劉華鋒

（廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院，廣東 佛山 528216）

隨著“工業(yè)4.0”技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù)也得到了越來(lái)越多人的關(guān)注。工業(yè)機(jī)器人作為智能制造業(yè)中不可或缺的裝備，在智能制造行業(yè)中扮演的角色也越來(lái)越重要，從某種意義上講，工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用水平也間接的反應(yīng)了智能制造技術(shù)的發(fā)展水平。目前，工業(yè)機(jī)器人被廣泛的應(yīng)用在一些重復(fù)性操作、技術(shù)含量低、現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境惡劣等崗位，工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用主要集中在機(jī)床上下料、搬運(yùn)（碼垛）、裝配、電焊、噴涂等領(lǐng)域。由于工業(yè)機(jī)器人的引入，不僅節(jié)省了人工成本，提升了企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)的水平，同時(shí)也為企業(yè)向智能制造方向的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

本文采用分散控制系統(tǒng)（DCS）的方式來(lái)設(shè)計(jì)，即采用PLC和工業(yè)機(jī)器人來(lái)分別控制系統(tǒng)中的不同模塊，最終完成工件的識(shí)別與碼垛。具體控制方式為PLC控制傳送帶的啟停，工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)不同顏色工件的識(shí)別與碼垛。

1 分揀系統(tǒng)硬件介紹

系統(tǒng)硬件組成如圖1所示，分揀系統(tǒng)由PLC、傳送帶、工業(yè)機(jī)器人、碼垛臺(tái)以及傳感器組成。

圖1 分揀系統(tǒng)示意圖

PLC和傳送帶構(gòu)成工件傳送系統(tǒng)。當(dāng)上級(jí)工作站加工好工件后，PLC發(fā)出啟動(dòng)傳送帶的指令，傳送帶接收到信號(hào)后，便開(kāi)始運(yùn)行，將工件源源不斷的輸送至傳送帶末端。工業(yè)機(jī)器人為識(shí)別工件和碼垛的核心控制器件，本文采用ABB公司生產(chǎn)的機(jī)器人。碼垛臺(tái)主要用于堆放工件，當(dāng)工件碼放好以后，由叉車或者AGV小車再運(yùn)送至指定地方。

本設(shè)計(jì)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(biāo)傳感器。光電傳感器在本設(shè)計(jì)中主要用于位置檢測(cè)。光電傳感器1用于檢測(cè)工件有沒(méi)有到達(dá)傳送帶末端；光電傳感器2用于檢測(cè)工件有沒(méi)有放置到色標(biāo)傳感器前方。色標(biāo)傳感器主要用于識(shí)別工件的顏色。當(dāng)色標(biāo)傳感器識(shí)別了工件的顏色后，將信號(hào)傳遞給工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人再根據(jù)識(shí)別的顏色去碼放工件。本文采用日本某公司生產(chǎn)的NPN型LX-111簡(jiǎn)易式色標(biāo)傳感器，該傳感器共有四根輸出引出線，分別是棕色、藍(lán)色、黑色和粉紅色。棕色線為電源線，接24V電源的正極，藍(lán)色線也為電源線，接24V電源的負(fù)極，黑色線為輸出信號(hào)線，接工業(yè)機(jī)器人的輸入端口，粉紅色線為傳感器模式工作設(shè)置線。該傳感器有兩種工作模式，分別是色標(biāo)模式和彩色模式，模式切換主要由硬件接線決定，當(dāng)傳感器的粉紅色引線與電源的負(fù)極相連時(shí)，傳感器為色標(biāo)模式下；當(dāng)傳感器的粉紅色引出線與電源正極相連通時(shí)，傳感器為彩色模式。當(dāng)需要從多種顏色中識(shí)別出指定顏色時(shí)，則需要把傳感器設(shè)置成彩色模式；當(dāng)僅僅只需要識(shí)別兩種顏色時(shí)，則需要把傳感器設(shè)置成色標(biāo)模式。本案例中只有藍(lán)色和黃色兩種工件，故將傳感器設(shè)置成色標(biāo)模式。

碼垛系統(tǒng)由工業(yè)機(jī)器人來(lái)控制完成。系統(tǒng)采用型號(hào)為DSQC652的ABB輸入輸出通信板，該通信板可以提供16個(gè)輸入信號(hào)端口，16個(gè)輸出信號(hào)端口。色標(biāo)傳感器和2個(gè)做位置檢測(cè)用的光電傳感器都是通過(guò)DSQC652輸入輸出通信板接入系統(tǒng)的。具體接線圖如圖2所示。

圖2 工業(yè)機(jī)器人硬件接線圖

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)工藝流程介紹

當(dāng)上級(jí)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(dòng)，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(cè)到工件后，將信號(hào)傳遞給機(jī)器人，機(jī)器人接收到信號(hào)后，便執(zhí)行夾取工件動(dòng)作。工件被夾取后，需要判斷顏色才可以碼垛，因此，需要機(jī)器人將工件夾放至檢測(cè)顏色位置處檢測(cè)。當(dāng)工件顏色被識(shí)別后，機(jī)器人便可以將工件按照顏色來(lái)碼垛了。

2.2 色標(biāo)傳感器簡(jiǎn)介

2.2.1 色標(biāo)傳感器示教顏色方法介紹

在進(jìn)行示教前，需要確認(rèn)傳感器硬件接線無(wú)誤，且粉紅色線與直流電源負(fù)極相連。將待檢測(cè)物體A放置于色標(biāo)傳感器前，按傳感器上的ON鍵，LED燈開(kāi)始閃爍，傳感器學(xué)習(xí)并記錄物體顏色的相關(guān)信息；對(duì)著待檢測(cè)物體B按下傳感器上的OFF鍵，LED燈熄滅，則傳感器設(shè)置完成。設(shè)置完成后需要校驗(yàn)，校驗(yàn)的方法也很簡(jiǎn)單，把待檢測(cè)物體A放置于傳感器前，傳感器輸出指示燈亮；把待檢測(cè)物體B放置于傳感器前，傳感器輸出指示燈無(wú)變化。

2.2.2 工件顏色識(shí)別原理介紹

檢測(cè)工件顏色需要同時(shí)用到光電傳感器2和色標(biāo)傳感器，當(dāng)光電傳感器2有信號(hào)輸出時(shí)，說(shuō)明檢測(cè)位置處有工件；當(dāng)色標(biāo)傳感器示教的顏色為黃色時(shí)，如果色標(biāo)傳感器有信號(hào)輸出，則說(shuō)明檢測(cè)位置處放置的工件是黃色工件，如果色標(biāo)傳感器沒(méi)有信號(hào)輸出，則說(shuō)明檢測(cè)位置處放置的工件是藍(lán)色工件。

2.3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)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(shè)計(jì)

傳送模塊由PLC和傳送帶組成，其中，PLC為系統(tǒng)的控制器件，傳送帶為系統(tǒng)的控制對(duì)象。根據(jù)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(dòng)按鈕，X1為傳送帶停止按鈕，Y0位傳送帶啟停信號(hào)。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(gè)光電傳感器來(lái)替代按鈕開(kāi)關(guān)X0。

2.3.2 碼垛模塊程序設(shè)計(jì)

圖3 傳送帶控制程序

碼垛模塊由工業(yè)機(jī)器人、傳感器以及碼垛臺(tái)構(gòu)成，其中工業(yè)機(jī)器人為系統(tǒng)的核心控制器件。根據(jù)工藝流程分析，碼垛模塊程序由1個(gè)主程序和5個(gè)子程序組成，5個(gè)子程序分別是系統(tǒng)初始化程序、工件夾取程序、顏色檢測(cè)程序、藍(lán)色工件碼垛程序和黃色工件碼垛程序。工業(yè)機(jī)器人上電運(yùn)行后，系統(tǒng)便運(yùn)行初始化程序，初始化程序包括機(jī)器人位姿初始化、夾爪初始化、計(jì)數(shù)器變量初始化以及系統(tǒng)自檢等。當(dāng)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(cè)到信號(hào)后，便將信號(hào)傳遞給工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人接收到信號(hào)后，開(kāi)始執(zhí)行工件夾取程序。工件夾取程序執(zhí)行完后，就需要判斷工件的顏色。工業(yè)機(jī)器人將夾取到的工件夾放至顏色檢測(cè)處，若光電傳感器2檢測(cè)到有信號(hào)則說(shuō)明待識(shí)別顏色的工件已經(jīng)夾放到顏色檢測(cè)處了，如果色標(biāo)傳感器輸出信號(hào)為1，則說(shuō)明夾放至顏色檢測(cè)處的工件為藍(lán)色，若光電傳感器2有信號(hào)輸出，而色標(biāo)傳感器沒(méi)有輸出信號(hào)，則說(shuō)明夾放至顏色檢測(cè)處的工件為黃色（此處以色標(biāo)傳感器示教的顏色是藍(lán)色為例來(lái)做說(shuō)明）。工件顏色識(shí)別后便可以碼垛了。程序流程圖設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 程序流程圖

3 總結(jié)

本系統(tǒng)采用分散控制（DCS）的方式設(shè)計(jì)，利用PLC控制傳送帶的啟停，實(shí)現(xiàn)了工件的傳送，通過(guò)在工業(yè)機(jī)器人上安裝色標(biāo)傳感器和光電傳感器的方式實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人對(duì)不同顏色工件的識(shí)別與碼垛。本設(shè)計(jì)在一定程度上弱化了PLC對(duì)系統(tǒng)的控制功能，提升了工業(yè)機(jī)器人在系統(tǒng)中的應(yīng)用水平。在使用本系統(tǒng)的時(shí)候，可以根據(jù)實(shí)際需要，選擇合適的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)不同材質(zhì)工件的識(shí)別與碼垛，也可以增加色標(biāo)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)更多顏色工件的識(shí)別與碼垛。