4. 机器人选型与工具配置
码垛生产线的机器人选型不是“挑一台负载够大的就行”，而是要把节拍、负载、工作范围（reach）三个约束同时满足，再叠加夹具重量与工具坐标系（TCP）的偏移影响。选型偏小会导致节拍不达标或电机长期过载；选型偏大则惯量大、精度与能耗变差，还会抬高成本。本节以 ROBOGUIDE 仿真工程为背景，说明如何把工艺需求换算成可校核的选型参数，并在仿真中完成夹具与工具坐标系的配置。
一、先把工艺需求翻译成三个硬指标
码垛任务的核心输入通常来自托盘规格、垛型与产能。假设某示例工程：纸箱尺寸 400×300×200 mm，单箱质量 12 kg，托盘 1200×1000 mm，垛高 6 层、每层 5 箱，要求整垛节拍 180 箱/小时（即平均 20 s/箱，含取箱、搬运、放箱与返回）。这些数据决定了三件事：
- 负载：末端执行器（夹具）质量 + 工件质量 + 可能的偏载余量。示例中真空吸盘夹具约 18 kg，纸箱 12 kg，合计 30 kg；考虑动态加速度与偏载，按 1.3 倍安全系数估算，机器人额定负载应不小于约 39 kg，因此选 50 kg 级机型较稳妥。
- reach：机器人法兰中心到最远放箱点的距离，必须小于该机型在对应姿态下的可达半径，并留出 10%~15% 余量。示例中机器人底座距托盘最远角约 1650 mm，加上夹具长度 350 mm 与 TCP 偏移，实际需求约 2000 mm，故应选最大 reach ≥ 2100 mm 的机型。
- 节拍：由单次循环时间决定。循环时间 = 取箱时间 + 搬运时间 + 放箱时间 + 返回时间。若实测或仿真单循环约 16 s，则 3600/16 ≈ 225 箱/小时，满足 180 箱/小时要求；若单循环超过 20 s，则需提高速度倍率、优化路径或换更高动态性能机型。
二、用参数关系图理解三者的耦合
负载、reach 与节拍并非独立：负载越大，机器人惯量越大，加速能力下降，节拍变慢；reach 越大，臂展越长，末端刚性下降，高速时抖动更明显。下图给出选型参数之间的耦合关系与校核路径，可作为选型时的检查框架。
三、夹具配置：从机械接口到气路与信号
码垛常用夹具分三类：真空吸盘式（适合纸箱、箱体表面平整）、夹爪式（适合袋装、桶装或有间隙的工件）、托底式（适合重载或底面不平的工件）。示例工程选用真空吸盘夹具，配置要点如下：
- 机械接口：确认机器人法兰规格（如 ISO 9409-1-50-4-M6），夹具法兰与之匹配；夹具重心应尽量靠近法兰中心，偏心过大时需在负载参数中填写重心偏移。
- 负载参数：在机器人控制器的负载设置中填写夹具质量 18 kg、重心位置（X/Y/Z 相对法兰）、转动惯量。ROBOGUIDE 中可在机器人属性里设置 Payload，仿真时若忽略此项，节拍与轨迹会偏乐观。
- 气路与真空：吸盘通过电磁阀控制，真空发生器或真空泵提供负压；典型工作真空度 -60 kPa 左右，需配真空压力开关作为“吸住/未吸住”的反馈信号。
- I/O 信号：至少包括夹具开/合（或真空开/关）输出、真空确认输入、工件检测输入。示例中分配 DO[1]=真空开，DI[1]=真空确认，DI[2]=工件存在。
四、工具坐标系（TCP）的建立与验证
工具坐标系决定机器人“以哪个点作为作业点”。码垛中 TCP 通常设在吸盘组中心或夹爪中心，Z 轴指向工件表面法线方向。建立方法有直接输入法与四点法（或六点法）标定：
- 直接输入法：已知夹具设计尺寸时，直接输入 TCP 相对法兰的 X/Y/Z 偏移与姿态。示例中吸盘中心相对法兰沿 Z 向偏移 350 mm，则 TCP 的 Z 值设为 350 mm，X/Y 为 0。
- 四点法：用尖点工具以四种不同姿态触碰同一固定参考点，控制器自动计算 TCP。适合现场没有精确图纸或夹具已装配的情况。
- 验证：标定后在 ROBOGUIDE 中让机器人以不同姿态移动到同一示教点，观察 TCP 是否始终对准同一点；再检查抓取时吸盘面是否与纸箱上表面贴合，偏差应小于 2 mm。
五、在 ROBOGUIDE 中落地配置
在 ROBOGUIDE 工程中，选型与配置按以下顺序落地：先在机器人库中选择目标机型（如 50 kg / 2100 mm 级），将其拖入工作站并设置底座位置；再在机器人属性中填写 Payload（夹具 18 kg + 工件 12 kg）与重心；接着创建工具坐标系 UTOOL[1]，输入 TCP 偏移（0, 0, 350 mm）与姿态；最后把夹具模型挂到机器人法兰上，并绑定 DO/DI 信号。完成后用一个小循环测试：机器人从取箱点移动到放箱点，观察 TCP 轨迹是否经过预期位置，节拍是否接近 16 s。若节拍明显偏慢，优先检查速度倍率、加速度参数与路径是否有多余的过渡点，而不是直接换更大机型。
选型与工具配置是后续码垛轨迹规划、垛型编程和节拍优化的基础。把负载、reach、节拍三项校核清楚，把 TCP 与夹具信号配置正确，后面的仿真结果才有参考价值。