基于ABB 機器人工作站的碼垛工藝設(shè)計

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、蘇州長風(fēng)航空電子有限公司,江蘇 蘇州215000)

1 概述

隨著中國制造2025 的到來,生產(chǎn)過程越來越趨向于智能化和自動化,工業(yè)機器人在智能制造各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛[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)生以滿足社會對于技術(shù)人才的需求。本文主要對基于ABB 機器人工作站的碼垛工藝進(jìn)行設(shè)計研究,從多角度探討碼垛機器人的發(fā)展趨勢[2],并從專業(yè)需求出發(fā),立足于日常教學(xué),設(shè)計應(yīng)用于不同生產(chǎn)場合的碼垛工藝流程。

2 碼垛系統(tǒng)概述

工業(yè)機器人碼垛在工業(yè)生產(chǎn)搬運和碼垛作業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用,擔(dān)任著提高生產(chǎn)效率、降低成本和解放勞動力的重要角色。在批量小品種多的應(yīng)用場景,需要碼垛工藝適應(yīng)性強和柔性好,碼垛作業(yè)貫穿產(chǎn)品加工、包裝[2]、儲存及運輸?shù)鹊恼麄€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,以滿足不同生產(chǎn)過程的需求。基于ABB 機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 機器人控制器、碼垛平臺A——取垛平臺、碼垛平臺B——放垛平臺、西門子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,實現(xiàn)觸摸屏與PLC[3]以及機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 機器人控制柜,機器人也會將其輸出信號傳送給PLC,作為其輸入信號。

3 碼垛工藝設(shè)計

3.1 簡單功能碼垛工藝設(shè)計

3.1.1 垛型設(shè)計

在一些流程簡單、工藝要求較低的生產(chǎn)過程中,碼垛工藝[4]要求只需要操作機器人從碼垛平臺A 固定位置抓取物料然后按照固定樣式放置在碼垛平臺B 上,常用的設(shè)計方法有兩種,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)場需求進(jìn)行及時調(diào)整,具有很強的靈活性,本文主要對在線編程方法進(jìn)行研究介紹,垛型設(shè)計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

一字垛工藝和三花垛工藝任務(wù)過程類似,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,首先開啟工作站,啟動ABB 工業(yè)機器人[5],機器人從設(shè)定的原點出發(fā)拾取夾爪工具,然后利用夾爪工具從碼垛平臺A 夾取所需的垛料塊按照垛型要求依次放置到碼垛平臺B 上,完成垛型要求后機器人將夾爪工具放回工具架,機器人回到原點位置等待下一步命令。

3.2 復(fù)雜功能碼垛工藝設(shè)計

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

3.2.1 碼垛計時功能

碼垛計時功能需要設(shè)置觸摸屏虛擬按鈕地址為M12.0,對應(yīng)的PLC 地址為Q12.0,對應(yīng)的機器人輸入地址為DI_0,觸摸屏和PLC 中計時器地址為T10,對應(yīng)的輸入輸出信號如表1 所示。

表1 機器人與PLC 對應(yīng)輸入輸出信號表

碼垛開始前,需按下觸摸屏上的運行按鈕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Q12.0 閉合然后將數(shù)據(jù)傳遞到機器人控制器使得輸入信號DI_0 為1,機器人開始運行,同時計時器T10 開始計時,觸摸屏界面顯示計時時間,機器人計時停止,最終完成帶計時功能的機器人碼垛任務(wù)流程。

3.2.2 碼垛順序選擇功能

在帶有碼垛計時功能的基礎(chǔ)上增加碼垛順序選擇功能,在觸摸屏中添加項目選單,選擇碼垛順序,對應(yīng)的輸入輸出信號如表2 所示。

表2 機器人與PLC 對應(yīng)輸入輸出信號表

碼垛功能畫面如圖4 所示,包括運行按鈕、碼垛時間以及碼垛方式等功能。

在觸摸屏上通過項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 對應(yīng)變量輸出,以此確認(rèn)碼垛方式,PLC 將其輸出與機器人的輸入DI_1～DI_3 相對應(yīng),機器人獲取垛型信息,然后按下運行按鈕,機器人開始執(zhí)行命令,碼垛計時開始,直至完成碼垛任務(wù)。[8]

圖4 碼垛功能畫面

4 結(jié)論

本文以ABB 機器人工作站基礎(chǔ),通過研究碼垛工藝不同的設(shè)計方法,即簡單功能碼垛工藝設(shè)計和復(fù)雜功能碼垛工藝設(shè)計,簡單功能碼垛工藝設(shè)計包括垛型及流程設(shè)計,復(fù)雜功能碼垛工藝設(shè)計包括碼垛計時功能和碼垛順序選擇功能,從而能夠滿足不同生產(chǎn)過程需求,提高碼垛工藝的適應(yīng)性和穩(wěn)定性,對提高生產(chǎn)效率具有重要意義。