黃忠仕 梁彬彬

（百色職業(yè)學院，廣西 百色 533000）

0 引言

工業(yè)機器人智能制造柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)具有較高的產(chǎn)品價值，其可應用于多個領域中。目前，工業(yè)機器人的發(fā)展速度快，且應用能力強，可以說是目前最“流行”的機器人。制造工業(yè)機器人是為了保障工人的安全，全面引入工業(yè)機器人可有效降低疾病率、提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。工業(yè)機器人可連續(xù)高效地運作，其可應用于分揀、存儲等場景中。大量的工業(yè)機器人投入運作，使我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但我國在相關領域中的起步時間晚，發(fā)展水平遠低于發(fā)達國家。通過三菱RV-2SD六自由度工業(yè)機器人與RFID數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進行融合，對工業(yè)機器人系統(tǒng)進行研發(fā)，可實現(xiàn)倉儲管理、優(yōu)化機器結(jié)構(gòu)。

1 智能生產(chǎn)線控制要求

智能生產(chǎn)線運行時，先由傳感器檢測是否具有適合的工件，當檢測到有合適的工件后，四個工件料庫根據(jù)之前設定的程序進行工件推出，此時直線傳輸帶和環(huán)狀傳輸帶開始進行運作。環(huán)狀傳輸帶會把對應的工件運輸?shù)胶线m位置，RFID檢測單位會對其進行檢測，然后PLC控制器開始運行，其會在RFID傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)中，收集處理工件的信息，之后便通過一系列的數(shù)據(jù)對比分析，查看是否滿足相應的標準。

在合格的工件到達直線傳輸帶后，根據(jù)傳感器的觸發(fā)，將工件搬運到相應的位置，根據(jù)工件的信息裝配到裝配臺的工件位置中，從而實現(xiàn)機器的收取。如果檢測到工件是不合格的工件，機器人就要將其搬運到廢品回收筐中，此時要開始下一個循環(huán)，對新的工件進行檢測，檢測其符合標準后，智能機器人開始分揀，直到工件盒可完整組合，機器人組合后將其儲存。

2 智能生產(chǎn)線硬件系統(tǒng)設計

本研究設計的系統(tǒng)是以三菱RV-3SD六自由度工業(yè)機器人為核心，包含三菱PLC控制系統(tǒng)、RFID數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，以及直線輸送單位、工具組裝單位、立體倉庫等套件。

2.1 三菱RV-3SD六自由度工業(yè)機器人

三菱RV-3SD六自由度工業(yè)機器人系統(tǒng)（見圖1）由機器人本體、示教裝置、機器人控制器和終端執(zhí)行器組成，機器人端部執(zhí)行器包括吸盤、夾具、量具、噴槍等，可進行抽吸、抓取、測量、弧焊等操作。

2.2 PLC控制系統(tǒng)

本研究選用的是三菱FX3U可編程控制系統(tǒng)，包括數(shù)字擴展模塊、模擬控制模塊、通信模塊，通過實時反饋來對各種情況進行分析。

2.3 RFID數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）是通過閱讀器和標簽之間的非接觸式數(shù)據(jù)通信來實現(xiàn)識別實際目標。RFID的應用非常廣泛，典型的應用有汽車防盜器、停車場開關和物料的運輸。

無線射頻識別技術作為自動識別技術的一種，是通過無線射頻來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的，其核心是快速信息接觸和存儲技術，通過無線通信結(jié)合數(shù)據(jù)訪問技術的方式來連接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，加強實現(xiàn)非接觸式的雙向通信，最終實現(xiàn)相互識別的目的，并對數(shù)據(jù)進行分析和交換，從而構(gòu)建出一個復雜的系統(tǒng)。在具體的識別模式中，用電磁波技術來完善電子標簽的讀寫和通信，根據(jù)傳輸距離可分為近場和遠場。近年來，RFID技術被廣泛應用于多種場景中，如多種移動終端中，從而推動RFID技術與智能終端無線網(wǎng)絡服務的融合。

2.4 四工位供料單元

四工位的供料系統(tǒng)是由丼式爐、退料氣缸、頂料氣缸、光電傳感器組成，其可將工件庫中的工件依次推出到環(huán)形傳輸線上，并提供不同編碼的標準工件，還能檢測出編號缺失、顏色不同等問題。

2.5 輸送單元

2.5.1 環(huán)形輸送單元。交流調(diào)速系統(tǒng)是由變頻器、三相交流電動機、傳送帶、傳感器等部件組成的，可對傳輸工件進行分析。

2.5.2 直線輸送單元。直線速度控制系統(tǒng)由直流電機、速度控制器和編碼器組成，可實現(xiàn)對工件的抓取。

2.6 立體倉庫單元

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，自動化立體倉庫廣泛應用于航空、軍事工業(yè)、汽油石化、金融和冶金等領域，其在我國倉儲領域中占據(jù)著重要地位。自動化立體倉庫采用計算機分級控制管理，可實時顯示更新數(shù)據(jù)圖像和實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信，自動化程度達到新高度。自動化立體倉庫通過PLC系統(tǒng)來控制三維運動叉車。在三維叉車上安裝定位芯片，可通過總控制臺來控制叉車的運行，包括緊急制動等動作。當位置尋跡控制結(jié)束后，升降臺開始運行。由總控制臺通過牽引芯片來實現(xiàn)升降臺的運動。當收到指令后升降臺開始運動，到達指定庫位時升降臺就停止運動。取放貨物后，叉車待下一次命令，如果5 s內(nèi)沒有新指令，三維叉車就會自動返回原點待命。

通過PLC編程來控制啟動按鈕，從而實現(xiàn)啟動和停止。在進行操作前，如果選擇手動模式，先啟動手動模式，即可進行手動操作；如果選擇自動模式，可直接按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始運作。PLC輸出X脈沖用來控制X軸的步進驅(qū)動器，通過X軸步進驅(qū)動器來驅(qū)動X軸步進電機的往返。PLC輸出Y脈沖用來控制Y軸的步進驅(qū)動器，通過Y軸步進驅(qū)動器來驅(qū)動Y軸步進電機的上升和下降。PLC輸出Z軸正轉(zhuǎn)和Z軸反轉(zhuǎn)脈沖來控制繼電器，繼電器通過控制接觸器來啟動Z軸電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動三維叉車的伸叉和縮叉。PLC輸出狀態(tài)指示燈用于顯示是否有控制信號接入PLC。

3 柔性生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)設計

3.1 柔性生產(chǎn)線總體布局

在柔性生產(chǎn)線的具體流程中，本著節(jié)約勞動力的原則，在全面多角度地滿足產(chǎn)品加工需求的同時，對生產(chǎn)線進行完善，優(yōu)化柔性生產(chǎn)線的布局。項目設計的智能制造生產(chǎn)線是由兩臺數(shù)控車床以及數(shù)控加工中心、上料機構(gòu)、輸送線、中轉(zhuǎn)臺、設備控制體系、視覺系統(tǒng)組成。工業(yè)機器人采用行走軌道的安裝方式，將其放置在數(shù)控機床中，主要負責最后的取料工作[1]。

3.2 柔性生產(chǎn)線重要部件

自動上料機構(gòu)負責毛坯件的自動上料，其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 自動上料機構(gòu)

全自動上料機構(gòu)由取料機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)組成，回轉(zhuǎn)機構(gòu)依靠工作臺中的伺服電機和減速齒輪來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，其擁有8個工位，每個工位擁有1個導柱，可一次性穿刺18個零件。取料機構(gòu)可通過電機和滾珠進行上下移動，螺母安裝在取料臺上，取料的工業(yè)機器人手指由氣缸進行控制，從而實現(xiàn)運動，且取料臺中有視覺系統(tǒng)，可檢測實際位置[1]。

4 智能生產(chǎn)線軟件系統(tǒng)設計

4.1 流程設計

PLC主要用于對工件下達相應的裝配任務指令，工件編號順序為1、2、3、4，工件的高度較低，如圖3所示。對PLC裝配任務進行保存管理，可實現(xiàn)重復性的裝配模式。

圖3 流程設計

上電后先按復位鍵3 s，系統(tǒng)開始復位操作，此時六自由度的機器人進入初始位置，然后實際指示燈開始閃爍，按下開啟鍵。此時，如果機器人已來到出臺料正上方，工件盒就會進入3號裝配臺系統(tǒng)中，之后機器人會回到出料臺繼續(xù)等待，直到檢測到下一個出料盒后，重復之前的動作。

工業(yè)機器人先運行到工件盒出料臺上方，接著將出料臺上的工件盒搬到2號裝配臺上，工業(yè)機器人回到工件盒出料臺上方進行等待，如果檢測到工件盒，就進行下一個循環(huán)，重復上述操作。

工件料庫檢測到有工件后，4個料庫按照設定的相應時間順序推出1個工件，此時直線和環(huán)形傳送帶開始運行，由RFID檢測單元進行檢測。如果工件檢測結(jié)果是合格的話，在其到達直線傳送帶后，傳感器啟動，進行工件的吸取操作，并將工件搬運到相應的裝配位置，根據(jù)相關信息進行裝配，之后重復上述動作。如果檢測到不合格工件，就將其轉(zhuǎn)移走。

被分時推出的下一個工件達到RFID檢測位置時，先進行檢測，然后工業(yè)機器人進行重復操作，直到所有工件都安裝好。安裝完成后，機械手會平放于倉庫中，并使用傳感器檢查倉庫中有無產(chǎn)品。當產(chǎn)品順利進入倉庫后，控制系統(tǒng)對倉庫內(nèi)的產(chǎn)品數(shù)量進行檢測，防止兩個產(chǎn)品放在同一個倉庫中。

最后，當所有成品都順利入庫后，機器人會回到初始位置，并重復上述步驟。

4.2 程序設計

對于程序設計（見圖4），主要有以下3個方面。

圖4 程序設計

4.2.1 對工件裝配流程進行編程。通過編程仿真軟件對工件裝配流程進行開發(fā)，可通過PLC下載口與PLC實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，對工件裝配進行自定義編輯，并可直接傳輸?shù)絇LC中。對每個組別中的工件盒，4個工位都要設定自身的工件模式，具體的分辨模式需要根據(jù)編號、顏色、大小等進行選擇，并結(jié)合PLC程序?qū)ρb配流程進行分析。

4.2.2 通過RFID自身攜帶的讀寫軟件進行相應的分析和操作。具體包括讀寫控制和讀寫停止、初始化分析、數(shù)據(jù)寫入分析以及數(shù)據(jù)讀取等，見圖5。

圖5 讀取錄入

4.2.3 機器人仿真軟件的設計與實現(xiàn)。對機器人進行調(diào)試和分析，具體方式有在線和離線兩種。在進行調(diào)試時，打開機器人的編程軟件進行聯(lián)機控制，選擇在線，程序?qū)崿F(xiàn)運作和操作，使用PLC進行控制，之后進行校準，傳輸給機器人后，電機RUN實現(xiàn)自動運作。

5 結(jié)語

本研究將PLC與變頻器、傳感器、電機與電氣控制、機器人等進行融合，以RV-3SD六自由度工業(yè)機器人為基礎，實現(xiàn)工業(yè)機器人的自動分揀、識別、跟蹤、抓取、處理和存儲等功能，并實現(xiàn)生產(chǎn)線系統(tǒng)的遠程控制、專業(yè)集成、高工程實踐和智能化。