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摘要：碼垛機(jī)器人在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，其高效、精準(zhǔn)的性能極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。然而，在長期運(yùn)行過程中，碼垛機(jī)器人可能會(huì)出現(xiàn)多種故障，不僅影響生產(chǎn)效率，還可能導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。本文通過對(duì)碼垛機(jī)器人常見故障的分析，結(jié)合實(shí)際案例，深入探討故障產(chǎn)生的原因，并提出針對(duì)性的改善措施。研究結(jié)果表明，通過優(yōu)化吸盤設(shè)計(jì)、增加儲(chǔ)氣罐、緊固信號(hào)線路、優(yōu)化抓取動(dòng)作設(shè)計(jì)、精確設(shè)置垛型參數(shù)、提升機(jī)器人運(yùn)動(dòng)精度以及解決循環(huán)煙箱質(zhì)量問題等措施，可以顯著提高碼垛機(jī)器人的抓取成功率和碼垛整齊度，減少故障次數(shù)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：碼垛機(jī)器人；常見故障；改善措施；案例研究

作者：欒博

陜西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司延安卷煙廠

一

引言

碼垛機(jī)器人是自動(dòng)化生產(chǎn)線上不可或缺的設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于物流、倉儲(chǔ)、煙草等行業(yè)。其主要功能是將貨物按照預(yù)設(shè)的規(guī)則進(jìn)行堆疊，以提高倉儲(chǔ)效率和物流運(yùn)輸?shù)谋憷�。然而，在長期運(yùn)行過程中，碼垛機(jī)器人可能會(huì)因各種原因出現(xiàn)故障，影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，對(duì)碼垛機(jī)器人的常見故障進(jìn)行分析，找出故障產(chǎn)生的根本原因，并制定科學(xué)有效的改善措施，對(duì)于提高設(shè)備運(yùn)行可靠性、保障生產(chǎn)連續(xù)性、降低企業(yè)運(yùn)營成本具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二

碼垛機(jī)器人概述

1.工作原理

碼垛機(jī)器人的控制系統(tǒng)接收任務(wù)指令后，選擇路徑與抓取策略，通過光電傳感器、接近開關(guān)等定位貨物位置，利用真空吸盤或機(jī)械夾爪執(zhí)行抓取動(dòng)作，由伺服電機(jī)[1]驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂按預(yù)設(shè)垛型將貨物堆疊至目標(biāo)托盤。在此過程中，通過編碼器、力傳感器等校準(zhǔn)位置并監(jiān)測狀態(tài)，任務(wù)完成后反饋數(shù)據(jù)至管理系統(tǒng)。其核心依賴于控制系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)與傳感系統(tǒng)之間的高效協(xié)同，實(shí)現(xiàn)從貨物識(shí)別到堆疊的自動(dòng)化作業(yè)，系統(tǒng)重復(fù)定位精度可達(dá)±0.5mm，適用于多行業(yè)貨物碼垛場景。

2.應(yīng)用場景

在煙草行業(yè)，碼垛機(jī)器人主要用于成品卷煙的入庫和出庫環(huán)節(jié)。入庫時(shí)，碼垛機(jī)器人從輸送帶抓取煙箱，整齊碼放在托盤上，支持動(dòng)態(tài)調(diào)整和多規(guī)格煙箱處理，同時(shí)具備質(zhì)量檢測與追溯功能。出庫時(shí)，碼垛機(jī)器人逐層拆垛，將煙箱放置到輸送帶，支持快速換型和庫存管理，還可搬運(yùn)空托盤，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化搬運(yùn)。通過與生產(chǎn)線、倉庫管理系統(tǒng)[2]集成，碼垛機(jī)器人提高了煙草行業(yè)物流效率和倉儲(chǔ)管理水平。

三

碼垛機(jī)器人常見故障類型及原因分析

碼垛機(jī)器人在運(yùn)行過程中存在三類典型故障：無抓取任務(wù)、抓取失敗，以及碼垛不齊。本文系統(tǒng)梳理了各類典型故障的具體表現(xiàn)，并深入探究其背后的根本原因，旨在為碼垛機(jī)器人故障的診斷與排除提供清晰的思路和依據(jù)。

1.無抓取任務(wù)

碼垛機(jī)器人在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)“無抓取任務(wù)”的故障，即機(jī)器人因抓取準(zhǔn)備條件不滿足而無法執(zhí)行抓取動(dòng)作，造成入庫煙箱的堆積，如圖1所示。其原因主要包括以下幾點(diǎn)：

圖1 無抓取任務(wù)

（1）托盤未到位：鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)發(fā)生卡滯導(dǎo)致碼垛組盤的托盤未到指定位置，或碼垛位的托盤到位檢測開關(guān)發(fā)生移位，導(dǎo)致未檢測到托盤。

（2）煙箱計(jì)數(shù)錯(cuò)誤：卷煙通道牌號(hào)下達(dá)失敗、進(jìn)入通道的煙箱計(jì)數(shù)信息丟失、計(jì)數(shù)器損壞，或其他牌號(hào)卷煙誤入本通道時(shí)，均會(huì)導(dǎo)致煙箱計(jì)數(shù)錯(cuò)誤，進(jìn)而使得各通道任務(wù)分配指令陷入循環(huán)，無法正常下達(dá)抓取任務(wù)。

（3）氣缸未歸位：機(jī)器人需在氣缸將煙箱推至設(shè)定位置后方可執(zhí)行下一步動(dòng)作，若控制推板的氣缸因潤滑不良導(dǎo)致不能準(zhǔn)確歸位，系統(tǒng)將判斷抓取條件不滿足，從而不生成抓取任務(wù)。

（4）系統(tǒng)重啟：機(jī)器人因故重啟后，可能會(huì)出現(xiàn)托盤數(shù)據(jù)與實(shí)物數(shù)量不符的情況，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正確識(shí)別當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致無法正確執(zhí)行抓取任務(wù)。

2.抓取失敗

抓取失敗是碼垛機(jī)器人在運(yùn)行過程中最常見的故障之一，主要表現(xiàn)為機(jī)器人產(chǎn)生抓取動(dòng)作后，吸盤在抓取煙箱的瞬間停止，或抓取后剛抬臂時(shí)煙箱掉落，如圖2所示。其原因主要包括以下幾個(gè)方面：

圖2 抓取失敗

（1）壓縮空氣壓力不足：碼垛機(jī)器人的抓取動(dòng)作依賴于壓縮空氣提供動(dòng)力，其氣壓的穩(wěn)定性和充足性對(duì)抓取效果至關(guān)重要。雖然工廠提供的氣壓通常能滿足碼垛機(jī)器人的最低要求（一般為0.3MPa），但在實(shí)際運(yùn)行中，仍可能出現(xiàn)氣壓不足的問題，主要原因包括瞬間流量[3]不足、氣壓波動(dòng)、管道泄漏等。

（2）夾具和煙箱接觸不良：吸盤的破損、老化、有異物以及煙箱不水平、煙箱破損或表面褶皺等引起的吸盤漏氣，導(dǎo)致真空壓力開關(guān)檢測值低于設(shè)定值，從而碼垛機(jī)器人的抓取成功反饋信號(hào)未產(chǎn)生。

（3）真空壓力開關(guān)損壞或接線松動(dòng)：夾具上的真空壓力開關(guān)破損損壞，或信號(hào)線路出現(xiàn)松動(dòng)或破損，導(dǎo)致抓取反饋信號(hào)發(fā)出后未能傳輸至控制系統(tǒng)，從而影響抓取動(dòng)作的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

3.碼垛不齊

碼垛不整齊是碼垛機(jī)器人的另一個(gè)常見故障，主要表現(xiàn)為機(jī)器人在煙箱堆疊過程中出現(xiàn)位置偏差、傾斜、錯(cuò)位等現(xiàn)象，造成煙箱垛型不齊及煙箱縫隙過大等情況，如圖3所示。這不僅會(huì)影響煙箱的存儲(chǔ)和運(yùn)輸，還可能導(dǎo)致煙箱倒塌，造成產(chǎn)品損壞和安全隱患。其原因主要包括以下幾點(diǎn)：

圖3 碼垛不齊

（1）抓取動(dòng)作設(shè)計(jì)冗余：抓取動(dòng)作設(shè)計(jì)冗余是指機(jī)器人在抓取煙箱時(shí)執(zhí)行了一些不必要的動(dòng)作，這些動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致抓取過程不流暢，從而影響碼垛的整齊度。具體表現(xiàn)為多余的動(dòng)作、動(dòng)作不流暢、缺乏靈活性等。

（2）垛型參數(shù)設(shè)置不精確與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)精度問題：垛型參數(shù)[4]的設(shè)置和機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度[5]直接影響煙箱的放置位置，是導(dǎo)致碼垛不整齊的重要原因。具體包括參數(shù)偏差、動(dòng)態(tài)調(diào)整不足、程序設(shè)計(jì)缺陷、關(guān)節(jié)磨損、重復(fù)定位精度不足、機(jī)械振動(dòng)等。

（3）循環(huán)煙箱[6]質(zhì)量問題：循環(huán)使用的煙箱在多次使用過程中可能出現(xiàn)變形、損壞或表面不平整等問題，導(dǎo)致機(jī)器人在抓取和放置過程中出現(xiàn)位置偏差，影響碼垛整齊度。

四

改善措施及實(shí)施效果

針對(duì)碼垛機(jī)器人運(yùn)行中出現(xiàn)的無抓取任務(wù)、抓取失敗、碼垛不齊三類主要故障，我們分別制定并實(shí)施了針對(duì)性的改善措施，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，各類故障均得到有效控制，設(shè)備運(yùn)行效率顯著提升。

1.無抓取任務(wù)故障改善措施及實(shí)施效果

無抓取任務(wù)故障，其核心問題在于抓取準(zhǔn)備條件不滿足，涉及托盤到位、煙箱計(jì)數(shù)、氣缸狀態(tài)及系統(tǒng)數(shù)據(jù)等多個(gè)環(huán)節(jié)。因此，改善措施需從導(dǎo)致條件不滿足的原因入手，通過優(yōu)化檢測、強(qiáng)化系統(tǒng)、做好維護(hù)及校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等方法，解決根本問題。具體措施如下：

（1）托盤到位檢測優(yōu)化：定期檢查和調(diào)整托盤到位檢測開關(guān)的位置，確保其能精準(zhǔn)識(shí)別托盤是否到位，避免因檢測失誤導(dǎo)致無任務(wù)觸發(fā)。

（2）煙箱計(jì)數(shù)系統(tǒng)優(yōu)化：強(qiáng)化卷煙牌號(hào)切換過程的監(jiān)控，保障切換成功；同時(shí)對(duì)計(jì)數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，減少計(jì)數(shù)信息丟失的情況。

（3）氣缸維護(hù)與潤滑：按計(jì)劃對(duì)氣缸進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，定期添加潤滑油，解決因潤滑不足導(dǎo)致的歸位不準(zhǔn)問題，確保氣缸動(dòng)作精準(zhǔn)。

（4）系統(tǒng)重啟后的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)：機(jī)器人重啟后，及時(shí)對(duì)托盤數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，保證系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)與實(shí)物數(shù)量一致，防止數(shù)據(jù)不匹配引發(fā)無抓取任務(wù)。

實(shí)施效果：根據(jù)對(duì)某煙草工業(yè)企業(yè)的設(shè)備故障記錄的統(tǒng)計(jì)顯示，2024年4～6月實(shí)施上述措施后，無抓取任務(wù)故障次數(shù)降低為1次，較1～3月（實(shí)施前）的12次減少了91.67%。

2.抓取失敗故障改善措施及實(shí)施效果

抓取失敗故障，通過對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)地排查，發(fā)現(xiàn)故障主要源于壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)定性不足、夾具和吸盤性能下降、真空壓力開關(guān)工作異常三方面原因�；诖耍瑥南到y(tǒng)優(yōu)化、部件維護(hù)、材料升級(jí)等維度制定了以下改善措施：

（1）壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化：安裝儲(chǔ)氣罐以增加氣壓儲(chǔ)備，保障抓取瞬間的氣壓流量；定期檢查維護(hù)氣壓管道、接頭和閥門，修復(fù)泄漏問題；制定每月檢查計(jì)劃，對(duì)氣壓表、儲(chǔ)氣罐等部件進(jìn)行全面排查。

（2）夾具[7]和吸盤維護(hù)：制定科學(xué)的吸盤更換計(jì)劃，依據(jù)使用時(shí)間和磨損程度定期更換；定期清理吸盤表面雜物，檢查磨損與密封性能；選用高質(zhì)量材料并優(yōu)化吸盤結(jié)構(gòu)，增加與煙箱的接觸面積以提升吸力。

（3）真空壓力開關(guān)維護(hù)：定期檢查真空壓力開關(guān)的工作狀態(tài)，及時(shí)更換損壞部件；緊固信號(hào)線路接頭，確保絕緣層無老化破損；選用耐磨損、抗干擾的高質(zhì)量信號(hào)線路，減少傳輸故障。

實(shí)施效果：某煙草工業(yè)企業(yè)在成品分揀入庫過程中，機(jī)器人抓取失敗故障頻發(fā)，通過對(duì)其物流中心維修班設(shè)備運(yùn)行故障記錄統(tǒng)計(jì)顯示，2024年6月由此故障造成的機(jī)器人每班停止等待時(shí)間為42分鐘，嚴(yán)重影響了卷煙成品的入庫效率，該維修班經(jīng)過與機(jī)器人生產(chǎn)廠家溝通，在月底檢修中采取了增加穩(wěn)壓氣罐、更換破損吸盤、維護(hù)真空壓力開關(guān)等一系列措施后，7月份再未出現(xiàn)機(jī)器人抓取失敗故障，機(jī)器人每班的停止等待時(shí)間縮短為5分鐘，效率較6月份提高了740%，且極大減少了維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.碼垛不齊故障改善措施及實(shí)施效果

為解決碼垛不齊的故障問題，團(tuán)隊(duì)結(jié)合設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)分析與現(xiàn)場實(shí)地觀察，精準(zhǔn)定位出三大核心誘因：機(jī)器人抓取動(dòng)作存在冗余、垛型參數(shù)設(shè)置偏差且運(yùn)動(dòng)精度欠佳、循環(huán)煙箱本身存在質(zhì)量缺陷。據(jù)此，分別從優(yōu)化動(dòng)作設(shè)計(jì)、校準(zhǔn)參數(shù)精度、強(qiáng)化質(zhì)量管控三個(gè)維度，制定了如下改善措施：

（1）抓取動(dòng)作設(shè)計(jì)優(yōu)化：分析并簡化機(jī)器人抓取路徑，去除多余動(dòng)作，垛型合格率明顯提高，組盤時(shí)間也顯著降低；通過視覺傳感器實(shí)時(shí)檢測煙箱信息，動(dòng)態(tài)調(diào)整抓取路徑和力度；設(shè)計(jì)自適應(yīng)抓取動(dòng)作，適應(yīng)不同尺寸和重量的煙箱。

（2）垛型參數(shù)設(shè)置與運(yùn)動(dòng)精度優(yōu)化：用高精度工具測量煙箱參數(shù)并準(zhǔn)確錄入程序；每月用高精度工具校準(zhǔn)機(jī)器人關(guān)節(jié)，保障運(yùn)動(dòng)精度；增加動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊，依據(jù)傳感器數(shù)據(jù)自動(dòng)修正垛型參數(shù)。

（3）循環(huán)煙箱質(zhì)量問題改善：在循環(huán)煙箱進(jìn)入生產(chǎn)線前，增加煙箱復(fù)檢環(huán)節(jié)，全面檢測尺寸、重量和外觀，修復(fù)或更換不合格煙箱；優(yōu)化膠帶與煙箱的配合（如增加加壓滾輪），避免封箱導(dǎo)致的變形；建立煙箱質(zhì)量追溯系統(tǒng)，跟蹤記錄每個(gè)煙箱的質(zhì)量狀態(tài)。

表1 碼垛不齊改善對(duì)照表

實(shí)施效果：某煙草工業(yè)企業(yè)物流中心通過優(yōu)化抓取路徑、優(yōu)化垛型參數(shù)與運(yùn)動(dòng)精度及改善循環(huán)煙箱質(zhì)量等措施后，機(jī)器人因碼垛不齊而產(chǎn)生的故障極大地減少，碼垛整齊度從3月的81.1%提升至4月的95%，平均組盤用時(shí)由3月份的12.35分鐘縮短至8.22分鐘，極大地提升了分揀線的入庫效率。煙草工業(yè)企業(yè)物流中心2025年3～4月的數(shù)據(jù)對(duì)比參見表1。

五

預(yù)防措施

為了減少碼垛機(jī)器人故障的發(fā)生，提高設(shè)備的可靠性和生產(chǎn)效率，建議采取以下預(yù)防措施：

（1）定期維護(hù)保養(yǎng)：定期檢查和維護(hù)碼垛機(jī)器人的關(guān)鍵部件，如吸盤、夾具、氣壓系統(tǒng)、真空過濾器等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理潛在問題。例如，每班利用換班時(shí)間，對(duì)機(jī)器人吸盤和真空發(fā)生器濾網(wǎng)進(jìn)行吹掃，每周對(duì)吸盤進(jìn)行一次全面檢查，每月對(duì)氣壓系統(tǒng)進(jìn)行一次檢修。

（2）操作人員培訓(xùn)：加強(qiáng)對(duì)操作人員的培訓(xùn)，使其熟悉設(shè)備操作流程和注意事項(xiàng)，嚴(yán)格按照規(guī)范操作，減少因操作不當(dāng)導(dǎo)致的故障。培訓(xùn)內(nèi)容可包括設(shè)備的基本原理、操作步驟、常見故障判斷及處理方法等。

（3）定期檢查煙箱質(zhì)量：遇到煙箱不平整、膠帶不牢靠等問題及時(shí)溝通物資供應(yīng)科業(yè)務(wù)人員協(xié)調(diào)解決�？稍跓熛溥M(jìn)入生產(chǎn)線前設(shè)置專門的質(zhì)檢崗位，對(duì)煙箱質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控，確保投入使用的循環(huán)煙箱滿足要求。

（4）定期更換易損件：定期更換吸盤、夾具、真空過濾器等易損件，確保設(shè)備處于良好運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)易損件的使用壽命和設(shè)備的運(yùn)行情況，制定合理的更換計(jì)劃。

六

結(jié)論

碼垛機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，但其故障問題不容忽視。本文通過對(duì)碼垛機(jī)器人常見的無抓取任務(wù)、抓取失敗、碼垛不齊等故障類型進(jìn)行深入分析，找出了故障產(chǎn)生的原因，并提出了針對(duì)性的改善措施。結(jié)合實(shí)際案例，驗(yàn)證了這些改善措施的有效性。實(shí)施結(jié)果表明，通過優(yōu)化吸盤設(shè)計(jì)、增加儲(chǔ)氣罐、緊固信號(hào)線路、優(yōu)化抓取動(dòng)作設(shè)計(jì)、精確設(shè)置垛型參數(shù)、提升機(jī)器人運(yùn)動(dòng)精度以及解決循環(huán)煙箱質(zhì)量問題等措施，可以顯著提高碼垛機(jī)器人的抓取成功率和碼垛整齊度，減少故障次數(shù)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，采取定期維護(hù)保養(yǎng)、操作人員培訓(xùn)、定期檢查煙箱質(zhì)量、定期更換易損件等預(yù)防措施，可以進(jìn)一步減少故障的發(fā)生，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

未來，隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，碼垛機(jī)器人將更加智能化、高效化。但在發(fā)展過程中，仍需持續(xù)關(guān)注其故障問題，不斷優(yōu)化和改進(jìn)技術(shù)和管理措施，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的更高要求。

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編輯、排版：王茜

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