包装盒自动组装线的设计与实现
摘 要随着时代的不断进步，科技的不断创新，工业机器人技术发展尤其迅速，在工业制造领域应用也非常广泛，越来越多的工业机器人进入工厂，整体的自动化水平越来越高。本论文设计了一条运用工业机器人来实现电子产品包装盒包装的自动化流水线。首先，论文就三菱机器人与PLC等硬件进行了相关介绍与使用的分析。然后，阐述了如何对一条自动化产线进行相关的设计，并实现相关的应用功能与目标。最终，通过硬件设计、硬件选型、软件设计与调试等流程，实现半成品包装盒自动包装的功能。
目 录
引言 1
一、总体设计方案 2
(一)整体设计方案 2
(二)工艺流程设计 2
二、工业机器人系统设计 7
(一)工业机器人的选型 7
(二)工业机器人程序设计 7
1.动作程序 8
2.通讯程序 9
3.变量定义程序 10
三、PLC控制系统设计 11
(一) PLC的选型及说明 11
(二) PLC程序的设计 11
四、人机界面系统的设计 13
(一)触摸屏的介绍与选型 13
(二)触摸屏界面的设计 13
1.主界面 13
2. Robot界面 14
3.参数设定界面 14
五、机器视觉系统的设计 15
(一)相机的介绍 15
(二)相机程序的设计 15
六、设备功能的实现 16
(一)机器人的调试 16
(二)PLC程序的调试 17
(三)问题解决与完善 17
总结 19
参考文献 20
谢辞 21
引 言
进入21世纪以来，“机器人”这个词汇被人们所熟知，那么机器人也越来越多的进入到人们的生活中，从而利用机器人来代替人类劳动，例如：汽车行业、电子行业等等。这些行业利用机器人来代替人类完成繁重的工作任务。又例如2016年春节晚会上的舞蹈机器人、银行大厅的咨询机器人等，这些都已经证明机器人越来越多的进入到了人们的生活当中。而工业机器人更是冲锋在前。
在
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
工业机器人技术发展迅速的今天，国内外各行业为了保证产品质量，提高生产效率都已大量使用工业机器人自动化生产线。而且，当下，面对制造业劳动力短缺与劳动力成本越来越高等严峻的问题，用工业机器人替代人工已不可避免，机器人因此逐渐走进工厂和车间。以工业机器人为主导的3C以及非标自动化项目如雨后春笋般逐渐的流行无疑是大势所需。
论文完成的包装盒自动组装线的设计与实现，即是利用机器人来代替人类劳动的一个案例。包装盒自动组装线的设计与实现采用的是三菱的RV2FLD系列的机器人以及Q系列的PLC作为工作站控制器完成气缸、电机的动作，通过机器人来完成搬运的任务，通过机器人和PLC的相互配合完成USB线自动搬运机，纸质说明书自动搬运机，自动套袋封口机，包装盒自动封盒机，外包装纸套自动套装机等部分，该设备的出现可以大量的解放人们的劳动力，同样机器人的出现也会大大的提升产品的质量。
总体设计方案
整体设计方案
本包装线将整套包装动作分解成不同工序，合理安排每道工序至单工站，并通过PLC串联成线；各工站的联动保证了包装动作准确、高效地进行。C机在包装盒内放置USB线，D机在包装盒内放置质保卡及说明书，E机将产品套装透明包装袋并放置于包装盒中，F机将物料放置齐全的包装盒封口并贴封口标签，G机在包装盒外面套装纸盒并贴颜色标签，这样成品完成。整体的设备图如图11所示。
图11 整体设备图
工艺流程设计
在此项目的设计过程中，运用到了流道技术。通过上流道对载盘的控制，以及下流道对载盘的回流，实现载盘的循环利用，加快整体的生产效率。
图12 流道示意图
流道在每一站都分为待料区和取料区两个部分，如图12所示，通过光电感应和气缸动作来实现对载盘的控制。当流道来料，光电1检测待料区是否有料，若无料，载盘进入待料区，挡料气缸伸出，等待光电2判断取料区是否有料，若无料，挡料气缸缩回，载盘进入取料区，光电感应载盘是否到位，若到位，定位气缸伸出，通知机械手取料或放料，机械手完成指定动作，放料并发出信号，定位气缸缩回，挡料气缸缩回，载盘流向下一站。
C站的功能是USB线的搬运，设计中使用两个上下料机构，如图13所示。来实现此功能。可编程控制器定位模块驱动伺服电机运动，加上机械手的动作配合，形成自动的供料、取料。
图13 上下料机构
光电感应上料机构是否在极限位，如否，上料机构继续上升，直到被光电感应；如是，给机械收取料信号。取USB完成，机械手停在流道上方，等待流道的取料区载盘到位信号，放USB。如此循环，直到取走最后一块USB，机械手自动取走脆盘，上料机构光电感应不到信号，下降；下料机构上升直到被下料机构光电感应，给机械手放脆盘的信号，完成整个流程。
图14 供料盘机构
D站的功能是质保卡和说明书的搬运，运用到了供料盘机构以及凸轮分割器，如图14所示。X，Y轴在3,4光电感不到有料时上升,实现供料的功能。当料被取完，轴下降，分割器旋转一分割。更换两个料仓，继续供料。
光电1,2感应是否有料，有则两轴上升，无则提示给料仓补料。上升至被光电3,4感应，给机械手发取料信号。当依次取完质保卡和说明书，并放置中转台后，等待流道取料区载盘到位信号。取整体放置流道载盘，完成D站任务。
E站的功能是给产品包膜。主要是由伺服驱动电机和气缸联锁动作，（如图15所示。在放膜区也运用到了供料机构，机械手配合围绕PE膜动作的各种气缸完成整个包膜的流程。
流道取料区载盘到位，给机械手取产品的信号，机械手将产品放入中转台，判断放膜气缸是否到位，如是，Z1轴下降至取膜处，吸出包装膜，Z1轴回到原位， X轴至放料位，下吸膜真空打开，上吸膜真空打开，Z1轴上升到组装位，给出推载盘信号，推载盘气缸动作到位，给机械手推产品信号，产品到位，上下顶膜气缸伸出，撕膜左右气缸伸出，上下撕膜气缸伸出，撕膜打开，撕膜左右气缸缩回，吸废料气缸打开，等待废料吸完关闭，撕膜上下气缸缩回，顶膜上下气缸缩回，Z1轴回原位，X轴回原位，Z2轴至取产品处，取料夹爪关闭，Z2轴上升至原点位，Z2轴至封口处，封口气缸伸出，封口气缸缩回，Z2轴夹爪打开，Z1、Z2、X轴回到原点位置，给机械手取产品信号，机械手取完产品放置载具中，整个流程完成。
图15 包膜机构
F站如图16所示，该站功能是对产品进行合盖加工以及贴标工作。设计用一个放置产品包装盒的引流槽，槽内气缸配合完成合盖动作，可编程控制器驱动电机完成封口贴标。
图16 F站
流道取料区载盘到位，给机械手取产品的信号，并打开底部纸盒吸真空，感应到放料到位之后贴标签上气缸快速伸出收回、上下合盖气缸伸出将纸盒固定住。然后压料气缸伸出、上下吸贴标真空打开剥离气缸及滚轮气缸伸出，之后伺服电机工作转动贴标带进行剥离贴标工序。贴标剥离到位光电感应到贴标之后停止伺服电机收回压料以及剥离气缸，发送信号给PLC进行合盖工作：组装前后气缸、上下气缸、下压气缸依次伸出之后再按组装上下气缸、下压气缸、前后气缸顺序收回。合盖完成之后上下贴标气缸一次推出进行贴标，气缸推出同时上下破真空打开。贴标完成之后PLC再给机械手发取料信号将半成品放到G站工作台上之后完成F站所有动作。
目 录
引言 1
一、总体设计方案 2
(一)整体设计方案 2
(二)工艺流程设计 2
二、工业机器人系统设计 7
(一)工业机器人的选型 7
(二)工业机器人程序设计 7
1.动作程序 8
2.通讯程序 9
3.变量定义程序 10
三、PLC控制系统设计 11
(一) PLC的选型及说明 11
(二) PLC程序的设计 11
四、人机界面系统的设计 13
(一)触摸屏的介绍与选型 13
(二)触摸屏界面的设计 13
1.主界面 13
2. Robot界面 14
3.参数设定界面 14
五、机器视觉系统的设计 15
(一)相机的介绍 15
(二)相机程序的设计 15
六、设备功能的实现 16
(一)机器人的调试 16
(二)PLC程序的调试 17
(三)问题解决与完善 17
总结 19
参考文献 20
谢辞 21
引 言
进入21世纪以来，“机器人”这个词汇被人们所熟知，那么机器人也越来越多的进入到人们的生活中，从而利用机器人来代替人类劳动，例如：汽车行业、电子行业等等。这些行业利用机器人来代替人类完成繁重的工作任务。又例如2016年春节晚会上的舞蹈机器人、银行大厅的咨询机器人等，这些都已经证明机器人越来越多的进入到了人们的生活当中。而工业机器人更是冲锋在前。
在
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
工业机器人技术发展迅速的今天，国内外各行业为了保证产品质量，提高生产效率都已大量使用工业机器人自动化生产线。而且，当下，面对制造业劳动力短缺与劳动力成本越来越高等严峻的问题，用工业机器人替代人工已不可避免，机器人因此逐渐走进工厂和车间。以工业机器人为主导的3C以及非标自动化项目如雨后春笋般逐渐的流行无疑是大势所需。
论文完成的包装盒自动组装线的设计与实现，即是利用机器人来代替人类劳动的一个案例。包装盒自动组装线的设计与实现采用的是三菱的RV2FLD系列的机器人以及Q系列的PLC作为工作站控制器完成气缸、电机的动作，通过机器人来完成搬运的任务，通过机器人和PLC的相互配合完成USB线自动搬运机，纸质说明书自动搬运机，自动套袋封口机，包装盒自动封盒机，外包装纸套自动套装机等部分，该设备的出现可以大量的解放人们的劳动力，同样机器人的出现也会大大的提升产品的质量。
总体设计方案
整体设计方案
本包装线将整套包装动作分解成不同工序，合理安排每道工序至单工站，并通过PLC串联成线；各工站的联动保证了包装动作准确、高效地进行。C机在包装盒内放置USB线，D机在包装盒内放置质保卡及说明书，E机将产品套装透明包装袋并放置于包装盒中，F机将物料放置齐全的包装盒封口并贴封口标签，G机在包装盒外面套装纸盒并贴颜色标签，这样成品完成。整体的设备图如图11所示。
图11 整体设备图
工艺流程设计
在此项目的设计过程中，运用到了流道技术。通过上流道对载盘的控制，以及下流道对载盘的回流，实现载盘的循环利用，加快整体的生产效率。
图12 流道示意图
流道在每一站都分为待料区和取料区两个部分，如图12所示，通过光电感应和气缸动作来实现对载盘的控制。当流道来料，光电1检测待料区是否有料，若无料，载盘进入待料区，挡料气缸伸出，等待光电2判断取料区是否有料，若无料，挡料气缸缩回，载盘进入取料区，光电感应载盘是否到位，若到位，定位气缸伸出，通知机械手取料或放料，机械手完成指定动作，放料并发出信号，定位气缸缩回，挡料气缸缩回，载盘流向下一站。
C站的功能是USB线的搬运，设计中使用两个上下料机构，如图13所示。来实现此功能。可编程控制器定位模块驱动伺服电机运动，加上机械手的动作配合，形成自动的供料、取料。
图13 上下料机构
光电感应上料机构是否在极限位，如否，上料机构继续上升，直到被光电感应；如是，给机械收取料信号。取USB完成，机械手停在流道上方，等待流道的取料区载盘到位信号，放USB。如此循环，直到取走最后一块USB，机械手自动取走脆盘，上料机构光电感应不到信号，下降；下料机构上升直到被下料机构光电感应，给机械手放脆盘的信号，完成整个流程。
图14 供料盘机构
D站的功能是质保卡和说明书的搬运，运用到了供料盘机构以及凸轮分割器，如图14所示。X，Y轴在3,4光电感不到有料时上升,实现供料的功能。当料被取完，轴下降，分割器旋转一分割。更换两个料仓，继续供料。
光电1,2感应是否有料，有则两轴上升，无则提示给料仓补料。上升至被光电3,4感应，给机械手发取料信号。当依次取完质保卡和说明书，并放置中转台后，等待流道取料区载盘到位信号。取整体放置流道载盘，完成D站任务。
E站的功能是给产品包膜。主要是由伺服驱动电机和气缸联锁动作，（如图15所示。在放膜区也运用到了供料机构，机械手配合围绕PE膜动作的各种气缸完成整个包膜的流程。
流道取料区载盘到位，给机械手取产品的信号，机械手将产品放入中转台，判断放膜气缸是否到位，如是，Z1轴下降至取膜处，吸出包装膜，Z1轴回到原位， X轴至放料位，下吸膜真空打开，上吸膜真空打开，Z1轴上升到组装位，给出推载盘信号，推载盘气缸动作到位，给机械手推产品信号，产品到位，上下顶膜气缸伸出，撕膜左右气缸伸出，上下撕膜气缸伸出，撕膜打开，撕膜左右气缸缩回，吸废料气缸打开，等待废料吸完关闭，撕膜上下气缸缩回，顶膜上下气缸缩回，Z1轴回原位，X轴回原位，Z2轴至取产品处，取料夹爪关闭，Z2轴上升至原点位，Z2轴至封口处，封口气缸伸出，封口气缸缩回，Z2轴夹爪打开，Z1、Z2、X轴回到原点位置，给机械手取产品信号，机械手取完产品放置载具中，整个流程完成。
图15 包膜机构
F站如图16所示，该站功能是对产品进行合盖加工以及贴标工作。设计用一个放置产品包装盒的引流槽，槽内气缸配合完成合盖动作，可编程控制器驱动电机完成封口贴标。
图16 F站
流道取料区载盘到位，给机械手取产品的信号，并打开底部纸盒吸真空，感应到放料到位之后贴标签上气缸快速伸出收回、上下合盖气缸伸出将纸盒固定住。然后压料气缸伸出、上下吸贴标真空打开剥离气缸及滚轮气缸伸出，之后伺服电机工作转动贴标带进行剥离贴标工序。贴标剥离到位光电感应到贴标之后停止伺服电机收回压料以及剥离气缸，发送信号给PLC进行合盖工作：组装前后气缸、上下气缸、下压气缸依次伸出之后再按组装上下气缸、下压气缸、前后气缸顺序收回。合盖完成之后上下贴标气缸一次推出进行贴标，气缸推出同时上下破真空打开。贴标完成之后PLC再给机械手发取料信号将半成品放到G站工作台上之后完成F站所有动作。
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