摘要：本文围绕工业自动化生产中的分拣码垛需求，设计了一套融合视觉分拣系统与码垛控制逻辑的智能解决方案。通过对视觉分拣系统中工件颜色识别、精准分拣流程，以及码垛控制逻辑中机械手运动轨迹规划、物料抓取放置等环节的详细分析与设计，实现了分拣码垛过程的高效自动化。实验结果表明，该系统能够稳定、准确地完成分拣码垛任务，有效提升了生产效率与精度，对工业自动化领域的发展具有一定的参考价值。

一. 引言

在现代工业生产中，分拣与码垛作为关键环节，其自动化程度直接影响着生产效率与企业成本。传统的人工分拣码垛方式存在效率低、易出错、劳动强度大等问题，已难以满足大规模、高质量的生产需求。随着机器视觉技术与自动化控制技术的不断发展，基于视觉引导的智能分拣码垛系统逐渐成为工业领域的研究热点。该系统通过视觉识别技术精准定位工件，结合自动化机械臂完成分拣与码垛操作，能够显著提升生产的智能化与自动化水平。

二. 视觉分拣系统设计

2.1 系统架构

视觉分拣系统主要由皮带输送线、视觉检测模块、控制单元及执行机构组成。15 号皮带输送线负责输送工件，当工件到达指定位置时，触发传感器 (% ID100）启动视觉检测模块。视觉检测模块对工件进行图像采集与分析，将检测结果以 Dword 数据形式返回至控制单元，控制单元根据检测结果控制执行机构完成分拣操作。

2.检测：传感器触发视觉检测（%ID100），返回Dword 数据

3.颜色判定：

1.蓝色工件：万向轮左转（%Q8.0） + 启动 17 号皮带线（%Q2.0）

2.绿色工件：万向轮右转（%Q7.6） + 启动 16 号皮带线（%Q1.7）

4.结束：单次流程终止三. 码垛控制逻辑设计

3.1 系统组成

码垛控制逻辑主要围绕三轴机械手展开，包括机械手本体、传感器检测模块、夹具及控制模块。机械手用于实现工件的抓取、搬运与放置，传感器检测模块用于确认工件位置与机械手状态，夹具负责抓取工件，控制模块协调各部分的动作。

3.2 机械手操作流程

1. 初始化阶段：

动作：三轴机械手（X 轴、Y 轴水平移动轴，Z 轴垂直移动轴）执行原点回归程序，通过原点传感器确认各轴归零状态，确保机械坐标复位至初始安全位置。

关键信号：原点传感器信号（如%I0.0-%I0.2）触发归零完成标志位。

2. Z 轴垂直上升

动作：Z 轴伺服电机驱动机械手垂直提升，脱离当前工件抓取位置，避免水平移动时碰撞干涉。控制参数：上升高度由寄存器%QD108 设定，通过编码器实时反馈位置，到达目标高度后触发限位开关暂停。

3. X/Y 轴同步移动至定位坐标

动作：X 轴与Y 轴伺服电机同步联动，以插补运动模式快速移动至工件定位坐标点。

坐标数据：目标坐标值由寄存器%QD100 和%QD104 预先存储，移动过程中通过脉冲计数或绝对值编器确保定位精度（±0.1mm）。

4. 物料检测

触发条件：机械手到达定位坐标后，延时0.5 秒（防抖动）激活码块1 传感器。

检测逻辑：

若检测到工件（传感器信号%I4.5=1），进入夹具动作流程。

2 若无工件（%I4.5=0），触发报警并暂停，等待人工干预或传送带补料。

5. 夹具动作控制

① 固定夹具置位

执行机构：电磁阀驱动夹具机械臂伸出，通过气缸或电机将夹具固定在工件两侧。

信号输出：控制继电器线圈%Q8.2 得电，夹具物理接触工件后触发限位开关。

② 夹具状态校验

反馈信号：夹具到位传感器（%I4.6，如接近开关）检测夹具是否夹紧工件，若%I4.6=1（到位），允许进入抓取流程；若超时未到位（如3 秒），报警并复位夹具。

6. 抓取操作流程 ① 吸盘吸附启动

执行机构：真空泵或电磁吸盘通电，通过负压或磁力吸附工件表面（适用于表面平整工件）。信号控制： %08.1 输出高电平，同时启动吸附压力检测。

② Z 轴下降至抓取高度动作：Z 轴以低速下降至预设抓取高度（%QD108 更新为当前工件高度），确保吸盘与工件表面贴合。安全机制：下降过程中若触碰防撞传感器，立即急停并报警。

③ X/Y 轴携带工件移动动作：确认吸盘吸附牢固后，X/Y 轴以恒定速度向栈板方向移动，路径规划避开设备干涉区域。

7. 放置操作流程

①Z 轴二次下降（栈板定位）动作：到达栈板上方安全高度后，Z 轴再次低速下降（20mm/s），直至工件底面接近栈板表面。定位方式：通过栈板边缘传感器或视觉相机辅助确认栈板位置，确保工件垂直对齐。

② 工件释放至栈板执行机构：关闭吸盘电源（ ⟨%Q8.1 失电）或松开夹具（%Q8.2 失电），使工件平稳落至栈板指定位置。防倾倒机制：释放后延时 1 秒保持夹具在工件上方，确认工件稳定后再提升 Z 轴。

8. 流程复位与待命

动作：Z 轴快速上升至初始安全高度（%QD108=500mm），X/Y 轴返回原点坐标，各轴伺服电机断电进入待机模式。

循环触发：检测到新工件到达码块 1 位置时，自动启动下一周期码垛流程。

分拣码垛俯视图四. 结论

本文设计并实现的基于视觉与机械臂协同的智能分拣码垛系统，通过视觉分拣系统与码垛控制逻辑的有机结合，实现了工件的高效、精准分拣与码垛。该系统在工业自动化生产中具有良好的应用前景，能够有效提升生产效率、降低人力成本。未来可进一步优化系统算法，提高系统对复杂环境与多种工件类型的适应性，推动工业自动化分拣码垛技术的持续发展。

参考文献

[1] 西门子 TIA Portal 高级编程指南

[2] Factory IO 官方场景开发手册

[3] IEC 61131-3 工业自动化编程标准