林國浩，郭永燦，梁耀友，陳學維，蔡瑞浩

（華南理工大學廣州學院，廣東 廣州510800）

0 引言

隨著電商的興起，物流的物品流通量巨大，其中起著承上啟下作用的倉儲就顯得格外重要，但是目前傳統(tǒng)的倉儲方式并不能跟上物流飛速發(fā)展的腳步，亟需新倉儲方式和系統(tǒng)的研究。2015年成立的Geek+科技公司研究出了“貨到人”方式的存儲工作站，揀選人員只需根據(jù)顯示屏和電子標簽的提示，從指定貨位揀取相應數(shù)量的商品放入訂單箱即可，減少了之前“人到貨”所用的時間。在2016年，京東研究出了機器人與視覺系統(tǒng)結合的存儲工作站，使分揀物品速度達到一秒一個。但是，目前市面上大多數(shù)存儲工作站都不適合中小型倉庫，因為其成本高，結構復雜[1]。為此，本文擬在能完成智能存取的前提下，研究輕便型存儲工作站，推動基于工業(yè)機器人的存儲工作站在中小型企業(yè)中的普及應用。

1 存儲工作站的結構組成

存儲工作站主要由控制中心、執(zhí)行機構、人機交互、檢測器件及其它機械器件構成。

控制中心：三菱Fx2N-4AD 32MR/MT型PLC，用于信息處理與命令發(fā)送。

執(zhí)行機構：ABB IRB1410機器人，用于物品搬運。

人機交互：三菱GOT1000觸摸屏，用于系統(tǒng)與使用者之間的信息交流。

檢測器件：JHBS型箔式荷重傳感器，EJ-30N2型常閉擴散傳感器，用于限定物品規(guī)格。

其它機械器件為儲物箱、電磁鐵與儲物架。由于存取物品多種多樣，在存取過程中，需先將物品先放置于儲物箱內(nèi)，再由機器人抓取儲物箱存放至儲物架。為在機器人編程中運用偏移指令，儲物箱需為已知尺寸的統(tǒng)一規(guī)格，本項目調(diào)試用箱規(guī)格為長350 mm、寬 250 mm、高 200 mm.

電磁鐵由一個電磁發(fā)生器與多個底座構成。電磁發(fā)生器安裝于機器人末端執(zhí)行器，底座分別安裝于各個儲物箱，以實現(xiàn)機器人對箱子的抓取。本項目選用GOB-80/35/22型號電磁鐵，可提供80 kg吸力。

儲物架為儲物箱的最終存放處，為在機器人編程中運用偏移指令[2]，儲物架尺寸需已知且行列分布均勻。本項目選用儲物架尺寸為長1 000 mm、寬500 mm、高1 700 mm，取3行3列進行調(diào)試。具體應用中根據(jù)箱子與儲物架尺寸，行列數(shù)可在程序中進行增減。

另外，為應對實際布局中儲物架與機器人相對位置存在偏差的問題。本項目在儲物架指定位置建立工件坐標[3，4]，當儲物架與機器人相對位置改變時，通過重新定義工件坐標，機器人程序便可在新的儲物架位置上準確運行。如圖1所示。

圖1 儲物架坐標校準

在存儲工作站中，各部件之間可互相進行信息的通訊與控制，系統(tǒng)原理結構圖如圖2所示，空間結構如圖3.

圖2 原理結構圖

圖3 空間結構示意圖

2 存儲工作站機構的硬件分析

硬件連接思路為：系統(tǒng)開始時，機器人處于原點待命，傳感器通電開始監(jiān)測，使用者把物品放置于儲物箱后，在觸摸屏開始界面選擇存或取件，存取件判定條件以gi1信號的形式告知機器人[5，6]，存件時，通過傳感器檢測物品是否符合規(guī)格，若符合則選擇存放位置并設定密碼，位置以gi1信號形式告知機器人，機器人運作，若不符合則返回存件界面，取件時選擇位置并驗證密碼，若密碼不正確，返回取件界面，若正確，則位置以gi1信號形式告知機器人，機器人運作。運作完成后機器人返回原點待命。工作流程如圖4所示。

圖4 工作流程圖

物品放置到工作托盤上時，兩個常開紅外傳感器與PLC的X1、X2連接，當兩個都不接通時，則高度符合要求。電磁鐵的開閉由機器人間接控制，機器人輸出信號到PLC的X04端口時，與PLC的Y03端口連接的電磁鐵則會開啟，工作位置點由PLC的Y01、Y02、Y04、Y05共同決定，輸出4路信號到機器人內(nèi)部的X輸入端，組成一個4位二進制的信號，機器人內(nèi)部程序把二進制信號轉(zhuǎn)化為十進制信號gi1，如圖5所示為PLC輸入輸出端電氣圖。

圖5 PLC輸入輸出端電氣圖

3 存儲工作站的軟件分析

本設計中的軟件應用主要是集中在人機交互的功能上，編寫觸摸屏的界面必須遵循以下原則：各界面之間必須有邏輯性，便于引導使用者操作；各界面必須清晰快速地讓使用者獲取到有用信息；時效性，讓使用者能在第一時間了解到系統(tǒng)物品與系統(tǒng)的現(xiàn)狀[6]。

存儲工作站的觸摸屏顯示頁面如圖6所示，各項功能為：

（1）選取使用系統(tǒng)的存或取件功能。

（2）檢測存放物品是否符合規(guī)格，若不符合，則出現(xiàn)警告界面。

（3）在符合條件情況下，觸摸屏顯示位置選擇界面。

（4）為提高安全性，存件時需要客戶設定取件密碼，當取件時只有輸入正確的密碼才能進行取件操作。

圖6 觸摸屏顯示界面

4 調(diào)試與改進

（1）雙線圈問題：系統(tǒng)使用二進制信號發(fā)送方式，同一個線圈在不同語句中被多次觸發(fā)。

解決方法：把觸發(fā)同一個線圈定的語句以并聯(lián)的形式合成一條語句。

（2）繼電器問題：信號通訊中起保護作用的繼電器反應慢，例0111和0011的一號位和二號位重復，若繼電器的反應速度較慢，0111信號會被機器人讀取為0011信號。

解決方法：延長機器人讀取信號的時間，讓繼電器有更長的時間進行反應，即在機器人判斷信號程序前加上延時語句。

（3）箱子問題：塑料箱子容易產(chǎn)生變形而下垂，容易與柜子發(fā)生碰撞。

解決方法：在位移指令[7]，添加增量，如

MoveJ Offs（p610，reg13，reg14*2-reg15，0），speed9，z50，tool1WObj：=wobj2；Reg15

為箱子下垂距離，Y方向位移距離減去箱子下垂的距離，防止箱子因下垂與柜子發(fā)生碰撞。

5 結束語

經(jīng)過調(diào)試，實現(xiàn)了使用者通過觸摸屏來控制工業(yè)機器人存放物品的目的。系統(tǒng)智能化特點如下：

（1）系統(tǒng)可根據(jù)物品的重量規(guī)劃搬運方案，結合儲物架承重，儲物架三層分放不同重量物品。

（2）利用程序在儲物架處建立參考坐標系，使儲物架與工作站協(xié)同工作。

（3）以第一工位為基準，使用偏移指令得出后續(xù)工位，方便修改。

參考文獻：

[1]畢 勝.國內(nèi)外工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀[J].機械工程師，2010（07）：5-8.

[2]葉 暉，管小清.工業(yè)機器人實操與運用技巧[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[3]郭洪紅.工業(yè)機器人運用技術[M].北京：科學出版社，2008.

[4]葉伯生.工業(yè)機器人操作與編程[M].武漢：華中科技大學出版社，2016.

[5]張培艷.工業(yè)機器人操作與應用實踐教程[M].上海：上海交通大學出版，2009.

[6]胡 偉.工業(yè)機器人行業(yè)應用實訓教程[M].北京：機械工程出版社，2015.