编织袋码垛技术

有一自动罐装码垛生产线，由灌装机、称重机、缝包机、倒包机、压包机、金属检测机、视觉识别系统、码垛机器人、输送线等设备构成，可以实现自动罐装、称重、缝包、金属检测、码垛等功能。

该生产线的产品是粉状物，采用编织袋包装，25KG/袋。装袋前编织袋的尺寸是长710毫米，宽460毫米，M边100毫米。装了25KG产品，经压包机碾压后，编织袋的尺寸是长约600毫米；宽约420毫米，高约160毫米，袋底厚实，袋口凹塌。码放的托盘的尺寸是长1200毫米，宽1000毫米，高140毫米。每个托盘码8层，每层5包，共码垛1吨产品。

码垛机器人采用国产埃斯顿品牌的ER180-3100-PL码垛机，夹具采用自行研发的抱夹式抓手，码垛机安装在有效长度5米的地轨上，实现1台机器人码垛6个工位的功能。

下面，重点讲解码垛机的编程思路。

首先，码垛机器人的搬运路径是：

从码垛抓取点抓取产品→垂直抬起抓手到一定的安全高度（抓取点上方）→移动码垛机到达相对应的码垛入口点→根据垛数执行码垛算法→移动码垛机到达码垛放置点→打开抓手放下产品，然后沿着原路返回，等待下一轮码垛搬运。
如下：

然后，根据托盘和产品的尺寸得知，一层码5包（2横3竖），奇偶交叉码，这种方式最合适。


在理想情况下，应当如图1所示，只需要建立1个基准点（例如垛1位置），然后根据产品装袋后的尺寸（以下简称产品尺寸），可以计算出其它垛的位置坐标。

若完全按照上图的顺序去码垛，当码到第4垛的时候，问题就出来了——若第4垛的高度与第3垛一样，都是接近托盘表面，那么当第四垛放下去时，张开抓手，会碰到已码好的第3垛，把第3垛往外推，这可万万不可取的；若第4垛的高度比第3垛的高度高一个层高，即悬空160毫米就张开抓手放下产品，这样操作虽然不会碰到第3垛，可又会有另外一个问题，放下时悬空高度偏大，产品容易发生侧滑，特别是第5垛，直接影响码垛质量。

那怎么办呢？为了解决这个问题，工程师把码垛顺序稍微调整了一下，如下图所示：

先码两边的两包，最后再码中间的那包。这样操作，每一层的前4垛，产品放下了的悬空高度都可以缩减到非常小，完全可以避免侧滑现象。当码放每一层最后一垛（例如第5垛）时，其悬空高度虽然有160毫米左右，但由于第3垛与第4垛已放置好，将会阻挡第5垛发生侧滑。

做到这一步，是否真的可以完全做好编织袋码垛了呢？

其实不然。若完全按照理想状态去做，码垛的质量几乎不可能做到四面平整不倒塌。前面说了，产品袋底厚实，袋口凹塌，其实际模型并不是标准的长方体。按照标准长方体去做码垛，码2层后，必然有一层的袋口朝外袋底朝内，导致内高外地。当码到第4层左右，由于内高外底累积了两次，产品就很容易倒塌。

既然倒塌是由于内高外地引起的，为了解决倒塌问题，可以适当旋转180度，使得所有产品都是袋口朝内袋底朝外，如此就变成内底外高，不再倒塌。

从上图可以发现，理想状态下，假设产品长度为L，产品宽度为W，把第1垛坐标作为基准坐标，那么：

第2垛的坐标可以通过第1垛变换得到：先旋转180度，然后往X轴负方向平移L。

第3垛的坐标同样可以通过第1垛变换得到：先逆时针旋转90度，然后往X轴正方向平移a距离，再往Y轴正方向平移b距离。其中，a=(L-W)/2，b=(L-W)/2+W。

依此类推，其它垛的坐标，也可以一一计算出来，由于比较繁琐，这里就不再详述。

这样做，对机器人的精度要求很高，旋转180度，就得恰好是180度。若有0.1度偏差，由于第一垛与第二垛相互旋转180度，互为参照物，0.1度的偏差很容易看得出来的——边长都不在一条直线上。

该做法，对抓手夹具的要求也很高。抓起产品时，只有产品的垂直中心线与码垛机的法兰盘中心线重合，旋转180度后，放下的产品才会与旋转之前的坐标重合，而仅仅方向发生180度转变。

该做法，对调试人员的要求也很高，校对第一垛坐标作为基准坐标时，只有做到产品的长宽分别与托盘的长宽重合，其它垛的坐标值才会与实际的一致。否则，码出来的产品，很难做到四面平整，而是会出现很明显的锯齿形状。现实中，由于各种原因，难以做到产品的长宽与托盘的长宽完全重合。

既然如此困难，难道就做不好编织袋码垛了吗？

答案当然是可以做好编织袋码垛的。优秀工程师想到了一个巧妙的解决方法：

基准坐标点由1个变为4个，分别选取第1垛坐标、第2垛坐标、第3垛坐标、第8垛坐标作为4个基准坐标点。这样处理后，可以发现：

前3垛坐标，直接借用相对应的基准点坐标，无需计算。
第4垛坐标，通过第3垛坐标往X轴负方向平移2个宽度即可；
第5垛坐标，通过第3垛坐标往X轴负方向平移1个宽度，往Z轴正方向增加一个高度即可；
第6垛坐标，通过第1垛坐标往Y轴正方向平移1个长度，往Z轴正方向增加一个高度即可；
第7垛坐标，通过第2垛坐标往Y轴正方向平移1个长度，往Z轴正方向增加一个高度即可；
第9垛坐标，通过第8垛坐标往X轴负方向平移2个宽度即可；
第8垛坐标，借用第4个基准点坐标；
第10垛坐标，通过第8垛坐标往X轴负方向平移1个宽度，往Z轴正方向增加一个高度即可；
其它垛的坐标，依此类推。

可以发现，无需旋转了，计算也变得非常简单了。
操作上，为了简化操作，提高操作可行性，可以把第4个基准点（即第8垛坐标）的高度降底到第一层，然后把第8、9、10垛的坐标在Z轴上增加一个高度。

由于4个基准点是相互独立校对的，互不影响，即使其中有一两个基准点校对得不是特别准，只要不是偏差得太离谱，也不会严重影响整体码垛质量。
至此，四面平整不倒塌的编织袋码垛就做出来了。

当码垛机的速度完全提升之后，发现了另外一个非常隐蔽的问题：从码垛入口点移动到码垛放置点这条路径，随着码垛层数的增加，这两点路径的距离变小，有个别垛（例如第32垛、第37垛等）需要大幅度旋转码垛机的法兰盘所在轴（第4轴）时，距离短速度过高可能会导致该轴伺服报警。

这个问题，最常规的做法是，找出导致伺服报警的那条路径，然后对该路径适当地降底速度。

降底速度会影响效率，有没有其它更好的解决办法呢？

答案是当然有的。优秀工程师的做法是优化码垛搬运路径。