码垛机器人常见故障及改善措施研究

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摘要：码垛机器人在现代工业生产中发挥着重要作用，其高效、精准的性能极大地提高了生产效率和产品质量。然而，在长期运行过程中，码垛机器人可能会出现多种故障，不仅影响生产效率，还可能导致产品质量下降。本文通过对码垛机器人常见故障的分析，结合实际案例，深入探讨故障产生的原因，并提出针对性的改善措施。研究结果表明，通过优化吸盘设计、增加储气罐、紧固信号线路、优化抓取动作设计、精确设置垛型参数、提升机器人运动精度以及解决循环烟箱质量问题等措施，可以显著提高码垛机器人的抓取成功率和码垛整齐度，减少故障次数，从而提高生产效率和产品质量。

关键词：码垛机器人；常见故障；改善措施；案例研究

作者：栾博

陕西中烟工业有限责任公司延安卷烟厂

一

引言

码垛机器人是自动化生产线上不可或缺的设备之一，广泛应用于物流、仓储、烟草等行业。其主要功能是将货物按照预设的规则进行堆叠，以提高仓储效率和物流运输的便利性。然而，在长期运行过程中，码垛机器人可能会因各种原因出现故障，影响生产效率和产品质量。因此，对码垛机器人的常见故障进行分析，找出故障产生的根本原因，并制定科学有效的改善措施，对于提高设备运行可靠性、保障生产连续性、降低企业运营成本具有重要的现实意义。

二

码垛机器人概述

1.工作原理

码垛机器人的控制系统接收任务指令后，选择路径与抓取策略，通过光电传感器、接近开关等定位货物位置，利用真空吸盘或机械夹爪执行抓取动作，由伺服电机[1]驱动机械臂按预设垛型将货物堆叠至目标托盘。在此过程中，通过编码器、力传感器等校准位置并监测状态，任务完成后反馈数据至管理系统。其核心依赖于控制系统、机械结构、驱动与传感系统之间的高效协同，实现从货物识别到堆叠的自动化作业，系统重复定位精度可达±0.5mm，适用于多行业货物码垛场景。

2.应用场景

在烟草行业，码垛机器人主要用于成品卷烟的入库和出库环节。入库时，码垛机器人从输送带抓取烟箱，整齐码放在托盘上，支持动态调整和多规格烟箱处理，同时具备质量检测与追溯功能。出库时，码垛机器人逐层拆垛，将烟箱放置到输送带，支持快速换型和库存管理，还可搬运空托盘，实现自动化搬运。通过与生产线、仓库管理系统[2]集成，码垛机器人提高了烟草行业物流效率和仓储管理水平。

三

码垛机器人常见故障类型及原因分析

码垛机器人在运行过程中存在三类典型故障：无抓取任务、抓取失败，以及码垛不齐。本文系统梳理了各类典型故障的具体表现，并深入探究其背后的根本原因，旨在为码垛机器人故障的诊断与排除提供清晰的思路和依据。

1.无抓取任务

码垛机器人在运行过程中可能出现“无抓取任务”的故障，即机器人因抓取准备条件不满足而无法执行抓取动作，造成入库烟箱的堆积，如图1所示。其原因主要包括以下几点：

图1 无抓取任务

（1）托盘未到位：链式输送机发生卡滞导致码垛组盘的托盘未到指定位置，或码垛位的托盘到位检测开关发生移位，导致未检测到托盘。

（2）烟箱计数错误：卷烟通道牌号下达失败、进入通道的烟箱计数信息丢失、计数器损坏，或其他牌号卷烟误入本通道时，均会导致烟箱计数错误，进而使得各通道任务分配指令陷入循环，无法正常下达抓取任务。

（3）气缸未归位：机器人需在气缸将烟箱推至设定位置后方可执行下一步动作，若控制推板的气缸因润滑不良导致不能准确归位，系统将判断抓取条件不满足，从而不生成抓取任务。

（4）系统重启：机器人因故重启后，可能会出现托盘数据与实物数量不符的情况，导致系统无法正确识别当前任务状态，进而导致无法正确执行抓取任务。

2.抓取失败

抓取失败是码垛机器人在运行过程中最常见的故障之一，主要表现为机器人产生抓取动作后，吸盘在抓取烟箱的瞬间停止，或抓取后刚抬臂时烟箱掉落，如图2所示。其原因主要包括以下几个方面：

图2 抓取失败

（1）压缩空气压力不足：码垛机器人的抓取动作依赖于压缩空气提供动力，其气压的稳定性和充足性对抓取效果至关重要。虽然工厂提供的气压通常能满足码垛机器人的最低要求（一般为0.3MPa），但在实际运行中，仍可能出现气压不足的问题，主要原因包括瞬间流量[3]不足、气压波动、管道泄漏等。

（2）夹具和烟箱接触不良：吸盘的破损、老化、有异物以及烟箱不水平、烟箱破损或表面褶皱等引起的吸盘漏气，导致真空压力开关检测值低于设定值，从而码垛机器人的抓取成功反馈信号未产生。

（3）真空压力开关损坏或接线松动：夹具上的真空压力开关破损损坏，或信号线路出现松动或破损，导致抓取反馈信号发出后未能传输至控制系统，从而影响抓取动作的准确性和及时性。

3.码垛不齐

码垛不整齐是码垛机器人的另一个常见故障，主要表现为机器人在烟箱堆叠过程中出现位置偏差、倾斜、错位等现象，造成烟箱垛型不齐及烟箱缝隙过大等情况，如图3所示。这不仅会影响烟箱的存储和运输，还可能导致烟箱倒塌，造成产品损坏和安全隐患。其原因主要包括以下几点：

图3 码垛不齐

（1）抓取动作设计冗余：抓取动作设计冗余是指机器人在抓取烟箱时执行了一些不必要的动作，这些动作会导致抓取过程不流畅，从而影响码垛的整齐度。具体表现为多余的动作、动作不流畅、缺乏灵活性等。

（2）垛型参数设置不精确与机器人运动精度问题：垛型参数[4]的设置和机器人的运动精度[5]直接影响烟箱的放置位置，是导致码垛不整齐的重要原因。具体包括参数偏差、动态调整不足、程序设计缺陷、关节磨损、重复定位精度不足、机械振动等。

（3）循环烟箱[6]质量问题：循环使用的烟箱在多次使用过程中可能出现变形、损坏或表面不平整等问题，导致机器人在抓取和放置过程中出现位置偏差，影响码垛整齐度。

四

改善措施及实施效果

针对码垛机器人运行中出现的无抓取任务、抓取失败、码垛不齐三类主要故障，我们分别制定并实施了针对性的改善措施，经实际应用验证，各类故障均得到有效控制，设备运行效率显著提升。

1.无抓取任务故障改善措施及实施效果

无抓取任务故障，其核心问题在于抓取准备条件不满足，涉及托盘到位、烟箱计数、气缸状态及系统数据等多个环节。因此，改善措施需从导致条件不满足的原因入手，通过优化检测、强化系统、做好维护及校准数据等方法，解决根本问题。具体措施如下：

（1）托盘到位检测优化：定期检查和调整托盘到位检测开关的位置，确保其能精准识别托盘是否到位，避免因检测失误导致无任务触发。

（2）烟箱计数系统优化：强化卷烟牌号切换过程的监控，保障切换成功；同时对计数系统进行升级，减少计数信息丢失的情况。

（3）气缸维护与润滑：按计划对气缸进行维护保养，定期添加润滑油，解决因润滑不足导致的归位不准问题，确保气缸动作精准。

（4）系统重启后的数据校准：机器人重启后，及时对托盘数据进行校准，保证系统记录数据与实物数量一致，防止数据不匹配引发无抓取任务。

实施效果：根据对某烟草工业企业的设备故障记录的统计显示，2024年4～6月实施上述措施后，无抓取任务故障次数降低为1次，较1～3月（实施前）的12次减少了91.67%。

2.抓取失败故障改善措施及实施效果

抓取失败故障，通过对设备运行状态的实地排查，发现故障主要源于压缩空气系统稳定性不足、夹具和吸盘性能下降、真空压力开关工作异常三方面原因。基于此，从系统优化、部件维护、材料升级等维度制定了以下改善措施：

（1）压缩空气系统优化：安装储气罐以增加气压储备，保障抓取瞬间的气压流量；定期检查维护气压管道、接头和阀门，修复泄漏问题；制定每月检查计划，对气压表、储气罐等部件进行全面排查。

（2）夹具[7]和吸盘维护：制定科学的吸盘更换计划，依据使用时间和磨损程度定期更换；定期清理吸盘表面杂物，检查磨损与密封性能；选用高质量材料并优化吸盘结构，增加与烟箱的接触面积以提升吸力。

（3）真空压力开关维护：定期检查真空压力开关的工作状态，及时更换损坏部件；紧固信号线路接头，确保绝缘层无老化破损；选用耐磨损、抗干扰的高质量信号线路，减少传输故障。

实施效果：某烟草工业企业在成品分拣入库过程中，机器人抓取失败故障频发，通过对其物流中心维修班设备运行故障记录统计显示，2024年6月由此故障造成的机器人每班停止等待时间为42分钟，严重影响了卷烟成品的入库效率，该维修班经过与机器人生产厂家沟通，在月底检修中采取了增加稳压气罐、更换破损吸盘、维护真空压力开关等一系列措施后，7月份再未出现机器人抓取失败故障，机器人每班的停止等待时间缩短为5分钟，效率较6月份提高了740%，且极大减少了维修人员的劳动强度。

3.码垛不齐故障改善措施及实施效果

为解决码垛不齐的故障问题，团队结合设备运行数据分析与现场实地观察，精准定位出三大核心诱因：机器人抓取动作存在冗余、垛型参数设置偏差且运动精度欠佳、循环烟箱本身存在质量缺陷。据此，分别从优化动作设计、校准参数精度、强化质量管控三个维度，制定了如下改善措施：

（1）抓取动作设计优化：分析并简化机器人抓取路径，去除多余动作，垛型合格率明显提高，组盘时间也显著降低；通过视觉传感器实时检测烟箱信息，动态调整抓取路径和力度；设计自适应抓取动作，适应不同尺寸和重量的烟箱。

（2）垛型参数设置与运动精度优化：用高精度工具测量烟箱参数并准确录入程序；每月用高精度工具校准机器人关节，保障运动精度；增加动态调整模块，依据传感器数据自动修正垛型参数。

（3）循环烟箱质量问题改善：在循环烟箱进入生产线前，增加烟箱复检环节，全面检测尺寸、重量和外观，修复或更换不合格烟箱；优化胶带与烟箱的配合（如增加加压滚轮），避免封箱导致的变形；建立烟箱质量追溯系统，跟踪记录每个烟箱的质量状态。

表1 码垛不齐改善对照表

实施效果：某烟草工业企业物流中心通过优化抓取路径、优化垛型参数与运动精度及改善循环烟箱质量等措施后，机器人因码垛不齐而产生的故障极大地减少，码垛整齐度从3月的81.1%提升至4月的95%，平均组盘用时由3月份的12.35分钟缩短至8.22分钟，极大地提升了分拣线的入库效率。烟草工业企业物流中心2025年3～4月的数据对比参见表1。

五

预防措施

为了减少码垛机器人故障的发生，提高设备的可靠性和生产效率，建议采取以下预防措施：

（1）定期维护保养：定期检查和维护码垛机器人的关键部件，如吸盘、夹具、气压系统、真空过滤器等，及时发现和处理潜在问题。例如，每班利用换班时间，对机器人吸盘和真空发生器滤网进行吹扫，每周对吸盘进行一次全面检查，每月对气压系统进行一次检修。

（2）操作人员培训：加强对操作人员的培训，使其熟悉设备操作流程和注意事项，严格按照规范操作，减少因操作不当导致的故障。培训内容可包括设备的基本原理、操作步骤、常见故障判断及处理方法等。

（3）定期检查烟箱质量：遇到烟箱不平整、胶带不牢靠等问题及时沟通物资供应科业务人员协调解决。可在烟箱进入生产线前设置专门的质检岗位，对烟箱质量进行严格把控，确保投入使用的循环烟箱满足要求。

（4）定期更换易损件：定期更换吸盘、夹具、真空过滤器等易损件，确保设备处于良好运行状态。根据易损件的使用寿命和设备的运行情况，制定合理的更换计划。

六

结论

码垛机器人在工业生产中发挥着重要作用，但其故障问题不容忽视。本文通过对码垛机器人常见的无抓取任务、抓取失败、码垛不齐等故障类型进行深入分析，找出了故障产生的原因，并提出了针对性的改善措施。结合实际案例，验证了这些改善措施的有效性。实施结果表明，通过优化吸盘设计、增加储气罐、紧固信号线路、优化抓取动作设计、精确设置垛型参数、提升机器人运动精度以及解决循环烟箱质量问题等措施，可以显著提高码垛机器人的抓取成功率和码垛整齐度，减少故障次数，提高生产效率和产品质量。同时，采取定期维护保养、操作人员培训、定期检查烟箱质量、定期更换易损件等预防措施，可以进一步减少故障的发生，提高设备的可靠性和稳定性。

未来，随着自动化技术的不断发展，码垛机器人将更加智能化、高效化。但在发展过程中，仍需持续关注其故障问题，不断优化和改进技术和管理措施，以满足工业生产的更高要求。

参考文献:

[1]郭莹.工业机器人手臂伺服电动机控制优化设计[J].中国机械,2025,(13):36-38,43.

[2]陈晓莺,许胜飞.智能仓储物流管理系统的设计与应用研究[J].物流研究,2023,(02):64-69.

[3]鲍洋洋,喻志强,王宇川.压缩空气流量测量方法分析[J].通用机械,2012,(08):92-95.

[4]王昌杰.工业机器人码垛功能的设计与实现[D].华中科技大学,2017.

[5]孔思琦.工业机器人六轴运动控制中电子技术的精度提升探究[J].信息系统工程,2025,(05):

52-55.

[6]秦珅,姚刚,王长杰,等.提高烟箱箱装质量的改进措施[J].物流技术与应用,2023,28(05):123-127.

[7]永发(河南)模塑科技发展有限公司.一种双向可调节真空吸盘机器人专用夹具[R].河南: 永发(河南)模塑科技发展有限公司, 2022-10-25.

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编辑、排版：王茜

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