1. 课程导入与码垛系统总览

码垛是生产物流中最典型、也最容易被低估的环节。它看起来只是把箱子一层层叠起来，但真正落地时，需要同时解决来料节拍、抓取姿态、层型排布、垛型稳定、安全协作与换产效率等一系列问题。UR 协作机器人（Universal Robots，以下简称 UR）以轻量化本体、图形化编程、力控与安全协作能力见长，非常适合中小批量、多规格、与人共线的码垛场景。本课程的目标，是带你从零构建一套可运行、可复现、可优化的 UR 协作机器人码垛生产系统，而不是停留在“会拖几个指令块”的层面。

一、系统由哪些部分组成

一套完整的 UR 码垛工作站，通常可以划分为五个功能域。理解这五个域之间的输入输出关系，是后续所有设计工作的基础。

• 执行域：UR 协作机器人本体（常见如 UR5e、UR10e、UR16e）、末端执行器（真空吸盘、气动夹爪或软体夹爪）、法兰转接件与气路/线缆。UR16e 额定负载 16 kg，工作半径 900 mm，是码垛场景中较常用的型号；若纸箱单重 8 kg、垛高 1.6 m，需重点校核负载与可达范围。
• 感知域：来料到位检测（光电、接近开关）、垛位/托盘定位、视觉或激光测距用于箱体位置补偿，以及安全层面的安全扫描仪或力控监测。
• 控制域：UR 控制器与 Polyscope 程序、PLC 或上位机、I/O 通信（Modbus TCP、Profinet、EtherNet/IP）、码垛工艺包（如 UR 官方 Palletizing 向导或第三方码垛软件）。
• 输送与工装域：来料输送线、整列/转向机构、托盘库、空托盘上料、满垛输出线，以及围栏、光栅、急停等安全设施。
• 信息域：订单/配方管理、垛型参数（层数、每层排列、交错方式）、生产计数与报警记录。

这五个域不是并列的，而是围绕“把一只箱子从输送线放到托盘正确位置”这一核心任务形成闭环。下图给出系统的整体结构与主要数据/物料流向，可作为后续章节的“地图”。

二、工作流程：从一只箱子到一垛成品

把上面的结构串起来，一个标准码垛循环可以拆成六个阶段。这里以“纸箱单重 8 kg、托盘 1200×1000 mm、每层 5 箱、共 6 层”的示例参数说明（以下参数为教学示例，实际需按现场核定）。

1. 来料与定位：纸箱经输送线到达抓取位，光电开关触发；若箱体位置有偏差，视觉或测距给出 X/Y 偏移量，机器人抓取点随之补偿。
2. 抓取：吸盘下行至箱面，建立真空并确认压力达标后提升。UR 可通过 I/O 读取真空压力开关信号，未达标则报警而不是硬提。
3. 路径规划：从抓取位到放置位，通常采用“提升—横移—下降”的折线路径，避免与输送线、托盘边缘碰撞。UR 的 MoveJ/MoveL 组合即可实现。
4. 放置与层型：按当前层号与箱序号计算目标位姿。例如第 1 层 5 箱沿托盘长边排列，第 2 层旋转 90° 交错，形成互锁，提高垛型稳定性。
5. 计数与判断：每放一箱计数加一；达到“每层箱数”则层号加一；达到“总层数”则判定满垛。
6. 满垛输出与换托盘：满垛由输出线送走，空托盘上料，程序复位层号与计数，进入下一垛。

这六个阶段中，真正决定系统成败的往往不是“能不能抓”，而是“放得准不准、垛得稳不稳、换产快不快”。后续章节会分别展开。

三、设计目标：一套好系统应该满足什么

在动手编程之前，先明确设计目标，可以避免后期反复返工。建议从以下五个维度设定可检查的指标：

这些指标之间会互相牵制。例如一味追求节拍，可能牺牲放置精度与垛型稳定；一味加大安全距离，又会压缩可达范围。课程后续会教你如何在参数层面做权衡。

四、学习路径：本课程怎么学

本课程共 30 章，整体遵循“认知—设计—实现—验证—优化”的路径，但不会把每一章都写成同样的五段式。建议按下面的节奏推进：

• 第 1～5 章（认知与选型）：理解系统组成、负载与可达校核、末端执行器选择、安全协作要求，完成工作站的概念设计。
• 第 6～12 章（垛型与路径）：学习层型排布、交错规则、抓取点与放置点计算、路径避障，形成可复用的垛型参数表。
• 第 13～20 章（编程与通信）：在 Polyscope 中实现码垛逻辑，处理 I/O、Modbus/Profinet 通信、配方切换与异常处理。
• 第 21～26 章（调试与验证）：空载示教、低速试跑、节拍测量、精度抽检、安全功能验证，形成调试记录。
• 第 27～30 章（优化与交付）：节拍优化、垛型稳定性改进、换产效率提升、文档与培训交付。