姚莉娟 盛星奎

(1、蘇州高等職業(yè)技術學校,江蘇 蘇州215000 2、蘇州長風航空電子有限公司,江蘇 蘇州215000)

1 概述

隨著中國制造2025 的到來,生產過程越來越趨向于智能化和自動化,工業(yè)機器人在智能制造各個領域的應用越來越廣泛[1],高職院校作為技能人才培養(yǎng)的搖籃更應該緊跟科技發(fā)展的步伐,將最先進、最前沿的技術傳授給學生以滿足社會對于技術人才的需求。本文主要對基于ABB 機器人工作站的碼垛工藝進行設計研究,從多角度探討碼垛機器人的發(fā)展趨勢[2],并從專業(yè)需求出發(fā),立足于日常教學,設計應用于不同生產場合的碼垛工藝流程。

2 碼垛系統(tǒng)概述

工業(yè)機器人碼垛在工業(yè)生產搬運和碼垛作業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用,擔任著提高生產效率、降低成本和解放勞動力的重要角色。在批量小品種多的應用場景,需要碼垛工藝適應性強和柔性好,碼垛作業(yè)貫穿產品加工、包裝[2]、儲存及運輸等的整個生產作業(yè)流程中,因此需要碼垛工藝適應環(huán)境能力強,以滿足不同生產過程的需求?；贏BB 機器人工作站的碼垛系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 基于ABB 工業(yè)機器人工作站的碼垛系統(tǒng)結構圖

該碼垛系統(tǒng)主要包括ABB 機器人控制器、碼垛平臺A——取垛平臺、碼垛平臺B——放垛平臺、西門子S7-200 Smart PLC以及威綸通觸摸屏等。根據碼垛工藝功能需求,選擇相應的組件進行參數設定及程序編輯,實現觸摸屏與PLC[3]以及機器人控制柜三者之間的數據傳輸,首先威綸通觸摸屏將數據信息傳送給S7-200 Smart PLC,PLC 接收相應數據信息并將其發(fā)送給ABB 機器人控制柜,機器人也會將其輸出信號傳送給PLC,作為其輸入信號。

3 碼垛工藝設計

3.1 簡單功能碼垛工藝設計

3.1.1 垛型設計

在一些流程簡單、工藝要求較低的生產過程中,碼垛工藝[4]要求只需要操作機器人從碼垛平臺A 固定位置抓取物料然后按照固定樣式放置在碼垛平臺B 上,常用的設計方法有兩種,第一是離線編程、第二是在線編程,這兩種方法都需要進行在線示教。在線編程是目前實際生產中應用較廣的編程方式,它能夠根據生產現場需求進行及時調整,具有很強的靈活性,本文主要對在線編程方法進行研究介紹,垛型設計以一字垛和三花垛為例,如圖2、圖3 所示,圖2 為一字垛型,圖3 為三花垛型。

圖2 一字垛型

圖3 三花垛型

3.1.2 流程設計

一字垛工藝和三花垛工藝任務過程類似,唯一不同是碼垛垛型要求,根據不同的生產要求相應的碼垛類型,首先開啟工作站,啟動ABB 工業(yè)機器人[5],機器人從設定的原點出發(fā)拾取夾爪工具,然后利用夾爪工具從碼垛平臺A 夾取所需的垛料塊按照垛型要求依次放置到碼垛平臺B 上,完成垛型要求后機器人將夾爪工具放回工具架,機器人回到原點位置等待下一步命令。

3.2 復雜功能碼垛工藝設計

復雜功能碼垛工藝與簡單功能碼垛工藝相似,其在簡單碼垛工藝基礎上加入首先加入計時功能模塊[4],然后在此基礎上添加碼垛順序選項模塊,這些功能實現的關鍵在于工業(yè)機器人控制器、觸摸屏、PLC 三者之間的通訊[6,7]。

3.2.1 碼垛計時功能

碼垛計時功能需要設置觸摸屏虛擬按鈕地址為M12.0,對應的PLC 地址為Q12.0,對應的機器人輸入地址為DI_0,觸摸屏和PLC 中計時器地址為T10,對應的輸入輸出信號如表1 所示。

表1 機器人與PLC 對應輸入輸出信號表

碼垛開始前,需按下觸摸屏上的運行按鈕M12.0 給PLC 發(fā)送相應命令,PLC 接收到該命令之后相應輸出信號Q12.0 閉合然后將數據傳遞到機器人控制器使得輸入信號DI_0 為1,機器人開始運行,同時計時器T10 開始計時,觸摸屏界面顯示計時時間,機器人計時停止,最終完成帶計時功能的機器人碼垛任務流程。

3.2.2 碼垛順序選擇功能

在帶有碼垛計時功能的基礎上增加碼垛順序選擇功能,在觸摸屏中添加項目選單,選擇碼垛順序,對應的輸入輸出信號如表2 所示。

表2 機器人與PLC 對應輸入輸出信號表

碼垛功能畫面如圖4 所示,包括運行按鈕、碼垛時間以及碼垛方式等功能。

在觸摸屏上通過項目選單選擇碼垛方式,地址VB210 獲取相應數值,將其值傳遞給PLC,Q12.1～Q12.3 對應變量輸出,以此確認碼垛方式,PLC 將其輸出與機器人的輸入DI_1～DI_3 相對應,機器人獲取垛型信息,然后按下運行按鈕,機器人開始執(zhí)行命令,碼垛計時開始,直至完成碼垛任務。[8]

圖4 碼垛功能畫面

4 結論

本文以ABB 機器人工作站基礎,通過研究碼垛工藝不同的設計方法,即簡單功能碼垛工藝設計和復雜功能碼垛工藝設計,簡單功能碼垛工藝設計包括垛型及流程設計,復雜功能碼垛工藝設計包括碼垛計時功能和碼垛順序選擇功能,從而能夠滿足不同生產過程需求,提高碼垛工藝的適應性和穩(wěn)定性,對提高生產效率具有重要意義。