基于ABB機器人的搬運分揀教學(xué)實驗臺的開發(fā)與設(shè)計

沈燦鋼

（江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 江陰 214405）

0 引 言

機器人是智能制造車間必不可少的基礎(chǔ)裝備，為了提升勞動生產(chǎn)率，節(jié)約人力成本，降低在搬運過程中產(chǎn)品的破損率，確保效益，現(xiàn)代生產(chǎn)最大化地利用了工業(yè)機器人來進(jìn)行搬運工作[1]。

本文研究設(shè)計了一種搬運機器人實訓(xùn)平臺，該實訓(xùn)平臺系統(tǒng)采用對物體材質(zhì)、顏色進(jìn)行識別的傳感器，經(jīng)過傳感器的識別，由機器人將物品放置到不同的位置。本設(shè)計將著重對此臺搬運機器人實驗臺的硬件進(jìn)行介紹，以及其傳送帶與傳感器的PLC程序設(shè)計和機器人示教器內(nèi)的程序設(shè)計。

1 機器人搬運教學(xué)實驗臺設(shè)計方案

1.1 系統(tǒng)功能描述

本文設(shè)計的搬運機器人實驗臺的工作流程：采用氣動控制供料機構(gòu)將物料推送到傳送帶上，當(dāng)物料經(jīng)過傳感器時進(jìn)行材質(zhì)與顏色的判斷，待物料到達(dá)夾料位置后，傳送帶停止[2]。由ABB機器人手臂夾取物料，通過材質(zhì)與顏色的區(qū)分，放置到不同的物料槽內(nèi)。

1.2 總體方案設(shè)計

系統(tǒng)硬件組成包括實訓(xùn)桌、供料機構(gòu)、直線傳送帶、IRB 120工業(yè)機器人、倉儲單元、氣源及氣路、PLC控制器、示教器、HMI觸摸屏、傳感器以及電氣元件、透明安全防護(hù)板。

控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，實驗臺外觀如圖2所示。

圖1 控制系統(tǒng)框圖

圖2 搬運機器人實驗臺外觀

1.3 供料機構(gòu)

供料機構(gòu)的功能就是向其他單元提供物料。在設(shè)備上電后，檢測落料的傳感器檢測到有物料時，頂料氣缸伸出，將物料頂住，以防掉落。接著推料氣缸伸出，將物料推至傳送帶上，由輸送單元進(jìn)行接下來的操作[3]。供料機構(gòu)如圖3所示。

圖3 供料機構(gòu)實物

1.4 直線輸送機構(gòu)

直線輸送單元就是將供料機構(gòu)推出的物料，輸送到傳送帶的末端，在經(jīng)過傳送帶上的2個傳感器時對物料的材質(zhì)與顏色進(jìn)行分辨，以便于下一步操作，到達(dá)末端時傳送帶電機停止等待下一步操作，由變頻器驅(qū)動輸送單元。直線輸送單元如圖4所示。

圖4 直線輸送單元實物

1.5 工業(yè)ABB六自由度機器人

本設(shè)計采用IRB 120型號的ABB工業(yè)機器人，當(dāng)物料到達(dá)傳送帶的末端時機器人夾取物料，根據(jù)傳感器分辨的結(jié)果，將金屬物料和白色物料放入各自的倉儲單元[4]。ABB IRB 120機器人如圖5所示。

圖5 ABB IRB 120機器人

1.6 PLC與觸摸屏

本系統(tǒng)選用西門子S7-226PLC，采用外部供電的方式為PLC、傳感器、氣缸、變頻器等供電。變頻器選用三菱D-700型。PLC控制系統(tǒng)如圖6所示，選用的觸摸屏為MCGS TPC7062KS，它可以實現(xiàn)人機界面數(shù)據(jù)交互[5]。

圖6 PLC控制系統(tǒng)

2 軟件設(shè)計及調(diào)試

2.1 程序控制流程

上電后，機器人處于自動模式狀態(tài)，PLC控制復(fù)位，系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒等待啟動信號。按下啟動按鈕，供料機構(gòu)開始運行，頂料和推料氣缸協(xié)同工作，由氣缸磁性開關(guān)檢測位置。供料機構(gòu)把物料推到傳送帶上后，將物料輸送到傳送帶末端[6]。在傳送帶輸送過程中，金屬檢測傳感器和白色物料檢測傳感器對物料進(jìn)行分辨。當(dāng)夾料位置的傳感器檢測到物料已到達(dá)位置后，PLC向機器人發(fā)送夾料信號以及物料識別結(jié)果信號[7]。機器人移動到夾料位置對物料進(jìn)行夾取，按照物料的類別將物料放置到各自的放料槽，搬運工作完成后機器人回到原點。PLC流程如圖7所示。

圖7 PLC流程

2.2 分揀控制程序

機器人按照傳感器的分辨進(jìn)行不同位置的放料。當(dāng)機器人電機上電后，物料被傳送到傳送帶末端，夾料位置檢測到物料，夾料位置產(chǎn)生信號，如檢測物料為金屬物料，機器人將物料放置到金屬物料放料槽；如果是白色物料，則機器人將物料放置到白色物料放料槽[8]。部分分揀程序如圖8所示。

圖8 部分分揀程序

2.3 ABB機器人程序

機器人程序使用示教器編寫，如下是機器人程序的一部分，采用if語句編寫傳感器判斷為金屬物料的情況下機器人夾取物料的程序：

3 運行調(diào)試

3.1 PLC與機器人程序的單獨調(diào)試

首先是機器人程序的調(diào)試，將機器人控制柜上的機器人模式開關(guān)打到手動狀態(tài)，先進(jìn)行機器人程序的單步運行，觀察各點的示教位置是否準(zhǔn)確，是否有碰撞，然后進(jìn)行全速運行調(diào)試，檢驗機器人運行過程是否順暢[9]。經(jīng)調(diào)試，在機器人和PLC單獨運行時，傳送帶系統(tǒng)和機器人搬運入庫都能順利完成，系統(tǒng)運行正常，未出現(xiàn)碰撞。

3.2 自動狀態(tài)下聯(lián)機調(diào)試

將機器人控制柜上的機器人模式開關(guān)打到自動狀態(tài)，再將PLC程序進(jìn)行聯(lián)機調(diào)試。這時出現(xiàn)了一個小問題，在運行過程中，如果暫停，機器人將無法再次啟動。經(jīng)過測試分析，發(fā)現(xiàn)在暫停之后機器人電機無法自動上電，需要手動將機器人控制柜電機上電按鈕按下，才可讓機器人電機再次上電。重新優(yōu)化控制程序，再次進(jìn)行聯(lián)機調(diào)試，完成了聯(lián)機自動運行，運行時實訓(xùn)裝置各系統(tǒng)銜接順暢，機器人搬運入庫工作均在防護(hù)板范圍內(nèi)[10]。自動運行時觸摸屏界面如圖9所示。

4 結(jié) 語

本項目從工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)教學(xué)需求出發(fā)，結(jié)合機電技術(shù)、機器人應(yīng)用技術(shù)、PLC控制技術(shù)、組態(tài)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、氣動控制，開發(fā)設(shè)計了一套工業(yè)機器人搬運教學(xué)試驗臺。采用主流ABB小型機器人作為示教編程對象，選用常見的西門子S7-200 PLC和MCGS觸摸屏，方便學(xué)生上手編程和系統(tǒng)集成[11-12]。本實驗平臺在投入教學(xué)后，學(xué)生和教師反饋情況良好，學(xué)生能在機器人專業(yè)課程中很好的銜接電氣控制和PLC氣動控制技術(shù)，本文設(shè)計的ABB機器人搬運教學(xué)實驗臺適合“工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)”和“工業(yè)機器人典型應(yīng)用”的課程教學(xué)。