基于PLC的自动拆码垛装置设计与研究
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作者:马仲能 吴志刚 马志刚 李春晖 周松涛 张谢许
摘要：自动拆码垛装置存在着关节笨重，惯性大等问题，影响着拆码垛作业的效率，为解决这一问题，文章研发一种用于栈板小车和周转箱的自动拆码垛装置。通过设计装置机械结构，通过可控机构抓取周转箱。规划装置拖拉栈板小车 空间路径，避免装置脱离轨迹发生碰撞。配置 PLC自动控制拆码周转箱运动，满足自动拆码垛装置的拆码与码垛动作需 求。文章装置能够快速完成操作，周转箱摆放整齐，能够及时输送与补给，提高了运行的稳定性，说明文章方法具有可靠性。关键词：栈板小车 ;周转箱 ;自动拆码垛装置;机械结构;PLC 控制;路径规划
0 引言
自动拆码垛装置是物流自动化系统中不可缺少的设备[1]。自动拆码垛装置在物流工程中具有较大的应用潜力，本文通过拆码垛装置将周转箱按照一定顺序 摆放到栈板小车上，进而实现对物品的搬运与传输。在实际应用中，货物的摆放方式是多种多样的，货物的尺寸、形状都会影响到垛型的设置和码垛的方式。从某种意义上来说，机器人产业是衡量国家工业化发展 程度的标识，也是推动国家经济变革的重要技术。
工业机器人技术在科学技术水平迅速发展的大环 境的影响下，在医疗、食品加工、农业生产等社会生产及生活方面应用越来越多，极大地提高了社会的生产 效率。这就意味原有依靠人工对产品进行分类和放置的工作已不能满足自动化生产模式的需求，寻求高效的、精确的物料检测和分类放置系统变得非常必要。以新型的产业、技术、生产模式为代表的新型科技经济 蓬勃发展的同时，工业机器人和人工智能技g的研发 则作为国家长期发展的重中之重，是推进国家工业建设和发展的重要组成部分。各个国家不断在机器人的研发与制造方面加大力度，机器人领域的竞争日益激 烈，而国内的经济飞速发展，对工业机器人的需求量不 断增加。
我国工业机器人因起步较晚、发展较慢等原因，技 术落后于一些发达国家。随着国家对机器人产业前景的重视，工业机器人的发展也越来越多地出现在国家的战略目标中。相较于国外，国内的工业机器人技术是从1970 年才开始引入的。虽然时间上晚于国外，但是在受国内科技发展形势速度飞快及工业机器人的需 求量激增这两大主要因素的刺激下，国内工业机器人产业迅速发展起来，特别是在焊接工业、汽车制造业、自动喷涂、加工等领域有了很大的发展及应用。国家 “中国制造 2025”战略对工业机器人提出的要求是尽快 建立更加完善的体系结构来促进具有智能的高科技的工业机器人的发展。这需要开展速度高、精确度高、智 能化程度高的工业机器人技术研究，与此同时还要开 展运行速度快、准确度高的控制方法并研制功能强、性能好的控制器为高科技工业机器人技术提供支持，才 能够使工业机器人完成工作任务精确程度更高、速度 更快。
PLC 作为常用的以电气与计算机控制技术为基础的专用型工业控制器。自20 世纪 60 年代末第一台可 编程控制器问世后，经过不断的发展，PLC 技术已经被 广泛地应用工业生产的各个领域中。PLC 作为控制器 具有可靠性高、抗干扰能力强、通用性强、硬件类型多 样、使用简单、可以满足多种的控制要求、适应性极好、编程简单、容易掌握、安装简单、维修工作量小、维护方便、体积小、能耗低的优点。
尽管我国近些年码垛机器人的研发水平和相关技 术都有了巨大的进步，自主研发也取得了很大的成果，但还是存在着一些问题需要进行改进，存在着一些技 术壁垒需要突破。由于我国自动拆码垛装置的研究还 存在着一定的不足，其自动拆垛与码垛操作还不能满 足自动化仓库物流对安全性与效率的要求，随着物流出入库量的不断加大，自动拆码垛装置也迎来了新的挑战，为提高拆码垛装置的自动化程度，满足拆码垛工 作的要求，防止装置在拆码垛过程中出现故障，影响工 作效率[2]。引入 PLC与工业机器人到传统的生产线，实现生产线全自动化的现代化改造，保证高效、稳定的生产，减少人力成本的投入。要较好地实现对生产线的自动控制，则对相应的设备电气控制就提出了较高的、较新的控制要求。码垛机器人的运动控制可分为机器人位姿与轨迹控制、末端执行机构抓取控制两大 类常规运动控制方法的运动控制精度低、受环境影响 大、抗干扰能力弱，已经不能满足智能控制要求。为解 决这一问题，本文研发一种用于栈板小车和周转箱的自动拆码垛装置，以期为今后自动化拆码垛装置的研 究提供一定参考。
1一种用于栈板小车和周转箱的自动拆码垛装置的研发
1.1设计装置机械结构
工业机器人的选择是需要考虑多种因素，一般情 况下根据系统的设计要求选择技术成熟、操作比较简单、安全可靠程度高、具有实用程度高的工业机器人。总的来说，系统所需的用于完成物料分类放置的工业机器人需要具有成熟的技术是为工业机器人运行的稳 定性、便于技术人员操作、方便维修等提供支持。基于PLC 控制构建标准化体系是非常重要的，做到零部件和机器的标准化通用化，模块化，大力发展多功能码垛 机器人，只有这样才能降低码垛机器人的生产成本有利于码垛机器人行业发展，也能降低后期维护和修理成本码垛机器人制造企业行业也应该信息共享，共同 制定行业标准和规范实现行业的规范化，便于行业管 理，便于完善售后体系。现有的拆码垛机器人装置的机械结构一般常如图1―2所示。
而本文研发的用于栈板小车和周转箱的自动拆码 垛装置的机械结构主要由机械传动装置，控制系统，检 测装 置，驱 动 电 机、限 位 器、调 节 装 置、码 垛 架 等 组成[3]，如图3所示。
机器人控制器是专用型控制器，只负责协调机器 人各轴的运动控制、机器人与PLC之间的信息交互保 证机器人运行的精确、高效。机器人的控制具有精度 高、运动复杂、运算量大，运算速度高的特点，因此对控 制器稳定性、运算速度都有很高的要求。由图3 可知，该装置在制作控制中要求整机自动运行，并根据栈板 小车与周转箱具体长度，自动调节抓取与运送数量，设定拆码垛装置的设定拆码垛装置的摆臂及拆码与码放 速度，配合生产线传输带的传输速度，拆码垛装置的预设以速度、长度实测值、拆码垛数量等情况为依据，实时显示，使摆臂输送松紧度能够实时调整，通过人机交 互界面观测设定参数，控制设备并监视装置的运行状 态及整体生产线的运行情况。
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