第17頁(yè)共17頁(yè)KEBA機(jī)器人控制系統(tǒng)基礎(chǔ)操作與編程應(yīng)用教案學(xué)科KEBA機(jī)器人控制系統(tǒng)基礎(chǔ)操作與編程應(yīng)用課題碼垛的概念及應(yīng)用教學(xué)目的及要求：了解碼垛的概念及應(yīng)用了解碼垛系統(tǒng)的功能了解KEBA控制系統(tǒng)中碼垛單元的結(jié)構(gòu)；了解碼垛結(jié)構(gòu)中個(gè)參數(shù)的含義和作用教學(xué)重點(diǎn)：碼垛系統(tǒng)的功能KEBA控制系統(tǒng)中碼垛單元的結(jié)構(gòu)；碼垛結(jié)構(gòu)中個(gè)參數(shù)的含義和作用教學(xué)難點(diǎn)：碼垛結(jié)構(gòu)中個(gè)參數(shù)的含義和作用實(shí)驗(yàn)儀器及教具：多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、KEBA控制器、示教器

教學(xué)過(guò)程備注一、教學(xué)導(dǎo)入（約5分鐘）回顧上次的課程知識(shí)介紹本次課程安排；介紹課程的重難點(diǎn)知識(shí)內(nèi)容；二、主要內(nèi)容（約35分鐘）、碼垛的概念和應(yīng)用（約5分鐘）1、碼垛的定義2、托盤碼垛3、碼垛的應(yīng)用、碼垛結(jié)構(gòu)（約20分鐘）1、功能范圍2、碼垛的參數(shù)（1）第一個(gè)工件的目標(biāo)位置（2）工件數(shù)量（3）工件之間的距離（4）碼垛順序（5）前置和后置位置（6）放置方向（7）碼垛入口位置（8）碼垛檢測(cè)系統(tǒng)碼垛系統(tǒng)的功能（10分鐘）1.碼垛工件計(jì)數(shù)器2.

計(jì)算目標(biāo)位置3.

碼垛周期的運(yùn)動(dòng)順序三、本節(jié)小結(jié)四、布置作業(yè)及其它課后作業(yè)：無(wú)續(xù)頁(yè)（一）碼垛的概念和應(yīng)用1.碼垛的定義碼垛是指物品整齊、規(guī)則地?cái)[放成貨垛的作業(yè)。它根據(jù)物品的性質(zhì)、形狀、重量等因素，結(jié)合倉(cāng)庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)條件，將物品碼放成一定的貨垛。2.

托盤碼垛托盤是用于放置在集裝、堆放、搬運(yùn)和運(yùn)輸過(guò)程中的物品和制品的水平平臺(tái)裝置。在平臺(tái)上集裝一定數(shù)量的單件物品，并按要求捆扎加固，組成一個(gè)運(yùn)輸單位，便于運(yùn)輸過(guò)程中使用機(jī)械進(jìn)行裝卸、搬運(yùn)和堆存。這種臺(tái)面有供叉車從下部插入并將臺(tái)板托起的插入口。以這種結(jié)構(gòu)為基本的臺(tái)板和在這種基本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的各種集裝器具都統(tǒng)稱為托盤。托盤碼垛如圖8.2所示。圖8.2托盤碼垛1）托盤碼垛的主要優(yōu)點(diǎn)①搬運(yùn)或出入庫(kù)場(chǎng)都可用機(jī)械操作，以減少貨物碼垛作業(yè)次數(shù)，從而有效提高運(yùn)輸效率、縮短貨運(yùn)時(shí)間。②以托盤為運(yùn)輸單位，貨運(yùn)件數(shù)變少，體積、重量變大，而且每個(gè)托盤所裝數(shù)量相等，既便于點(diǎn)數(shù)、理貨交接，又可以減少貨損、貨差等事故。③自重量小，因而可用于卸貨、運(yùn)輸。托盤本身所消耗的勞動(dòng)強(qiáng)度較小，無(wú)效運(yùn)輸及裝卸負(fù)荷相對(duì)也比集裝箱小。④空返容易，空返時(shí)耗費(fèi)運(yùn)力很少。2）托盤碼垛的主要缺點(diǎn)①回收利用的難度較大。②托盤本身也占用一定的倉(cāng)儲(chǔ)空間。3）托盤碼垛方式托盤上貨物的碼放方式有很多，主要有以下4種方式，如圖8.3所示。①重疊式。重疊式各層貨物的碼放方式相同，上下對(duì)應(yīng)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是操作速度快，各層貨物重疊之后，包裝物4個(gè)角和邊重疊垂直，能承受較大的重量。這種方式的缺點(diǎn)是，各層之間缺少咬合，穩(wěn)定性差，容易塌垛。②縱橫交錯(cuò)式。相鄰兩層貨物的擺放旋轉(zhuǎn)90°，一層呈橫向放置，另一層呈縱向放置；層間有一定的咬合效果，但咬合強(qiáng)度不高。這種裝盤方式可利用托盤轉(zhuǎn)向器，在裝完一層后，轉(zhuǎn)向器旋轉(zhuǎn)90°，機(jī)器人只需用同一種裝盤方式便可實(shí)現(xiàn)縱橫交錯(cuò)裝盤。③正反交錯(cuò)式。同一層中不同列的貨物以90°垂直碼放，相鄰兩層的貨物碼放形式是另一層旋轉(zhuǎn)180°的形式。這種方式類似于房屋建筑中磚的砌筑方式，不同層間的咬合強(qiáng)度較高，相鄰層之間不重縫，因此碼放后穩(wěn)定性很高，但操作比較麻煩，且貨物之間不是垂直面互相承受載荷，所以下部容易被壓壞。④旋轉(zhuǎn)交錯(cuò)式。第一層相鄰的兩個(gè)貨物都互為90°，兩層間的碼放又互相成180°。這樣，相鄰兩層之間咬合交叉，其優(yōu)點(diǎn)是托盤上的貨物穩(wěn)定性高，不易塌垛；其缺點(diǎn)是碼放難度較大，且中間形成空穴，會(huì)降低托盤裝載能力。圖8.3托盤碼垛方式3.

碼垛的應(yīng)用碼垛機(jī)器人能適應(yīng)于紙箱、袋裝、罐裝、箱體、瓶裝等各種形狀的包裝產(chǎn)品碼垛作業(yè)，廣泛應(yīng)用于化工、水泥、飼料、面粉、食品等需要進(jìn)行貨物裝卸碼垛的行業(yè)。圖8.4機(jī)器人碼垛紙箱（二）碼垛結(jié)構(gòu)對(duì)于機(jī)器人應(yīng)用程序，特別是抓取和放置，通常需要使用放置模式進(jìn)行放置抓住的對(duì)象。Keba系統(tǒng)中該功能由碼垛單元完成，并向用戶提供碼垛向?qū)В远x拾取和放置網(wǎng)格，而無(wú)須手動(dòng)示教每個(gè)單元的位置。1.功能范圍碼垛功能集成在碼垛單元內(nèi)，其中包括計(jì)算下一個(gè)需要拾取和放置位置的所有必要信息。指令可用于參數(shù)化碼垛，并在執(zhí)行指令分別將機(jī)器人移動(dòng)到下一個(gè)拾取和放置位置。目前，有一個(gè)簡(jiǎn)單的碼垛系統(tǒng)可以用普通的網(wǎng)格進(jìn)行碼垛工件，這個(gè)碼垛系統(tǒng)可以用于簡(jiǎn)單的碼垛任務(wù)。典型的應(yīng)用是簡(jiǎn)單工件的取放任務(wù)。簡(jiǎn)單的碼垛系統(tǒng)包含以下參數(shù)：●第一塊工件的目標(biāo)位置；●工件沿X、Y和Z三個(gè)方向上的數(shù)量；●工件沿X、Y和Z三個(gè)方向之間的距離；●碼垛順序（X、Y、Z優(yōu)先）；●碼垛前置位置和碼垛后置位置兩個(gè)輔助點(diǎn)的設(shè)置；●碼垛方向（對(duì)應(yīng)于存放方向）；●碼垛入口位置；●碼垛檢測(cè)系統(tǒng)，判斷碼垛是否可行。2.

碼垛的參數(shù)1）第一個(gè)工件的目標(biāo)位置第一個(gè)工件的目標(biāo)位置是以笛卡兒坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系，用戶可以通過(guò)機(jī)器人示教獲取這個(gè)位置。該位置必須是碼垛上第一個(gè)工件的位置。因此，碼垛開(kāi)始位置（即機(jī)器人開(kāi)始碼垛工件時(shí)對(duì)應(yīng)的起始位置，如圖8.5所示）已被指定。圖8.5碼垛起始位置2）工件數(shù)量工件數(shù)量是指在參考坐標(biāo)系X、Y、Z方向上放置多少個(gè)工件，數(shù)量范圍為1～100。如果不進(jìn)行碼垛，則將工件的數(shù)量設(shè)置為1。3）工件之間的距離工件之間的距離即工件之間的偏移量。該偏移量的值可為正數(shù)或負(fù)數(shù)，例如，下一個(gè)工件相對(duì)于上一個(gè)工件在參考軸的負(fù)方向上，則此時(shí)偏移量為負(fù)數(shù)，如圖8.6所示。工件之間的距離值為工件尺寸與工件之間的距離值之和。圖8.6下一工件相對(duì)于上一個(gè)工件的偏移量工件之間偏移值的符號(hào)決定了下一工件的放置位置。因此，碼垛的起始位置可以自由選擇，因?yàn)橄乱粋€(gè)工件的位置由距離值確定。4）碼垛順序碼垛方向取決于配置的碼垛順序。例如，如果工件首先在Y方向放置，然后在X方向上放置，最后在Z方向上放置，則選擇的碼垛順序?yàn)閅—X—Z。碼垛順序可以理解為碼垛循環(huán)的優(yōu)先級(jí)，而第一部分是具有最高優(yōu)先級(jí)的部分。如果未使用碼垛方向，則可以忽略該順序。例如，如果Y方向被設(shè)置為1（即在Y方向上沒(méi)有碼垛），則只考慮X和Z方向的碼垛順序。5）前置和后置位置前置和后置位置是機(jī)器人的輔助位置。將工件移至工件前后，機(jī)器人移至這些位置的目標(biāo)地點(diǎn)位置。前置和后置位置可以選擇，也可以禁用。在這種情況下，機(jī)器人直接移動(dòng)到目標(biāo)位置并遠(yuǎn)離目標(biāo)位置。這兩個(gè)位置具有相同的配置選項(xiàng)，即相對(duì)于目標(biāo)位置而指定的側(cè)移和高度偏移。側(cè)偏移可用于避免與已經(jīng)放置的工件接觸，在拾取和放置運(yùn)動(dòng)期間分別放在碼垛上。前置和后置位置的側(cè)偏移用于放置新工件并放置在碼垛已有的部件上。因此，根據(jù)實(shí)際的位置，偏移量具有不同的含義。碼垛層上的第一個(gè)工件不會(huì)有偏移。對(duì)于與第一個(gè)工件對(duì)齊的其他工件，側(cè)偏移僅用于相應(yīng)的對(duì)齊方向。所有其他工件通過(guò)在兩個(gè)方向上使用側(cè)偏移而在45°以下對(duì)齊。要移除側(cè)偏移量，請(qǐng)將輸入設(shè)置為0。側(cè)偏移圖解如圖8.7所示。9.9.8.7.6.5.4.3.2.1.圖8.7側(cè)偏移圖解高度偏移量是相對(duì)于工件的目標(biāo)位置而設(shè)置的。機(jī)器人將工件移動(dòng)到由此高度偏移的預(yù)置位置，相對(duì)于目標(biāo)位置偏移并進(jìn)一步直線向下放置。圖8.8前置和后置位置的側(cè)偏移和高度偏移圖8.8中顯示了機(jī)器人如何移動(dòng)到一個(gè)位置。通常情況下，預(yù)定位置指定了側(cè)偏移量和高度偏移量。放置工件后通常需要使機(jī)器人直線向上移動(dòng)而無(wú)任何側(cè)面移動(dòng)，因此只須設(shè)置后置位置的高度偏移量而進(jìn)行的即可。6）放置方向此方向僅適用于使用前置或后置位置的運(yùn)動(dòng)情況。放置方向是相對(duì)于參考坐標(biāo)系指定而進(jìn)行的。通常，放置方向與重力方向相同。前置位置和后置位置的高度偏移量與碼垛方向相反。7）碼垛入口位置碼垛入口位置是以笛卡兒坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系，用戶可以通過(guò)機(jī)器人示教獲取這個(gè)位置。碼垛入口位置參數(shù)可以選擇，也可以禁用，因此它不包含在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)中。碼垛入口位置可以用來(lái)避免工件以不同方向進(jìn)入碼垛。首先，機(jī)器人在放置工件之前移動(dòng)到碼垛入口點(diǎn)；其次，機(jī)器人在箱子上方移動(dòng)到目標(biāo)位置。8）碼垛檢測(cè)系統(tǒng)碼垛檢測(cè)系統(tǒng)用于碼垛過(guò)程的系統(tǒng)檢測(cè)。創(chuàng)建新碼垛后，碼垛檢測(cè)系統(tǒng)判斷碼垛所有工件是否能到達(dá)設(shè)定的位置。為了在傾斜位置或任何其他坐標(biāo)系中使用碼垛，必須選擇適當(dāng)?shù)膮⒖甲鴺?biāo)系。不允許選擇移動(dòng)參考坐標(biāo)系（無(wú)跟蹤系統(tǒng)）。（三）碼垛系統(tǒng)的功能1.碼垛工件計(jì)數(shù)器碼垛系統(tǒng)可為機(jī)器人生成目標(biāo)位置，并在調(diào)用碼垛指令時(shí)執(zhí)行對(duì)這些目標(biāo)位置的動(dòng)作指令。因此，碼垛工件計(jì)數(shù)器可用于選擇下一個(gè)目標(biāo)位置。碼垛工件計(jì)數(shù)器可以手動(dòng)更改或在程序中更改，因此碼垛系統(tǒng)能夠識(shí)別倉(cāng)位是空的還是滿的。碼垛工件計(jì)數(shù)器通過(guò)碼垛指令分別自動(dòng)遞增和遞減。通常情況下，計(jì)數(shù)器在程序啟動(dòng)過(guò)程中被復(fù)位。碼垛工件計(jì)數(shù)器不是持久不變的，如果重新定義碼垛的數(shù)量，關(guān)于碼垛上當(dāng)前工件數(shù)量的信息就會(huì)丟失，這同樣適用于重新啟動(dòng)控制器。在這種情況下，計(jì)數(shù)器被初始化為0。2.

計(jì)算目標(biāo)位置碼垛單元可用于機(jī)器人指令程序，將機(jī)器人和被夾持部分分別移動(dòng)到碼垛的下一個(gè)空置位置。工件的位置計(jì)算如下：①根據(jù)碼垛上的第一個(gè)示教工件和配置的碼垛方向計(jì)算下一個(gè)工件位置。利用所設(shè)置的距離（對(duì)應(yīng)于工件的尺寸）加上前一個(gè)工件位置之和可計(jì)算出下一個(gè)工件的位置，如圖8.9所示。圖8.9計(jì)算下一個(gè)工件的位置注：在X方向上的距離是相對(duì)于碼垛參考坐標(biāo)系的X方向而定義的。用戶必須知道碼垛參考坐標(biāo)系的方向。如果碼垛的參考坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系不相同，則必須考慮X、Y和Z方向相對(duì)于世界坐標(biāo)系的變化。②圖8.9中顯示的示例假設(shè)碼垛順序以X開(kāi)頭。首先，X方向上的所有工件都放置在從下一行開(kāi)始之前。③工件沿X方向放置，直到達(dá)到了X方向上配置的工件數(shù)量。圖8.10計(jì)算第二行的第一個(gè)工件④新的一行的位置，它相對(duì)于第一行移動(dòng)了y距離，如圖8.10所示。⑤配置單個(gè)方向序列的碼垛順序非常重要。在簡(jiǎn)單碼垛中，假定以X—Y—Z的碼垛順序進(jìn)行碼垛。首先，工件被放入在移至第二行之前的X方向上，新的一行的第一個(gè)工件從頭開(kāi)始。只要行未滿，工件就放置在同一行中。在完成該層上的所有工件之后，XY層在Z方向上移動(dòng)，重復(fù)該步驟直到碼垛完成。對(duì)于每一次碼垛指令的調(diào)用，都會(huì)重新計(jì)算目標(biāo)位置，即可在線更改參數(shù)。3.

碼垛周期的運(yùn)動(dòng)順序碼垛的運(yùn)動(dòng)順序取決于其參數(shù)以及碼垛是否應(yīng)該填充或清空。1）放置工件為了將工件放置在碼垛上，必須執(zhí)行以下指令：A.myPallet123.ToPut（）//將機(jī)器人移動(dòng)到放置位置；B.打開(kāi)夾具；C.myPallet123.FromPut()//將機(jī)器人從放置位置移開(kāi)；放置位置的碼垛序列如圖8.11所示。圖8.11放置位置的碼垛序列以下動(dòng)作由ToPut（）指令來(lái)實(shí)現(xiàn)：A.機(jī)器人移動(dòng)到碼垛入口位置（可選）；B.機(jī)器人移動(dòng)到碼垛前置位置（可選）；C.機(jī)器人移動(dòng)到碼垛放置位置（始終執(zhí)行）。完成此動(dòng)作序列之后，機(jī)器人處于放置位置。此時(shí)，夾具可以打開(kāi)。從放置位置移開(kāi)的碼垛序列如圖8.12所示。圖8.12從放置位置移開(kāi)的碼垛序列以下動(dòng)作由FromPut（）指令來(lái)實(shí)現(xiàn)：A.機(jī)器人直線運(yùn)動(dòng)到后置位置（可選）；B.機(jī)器人移動(dòng)到碼垛入口位置（可選）。如果未配置后置和碼垛入口位置，則不需要執(zhí)行FromPut（）指令，因?yàn)樗贿M(jìn)行任何操作。2）抓取工件必須執(zhí)行以下指令才能拾取工件：A.myPallet123.ToGet（）//將機(jī)器人移動(dòng)到拾取位置B.關(guān)閉夾爪C.myPallet123.FromGet（）//將機(jī)器人從拾取位置移開(kāi)ToGet（）碼垛序列如圖8.13所示。圖8.13ToGet（）碼垛序列以