CN113878574A - 一种机器人码垛工艺程序编制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器人码垛工艺程序编制方法。根据实际工艺环境，设置基本参数、垛层排样、码垛模式、静态点、拆垛垛形、码垛垛形等码垛工艺参数；根据码垛工艺参数，按照各个垛形中的垛层、层内工件顺序形成取件点序列与放置点序列，规划工艺路径，完成参数处理；按照工艺路径和预先制定的机器人抓取放置工件过程指令模板，输出机器人码垛工艺程序，并运行机器人。本发明能生成适用于不同工况的码垛工艺程序，对操作者是否掌握机器人编程无需要求，且适用于不同的工艺环境，提升生产效率。

Description

一种机器人码垛工艺程序编制方法

技术领域

本发明属于机器人技术领域的一种码垛程序处理方法，尤其是涉及了一种机器人码垛工艺程序编制方法。

背景技术

近年来机器人技术发展迅速，被广泛应用于各个行业，来取代成本越来越高的人工。尤其某些行业工作重复性高、劳动强度大、作业环境危害大甚至不适合由人类完成，机器人的应用前景很大。

码垛是按照集成单元化的思想，将一件件的物料按照一定的模式堆码成垛，以便利用单元化的物垛实现物料的存储、搬运、装卸、运输等物流活动。企业用户常用三种码垛方式：一是人工码垛；二是传统码垛机；三是码垛机器人。人工码垛应用在物料轻便、尺寸和形状变化大、吞吐量小的场合。当吞吐量在10件/min以上，采用人工码垛的方案需要较多工人，此时可采用自动码垛机以加快物流速度，获得整齐一致的物垛，减少物料的损伤，提高搬运效率，增强处理柔性。与前两种码垛方式相比，码垛机器人可以完成袋类、箱类等多种包装的搬运、码垛以及卸垛等工作，其独有的动作灵活性，可以完成多种作业要求，灵活地适应任务变化。码垛机器人的应用行业包括饮料、化工、石油、电子等。近年来码垛机器人的吞吐量在不断提高，柔性、处理速度以及抓取载荷在不断升级，应用场合在不断扩大。

然而机器人是一个复杂的机械装备，当前对于机器人码垛应用，操作者需要完全掌握机器人编程语言，并非常了解码垛工艺，才能编制出满足需要的机器人码垛工艺程序；而且不同厂商的机器人编程语言也不尽相同，这无疑给现阶段不同层次的操作人员造成了不必要的麻烦，严重影响了机器人的应用和推广，也间接影响了生产效率。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种机器人码垛工艺程序编制方法。

本发明要解决的技术问题是：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种机器人码垛工艺程序编制方法，让不同层次的操作者可通过不同难度等级的参数设置方式完成人工输入，即可编制可适用于不同场合的码垛工艺程序。

本发明的技术方案如下：

步骤1：预先设置：根据实际工艺环境，设置基本参数、垛层排样、码垛模式、仅一个静态点、拆垛垛形、码垛垛形等码垛工艺参数；

步骤2：参数处理：根据码垛工艺参数，按照各个垛形中的垛层、层内工件顺序形成取件点序列与放置点序列，规划工艺路径，完成参数处理；

步骤3：程序生成：按照工艺路径和预先制定的机器人抓取放置工件过程指令模板，输出机器人码垛工艺程序，并运行机器人。

所述的基本参数包括抓取工具坐标系、准备点偏移量、过渡点P3位置，所述的准备点包括取件准备点P2和放置准备点P4。

所述步骤1中，设置码垛工艺参数的方式为人机界面交互，交互过程模块化。

系统将所要执行的工艺封装成了人机交互界面形式，并开放了相关参数的输入端，操作者只需按照引导填入必要的参数，即可完成参数的人工输入，无需掌握编程技术。

所述步骤1中，码垛模式的设置分为定点拆垛模式、定点码垛模式、拆垛+码垛模式；

定点拆垛模式为：以静态点作为放置点，拆垛垛形上的工件所在位置作为取件点，依次从各个取件点取走各个工件放置到放置点，本模式下设置放置点、拆垛垛形的信息；

定点码垛模式为：以静态点作为取件点，将取件点的工件，依次取走并在至少一个放置点放置成计划的码垛垛形，本模式下设置取件点、码垛垛形；

拆垛+码垛模式为：在至少一个取件点将拆垛垛形上的工件，依次取走并在至少一个放置点放置成计划的码垛垛形，本模式下设置拆垛垛形、码垛垛形。

所述步骤1中，垛层排样的设置包括排样样式类型数量、参考点坐标、工件尺寸、工件数量、排样模式；排样模式包括但不限于矩阵模式、三花垛模式、四花垛模式、五花垛模式、自定义模式：排样模式中矩阵模式设置的参数包括但不限于行数、列数、姿态，三花垛模式、四花垛模式和五花垛模式设置的参数包括但不限于姿态，自定义模式设置的参数包括但不限于工件数量、各个工件坐标。

所述的参考点是指垛形中预先设置的且作为放置参考的点。具体实施中，三花垛模式、四花垛模式、五花垛模式下将第一个工件放置在参考点上。

所述步骤1中，拆垛垛形或码垛垛形的设置包括垛形数量、工件坐标系、垛层数量、层高模式、垛层排样模式；

层高模式包括但不限于每层一致模式、自定义模式，其中每层一致模式设置的参数包括但不限于总层高，自定义模式设置的参数包括但不限于每层层高；

垛层排样模式包括但不限于每层一致模式、奇偶层不一致模式、自定义模式，其中每层一致模式设置的参数包括但不限于每层一致排样样式，奇偶层不一致模式设置的参数包括但不限于奇数层排样样式、偶数层排样样式，自定义模式设置的参数包括但不限于每层排样样式。

所述的垛层排样模式中所选定的排样样式数据均来自于垛层排样。

所述步骤2中，参数处理为根据不同的码垛模式规划工艺路径：

定点拆垛模式下，在拆垛垛形中按照垛层从上往下的顺序、对每一垛层中按照垛层排样顺序的工件排序为取件点序列，将取件点序列的每个工件与静态点匹配，形成工艺路径；

定点码垛模式下，在码垛垛形中按照垛层从下往上的顺序、对每一垛层中按照垛层排样顺序的工件排序为放置点序列，将静态点与放置点序列的每个工件匹配，形成工艺路径：

拆垛+码垛模式下，将上述的取件点序列中的每个工件依次与放置点序列中的每个工件匹配，形成工艺路径。

所述机器人码垛工艺程序生成方法为，在既定工艺路径上的工件点位信息参数自动导入预先制定的机器人抓取放置工件过程指令模板，生成具有机器人运动和控制指令、在机器人控制器上运行且符合操作者选择的工艺要求的程序。

本发明根据不同工况人工输入参数，设计垛层排样与垛形，然后对参数处理，生成适用于不同工况的码垛工艺程序。

本发明人工输入参数方式为人机界面交互，对操作者是否掌握机器人编程无需要求，且适用于不同的工艺环境，提升生产效率。

本发明的有益效果是：

(1)采用人机交互界面的方式进行人工输入参数，参数输入过程模块化，降低了操作门槛，不懂编程语言的操作者也可使用；

(2)每个参数模块分开输入，模块化参数自动匹配，提高程序编制过程速度与准确度，间接提高机器人运行效率；

(3)制定了多种固有的垛层排样、垛形，排布紧凑，在码垛、拆垛单元形态复杂的情况下可使用自定义模式进行码垛工艺设计，适用于不同工作场合。

附图说明

图1为本发明的机器人码垛工艺程序编制方法流程图；

图2为本发明的垛层排样设置流程图；

图3为本发明的拆垛/码垛垛形设置流程图；

图4为本发明的人机交互界面设置图；

图5为本发明的机器人抓取放置工件运动路径示意图；

图6为本发明的机器人码垛工艺的具体实施前工况示意图；

图7为本发明的机器人码垛工艺的具体实施后工况示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的优选实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的方法流程图如图1所示。本具体实施例选用广数RB03A1机器人作为研究对象，吸盘作为抓取工具，KEBA控制器作为机器人控制系统。

步骤1：预先设置，根据实际工艺环境，设置基本工艺参数、码垛模式、静态点、垛层排样、拆垛垛形、码垛垛形等码垛工艺参数。

如图1所示，码垛模式的设置分为定点拆垛模式、定点码垛模式、拆垛+码垛模式；

定点拆垛模式为：以静态点作为放置点，拆垛垛形上的工件所在位置作为取件点，依次从各个取件点取走各个工件放置到放置点，本模式下设置放置点、拆垛垛形的信息；

定点码垛模式为：以静态点作为取件点，将取件点的工件，依次取走并在至少一个放置点放置成计划的码垛垛形，本模式下设置取件点、码垛垛形；

拆垛+码垛模式为：在至少一个取件点将拆垛垛形上的工件，依次取走并在至少一个放置点放置成计划的码垛垛形，本模式下设置拆垛垛形、码垛垛形。

如图2所示，垛层排样的设置包括排样样式类型数量、参考点坐标、工件尺寸、工件数量、排样模式；排样模式包括但不限于矩阵模式、三花垛模式、四花垛模式、五花垛模式、自定义模式：排样模式中矩阵模式设置的参数包括行数、列数、姿态，三花垛模式、四花垛模式和五花垛模式设置的参数包括姿态，自定义模式设置的参数包括工件数量、各个工件坐标。

参考点是指垛形中预先设置的且作为放置参考的点。具体实施中，三花垛模式、四花垛模式、五花垛模式下将第一个工件放置在参考点上。

如图3所示，拆垛垛形或码垛垛形的设置包括垛形数量、工件坐标系、垛层数量、层高模式、垛层排样模式；

层高模式包括但不限于每层一致模式、自定义模式，其中每层一致模式设置的参数包括总层高，自定义模式设置的参数包括每层层高；

垛层排样模式包括每层一致模式、奇偶层不一致模式、自定义模式，其中每层一致模式设置的参数包括每层一致排样样式，奇偶层不一致模式设置的参数包括奇数层排样样式、偶数层排样样式，自定义模式设置的参数包括每层排样样式。

完成以上设置后进入步骤2参数处理。

步骤1为人机交互界面方式。如图4所示，系统已经将所要执行的工艺封装成了人机交互界面形式，并开放了相关参数的输入端，操作者只需按照引导填入必要的参数，即可完成参数人工输入。该种方式操作者能了解到工艺的使用，不需要了解编程语言。

本发明具体实施例输入的参数如下：

基本参数设置：输入工具坐标系名称xipan，工具坐标设置为X＝0 Y＝0 Z＝112.5A＝0 B＝0 C＝0，过渡点坐标设置为A1＝0 A2＝0 A3＝0 A4＝0 A5＝90 A6＝0，准备点偏移量X＝0 Y＝0 Z＝30，工件坐标系数量2，第1个工件坐标系名称work，坐标系参数X＝221Y＝-284 Z＝160 A＝0 B＝0 C＝0，第2个工件坐标系名称sort，坐标系参数X＝222 Y＝231Z＝162 A＝0 B＝0 C＝0，取件区工件坐标系设置为work，放置区工件坐标系设置为sort。

其中的X、Y、Z分别表示直角坐标系下X、Y、Z轴的三个坐标变量，A、B、C分别表示直角坐标系下围绕X、Y、Z轴的三个角度变量，A1、A2、A3、A4、A5、A6分别表示六轴工业机器人的六个关节角度变量。

设置码垛模式为拆垛+码垛模式。下面进行垛层排样、拆垛垛形、码垛垛形设置。

进入垛层排样设置：排样样式数量3，

样式1：参考点坐标X＝0 Y＝0 Z＝0 A＝0 B＝0 C＝0，工件尺寸X＝60 Y＝30 Z＝10，工件间隔0，排样模式自定义，工件总数3，

序号为1的放置点坐标X/Y/Z/C：63 47 0-90，

序号为2的放置点坐标X/Y/Z/C：112 32 0 0，

序号为3的放置点坐标X/Y/Z/C：112 62 0 0；

样式2：参考点坐标X＝0 Y＝0 Z＝0 A＝0 B＝0 C＝0，工件尺寸X＝60 Y＝30 Z＝10，工件间隔0，排样模式自定义，工件总数3，

序数为1的放置点坐标X/Y/Z/C：127 47 0 90，

序数为2的放置点坐标X/Y/Z/C：78 62 0 180，

序数为3的放置点坐标X/Y/Z/C：78 32 0 180；

样式3：参考点坐标X＝300 Y＝0 Z＝0 A＝0 B＝0 C＝0，工件尺寸X＝60 Y＝30Z＝10，工件间隔0，排样模式自定义，工件总数9，

序数为1的放置点坐标X/Y/Z/C：60 111 0 90，

序数为2的放置点坐标X/Y/Z/C：90 111 0 90，

序数为3的放置点坐标X/Y/Z/C：120 111 0 90，

序数为4的放置点坐标X/Y/Z/C：60 171 0 90，

序数为5的放置点坐标X/Y/Z/C：90 171 0 90，

序数为6的放置点坐标X/Y/Z/C：120 171 0 90，

序数为7的放置点坐标X/Y/Z/C：60 231 0 90；

序数为8的放置点坐标X/Y/Z/C：90 231 0 90；

序数为9的放置点坐标X/Y/Z/C：120 231 0 90；

进入拆垛垛形设置：垛形数量1，

垛形1：工件坐标系work，垛层数量1，

层高模式每层一致，总层高10，

垛层排样模式每层一致，每层一致排样样式选择样式3；

进入码垛垛形设置：垛形数量1，

垛形1：工件坐标系sort，垛层数量3，

层高模式每层一致，总层高30，

垛层排样模式奇偶层不一致，奇数层排样样式选择样式1，偶数层排样样式选择样式2。

完成上述设置后进入步骤2。

步骤2：参数处理，根据步骤1输入的码垛工艺参数，按照各个垛形中的垛层、层内工件顺序形成取件点序列与放置点序列，规划工艺路径，完成参数处理。如图1所示。

定点拆垛模式下，在拆垛垛形中按照垛层从上往下的顺序对每一垛层中按照垛层排样确定顺序的工件组合排序为取件序列，将取件序列的每个工件与静态点匹配，形成工艺路径；

定点码垛模式下，在码垛垛形中按照垛层从下往上的顺序对每一垛层中按照垛层排样确定顺序的工件组合排序为放置序列，将静态点与放置序列的每个工件匹配，形成工艺路径；

拆垛+码垛模式下，将上述的取件序列中的每个工件依次与放置序列中的每个工件匹配，形成工艺路径。其中在拆垛+码垛模式下，取件序列中的工件与放置序列工件数量不等时，工件数量较少的序列被匹配完所有工件时，工艺路径规划结束。

本具体实施例下，拆垛垛形工件总数9，码垛垛形工件总数9，两者相等，按照取件、放置序列中序数相同的工件进行匹配，因此所有工件能完全匹配。

步骤3：程序生成，按照既定的工艺路径和预先制定的机器人抓取放置工件过程指令模板，输出机器人码垛工艺程序，并运行机器人。所述机器人码垛工艺程序生成方法为，在既定工艺路径上的工件点位信息参数自动导入预先制定的机器人抓取放置工件过程指令模板，生成具有机器人运动和控制指令、可以在相应机器人控制器上运行且符合操作者选择的工艺要求的程序。本具体实施例如下：

如图5所示，一次完整的机器人抓取放置工件过程，机器人工具中心点需要依次经过过渡点P3——取件准备点P2——取件点P1——取件准备点P2——过渡点P3——放置准备点P4——放置点P5——放置准备点P4——过渡点P3。在运动至取件点P1和放置点P5时，机器人抓取、放置前后过程均需有延时或抓取、放置到位等待。在取件准备点P2——过渡点P3、过渡点P3——放置准备点P4的往返路径间，可视情况插入避障点，本具体实施例中的抓取放置过程没有障碍，因此没有插入避障点。

本具体实施例中抓取放置过程指令模板及注释如表1所示。

表1机器人抓取放置工件过程指令模板及注释

本具体实施例下，将步骤2中取件序列中工件点位信息依次导入机器人抓取放置工件过程指令模板的取件点变量worked中，加步骤1中的准备点偏移量后导入取件准备点变量worked_pre中；将放置序列中工件点位信息依次导入机器人抓取放置工件过程指令模板的放置点变量sorted中，加步骤1中的准备点偏移量后导入放置准备点变量sorted_pre中；步骤1中的工具坐标系、过渡点分别导入工具变量xipan、过渡点变量transition中。

输出工艺程序文件stack.tip和变量文件stack.tid。将两文件导入机器人控制器加载后即可运行工艺。本具体实施例码垛前后工件状态如图6、图7所示。

上述对本发明进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本发明的保护范围。本发明所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。

Claims (8)

1.一种机器人码垛工艺程序编制方法，其特征在于：方法包括以下步骤：

步骤1：根据实际工艺环境，设置基本参数、垛层排样、码垛模式、静态点、拆垛垛形、码垛垛形等码垛工艺参数；

步骤2：根据码垛工艺参数，按照各个垛形中的垛层、层内工件顺序形成取件点序列与放置点序列，规划工艺路径，完成参数处理；

步骤3：按照工艺路径和预先制定的机器人抓取放置工件过程指令模板，输出机器人码垛工艺程序，并运行机器人。

2.根据权利要求1所述的机器人码垛工艺程序编制方法，其特征在于：

所述步骤1中，设置码垛工艺参数的方式为人机界面交互，交互过程模块化。

3.根据权利要求1所述的机器人码垛工艺程序编制方法，其特征在于：

所述步骤1中，码垛模式的设置分为定点拆垛模式、定点码垛模式、拆垛+码垛模式；

定点拆垛模式为：以静态点作为放置点，拆垛垛形上的工件所在位置作为取件点，依次从各个取件点取走各个工件放置到放置点，本模式下设置放置点、拆垛垛形的信息；

定点码垛模式为：以静态点作为取件点，将取件点的工件，依次取走并在至少一个放置点放置成计划的码垛垛形，本模式下设置取件点、码垛垛形；

拆垛+码垛模式为：在至少一个取件点将拆垛垛形上的工件，依次取走并在至少一个放置点放置成计划的码垛垛形，本模式下设置拆垛垛形、码垛垛形。

4.根据权利要求1所述的机器人码垛工艺程序编制方法，其特征在于：

所述步骤1中，垛层排样的设置包括排样样式类型数量、参考点坐标、工件尺寸、工件数量、排样模式；排样模式包括但不限于矩阵模式、三花垛模式、四花垛模式、五花垛模式、自定义模式：排样模式中矩阵模式设置的参数包括行数、列数、姿态，三花垛模式、四花垛模式和五花垛模式设置的参数包括姿态，自定义模式设置的参数包括工件数量、各个工件坐标。

5.根据权利要求1所述的机器人码垛工艺程序编制方法，其特征在于：

所述步骤1中，拆垛垛形或码垛垛形的设置包括垛形数量、工件坐标系、垛层数量、层高模式、垛层排样模式；

层高模式包括但不限于每层一致模式、自定义模式，其中每层一致模式设置的参数包括总层高，自定义模式设置的参数包括每层层高；

垛层排样模式包括每层一致模式、奇偶层不一致模式、自定义模式，其中每层一致模式设置的参数包括每层一致排样样式，奇偶层不一致模式设置的参数包括奇数层排样样式、偶数层排样样式，自定义模式设置的参数包括每层排样样式。

6.根据权利要求5所述的机器人码垛工艺程序编制方法，其特征在于：

所述的垛层排样模式中所选定的排样样式数据均来自于垛层排样。

7.根据权利要求1所述的机器人码垛工艺程序编制方法，其特征在于

所述步骤2中，参数处理为根据不同的码垛模式规划工艺路径：

定点拆垛模式下，在拆垛垛形中按照垛层从上往下的顺序、对每一垛层中按照垛层排样顺序的工件排序为取件点序列，将取件点序列的每个工件与静态点匹配，形成工艺路径；

定点码垛模式下，在码垛垛形中按照垛层从下往上的顺序、对每一垛层中按照垛层排样顺序的工件排序为放置点序列，将静态点与放置点序列的每个工件匹配，形成工艺路径：

拆垛+码垛模式下，将上述的取件点序列中的每个工件依次与放置点序列中的每个工件匹配，形成工艺路径。

8.根据权利要求1所述的机器人码垛工艺程序编制方法，其特征在于：

所述机器人码垛工艺程序生成方法为，在既定工艺路径上的工件点位信息参数自动导入预先制定的机器人抓取放置工件过程指令模板，生成具有机器人运动和控制指令、在机器人控制器上运行且符合操作者选择的工艺要求的程序。

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