嚴(yán)偉
(湖南省工業(yè)技師學(xué)院,湖南岳陽(yáng),414000)
碼垛機(jī)器人由于占地面積小,工作到達(dá)區(qū)域大,碼放精度高,故障率低,可以大幅度提高生產(chǎn)效率,減少人力投入,節(jié)約生產(chǎn)成本,可以很好的解決包裝生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種各樣的問(wèn)題,使得在實(shí)際生產(chǎn)中得到大量使用[1]。
現(xiàn)實(shí)的工作環(huán)境是要從傳送鏈上把箱體搬運(yùn)并碼放到托盤(pán)上,每個(gè)托盤(pán)上碼放5×2的箱體,第一層和第二層的碼放的形式如圖1所示。箱體的尺寸為0.6m×0.35m×0.2m,碼垛工作區(qū)間為0.8m×0.8m×0.3m。托盤(pán)的尺寸為1.7m×1.3m,承重約為1噸。要求箱體之間的誤差不能超過(guò)±6mm,每小時(shí)完成400箱的碼垛。
根據(jù)現(xiàn)實(shí)的工作要求,選擇市場(chǎng)上速度最快,距離可達(dá)到2.4米,最精確,精簡(jiǎn)度高,防護(hù)等級(jí)高,占地面積減少20%的機(jī)器人IRB 460[2]。箱體是固體,而且是固定尺寸。再根據(jù)抓取型抓手的特點(diǎn)是用于固體工件,最適合于固定尺寸的箱類(lèi),所以選擇抓取型抓手[3]。
根據(jù)前面的選型,在Robotstudio仿真軟件ABB模型庫(kù)中選擇IRB 460,根據(jù)箱體尺寸的要求,利用三維建模軟件(SW)設(shè)計(jì)抓手模型、托盤(pán)及底座,如圖2所示。托盤(pán)使得箱體平穩(wěn)碼放,底座使叉車(chē)能夠快速叉出。
圖2 仿真模型
第一步是模型的導(dǎo)入及布局:①導(dǎo)入模型并設(shè)定位置,②創(chuàng)建機(jī)器人系統(tǒng);第二步是工件的紋理貼圖:①工件貼圖,②設(shè)定紋理坐標(biāo),③將工件保存為庫(kù)文件;第三步是用Smart組件創(chuàng)建動(dòng)態(tài)輸送鏈:①設(shè)定輸送鏈產(chǎn)品源,②設(shè)定輸送鏈運(yùn)動(dòng)屬性,③設(shè)定輸送鏈限位傳感器,④創(chuàng)建屬性與連結(jié),⑤創(chuàng)建信號(hào)與連接[4];第四步是用Smart組件創(chuàng)建動(dòng)態(tài)夾具:①設(shè)定夾具屬性,②設(shè)定檢測(cè)傳感器,③設(shè)定拾取放置動(dòng)作,④創(chuàng)建屬性與連結(jié),⑤創(chuàng)建信號(hào)與連接;第五步是用Smart組件創(chuàng)建動(dòng)態(tài)叉車(chē):①創(chuàng)建叉車(chē)機(jī)械裝置,②設(shè)定叉車(chē)移動(dòng)動(dòng)作,③設(shè)定叉車(chē)拾取放置動(dòng)作,④創(chuàng)建信號(hào)與連接;第六步是配置編輯器和工作站邏輯的設(shè)定:①創(chuàng)建控制器單元和I/O信號(hào),②設(shè)定工作站邏輯;第七步是編寫(xiě)離線程序并仿真:①第一層碼垛程序的編寫(xiě),②第二層碼垛程序的編寫(xiě);第八步是機(jī)器人碼垛仿真設(shè)定與運(yùn)行:①同步到VC,②仿真順序的設(shè)定,③仿真運(yùn)行。
用Smart組件創(chuàng)建動(dòng)態(tài)輸送鏈SC_ssl、動(dòng)態(tài)抓手SC_zs、動(dòng)態(tài)叉車(chē)SC_cc,其中Source(產(chǎn)品源),每觸發(fā)一次,產(chǎn)生一個(gè)碼垛產(chǎn)品復(fù)制品。Queue(隊(duì)列),將同類(lèi)型的物體做隊(duì)列處理。LinearMover設(shè)定輸送鏈的運(yùn)動(dòng)屬性,表示運(yùn)動(dòng)的物體是隊(duì)列Queue中的物體,運(yùn)動(dòng)方向是X軸的負(fù)方向。PlaneSensor(傳感器),在輸送鏈的末端設(shè)置傳感器,以檢測(cè)箱體是否到位。LineSensor(傳感器),工具檢測(cè)傳感器,檢測(cè)抓手下是否有箱體。Attacher(拾取動(dòng)作),抓手拾取箱體。Detacher(釋放動(dòng)作),抓手把箱體釋放到托盤(pán)上。zsjj表示抓手夾緊,zsgq表示抓手鉤起。LinearMoverccxq使叉車(chē)向前移動(dòng)到托盤(pán)處,LinearMoverccht使叉車(chē)向后移動(dòng)到圍欄外,Attachercc(抬起動(dòng)作)叉車(chē)抬起托盤(pán),Detachercc(釋放動(dòng)作)叉車(chē)把托盤(pán)放下,ccxs表示叉車(chē)貨叉向上動(dòng)作,ccxx表示叉車(chē)貨叉向下動(dòng)作。
圖3 Smart組件創(chuàng)建
I/O信號(hào)是本工作站中自行創(chuàng)建的數(shù)字量信號(hào),用于與各個(gè)Smart組件進(jìn)行信號(hào)交互,I/O信號(hào)連接是指設(shè)定的I/O信號(hào)與Smart組件信號(hào)的連接關(guān)系以及各Smart組件信號(hào)之間的信號(hào)連接關(guān)系,如圖4所示。
圖4 輸送鏈、抓手、叉車(chē)I/O信號(hào)的設(shè)置
disslks信號(hào)用于啟動(dòng)Smart輸送鏈,自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)制品。產(chǎn)品源Source產(chǎn)生復(fù)制品的完成信號(hào)Executed觸發(fā)Queue組件加入隊(duì)列動(dòng)作Enqueue,復(fù)制品自動(dòng)加入隊(duì)列。復(fù)制品與輸送鏈末端的傳感器PlaneSensor接觸后SensorOut,觸發(fā) Queue退出隊(duì)列動(dòng)作 Dequeue ,輸送鏈上的的箱子停止運(yùn)動(dòng)。將傳感器PlaneSensor的輸出信號(hào)SensorOut和非門(mén)LogicGate[NOT]相連接,非門(mén)的輸出InputA變化和傳感器的輸出變化正好相反。用非門(mén)LogicGate[NOT]的輸出信號(hào)Output觸發(fā)Source的執(zhí)行Execute,即當(dāng)傳感器信號(hào)由1變0時(shí),觸發(fā)產(chǎn)品源產(chǎn)生一個(gè)復(fù)制品。doxtdw用于箱體到位檢測(cè)的輸出信號(hào)。產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)到輸送鏈末端PlaneSensor和限位傳感器接觸后SensorOut,將產(chǎn)品到位信號(hào)doxtdw設(shè)置為1。dizsjj用于啟動(dòng)抓手的夾緊動(dòng)作,用該信號(hào)觸發(fā)傳感器LineSensor開(kāi)始執(zhí)行檢測(cè),觸發(fā)夾緊動(dòng)作zsjj[0]執(zhí)行。傳感器LineSensor檢測(cè)到物體之后SensorOut觸發(fā)拾取動(dòng)作Attacher執(zhí)行Execute。 dizsgq用于啟動(dòng)抓手的鉤起動(dòng)作, dixtfj用于將碼垛好的箱子附加到托盤(pán)上,dosqwc用于機(jī)器人拾取動(dòng)作的完成信號(hào)。dicc啟動(dòng)Smart叉車(chē)。
工作站I/0信號(hào)的設(shè)置目的是把Smart組件的輸入輸出信號(hào)與機(jī)器人端的輸入輸出信號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián),即把Smart組件的輸出信號(hào)作為機(jī)器人端的輸入信號(hào),把機(jī)器人端的輸出信號(hào)作為Smart組件的輸入信號(hào),如表1所示。比如機(jī)器人端GzzSystem的箱體到位檢測(cè)輸出信號(hào)doxtdw和Smart組件的輸送鏈SC_ssl啟動(dòng)輸入信號(hào)disslks相關(guān)聯(lián);Smart組件的抓手SC_zs機(jī)器人拾取動(dòng)作的完成輸出信號(hào)dosqwc和機(jī)器人端GzzSystem的機(jī)器人拾取動(dòng)作的完成信號(hào)輸入信號(hào)disqwc相關(guān)聯(lián)。
表1 工作站I/0信號(hào)的設(shè)置
根據(jù)本文的設(shè)計(jì)方法生成了碼垛工作站整體,最后對(duì)工作站的進(jìn)行仿真。從仿真結(jié)果可以看到,完成5×2箱體碼垛,碼垛機(jī)器人需要150s,如圖5所示。從機(jī)器人將托盤(pán)裝滿(mǎn),加上用叉車(chē)將箱體搬走,總計(jì)需要160s。按照這個(gè)工作過(guò)程,1小時(shí)將完成420個(gè)箱體的碼垛,基本完成實(shí)際任務(wù)要求,使得生產(chǎn)線率大大提高。
本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)碼垛工作要求,選擇好碼垛機(jī)器人和末端工具。通過(guò)三維建模軟件(SW)和ABB Robotstudio仿真軟件構(gòu)建了碼垛工作站仿真模型和系統(tǒng),通過(guò)仿真結(jié)果分析,碼垛箱體的數(shù)量和時(shí)間完全符合現(xiàn)場(chǎng)的要求,大大提高了工作效率,為企業(yè)碼垛工作站的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
圖5 仿真結(jié)果