雷豐順

摘要：目前國內空調行業(yè)壓縮機的搬運堆垛，由于工序復雜，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)中的關鍵技術。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的程序設計。

關鍵詞：機器人；伺服夾具；壓縮機；PLC

1引言

在生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量并舉的今天，空調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，設計了一套伺服驅動的夾具，通過Profibus DP總線與機器人，視覺進行數(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的伺服驅動器和伺服電機及兩臺用變頻器驅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，設計的夾具上的伺服驅動由三部分組成，兩個旋轉伺服進行壓縮機角度的控制，一個平移驅動控制兩個壓縮機間的間距。每個旋轉伺服下端配氣缸，控制壓縮機的抓取和放置。通過左右兩側的變頻驅動控制勾板機構對木托板和泡沫板進行抓取好放置。與控制相關的數(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動實現(xiàn)的。采用絕對位移的線性運動，下面是一些關鍵參數(shù)的計算。

外部軸一個周期是：25mm

要求的精度是：±1/100mm

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

設置參數(shù)1115Feed Constant為2500

速比

把參數(shù)1116設定為100，參數(shù)1117設定為1975

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

脈沖當量，把參數(shù)1115設置為3600

速比

把參數(shù)1116設定為245，參數(shù)1117設定為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)調整到正確的位置。4定位控制的軟件設計

4.1機器人主要參數(shù)設置

下面列出的是一些機器人交互的關鍵數(shù)據(jù)。

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

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

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

抓取點Z坐標：-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"

驅動伺服信號：-Name"Q_SERVOPOS"-SignalType"DO"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"22"

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

旋轉伺服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"

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

設置工具坐標：TASK PERS tooldata tGripper：=[TRUE，[[0，0，950]，[1.0，0，0]]，[130，[0，0，250]，[1，0，0，0]，0，0，0]]

設置負載參數(shù)：TASK PERS loaddata IBOX：=[40，[0，0，800]，[1，0，0，0]，0，0，0]

4.2PLC程序設計

控制系統(tǒng)以PLC做主站，包含機器人，視覺，旋轉伺服1，旋轉伺服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1為例給出交互數(shù)據(jù)的程序。伺服的P01通道設定為控制字2，P02通道設定為速度值，P03設定為位置，P11通道設為狀態(tài)字，P12通道設為實際位置，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，進行邏輯編程，實現(xiàn)控制伺服

TPQW100//對應伺服的P01通道

LMWl02//速度，PLC給伺服的運行速度

TPQW10//對應伺服的P02通道

LMD10//位置，PLC給伺服的位置

TPQD104//對應伺服的P03通道

LPIW100//伺服的狀態(tài)，對應伺服的P11

TMW120//將讀出的狀態(tài)，寄存到MW120

LPID104//對應伺服的P12，伺服的當前位置值

TMD130//將伺服的當前位置值寄存到MD130

在對機器人進行配置時，使用16位（一個字）進行通訊，西門子一個字中的兩個字節(jié)要倒轉一下。高字節(jié)變成低字節(jié)。這里以機器人的X坐標通訊程序為例。

LMB300//PLC發(fā)給機器人的X坐標值的低8位

TPQB301//對應機器人X坐標值通道的高8位

LMB301//PLC發(fā)給機器人的X坐標值的高8位

TPQB300//對應機器人×坐標值通道的低8位

5結語

該套控制系統(tǒng)經(jīng)過反復調試，已經(jīng)在格力空調投入使用，在實際生產(chǎn)中經(jīng)過了嚴格的驗證，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：

[1]葉暉.工業(yè)機器人典型應用案例精析[M]機械工業(yè)出版社

[2]廖常出.S7-300/400PLC應用技術[M].機械工業(yè)出版社.