雷豐順

摘要：目前國內(nèi)空調(diào)行業(yè)壓縮機的搬運堆垛，由于工序復(fù)雜，基本都是人工搬運堆垛。在“機器換人”的大趨勢下，如何用機器人來實現(xiàn)全自動搬運堆垛是自動控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。本文介紹了一種利用機器人配合伺服夾具和視覺來實現(xiàn)針對空調(diào)壓縮機搬運堆垛全自動化生產(chǎn)的方法，重點闡述了其工藝控制原理，伺服控制以及機器人和PLC的程序設(shè)計。

關(guān)鍵詞：機器人；伺服夾具；壓縮機；PLC

1引言

在生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量并舉的今天，空調(diào)壓縮機仍然采用人工搬運，勞動量大，工時多，無法保證碼垛質(zhì)量。同時行業(yè)“用工荒”、“高成本”等因素交織疊加在一起，壓縮了企業(yè)的盈利空間。促使企業(yè)在轉(zhuǎn)型升級中尋找新出路，市場將重新洗牌。“機器換人”已是大勢所趨。針對企業(yè)的需求，設(shè)計了一套伺服驅(qū)動的夾具，通過Profibus DP總線與機器人，視覺進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)壓縮機的高速精確堆垛的控制系統(tǒng)。

2硬件配置及控制思路

2.1硬件配置

電氣控制硬件配置如圖1所示，機器人選用的是ABB IRB6640-235。夾具由三臺Bonfiglioli的伺服驅(qū)動器和伺服電機及兩臺用變頻器驅(qū)動的普通電機以及氣缸組成，另外采用基恩士的視覺數(shù)據(jù)采集進(jìn)行精確定位，可編程控制器采用西門子$7317-2 PN/DP雙以太網(wǎng)帶DP接口，人機界面采用西門子的MP277系列10英寸TFT液晶顯示觸摸屏。編程軟件采用STEP7 V5.5版本和Wincc Flexible 2008 SP4版本。觸摸屏和PLC之間的通訊采用SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)形式，PLC與SEW伺服驅(qū)動之間采用profibus DP總線通訊方式，基恩士視覺和PLC之間采用profinet實時以太網(wǎng)的通訊方式。

2.2控制思路

空調(diào)壓縮機的堆垛工藝要求先搬運一個木底托板到搬運位置，再取一個底層定位泡沫放置在木托板上面。再從傳輸帶上把壓縮機一個一個搬運到泡沫固定孔，一層堆10到30個，第一層堆好后，再取一塊中間層的定位泡沫套在第一層上面，再從傳輸帶上把壓縮機一個一個搬運到第二層的泡沫固定孔，第二層堆完后，再取一個頂部的泡沫放上去。根據(jù)工藝要求，設(shè)計的夾具上的伺服驅(qū)動由三部分組成，兩個旋轉(zhuǎn)伺服進(jìn)行壓縮機角度的控制，一個平移驅(qū)動控制兩個壓縮機間的間距。每個旋轉(zhuǎn)伺服下端配氣缸，控制壓縮機的抓取和放置。通過左右兩側(cè)的變頻驅(qū)動控制勾板機構(gòu)對木托板和泡沫板進(jìn)行抓取好放置。與控制相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸至觸摸屏顯示。并將控制參數(shù)做成配方。通過建立不同的配方參數(shù)給不同型號的產(chǎn)品，從而實現(xiàn)一鍵切換，快速更換不同型號產(chǎn)品生產(chǎn)。

3定位控制計算原理

3.1基本數(shù)據(jù)和計算公式

兩個壓縮機的間距是靠平移伺服驅(qū)動實現(xiàn)的。采用絕對位移的線性運動，下面是一些關(guān)鍵參數(shù)的計算。

外部軸一個周期是：25mm

要求的精度是：±1/100mm

脈沖當(dāng)量△S=25mm/（1/100mm）=2500，即1unit=0.01mm

設(shè)置參數(shù)1115Feed Constant為2500

速比

把參數(shù)1116設(shè)定為100，參數(shù)1117設(shè)定為1975

抓取和放置壓縮機的角度是通過兩個旋轉(zhuǎn)伺服進(jìn)行精確定位的，360°一個周期，要求的精度是：±1/10°

脈沖當(dāng)量，把參數(shù)1115設(shè)置為3600

速比

把參數(shù)1116設(shè)定為245，參數(shù)1117設(shè)定為18

機器人與PLC通過Profibus DP通訊實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互實現(xiàn)夾具位置的控制。這里采用視覺在抓取前，先拍照，計算出與參考位置的角度和，X，Y，Z的位置值。通過Profinet以太網(wǎng)實時發(fā)給PLC，PLC處理完數(shù)據(jù)再發(fā)給機器人和伺服，依據(jù)上述位置數(shù)據(jù)調(diào)整到正確的位置。4定位控制的軟件設(shè)計

4.1機器人主要參數(shù)設(shè)置

下面列出的是一些機器人交互的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

通道參數(shù)：-Name"FUNCTION"-SignalType"GI"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"224-239"

抓取點X坐標(biāo)：-Name"PICK_X"-SignalType"GI"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"416-431"

抓取點Y坐標(biāo)：-Name"PICK_Y"-SignalType"GI"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap“432-447”

抓取點Z坐標(biāo)：-Name"PICK_Z"-SignalType"GI"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"304-319"

機器人姿態(tài)：-Name"PostureNUM"-SignalType"GI"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"96-111"

驅(qū)動伺服信號：-Name"Q_SERVOPOS"-SignalType"DO"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"22"

旋轉(zhuǎn)伺服1位置：-Name"T1_SERVOPOS"-SignalType"DO"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"320-335"

旋轉(zhuǎn)伺服2位置：-Name"T2_SERVOPOS"-SignalType"DO"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"336-351"

平移伺服位置：-Name"T2_SERVOPOS"-SignalType"DO"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"352-367"

設(shè)置通訊方式為DP，地址為4：-Name"PROFIBUS4"-UnitType"DP_SLAVE_FA"-Bus"Profibus_FAl"-PB-Address 4

設(shè)置工具坐標(biāo)：TASK PERS tooldata tGripper：=[TRUE，[[0，0，950]，[1.0，0，0]]，[130，[0，0，250]，[1，0，0，0]，0，0，0]]

設(shè)置負(fù)載參數(shù)：TASK PERS loaddata IBOX：=[40，[0，0，800]，[1，0，0，0]，0，0，0]

4.2PLC程序設(shè)計

控制系統(tǒng)以PLC做主站，包含機器人，視覺，旋轉(zhuǎn)伺服1，旋轉(zhuǎn)伺服2和平移伺服共5個從站。

通過PQ和PI指令，實現(xiàn)從站和PLC主站之間的數(shù)據(jù)交互。

下面以從站伺服旋轉(zhuǎn)1為例給出交互數(shù)據(jù)的程序。伺服的P01通道設(shè)定為控制字2，P02通道設(shè)定為速度值，P03設(shè)定為位置，P11通道設(shè)為狀態(tài)字，P12通道設(shè)為實際位置，下面是伺服通道與PLC地址映射的程序。

LMW100//控制字，通過不同的位，進(jìn)行邏輯編程，實現(xiàn)控制伺服

TPQW100//對應(yīng)伺服的P01通道

LMWl02//速度，PLC給伺服的運行速度

TPQW10//對應(yīng)伺服的P02通道

LMD10//位置，PLC給伺服的位置

TPQD104//對應(yīng)伺服的P03通道

LPIW100//伺服的狀態(tài)，對應(yīng)伺服的P11

TMW120//將讀出的狀態(tài)，寄存到MW120

LPID104//對應(yīng)伺服的P12，伺服的當(dāng)前位置值

TMD130//將伺服的當(dāng)前位置值寄存到MD130

在對機器人進(jìn)行配置時，使用16位（一個字）進(jìn)行通訊，西門子一個字中的兩個字節(jié)要倒轉(zhuǎn)一下。高字節(jié)變成低字節(jié)。這里以機器人的X坐標(biāo)通訊程序為例。

LMB300//PLC發(fā)給機器人的X坐標(biāo)值的低8位

TPQB301//對應(yīng)機器人X坐標(biāo)值通道的高8位

LMB301//PLC發(fā)給機器人的X坐標(biāo)值的高8位

TPQB300//對應(yīng)機器人×坐標(biāo)值通道的低8位

5結(jié)語

該套控制系統(tǒng)經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，已經(jīng)在格力空調(diào)投入使用，在實際生產(chǎn)中經(jīng)過了嚴(yán)格的驗證，精度控制在毫米級，精簡了企業(yè)的用工，簡化了企業(yè)的管理，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低了耗材的損耗，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，解決了壓縮機生產(chǎn)中的一大瓶頸。

參考文獻(xiàn)：

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