机器人码垛输送线控制系统设计(附件)
随着物流的飞速发展以及科技的突飞猛进，码垛技术广泛应用于生产领域，但随着社会需求变得多样，对码垛技术提出了更高的要求。基于码垛输送线对企业重要需求提出了集HMI、PLC、机器人系统于一体的机器人码垛输送线控制系统设计方案。采用PLC与触摸屏相结合的控制方式，实现了输送线控制、托盘库控制、机器人控制以及PLC与触摸屏间的通信。实验调试结果表明，系统运行稳定，若在工业上使用可有效提高物流效率，保证输送的安全。
关键词 码垛输送线，机器人，控制，触摸屏
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景及研究意义 1
1.2 码垛机器人技术概述 1
1.2.1 国外码垛机器人研究现状和发展趋势 1
1.2.2 国内码垛机器人研究现状和发展趋势 2
1.3 本课题研究的主要工作内容 3
2 机械手码垛系统控制工艺 3
2.1 工艺流程简述 3
2.2 控制分析 3
3 控制系统方案设计 4
3.1 控制系统总体方案 4
3.2 码垛机器人 5
3.2.1 坐标系建立 5
3.2.2 结构分析 6
3.3 光电传感器的选择 6
3.4 传送带电机的选择 7
3.5 输入输出端子分配 7
4 控制系统软件设计 11
4.1 软件设计概述 11
4.2 示教器的软件设计 12
4.3 可编程逻辑控制器PLC 13
4.3.1 PLC选型 13
4.3.2 STEP 7应用 13
4.3.3 STEP 7与 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
触摸屏的MPI通信 13
4.4 触摸屏 15
4.4.1 触摸屏选型 15
4.4.2 HMI系统功能 15
4.5 系统调试 21
4.5.1 登录/用户管理调试 21
4.5.2 机器人控制调试 22
4.5.3 输送线控制调试 23
4.5.4 托盘库控制调试 24
4.5.5 参数设定调试 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 绪论
1．1 课题背景及研究意义
随着二十一世纪经济发展和产品精度要求的不断提高，工业的快速发展，加工机器人已经逐渐成为一种广泛应用的处理方法，而码垛机器人运用则成为物流行业新兴技术领域。根据集成单元的概念，一块材料按照一定的方式堆码成垛，货物单元堆码来实现物料搬运，装卸和储存。除了散装的物体和不能一直搬运的液体或气体，日常的物体都可以用码垛的方式进行输送，这样既可以提高物流运输效率，又可以节约很大占地空间。工厂的情况、拼装的品种、客户需求、物体的安全性等，和自动称重、包装技巧的发展和性能目标的升高，对码垛技术都进一步提出了更高的要求。
作为物流行业的一项新兴技术领域，近年来，码垛技术取得了快速的发展。一方面，由于人们对日常用品需求增多，导致工厂生产的产品向着品种多样、批量减少的方向发展，对搬运码垛机器人的功能提出了更高的要求；另一方面，随着部分企业工厂在经营中不断成长壮大，需要更庞大的物流流水线，使得码垛机器人向着高速化发展。此外，码垛机器人还必须有具有混合码垛的能力，把不同的物料放于同一托盘上，这都为码垛技术的发展提出了新的要求。进入本世纪，研发的码垛机器人逐渐有了清晰的定位，机器人普遍变得灵活，处理速度和抓取重量均得到了提高，价格也持续下降。
1．2 码垛机器人技术概述
码垛机器人是机器人技术领域的一个重要分支，也是世界对机器人研究的一个重要方向，对社会发展起举足轻重作用。随着现代社会的人口出生率下降和人口老龄化的增加，根据实际需求将工人从繁重、恶劣和危险的工作中解放出来，降低成本，提高工作可靠性，提高工作效率。 码垛机器人技术获得了迅猛的发展。
1.2.1 国外码垛机器人研究现状和发展趋势
20世纪70年代，由于PLC技术诞生并得到广泛的应用，从而使得码垛技术应运而生。世界最先广泛使用的码垛机是德国一家公司生产的，该码垛机具有多种码垛模式，可以满足一般工厂的需求。随着技术的进步，日本在70年代末生产出了第一台码垛机器人，通过计算机编写程序与机器人进行通信，使得码垛机器人能够顺应人们需求改变码垛方式和布局，进而使生产过程向着高级形式方向发展。日前随着集团运输发展，对船上的货物装卸作业提出了自动化趋势需求，而码垛机器人和自动化立体仓库的出现，成功解决了纸板盒，塑料盒，袋，罐堆码自动装卸作业项目。码垛机器人的这些益处引发了人们的普遍关注。二十世纪末，发达国家在推广搬运码垛自动化和机器人化方面取得了显著进展，日本，德国和其他国家的大部分生产行业都已使用码垛机器人。目前，日本工业使用的码垛机器人，可达到的最大载重量250kg，重复定位精度0.1mm，最大运动速度0.3m/s。德国码垛机器人的使用总数排在世界第三位，紧跟日本和美国之后，在对智能码垛机器人的开发和投入工厂使用规模上，已处于世界领先地位。可见在先进的工业发达国家，码垛机器人的制造和发展已形成巨大的产业，而且全球码垛机器人年销售收入达50亿美元。
1.2.2 国内码垛机器人研究现状和发展趋势
20世纪80年代，码垛机器人在国家政府的大力支持下，通过“七五”、“八五”科学技术研究，并经过几十年的发展，我国的码垛机器人技术也取得了巨大进步。按机器人的发展趋势，分为三代机器人。第一代机器人，具备示教再现功能，可编程功能，但不能对外部环境作出反应；第二代机器人，内置传感器，可以获取外部环境信息。尽管没有利用人工智能技术，但机器人已具备与外界进行数据交互能力和在线自适应能力；第三代机器人，装配多种智能传感器，能自主对外界信息作出反应。当前码垛机器人的使用主要在以下两个领域，即糟糕的工作环境和有安全隐患的劳动场所。若在这些地方人工从事作业是极其危险的，如在冲床上下料、采矿、锻造等，都很容易造成安全事故，而使用码垛机器人却可以轻松应对。总的来说，我国仍是一个码垛机器人设备的消费市场，行业市场正处于不断发展中。
机器人可用来包装、送料、卸料、码垛和抓取零配件等作业，拥有提高生产率、改良产品质量、削减支出费用、减少原料浪费、消除危险劳动岗位、降低了生产成本等特点。码垛机器人是机器人的一个重要分支，其研发和应用正处在一个蒸蒸日上的发展阶段，在先进的发达国家中，码垛机器人的开发和制造正在构成一个巨大的产业。我国码垛机器人的应用远景虽然十分宽阔，但是由于我国工业基础相对薄弱，劳动力比较便宜、雄厚，给机器人的发展带来了一定的阻力。并且与国外发达国家研制的码垛机器人技术相比仍有较大的差距，由于起步较晚，可靠性低于国外同款产品，机器人的运动速度和准确度也低于国外，生产线技术水平普遍低。目前由于码垛机器人在市场中不是占有很大的份额，导致我国码垛机器人的生产规格较多，但是批量较少，这使得通用的零部件生产较少，导致机器人维护成本居高不下。所以只有在有了对码垛机器人的迫切市场需要以及自动化包装、物流等行业的整体规划，可整合资源，积极推进产业化进程，同时根据实际情况，完善码垛机器人相关产业、体系及结构，才能提高我国码垛机器人发展水平，顺应我国的国情，推进和加快我国码垛机器人的发展。
1 绪论 1
1.1 课题背景及研究意义 1
1.2 码垛机器人技术概述 1
1.2.1 国外码垛机器人研究现状和发展趋势 1
1.2.2 国内码垛机器人研究现状和发展趋势 2
1.3 本课题研究的主要工作内容 3
2 机械手码垛系统控制工艺 3
2.1 工艺流程简述 3
2.2 控制分析 3
3 控制系统方案设计 4
3.1 控制系统总体方案 4
3.2 码垛机器人 5
3.2.1 坐标系建立 5
3.2.2 结构分析 6
3.3 光电传感器的选择 6
3.4 传送带电机的选择 7
3.5 输入输出端子分配 7
4 控制系统软件设计 11
4.1 软件设计概述 11
4.2 示教器的软件设计 12
4.3 可编程逻辑控制器PLC 13
4.3.1 PLC选型 13
4.3.2 STEP 7应用 13
4.3.3 STEP 7与 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
触摸屏的MPI通信 13
4.4 触摸屏 15
4.4.1 触摸屏选型 15
4.4.2 HMI系统功能 15
4.5 系统调试 21
4.5.1 登录/用户管理调试 21
4.5.2 机器人控制调试 22
4.5.3 输送线控制调试 23
4.5.4 托盘库控制调试 24
4.5.5 参数设定调试 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 绪论
1．1 课题背景及研究意义
随着二十一世纪经济发展和产品精度要求的不断提高，工业的快速发展，加工机器人已经逐渐成为一种广泛应用的处理方法，而码垛机器人运用则成为物流行业新兴技术领域。根据集成单元的概念，一块材料按照一定的方式堆码成垛，货物单元堆码来实现物料搬运，装卸和储存。除了散装的物体和不能一直搬运的液体或气体，日常的物体都可以用码垛的方式进行输送，这样既可以提高物流运输效率，又可以节约很大占地空间。工厂的情况、拼装的品种、客户需求、物体的安全性等，和自动称重、包装技巧的发展和性能目标的升高，对码垛技术都进一步提出了更高的要求。
作为物流行业的一项新兴技术领域，近年来，码垛技术取得了快速的发展。一方面，由于人们对日常用品需求增多，导致工厂生产的产品向着品种多样、批量减少的方向发展，对搬运码垛机器人的功能提出了更高的要求；另一方面，随着部分企业工厂在经营中不断成长壮大，需要更庞大的物流流水线，使得码垛机器人向着高速化发展。此外，码垛机器人还必须有具有混合码垛的能力，把不同的物料放于同一托盘上，这都为码垛技术的发展提出了新的要求。进入本世纪，研发的码垛机器人逐渐有了清晰的定位，机器人普遍变得灵活，处理速度和抓取重量均得到了提高，价格也持续下降。
1．2 码垛机器人技术概述
码垛机器人是机器人技术领域的一个重要分支，也是世界对机器人研究的一个重要方向，对社会发展起举足轻重作用。随着现代社会的人口出生率下降和人口老龄化的增加，根据实际需求将工人从繁重、恶劣和危险的工作中解放出来，降低成本，提高工作可靠性，提高工作效率。 码垛机器人技术获得了迅猛的发展。
1.2.1 国外码垛机器人研究现状和发展趋势
20世纪70年代，由于PLC技术诞生并得到广泛的应用，从而使得码垛技术应运而生。世界最先广泛使用的码垛机是德国一家公司生产的，该码垛机具有多种码垛模式，可以满足一般工厂的需求。随着技术的进步，日本在70年代末生产出了第一台码垛机器人，通过计算机编写程序与机器人进行通信，使得码垛机器人能够顺应人们需求改变码垛方式和布局，进而使生产过程向着高级形式方向发展。日前随着集团运输发展，对船上的货物装卸作业提出了自动化趋势需求，而码垛机器人和自动化立体仓库的出现，成功解决了纸板盒，塑料盒，袋，罐堆码自动装卸作业项目。码垛机器人的这些益处引发了人们的普遍关注。二十世纪末，发达国家在推广搬运码垛自动化和机器人化方面取得了显著进展，日本，德国和其他国家的大部分生产行业都已使用码垛机器人。目前，日本工业使用的码垛机器人，可达到的最大载重量250kg，重复定位精度0.1mm，最大运动速度0.3m/s。德国码垛机器人的使用总数排在世界第三位，紧跟日本和美国之后，在对智能码垛机器人的开发和投入工厂使用规模上，已处于世界领先地位。可见在先进的工业发达国家，码垛机器人的制造和发展已形成巨大的产业，而且全球码垛机器人年销售收入达50亿美元。
1.2.2 国内码垛机器人研究现状和发展趋势
20世纪80年代，码垛机器人在国家政府的大力支持下，通过“七五”、“八五”科学技术研究，并经过几十年的发展，我国的码垛机器人技术也取得了巨大进步。按机器人的发展趋势，分为三代机器人。第一代机器人，具备示教再现功能，可编程功能，但不能对外部环境作出反应；第二代机器人，内置传感器，可以获取外部环境信息。尽管没有利用人工智能技术，但机器人已具备与外界进行数据交互能力和在线自适应能力；第三代机器人，装配多种智能传感器，能自主对外界信息作出反应。当前码垛机器人的使用主要在以下两个领域，即糟糕的工作环境和有安全隐患的劳动场所。若在这些地方人工从事作业是极其危险的，如在冲床上下料、采矿、锻造等，都很容易造成安全事故，而使用码垛机器人却可以轻松应对。总的来说，我国仍是一个码垛机器人设备的消费市场，行业市场正处于不断发展中。
机器人可用来包装、送料、卸料、码垛和抓取零配件等作业，拥有提高生产率、改良产品质量、削减支出费用、减少原料浪费、消除危险劳动岗位、降低了生产成本等特点。码垛机器人是机器人的一个重要分支，其研发和应用正处在一个蒸蒸日上的发展阶段，在先进的发达国家中，码垛机器人的开发和制造正在构成一个巨大的产业。我国码垛机器人的应用远景虽然十分宽阔，但是由于我国工业基础相对薄弱，劳动力比较便宜、雄厚，给机器人的发展带来了一定的阻力。并且与国外发达国家研制的码垛机器人技术相比仍有较大的差距，由于起步较晚，可靠性低于国外同款产品，机器人的运动速度和准确度也低于国外，生产线技术水平普遍低。目前由于码垛机器人在市场中不是占有很大的份额，导致我国码垛机器人的生产规格较多，但是批量较少，这使得通用的零部件生产较少，导致机器人维护成本居高不下。所以只有在有了对码垛机器人的迫切市场需要以及自动化包装、物流等行业的整体规划，可整合资源，积极推进产业化进程，同时根据实际情况，完善码垛机器人相关产业、体系及结构，才能提高我国码垛机器人发展水平，顺应我国的国情，推进和加快我国码垛机器人的发展。
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