摩托車包裝箱堆垛系統的分析與設計

摘 要：文章通過實例探討了摩托車包裝箱堆垛問題的解決方案，并做了基本結構設計描述。這個方案已在江門豪爵摩托車有限公司應用，取得較為滿意的效果。希望通過對這套方案的分析與探討，能對同類產品的設計起到參考作用。

關鍵詞：堆垛；機械手；程序控制；編碼系統

引言

在摩托車生產過程中，由于包裝箱體積較大也較重，搬運和儲存問題尤為突出。通常摩托車成品用紙箱包裝，包裝箱最重可達150kg。在產品存放期間，由于堆垛方式不正確，導致產品被壓壞或使包裝箱變形的情況時有發生。為此，針對產品特點，制定了三種不同的堆垛方式，如圖1所示。（注：文章實例為江門豪爵摩托車有限公司的產品）

1 堆垛系統的方案制定

當產品打包下線后，需要用機械手將包裝箱從裝配線上搬到“底托”上，并按圖1中的其中一種方式堆垛。“底托”上堆滿后，用叉車運到庫房。

2 機械手的布局與設計

2.1 機架

由7根立柱和一個平臺構成。平臺高度要滿足夾臂在堆三層時有足夠的上升空間，平臺長和寬要能使旋轉平臺有一定的轉動空間。立柱布局，一面三個，另一面四個。分別滿足叉車進出和線體的沿伸。為使機架在設備運行時保持穩固，立柱上均設計有斜梁。平臺周邊裝有防護欄確保維修人員的安全。

2.2 平移小車

平移小車沿導軌在平臺上左右移動，它承載著夾臂和包裝箱的全部重量。小車的移動靠電機和同步帶的牽引。為防止小車脫軌，小車底部有防翻機構，導軌端部設有限位裝置，防止小車過沖。

2.3 夾臂部分

夾臂部分結構如圖3所示。這部分是整個系統的核心部分，它有四個動作，分別敘述如下：

（1）升降運動。小車上的減速電機帶動齒輪轉動，齒輪帶動齒條及導桿上下移動，導桿兩側裝有直線滑軌為其導向。減速機選用蝸輪蝸桿型式，具有自鎖功能，它能保證在斷電時產品不致掉落。

（2）開合動作。如圖3所示，兩只夾臂開合由一支氣缸完成。由于包裝箱是紙箱，不能夾得太緊，主要重量還是靠下面的鉤板承受。因包裝箱是停在兩夾臂的中心位置，要求兩個夾臂必須同步移動。實現這個動作采用同步機構。

（3）包裝箱翻轉動作。包裝箱在滾筒線上是豎立狀態，如果堆垛時需要平放，則必須繞水平軸線翻轉90°。翻轉機構如圖4所示。動作過程如下：氣缸推動齒條，齒條推動齒輪轉動，齒輪與夾板固連。夾板和包裝箱一起轉動。為防止包裝箱轉過90°后掉落，夾板一側有鉤板鉤住箱子。

（4）向兩側平移到“旋轉平臺”上部。如圖2所示，夾臂隨小車一起移動，每次移動的距離不同。對于每一種產品、每一種堆垛方式、每一個堆垛步驟，夾臂所停位置必須準確，這些在控制程序中已經設定好了。通過編碼器系統確定小車移動的距離。一般情況下能把位置精度控制在1～2mm范圍內。3 旋轉平臺的設計

3.1 旋轉平臺左右各一個，交替使用

其結構如圖5所示。上面為正方形，用于放置“底托”，四個角有限位塊，以保證“底托”能準確定位。下面是轉軸、摩擦輪和驅動機構等。

設計過程中，考慮平臺上堆滿包裝箱時，平臺很重、慣性很大、起動困難、停止時有很大沖擊力導致剎車困難。這種沖擊常會把傳動機構零件損壞。這是一個難度較大的技術問題。問題1，轉盤驅動該采取何種方式呢？過去轉盤常用鏈條、齒輪和同步帶等傳動，鏈條和同步帶常會斷裂，齒輪也容易斷齒。通過分析比較，選擇了摩擦輪傳動方式。具體結構如圖5所示。

3.2 平臺下面是一個圓盤，周邊與摩擦輪接觸

摩擦輪用聚氨酯材料制作，有一定硬度和耐磨性。摩擦輪直接裝在減速機輸出軸上。為了保證摩擦輪對圓盤有足夠的正壓力，減速機裝在可以擺動的架子上，用彈簧提供拉力，使摩擦輪壓緊圓盤。同時，在轉盤基座上設置了限位裝置以細調轉角，安裝油壓緩沖器以吸收能量。

這種傳動方式，很好的解決了轉盤的沖擊問題，使設備能平穩的起停，安全可靠，且無噪聲。

4 滾筒線

4.1 由于機械手每次都會停在這段滾筒線中心位置，要求不管箱子大小如何變化，必須在X和Y兩個方向居中，如圖6所示。在Y方向只要在線體兩邊增加導向，迫使箱子移動到線體中間即可。在X方向定位頗有難度。問題2：如何使長度不同的箱子，中心（1/2長度處）始終與夾臂中心對齊。

如果在線體末端裝阻擋顯然不行，因為阻擋器的位置必須隨箱子長度變化而改變，操作很不方便。為此，設計了一套計長裝置，如圖6所示。該裝置能自動測量箱子長度，并能控制箱子中心到達夾臂中心點時立刻停止。

4.2 計長裝置的工作原理如下

（1）如圖6所示，包裝箱從線體左端進入，在線體入口處安裝1號光電開關，在夾臂中心位置安裝2號光電開關。兩套光電開關和線體減速機上安裝的編碼器等組成一個測量系統。（2）當箱子通過1號光電時，箱子頭、尾各取一個信號。通過這兩個信號的時間點就能計算出箱子長度，這個數據被暫存。（3）當箱子前端通過2號光電時，又記下第三個時間點，從此點開始，只要再往前走箱子長度的一半線體就停止。（4）在箱子通過2號光電開關之前，系統已把箱子長度換算成減速機軸的轉數。

4.3 這里敘述一下編碼器計數原理

在這段線體的減速機軸端裝有一圓盤形感應片，圓盤外圈有二十個均勻分布的鋸齒缺口，圓盤轉動時，每轉過一個齒，U型光電感應器就會發生一個脈沖。每個脈沖對應線體上包裝箱走過的一段距離。圓盤上鋸齒越密，即圓周被等分得越細，計長精度就越高。因此，通過光盤轉過的圈數及齒數就能計算出箱子在線體上走過的距離。反之，知道箱子需要移動的距離，也就能計算出圓盤要轉的圈數和齒數。這一系統可精確地控制箱子位置，很好地滿足了對箱子的定位要求。

4.4 滾筒線第三個功能，把箱子頂起

5 結束語

分析這套系統的結構設計，除了普通的結構和傳動方式以外，它的突出特點是巧妙地利用了轉盤摩擦傳動和數碼計長技術，能很好地適應產品規格的頻繁變化，具有一定的先進性和實用性。從實際運用的情況看，這套堆垛系統圓滿地解決了摩托車包裝箱的堆垛問題。不僅堆垛速度可與流水線同步，而且還能連續作業。通過兩年的應用，已經取得了良好的經濟效益和社會效益。過去，堆垛工序需要四個強壯勞力，現在無需人工操作，全部實現了自動化。不僅節約了勞動成本，降低了勞動強度，也提高了該企業自動化的整體水平。希望通過長期使用，不斷改進，使這套技術日臻完善。也希望這套技術能對其它產品堆垛問題的解決有所裨益。

作者簡介：張渭濤（1958，2-），男，漢族，原籍：陜西省寶雞縣，本科，工程師，現從事自動化設備的開發與設計工作。

摘 要：文章通過實例探討了摩托車包裝箱堆垛問題的解決方案，并做了基本結構設計描述。這個方案已在江門豪爵摩托車有限公司應用，取得較為滿意的效果。希望通過對這套方案的分析與探討，能對同類產品的設計起到參考作用。

關鍵詞：堆垛；機械手；程序控制；編碼系統

引言

在摩托車生產過程中，由于包裝箱體積較大也較重，搬運和儲存問題尤為突出。通常摩托車成品用紙箱包裝，包裝箱最重可達150kg。在產品存放期間，由于堆垛方式不正確，導致產品被壓壞或使包裝箱變形的情況時有發生。為此，針對產品特點，制定了三種不同的堆垛方式，如圖1所示。（注：文章實例為江門豪爵摩托車有限公司的產品）

1 堆垛系統的方案制定

當產品打包下線后，需要用機械手將包裝箱從裝配線上搬到“底托”上，并按圖1中的其中一種方式堆垛。“底托”上堆滿后，用叉車運到庫房。

2 機械手的布局與設計

2.1 機架

由7根立柱和一個平臺構成。平臺高度要滿足夾臂在堆三層時有足夠的上升空間，平臺長和寬要能使旋轉平臺有一定的轉動空間。立柱布局，一面三個，另一面四個。分別滿足叉車進出和線體的沿伸。為使機架在設備運行時保持穩固，立柱上均設計有斜梁。平臺周邊裝有防護欄確保維修人員的安全。

2.2 平移小車

平移小車沿導軌在平臺上左右移動，它承載著夾臂和包裝箱的全部重量。小車的移動靠電機和同步帶的牽引。為防止小車脫軌，小車底部有防翻機構，導軌端部設有限位裝置，防止小車過沖。

2.3 夾臂部分

夾臂部分結構如圖3所示。這部分是整個系統的核心部分，它有四個動作，分別敘述如下：

（1）升降運動。小車上的減速電機帶動齒輪轉動，齒輪帶動齒條及導桿上下移動，導桿兩側裝有直線滑軌為其導向。減速機選用蝸輪蝸桿型式，具有自鎖功能，它能保證在斷電時產品不致掉落。

（2）開合動作。如圖3所示，兩只夾臂開合由一支氣缸完成。由于包裝箱是紙箱，不能夾得太緊，主要重量還是靠下面的鉤板承受。因包裝箱是停在兩夾臂的中心位置，要求兩個夾臂必須同步移動。實現這個動作采用同步機構。

（3）包裝箱翻轉動作。包裝箱在滾筒線上是豎立狀態，如果堆垛時需要平放，則必須繞水平軸線翻轉90°。翻轉機構如圖4所示。動作過程如下：氣缸推動齒條，齒條推動齒輪轉動，齒輪與夾板固連。夾板和包裝箱一起轉動。為防止包裝箱轉過90°后掉落，夾板一側有鉤板鉤住箱子。

（4）向兩側平移到“旋轉平臺”上部。如圖2所示，夾臂隨小車一起移動，每次移動的距離不同。對于每一種產品、每一種堆垛方式、每一個堆垛步驟，夾臂所停位置必須準確，這些在控制程序中已經設定好了。通過編碼器系統確定小車移動的距離。一般情況下能把位置精度控制在1～2mm范圍內。3 旋轉平臺的設計

3.1 旋轉平臺左右各一個，交替使用

其結構如圖5所示。上面為正方形，用于放置“底托”，四個角有限位塊，以保證“底托”能準確定位。下面是轉軸、摩擦輪和驅動機構等。

設計過程中，考慮平臺上堆滿包裝箱時，平臺很重、慣性很大、起動困難、停止時有很大沖擊力導致剎車困難。這種沖擊常會把傳動機構零件損壞。這是一個難度較大的技術問題。問題1，轉盤驅動該采取何種方式呢？過去轉盤常用鏈條、齒輪和同步帶等傳動，鏈條和同步帶常會斷裂，齒輪也容易斷齒。通過分析比較，選擇了摩擦輪傳動方式。具體結構如圖5所示。

3.2 平臺下面是一個圓盤，周邊與摩擦輪接觸

摩擦輪用聚氨酯材料制作，有一定硬度和耐磨性。摩擦輪直接裝在減速機輸出軸上。為了保證摩擦輪對圓盤有足夠的正壓力，減速機裝在可以擺動的架子上，用彈簧提供拉力，使摩擦輪壓緊圓盤。同時，在轉盤基座上設置了限位裝置以細調轉角，安裝油壓緩沖器以吸收能量。

這種傳動方式，很好的解決了轉盤的沖擊問題，使設備能平穩的起停，安全可靠，且無噪聲。

4 滾筒線

4.1 由于機械手每次都會停在這段滾筒線中心位置，要求不管箱子大小如何變化，必須在X和Y兩個方向居中，如圖6所示。在Y方向只要在線體兩邊增加導向，迫使箱子移動到線體中間即可。在X方向定位頗有難度。問題2：如何使長度不同的箱子，中心（1/2長度處）始終與夾臂中心對齊。

如果在線體末端裝阻擋顯然不行，因為阻擋器的位置必須隨箱子長度變化而改變，操作很不方便。為此，設計了一套計長裝置，如圖6所示。該裝置能自動測量箱子長度，并能控制箱子中心到達夾臂中心點時立刻停止。

4.2 計長裝置的工作原理如下

（1）如圖6所示，包裝箱從線體左端進入，在線體入口處安裝1號光電開關，在夾臂中心位置安裝2號光電開關。兩套光電開關和線體減速機上安裝的編碼器等組成一個測量系統。（2）當箱子通過1號光電時，箱子頭、尾各取一個信號。通過這兩個信號的時間點就能計算出箱子長度，這個數據被暫存。（3）當箱子前端通過2號光電時，又記下第三個時間點，從此點開始，只要再往前走箱子長度的一半線體就停止。（4）在箱子通過2號光電開關之前，系統已把箱子長度換算成減速機軸的轉數。

4.3 這里敘述一下編碼器計數原理

在這段線體的減速機軸端裝有一圓盤形感應片，圓盤外圈有二十個均勻分布的鋸齒缺口，圓盤轉動時，每轉過一個齒，U型光電感應器就會發生一個脈沖。每個脈沖對應線體上包裝箱走過的一段距離。圓盤上鋸齒越密，即圓周被等分得越細，計長精度就越高。因此，通過光盤轉過的圈數及齒數就能計算出箱子在線體上走過的距離。反之，知道箱子需要移動的距離，也就能計算出圓盤要轉的圈數和齒數。這一系統可精確地控制箱子位置，很好地滿足了對箱子的定位要求。

4.4 滾筒線第三個功能，把箱子頂起

5 結束語

分析這套系統的結構設計，除了普通的結構和傳動方式以外，它的突出特點是巧妙地利用了轉盤摩擦傳動和數碼計長技術，能很好地適應產品規格的頻繁變化，具有一定的先進性和實用性。從實際運用的情況看，這套堆垛系統圓滿地解決了摩托車包裝箱的堆垛問題。不僅堆垛速度可與流水線同步，而且還能連續作業。通過兩年的應用，已經取得了良好的經濟效益和社會效益。過去，堆垛工序需要四個強壯勞力，現在無需人工操作，全部實現了自動化。不僅節約了勞動成本，降低了勞動強度，也提高了該企業自動化的整體水平。希望通過長期使用，不斷改進，使這套技術日臻完善。也希望這套技術能對其它產品堆垛問題的解決有所裨益。

作者簡介：張渭濤（1958，2-），男，漢族，原籍：陜西省寶雞縣，本科，工程師，現從事自動化設備的開發與設計工作。

摘 要：文章通過實例探討了摩托車包裝箱堆垛問題的解決方案，并做了基本結構設計描述。這個方案已在江門豪爵摩托車有限公司應用，取得較為滿意的效果。希望通過對這套方案的分析與探討，能對同類產品的設計起到參考作用。

關鍵詞：堆垛；機械手；程序控制；編碼系統

引言

在摩托車生產過程中，由于包裝箱體積較大也較重，搬運和儲存問題尤為突出。通常摩托車成品用紙箱包裝，包裝箱最重可達150kg。在產品存放期間，由于堆垛方式不正確，導致產品被壓壞或使包裝箱變形的情況時有發生。為此，針對產品特點，制定了三種不同的堆垛方式，如圖1所示。（注：文章實例為江門豪爵摩托車有限公司的產品）

1 堆垛系統的方案制定

當產品打包下線后，需要用機械手將包裝箱從裝配線上搬到“底托”上，并按圖1中的其中一種方式堆垛。“底托”上堆滿后，用叉車運到庫房。

2 機械手的布局與設計

2.1 機架

由7根立柱和一個平臺構成。平臺高度要滿足夾臂在堆三層時有足夠的上升空間，平臺長和寬要能使旋轉平臺有一定的轉動空間。立柱布局，一面三個，另一面四個。分別滿足叉車進出和線體的沿伸。為使機架在設備運行時保持穩固，立柱上均設計有斜梁。平臺周邊裝有防護欄確保維修人員的安全。

2.2 平移小車

平移小車沿導軌在平臺上左右移動，它承載著夾臂和包裝箱的全部重量。小車的移動靠電機和同步帶的牽引。為防止小車脫軌，小車底部有防翻機構，導軌端部設有限位裝置，防止小車過沖。

2.3 夾臂部分

夾臂部分結構如圖3所示。這部分是整個系統的核心部分，它有四個動作，分別敘述如下：

（1）升降運動。小車上的減速電機帶動齒輪轉動，齒輪帶動齒條及導桿上下移動，導桿兩側裝有直線滑軌為其導向。減速機選用蝸輪蝸桿型式，具有自鎖功能，它能保證在斷電時產品不致掉落。

（2）開合動作。如圖3所示，兩只夾臂開合由一支氣缸完成。由于包裝箱是紙箱，不能夾得太緊，主要重量還是靠下面的鉤板承受。因包裝箱是停在兩夾臂的中心位置，要求兩個夾臂必須同步移動。實現這個動作采用同步機構。

（3）包裝箱翻轉動作。包裝箱在滾筒線上是豎立狀態，如果堆垛時需要平放，則必須繞水平軸線翻轉90°。翻轉機構如圖4所示。動作過程如下：氣缸推動齒條，齒條推動齒輪轉動，齒輪與夾板固連。夾板和包裝箱一起轉動。為防止包裝箱轉過90°后掉落，夾板一側有鉤板鉤住箱子。

（4）向兩側平移到“旋轉平臺”上部。如圖2所示，夾臂隨小車一起移動，每次移動的距離不同。對于每一種產品、每一種堆垛方式、每一個堆垛步驟，夾臂所停位置必須準確，這些在控制程序中已經設定好了。通過編碼器系統確定小車移動的距離。一般情況下能把位置精度控制在1～2mm范圍內。3 旋轉平臺的設計

3.1 旋轉平臺左右各一個，交替使用

其結構如圖5所示。上面為正方形，用于放置“底托”，四個角有限位塊，以保證“底托”能準確定位。下面是轉軸、摩擦輪和驅動機構等。

設計過程中，考慮平臺上堆滿包裝箱時，平臺很重、慣性很大、起動困難、停止時有很大沖擊力導致剎車困難。這種沖擊常會把傳動機構零件損壞。這是一個難度較大的技術問題。問題1，轉盤驅動該采取何種方式呢？過去轉盤常用鏈條、齒輪和同步帶等傳動，鏈條和同步帶常會斷裂，齒輪也容易斷齒。通過分析比較，選擇了摩擦輪傳動方式。具體結構如圖5所示。

3.2 平臺下面是一個圓盤，周邊與摩擦輪接觸

摩擦輪用聚氨酯材料制作，有一定硬度和耐磨性。摩擦輪直接裝在減速機輸出軸上。為了保證摩擦輪對圓盤有足夠的正壓力，減速機裝在可以擺動的架子上，用彈簧提供拉力，使摩擦輪壓緊圓盤。同時，在轉盤基座上設置了限位裝置以細調轉角，安裝油壓緩沖器以吸收能量。

這種傳動方式，很好的解決了轉盤的沖擊問題，使設備能平穩的起停，安全可靠，且無噪聲。

4 滾筒線

4.1 由于機械手每次都會停在這段滾筒線中心位置，要求不管箱子大小如何變化，必須在X和Y兩個方向居中，如圖6所示。在Y方向只要在線體兩邊增加導向，迫使箱子移動到線體中間即可。在X方向定位頗有難度。問題2：如何使長度不同的箱子，中心（1/2長度處）始終與夾臂中心對齊。

如果在線體末端裝阻擋顯然不行，因為阻擋器的位置必須隨箱子長度變化而改變，操作很不方便。為此，設計了一套計長裝置，如圖6所示。該裝置能自動測量箱子長度，并能控制箱子中心到達夾臂中心點時立刻停止。

4.2 計長裝置的工作原理如下

（1）如圖6所示，包裝箱從線體左端進入，在線體入口處安裝1號光電開關，在夾臂中心位置安裝2號光電開關。兩套光電開關和線體減速機上安裝的編碼器等組成一個測量系統。（2）當箱子通過1號光電時，箱子頭、尾各取一個信號。通過這兩個信號的時間點就能計算出箱子長度，這個數據被暫存。（3）當箱子前端通過2號光電時，又記下第三個時間點，從此點開始，只要再往前走箱子長度的一半線體就停止。（4）在箱子通過2號光電開關之前，系統已把箱子長度換算成減速機軸的轉數。

4.3 這里敘述一下編碼器計數原理

在這段線體的減速機軸端裝有一圓盤形感應片，圓盤外圈有二十個均勻分布的鋸齒缺口，圓盤轉動時，每轉過一個齒，U型光電感應器就會發生一個脈沖。每個脈沖對應線體上包裝箱走過的一段距離。圓盤上鋸齒越密，即圓周被等分得越細，計長精度就越高。因此，通過光盤轉過的圈數及齒數就能計算出箱子在線體上走過的距離。反之，知道箱子需要移動的距離，也就能計算出圓盤要轉的圈數和齒數。這一系統可精確地控制箱子位置，很好地滿足了對箱子的定位要求。

4.4 滾筒線第三個功能，把箱子頂起

5 結束語

分析這套系統的結構設計，除了普通的結構和傳動方式以外，它的突出特點是巧妙地利用了轉盤摩擦傳動和數碼計長技術，能很好地適應產品規格的頻繁變化，具有一定的先進性和實用性。從實際運用的情況看，這套堆垛系統圓滿地解決了摩托車包裝箱的堆垛問題。不僅堆垛速度可與流水線同步，而且還能連續作業。通過兩年的應用，已經取得了良好的經濟效益和社會效益。過去，堆垛工序需要四個強壯勞力，現在無需人工操作，全部實現了自動化。不僅節約了勞動成本，降低了勞動強度，也提高了該企業自動化的整體水平。希望通過長期使用，不斷改進，使這套技術日臻完善。也希望這套技術能對其它產品堆垛問題的解決有所裨益。

作者簡介：張渭濤（1958，2-），男，漢族，原籍：陜西省寶雞縣，本科，工程師，現從事自動化設備的開發與設計工作。