工業機器人分揀系統的設計

劉華鋒

（廣東環境保護工程職業學院，廣東 佛山 528216）

隨著“工業4.0”技術的不斷發展，工業機器人的應用技術也得到了越來越多人的關注。工業機器人作為智能制造業中不可或缺的裝備，在智能制造行業中扮演的角色也越來越重要，從某種意義上講，工業機器人在工業領域的應用水平也間接的反應了智能制造技術的發展水平。目前，工業機器人被廣泛的應用在一些重復性操作、技術含量低、現場工作環境惡劣等崗位，工業機器人在工業領域中的應用主要集中在機床上下料、搬運（碼垛）、裝配、電焊、噴涂等領域。由于工業機器人的引入，不僅節省了人工成本，提升了企業的自動化生產的水平，同時也為企業向智能制造方向的發展奠定了基礎。

本文采用分散控制系統（DCS）的方式來設計，即采用PLC和工業機器人來分別控制系統中的不同模塊，最終完成工件的識別與碼垛。具體控制方式為PLC控制傳送帶的啟停，工業機器人實現不同顏色工件的識別與碼垛。

1 分揀系統硬件介紹

系統硬件組成如圖1所示，分揀系統由PLC、傳送帶、工業機器人、碼垛臺以及傳感器組成。

圖1 分揀系統示意圖

PLC和傳送帶構成工件傳送系統。當上級工作站加工好工件后，PLC發出啟動傳送帶的指令，傳送帶接收到信號后，便開始運行，將工件源源不斷的輸送至傳送帶末端。工業機器人為識別工件和碼垛的核心控制器件，本文采用ABB公司生產的機器人。碼垛臺主要用于堆放工件，當工件碼放好以后，由叉車或者AGV小車再運送至指定地方。

本設計中主要采用了兩種類型的傳感器，分別是光電傳感器和色標傳感器。光電傳感器在本設計中主要用于位置檢測。光電傳感器1用于檢測工件有沒有到達傳送帶末端；光電傳感器2用于檢測工件有沒有放置到色標傳感器前方。色標傳感器主要用于識別工件的顏色。當色標傳感器識別了工件的顏色后，將信號傳遞給工業機器人，工業機器人再根據識別的顏色去碼放工件。本文采用日本某公司生產的NPN型LX-111簡易式色標傳感器，該傳感器共有四根輸出引出線，分別是棕色、藍色、黑色和粉紅色。棕色線為電源線，接24V電源的正極，藍色線也為電源線，接24V電源的負極，黑色線為輸出信號線，接工業機器人的輸入端口，粉紅色線為傳感器模式工作設置線。該傳感器有兩種工作模式，分別是色標模式和彩色模式，模式切換主要由硬件接線決定，當傳感器的粉紅色引線與電源的負極相連時，傳感器為色標模式下；當傳感器的粉紅色引出線與電源正極相連通時，傳感器為彩色模式。當需要從多種顏色中識別出指定顏色時，則需要把傳感器設置成彩色模式；當僅僅只需要識別兩種顏色時，則需要把傳感器設置成色標模式。本案例中只有藍色和黃色兩種工件，故將傳感器設置成色標模式。

碼垛系統由工業機器人來控制完成。系統采用型號為DSQC652的ABB輸入輸出通信板，該通信板可以提供16個輸入信號端口，16個輸出信號端口。色標傳感器和2個做位置檢測用的光電傳感器都是通過DSQC652輸入輸出通信板接入系統的。具體接線圖如圖2所示。

圖2 工業機器人硬件接線圖

2 控制系統設計

2.1 系統工藝流程介紹

當上級工作站將加工好的黃綠兩種顏色的工件隨即放到傳送帶上后，傳送帶啟動，利用傳送帶與工件之間的摩擦力將工件傳送至傳送帶末端。放置于傳送帶末端的光電傳感器1檢測到工件后，將信號傳遞給機器人，機器人接收到信號后，便執行夾取工件動作。工件被夾取后，需要判斷顏色才可以碼垛，因此，需要機器人將工件夾放至檢測顏色位置處檢測。當工件顏色被識別后，機器人便可以將工件按照顏色來碼垛了。

2.2 色標傳感器簡介

2.2.1 色標傳感器示教顏色方法介紹

在進行示教前，需要確認傳感器硬件接線無誤，且粉紅色線與直流電源負極相連。將待檢測物體A放置于色標傳感器前，按傳感器上的ON鍵，LED燈開始閃爍，傳感器學習并記錄物體顏色的相關信息；對著待檢測物體B按下傳感器上的OFF鍵，LED燈熄滅，則傳感器設置完成。設置完成后需要校驗，校驗的方法也很簡單，把待檢測物體A放置于傳感器前，傳感器輸出指示燈亮；把待檢測物體B放置于傳感器前，傳感器輸出指示燈無變化。

2.2.2 工件顏色識別原理介紹

檢測工件顏色需要同時用到光電傳感器2和色標傳感器，當光電傳感器2有信號輸出時，說明檢測位置處有工件；當色標傳感器示教的顏色為黃色時，如果色標傳感器有信號輸出，則說明檢測位置處放置的工件是黃色工件，如果色標傳感器沒有信號輸出，則說明檢測位置處放置的工件是藍色工件。

2.3 控制系統程序設計

控制系統采用分散控制模式（DCS），主要由傳送模塊和碼垛模塊組成。

2.3.1 傳送模塊程序設計

傳送模塊由PLC和傳送帶組成，其中，PLC為系統的控制器件，傳送帶為系統的控制對象。根據工藝流程分析，傳送帶的啟?？刂瞥绦蛉鐖D3所示，X0為傳送帶啟動按鈕，X1為傳送帶停止按鈕，Y0位傳送帶啟停信號。如果為了使傳送帶控制更加智能，可以在傳送帶入口處安裝一個光電傳感器來替代按鈕開關X0。

2.3.2 碼垛模塊程序設計

圖3 傳送帶控制程序

碼垛模塊由工業機器人、傳感器以及碼垛臺構成，其中工業機器人為系統的核心控制器件。根據工藝流程分析，碼垛模塊程序由1個主程序和5個子程序組成，5個子程序分別是系統初始化程序、工件夾取程序、顏色檢測程序、藍色工件碼垛程序和黃色工件碼垛程序。工業機器人上電運行后，系統便運行初始化程序，初始化程序包括機器人位姿初始化、夾爪初始化、計數器變量初始化以及系統自檢等。當工件被傳送帶傳送到末端后，放置于傳送帶末端的光電傳感器1檢測到信號后，便將信號傳遞給工業機器人，工業機器人接收到信號后，開始執行工件夾取程序。工件夾取程序執行完后，就需要判斷工件的顏色。工業機器人將夾取到的工件夾放至顏色檢測處，若光電傳感器2檢測到有信號則說明待識別顏色的工件已經夾放到顏色檢測處了，如果色標傳感器輸出信號為1，則說明夾放至顏色檢測處的工件為藍色，若光電傳感器2有信號輸出，而色標傳感器沒有輸出信號，則說明夾放至顏色檢測處的工件為黃色（此處以色標傳感器示教的顏色是藍色為例來做說明）。工件顏色識別后便可以碼垛了。程序流程圖設計如圖4所示。

圖4 程序流程圖

3 總結

本系統采用分散控制（DCS）的方式設計，利用PLC控制傳送帶的啟停，實現了工件的傳送，通過在工業機器人上安裝色標傳感器和光電傳感器的方式實現了工業機器人對不同顏色工件的識別與碼垛。本設計在一定程度上弱化了PLC對系統的控制功能，提升了工業機器人在系統中的應用水平。在使用本系統的時候，可以根據實際需要，選擇合適的傳感器來實現不同材質工件的識別與碼垛，也可以增加色標傳感器來實現更多顏色工件的識別與碼垛。