0 引言
在某制药厂项目中，机器人码垛系统采用的是ABB码垛机器人，具有多机器人，多工位，多箱型，多跺型的特点，为了方便产品的输送，储存，销售和管理，该机器人码垛不但具有操作简单，运行稳定，可视性强，维修方便，而且还具有增加箱型简单等优点。它通过与PLC和触摸屏的连接，能够实现信息实时追踪，信息传递，远程诊断和方便WMS，EMS管理。下面结合实例，综合分析码垛的算法，比较其优缺点，分析码垛的应用范围，掌握编程的思路，这样可以在安装调试阶段减少大量人力物力，降低劳动强度，提高生产效率，节约成本。
1 包装码垛工艺流程简介
某制药厂项目是纸箱码垛，采用3台ABB公司IRB460机器人，其中每台机器人完成4工位码垛任务，即2条产品拾取工位和4个产品码垛工位，机器人码垛布置图如图1所示。
其中，L0为左侧拾取工位，对应码垛放置工位L11和L12；R0为右侧拾取工位，对应右侧码垛放置工位R11和R12。
2 影响机器人码垛放置顺序的因素
在实际应用中，机器人在码垛过程中，影响机器人码垛放置顺序的主要因素有：
图1 机器人码垛布置图
1）机器人卡具的影响。常用的机器人卡具主要有钩爪式，真空吸盘式和夹抱式等。若采用钩爪式卡具，在放置时，要考虑钩爪的位置，否则有可能会压箱子，损坏设备；
2）箱子尺寸的影响。箱子的尺寸应在机器人卡具的工作变径范围内，若箱子的长度小于机器人卡具的长度时，箱子被夹在卡具内部，在放置时应考虑卡具对已码跺型的影响。
3）条码标签的影响。为便于操作，客户要求标签朝外，方便手持扫码拼盘。
最后，综合工艺流程和现场因素，确定了左右放置工位的奇数层偶数层的“32跺型”码垛顺序，如图2所示。其他跺型不在赘述。
图2 码垛工位顺序图
在图2中，(a)为左侧工位码垛奇数层顺序，(b)为左侧工位码垛偶数层顺序，(c)为右侧工位码垛奇数层顺序，(d)为右侧工位码垛偶数层顺序。
3 参考点选择
3.1 拾取参考点设定
拾取参考点选择如图3所示。由于拾取工位箱子定位的对称性，所以，觉得码放位置码放的对称性，使左右放置工位位置的不一致，决定拾取参考点选择的对称性，所以引入码垛算法比例系数K。在L0拾取工位，箱子靠右侧定位，K=1；在R0拾取工位，箱子靠左侧工位，K=-1。
图3 拾取参考点选择
3.2 放置基准点选择
3.2.1 基于放置位置的码垛算法放置基准点选择
基于放置位置的码垛算法，就是要求在工具坐标系中，要求放置基准点pbase0与放置位置点1重合，放置基准点pbase90与放置位置3重合。
L11号栈板的放置基准位置pbase0，如图4(a)中1位置，此栈板的上其他位置若姿态与此基准相同，则可以通过偏移算法得出。示教时使用工具坐标系tGripper，工件坐标系Wobj0。
L13号栈板的放置基准位置pbase90，如图4(c)中3位置，此栈板的上其他位置若姿态与此基准相同，则可以通过偏移算法得出。示教时使用工具坐标系tGripper，工件坐标系Wobj0。
右侧栈板与此类似，不再赘述。
3.2.2 基于栈板位置的码垛算法放置基准点选择
基于栈板位置的码垛算法，就是要求在工具坐标系中，要求放置基准点pbase0，pbase90， pbase180，pbase270栈板的角位置重合。
L11号栈板的放置基准位置pbase0，如图4(b)中1位置，此栈板的上其他位置若姿态与此基准相同，则可以通过偏移算法得出。示教时使用工具坐标系tGripper，工件坐标系Wobj0。
L13号栈板的放置基准位置pbase90，如图4(d)中3位置，此栈板的上其他位置若姿态与此基准相同，则可以通过偏移算法得出。示教时使用工具坐标系tGripper，工件坐标系Wobj0。
右侧栈板与此类似，不再赘述。
图4 放置基准位置图
4 常用码垛算法
4.1 基于放置位置的码垛算法
以左侧工位L11为例说明，放置位置的顺序如图2(a)和图2(b)所示。
首先，位置1和位置3分别是需要示教位置的放置基准点pbase0和pbase90。
其中，位置1与创建好的放置基准点pbase0重合，则直接将pbase0各项数据赋值给当前的放置目标点；相对于放置基准点pbase0，位置2只是在X正方向偏移了一个产品长度，只需要在pbase0目标点X数据上面加上一个产品长度即可；位置3则和pbase90重合，以此类推，则可计算出剩余的全部码放位置。
在码垛应用过程中，通常奇数层跺型一致，偶数层跺型一致，这样只要算出第一层和等二层，三层及其以上奇数层位置是可以直接复制第一层各项X，Y轴位置，然后在Z轴正方向上面叠加相应产品码垛高度（通常为箱子高度整数倍）即可完成。四层及其以上偶数层，则直接复制第二层各项X，Y轴位置，然后，在Z轴的基础正方向上叠加相应产品的码垛高度即可完成。这样即可完成整个跺型的码放位置，如表1所示。
其次，为方便对各箱型码放位置进行调整，利用Offs功能在已经计算好的码放位置基础上，沿X,Y,Z再进行微调，其中调用的是已创建好的三维数组Compensation，例如码放不同类型箱型，nBoxType不同，第一个位置时，则拍Target：=Offs（pTarget，Compensation{nBoxType,1}, Compensation{nBoxType,2},Compensation{nBoxType,3}）。
表1 码垛算法1放置目标点位置计算表
注： L表示箱子的长度；W表示箱子的宽度；H表示箱子的高度；Cx表示箱与箱之间在X轴方向的间隙；Cy表示箱与箱之间在Y轴方向的间隙。nLayer表示层高，计算公式nLayer：= (nCount-1) div 10；其中nCount表示当前已码垛箱子计数。
4.2 基于栈板位置的码垛算法
以左侧工位L11为例说明，放置位置的顺序如图2(a)和图2(b)所示。
首先，位置1和位置3分别是需要示教位置的放置基准点pbase0和pbase90，但是，考虑到栈板尺寸的影响，要求放置基准点的参考点与栈板的顶点重合，箱子的边缘与栈板的边缘平行。
表2 码垛算法2放置点目标位置计算表
注释：TL，表示栈板长度；TW表示栈板宽度。
其中，位置1的放置目标点，其姿态与放置基准点即是pbase0一致，位置也即是在其X,Y,两个方向偏移了箱子边缘与栈板边缘之间的距离。
表3 码垛算法总结
X轴方向偏移距离为：
Delta X:=0.5*(TL-2*nBoxSize{nBoxType,1}-Compensation{nBoxType,1})
Y轴方向偏移距离为：
Delta Y:=0.5*(TW-nBoxSize{nBoxType,1}-nBoxSize{nBoxType,2}-Compensation {nBoxType,2});
位置2的放置目标点，其姿态与放置基准点pbase0一致，位置2是在位置1的基础上在X轴方向便移了箱子长度的距离，Y轴与位置1一致。
X轴方向偏移距离为：
Delta X :=0.5*(TL-2*nBoxSize{nBoxType,1}-Compensation{nBoxType,1})+ nBoxSize{nBoxType,1}+C ompensation{nBoxType,1}
位置3的放置目标点，其姿态与放置基准点即是pbase90一致，位置也即是在其X,Y两个方向偏移了一定的距离。即X轴方向偏移距离为：箱子上长边边缘与栈板上宽边边缘之间的距离。
Delta X :=0.5*(TL-2*nBoxSize{nBoxType,1}-Compensation{nBoxType,1})
Y轴方向偏移距离为：箱子右短边边缘与栈板右长边边缘之间的距离。
Delta Y :=0.5*(TW-nBoxSize{nBoxType,1}-nBoxSize{nBoxType,2}-Compensation {nBoxType,2}) +nBoxSize{nBoxType,2}+Compensation{nBoxType,2};
以此类推，则可计算出剩余的全部码放位置，如表2所示。
5 结束语
基于放置位置的码垛算法，虽然计算简单，易于理解，但是适用品种单一，增加跺形不便，后期工作量比较大，影响效率；而基于栈板位置的码垛算法，程序算法复杂，前期编程工作量比较大，但是适用于多箱型的码垛，增加跺形方便。因此可以根据项目实际应用的要求，针对具体作业方案，选择具体算法。
