动化需求以及机器人技术的技术的成熟和产业化发展的实现，包装业领域中应用机器人的范围越来越广。而包装机器人被越来越多的企业所知悉，未来将有更多行业因其灵活和可靠而使用，机器人将替代许多传统的设备，成为包装领域的重要助手。
图11 包装机器人
（二）设备的总体设计方案
本项目需要装箱机器人包装设备来完成工作，但根据产品，环境等的不同因素，需要对设备进行一些适应生产的调整。
实际设备由机器人部分和换箱部分2个部分组成，以及生产塑料产品的注塑机。位置安排上，换箱部分位于机器人部分的左边，注塑机位于机器人的前边，如下图12所示。
图12 取料部分 图13 放箱部分
图13为正在放产品的箱子摆放的地方，由可以知道其位于机器人左侧。机器人取完产品后左转90度后放产品。图14为换箱部分，当装箱完成后将进行换箱。
图14 换箱部分
二、机器人上下料设计
（一）机器人的选型
市面上存在着不少厂家都在研究生产着各种不同种类的机器人。如：日本的三菱，FANUC，NACHI，YASKAWA（安川） 瑞典的ABB等。这些厂家生产的不同系列机器人都存在的设计和用途上的差异，因此，选择合适的机器人是重要的一个环节。
选型关键要素：
（1）运动范围。
运动范围需要考虑的是机器人的大小和臂长，实际考虑了注塑机取料，换箱区放料的工作循环，设备所需要的机器人需要约半米到1米的活动半径，而且为了灵活考虑机器人的臂不能过于粗大。
（2）重复定位精度
重复定位精度是一项非常重要的机器人数据，直接关系到了机器人工作安全性和时长。特别是在本课题中，机器人将会直接在注塑机内取料，偏差可能导致安全问题。所以重复定位精度是十分重要的。
（3）最大运动速度
最大运动速度决定了生产速度。在本课题中，机器人的搬运速度要能快于注塑机的生产速度，来保证高效的生产。
（4）手部负重
手部负重决定了我们能抓取的产品的重量，本课题中，产品为塑料制品，属于比较轻的产品，因此不需要较大的手部负重。
图21 机器人的选型
图21所展示就是实际选用的机器人的外观及其数据。这款机器人为FANUC所生产的LRMate200iD系类机器人。是一款大小与人的手臂相近的迷你机器人。因为它的手臂很苗条，所以即使被安装在狭小的空间进行使用，也可以把机器人手臂与周围设备发生碰撞的可能性降在最低限度。有着较高的重复定位的精度以及较快的最大运动速度，满足本课题注塑机内取产品的需要。
目 录
引 言 2
一、整体设备简介 3
（一）国内外发展现状 3
（二）设备的总体设计方案 4
二、机器人上下料设计 5
（一）机器人的选型 5
（二）末端执行器设计 6
三、 机器人控制程序设计 7
（一）整体信号交换 7
（二）机器人工作所需的信号交换 7
（三）机器人开始和停止部分 8
（四）机器人取产品部分 8
（五）机器人放产品部分 10
四、PLC与人机交互系统设计 12
（一） PLC编程设计 12
（二）人机交互系统设计 13
总 结 16
参考文献 17
谢 辞 18
引 言
在工业品和生活消费品中，有很大一部分是塑料制品。伴随着居民生活和工业生产需求量的增大，所需的产量也随之变大，很多制造企业都引入了注塑机进行生产，来满足塑料产品的需求。而注塑机大多都有着噪音，高温，甚至如果所用的塑料质量不佳，还异味等问题。而且注塑机的生产过程中，工人工作的重复度高，而且不能长时间离开。因此，选择合适的设备来替代或者减少工人工作量是必然的趋势。而以工业机器人的自动包装设备就是其中十分合适的选择。因此，本课题将以注塑机生产计算器外壳的自动包装为例子，对机器人包装设备进行介绍。
工业机器人将代替工人去拾取，打包注塑机生产的产品，而工人所需要做的，就是在设备启动后放入空箱，取走装满产品的箱子。减少了工人进入生产区域的时间已经劳动量，一定程度上保护了工人的健康。同时，自动保证设备也能提高产能，增加产量。提高经济效益。<
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br /> 一、整体设备简介
（一）国内外发展现状
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置。能满足弧焊、点焊、搬运、涂胶、喷漆、去毛刺、切割、激光焊接、测量等不同的工作需要。作为搬运的延伸工作，包装也是工业机器人能实现的一个工作。
包装机器人一般分为：装袋机器人、装箱机器人、码垛机器人、灌装机器人、识别检测机器人。其中码垛机器人功率较大，多用于体积大或者重量重的产品的码放，装袋机器人、装箱机器人、灌装机器人顾名思义都是满足其不同需求的机器人，最后的识别检测机器人是一种先进的包装机器人，其可以根据不同需要，利用先进的检测技术对产品进行识别和检测的机器人。
机器人包装设备，就是以包装机器人为核心的自动化生产设备。随着企业自动化水平的不断提高，机器人自动化生产线的市场肯定会越来越大，将逐渐成为自动化生产线的主要形式。食品、化工、医药、粮食、饲料、建材和物流等行业已经大量使用包装机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。包装机器人技术先进，精密、智能，实现了增加产量、提高质量、降低成本、减少资源消耗和环境污染，是包装机械自动化水平的最高体现。
近几年，机器人技术在中国包装业中的应用获得了大幅度的增长。其中，以码垛、装箱以及拾取和放置领域中机器人技术的应用最为普遍，其在食品包装行业主要用于后端包装。此外，随着包装行业自动化需求以及机器人技术的技术的成熟和产业化发展的实现，包装业领域中应用机器人的范围越来越广。而包装机器人被越来越多的企业所知悉，未来将有更多行业因其灵活和可靠而使用，机器人将替代许多传统的设备，成为包装领域的重要助手。
图11 包装机器人
（二）设备的总体设计方案
本项目需要装箱机器人包装设备来完成工作，但根据产品，环境等的不同因素，需要对设备进行一些适应生产的调整。
实际设备由机器人部分和换箱部分2个部分组成，以及生产塑料产品的注塑机。位置安排上，换箱部分位于机器人部分的左边，注塑机位于机器人的前边，如下图12所示。
图12 取料部分 图13 放箱部分
图13为正在放产品的箱子摆放的地方，由可以知道其位于机器人左侧。机器人取完产品后左转90度后放产品。图14为换箱部分，当装箱完成后将进行换箱。
图14 换箱部分
二、机器人上下料设计
（一）机器人的选型
市面上存在着不少厂家都在研究生产着各种不同种类的机器人。如：日本的三菱，FANUC，NACHI，YASKAWA（安川） 瑞典的ABB等。这些厂家生产的不同系列机器人都存在的设计和用途上的差异，因此，选择合适的机器人是重要的一个环节。
选型关键要素：
（1）运动范围。
运动范围需要考虑的是机器人的大小和臂长，实际考虑了注塑机取料，换箱区放料的工作循环，设备所需要的机器人需要约半米到1米的活动半径，而且为了灵活考虑机器人的臂不能过于粗大。
（2）重复定位精度
重复定位精度是一项非常重要的机器人数据，直接关系到了机器人工作安全性和时长。特别是在本课题中，机器人将会直接在注塑机内取料，偏差可能导致安全问题。所以重复定位精度是十分重要的。
（3）最大运动速度
最大运动速度决定了生产速度。在本课题中，机器人的搬运速度要能快于注塑机的生产速度，来保证高效的生产。
（4）手部负重
手部负重决定了我们能抓取的产品的重量，本课题中，产品为塑料制品，属于比较轻的产品，因此不需要较大的手部负重。
图21 机器人的选型
图21所展示就是实际选用的机器人的外观及其数据。这款机器人为FANUC所生产的LRMate200iD系类机器人。是一款大小与人的手臂相近的迷你机器人。因为它的手臂很苗条，所以即使被安装在狭小的空间进行使用，也可以把机器人手臂与周围设备发生碰撞的可能性降在最低限度。有着较高的重复定位的精度以及较快的最大运动速度，满足本课题注塑机内取产品的需要。
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