姚莉娟 盛星奎

(1、蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校,江蘇 蘇州215000 2、蘇州長(zhǎng)風(fēng)航空電子有限公司,江蘇 蘇州215000)

1 概述

隨著中國(guó)制造2025 的到來(lái),生產(chǎn)過(guò)程越來(lái)越趨向于智能化和自動(dòng)化,工業(yè)機(jī)器人在智能制造各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1],高職院校作為技能人才培養(yǎng)的搖籃更應(yīng)該緊跟科技發(fā)展的步伐,將最先進(jìn)、最前沿的技術(shù)傳授給學(xué)生以滿足社會(huì)對(duì)于技術(shù)人才的需求。本文主要對(duì)基于ABB 機(jī)器人工作站的碼垛工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)研究,從多角度探討碼垛機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)[2],并從專業(yè)需求出發(fā),立足于日常教學(xué),設(shè)計(jì)應(yīng)用于不同生產(chǎn)場(chǎng)合的碼垛工藝流程。

2 碼垛系統(tǒng)概述

工業(yè)機(jī)器人碼垛在工業(yè)生產(chǎn)搬運(yùn)和碼垛作業(yè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,擔(dān)任著提高生產(chǎn)效率、降低成本和解放勞動(dòng)力的重要角色。在批量小品種多的應(yīng)用場(chǎng)景,需要碼垛工藝適應(yīng)性強(qiáng)和柔性好,碼垛作業(yè)貫穿產(chǎn)品加工、包裝[2]、儲(chǔ)存及運(yùn)輸?shù)鹊恼麄€(gè)生產(chǎn)作業(yè)流程中,因此需要碼垛工藝適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng),以滿足不同生產(chǎn)過(guò)程的需求。基于ABB 機(jī)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(jī)器人工作站的碼垛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該碼垛系統(tǒng)主要包括ABB 機(jī)器人控制器、碼垛平臺(tái)A——取垛平臺(tái)、碼垛平臺(tái)B——放垛平臺(tái)、西門(mén)子S7-200 Smart PLC以及威綸通觸摸屏等。根據(jù)碼垛工藝功能需求,選擇相應(yīng)的組件進(jìn)行參數(shù)設(shè)定及程序編輯,實(shí)現(xiàn)觸摸屏與PLC[3]以及機(jī)器人控制柜三者之間的數(shù)據(jù)傳輸,首先威綸通觸摸屏將數(shù)據(jù)信息傳送給S7-200 Smart PLC,PLC 接收相應(yīng)數(shù)據(jù)信息并將其發(fā)送給ABB 機(jī)器人控制柜,機(jī)器人也會(huì)將其輸出信號(hào)傳送給PLC,作為其輸入信號(hào)。

3 碼垛工藝設(shè)計(jì)

3.1 簡(jiǎn)單功能碼垛工藝設(shè)計(jì)

3.1.1 垛型設(shè)計(jì)

在一些流程簡(jiǎn)單、工藝要求較低的生產(chǎn)過(guò)程中,碼垛工藝[4]要求只需要操作機(jī)器人從碼垛平臺(tái)A 固定位置抓取物料然后按照固定樣式放置在碼垛平臺(tái)B 上,常用的設(shè)計(jì)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(jìn)行在線示教。在線編程是目前實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的編程方式,它能夠根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需求進(jìn)行及時(shí)調(diào)整,具有很強(qiáng)的靈活性,本文主要對(duì)在線編程方法進(jìn)行研究介紹,垛型設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

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

3.2 復(fù)雜功能碼垛工藝設(shè)計(jì)

復(fù)雜功能碼垛工藝與簡(jiǎn)單功能碼垛工藝相似,其在簡(jiǎn)單碼垛工藝基礎(chǔ)上加入首先加入計(jì)時(shí)功能模塊[4],然后在此基礎(chǔ)上添加碼垛順序選項(xiàng)模塊,這些功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于工業(yè)機(jī)器人控制器、觸摸屏、PLC 三者之間的通訊[6,7]。

3.2.1 碼垛計(jì)時(shí)功能

碼垛計(jì)時(shí)功能需要設(shè)置觸摸屏虛擬按鈕地址為M12.0,對(duì)應(yīng)的PLC 地址為Q12.0,對(duì)應(yīng)的機(jī)器人輸入地址為DI_0,觸摸屏和PLC 中計(jì)時(shí)器地址為T(mén)10,對(duì)應(yīng)的輸入輸出信號(hào)如表1 所示。

表1 機(jī)器人與PLC 對(duì)應(yīng)輸入輸出信號(hào)表

碼垛開(kāi)始前,需按下觸摸屏上的運(yùn)行按鈕M12.0 給PLC 發(fā)送相應(yīng)命令,PLC 接收到該命令之后相應(yīng)輸出信號(hào)Q12.0 閉合然后將數(shù)據(jù)傳遞到機(jī)器人控制器使得輸入信號(hào)DI_0 為1,機(jī)器人開(kāi)始運(yùn)行,同時(shí)計(jì)時(shí)器T10 開(kāi)始計(jì)時(shí),觸摸屏界面顯示計(jì)時(shí)時(shí)間,機(jī)器人計(jì)時(shí)停止,最終完成帶計(jì)時(shí)功能的機(jī)器人碼垛任務(wù)流程。

3.2.2 碼垛順序選擇功能

在帶有碼垛計(jì)時(shí)功能的基礎(chǔ)上增加碼垛順序選擇功能,在觸摸屏中添加項(xiàng)目選單,選擇碼垛順序,對(duì)應(yīng)的輸入輸出信號(hào)如表2 所示。

表2 機(jī)器人與PLC 對(duì)應(yīng)輸入輸出信號(hào)表

碼垛功能畫(huà)面如圖4 所示,包括運(yùn)行按鈕、碼垛時(shí)間以及碼垛方式等功能。

在觸摸屏上通過(guò)項(xiàng)目選單選擇碼垛方式,地址VB210 獲取相應(yīng)數(shù)值,將其值傳遞給PLC,Q12.1～Q12.3 對(duì)應(yīng)變量輸出,以此確認(rèn)碼垛方式,PLC 將其輸出與機(jī)器人的輸入DI_1～DI_3 相對(duì)應(yīng),機(jī)器人獲取垛型信息,然后按下運(yùn)行按鈕,機(jī)器人開(kāi)始執(zhí)行命令,碼垛計(jì)時(shí)開(kāi)始,直至完成碼垛任務(wù)。[8]

圖4 碼垛功能畫(huà)面

4 結(jié)論

本文以ABB 機(jī)器人工作站基礎(chǔ),通過(guò)研究碼垛工藝不同的設(shè)計(jì)方法,即簡(jiǎn)單功能碼垛工藝設(shè)計(jì)和復(fù)雜功能碼垛工藝設(shè)計(jì),簡(jiǎn)單功能碼垛工藝設(shè)計(jì)包括垛型及流程設(shè)計(jì),復(fù)雜功能碼垛工藝設(shè)計(jì)包括碼垛計(jì)時(shí)功能和碼垛順序選擇功能,從而能夠滿足不同生產(chǎn)過(guò)程需求,提高碼垛工藝的適應(yīng)性和穩(wěn)定性,對(duì)提高生產(chǎn)效率具有重要意義。