基于工业机器人的存储工作站设计

2018-05-07林国浩郭永灿梁耀友陈学维蔡瑞浩

装备制造技术 2018年2期

林国浩，郭永灿，梁耀友，陈学维，蔡瑞浩

（华南理工大学广州学院，广东广州510800）

0 引言

随着电商的兴起，物流的物品流通量巨大，其中起着承上启下作用的仓储就显得格外重要，但是目前传统的仓储方式并不能跟上物流飞速发展的脚步，亟需新仓储方式和系统的研究。2015年成立的Geek+科技公司研究出了“货到人”方式的存储工作站，拣选人员只需根据显示屏和电子标签的提示，从指定货位拣取相应数量的商品放入订单箱即可，减少了之前“人到货”所用的时间。在2016年，京东研究出了机器人与视觉系统结合的存储工作站，使分拣物品速度达到一秒一个。但是，目前市面上大多数存储工作站都不适合中小型仓库，因为其成本高，结构复杂[1]。为此，本文拟在能完成智能存取的前提下，研究轻便型存储工作站，推动基于工业机器人的存储工作站在中小型企业中的普及应用。

1 存储工作站的结构组成

存储工作站主要由控制中心、执行机构、人机交互、检测器件及其它机械器件构成。

控制中心：三菱Fx2N-4AD 32MR/MT型PLC，用于信息处理与命令发送。

执行机构：ABB IRB1410机器人，用于物品搬运。

人机交互：三菱GOT1000触摸屏，用于系统与使用者之间的信息交流。

检测器件：JHBS型箔式荷重传感器，EJ-30N2型常闭扩散传感器，用于限定物品规格。

其它机械器件为储物箱、电磁铁与储物架。由于存取物品多种多样，在存取过程中，需先将物品先放置于储物箱内，再由机器人抓取储物箱存放至储物架。为在机器人编程中运用偏移指令，储物箱需为已知尺寸的统一规格，本项目调试用箱规格为长350 mm、宽 250 mm、高 200 mm.

电磁铁由一个电磁发生器与多个底座构成。电磁发生器安装于机器人末端执行器，底座分别安装于各个储物箱，以实现机器人对箱子的抓取。本项目选用GOB-80/35/22型号电磁铁，可提供80 kg吸力。

储物架为储物箱的最终存放处，为在机器人编程中运用偏移指令[2]，储物架尺寸需已知且行列分布均匀。本项目选用储物架尺寸为长1 000 mm、宽500 mm、高1 700 mm，取3行3列进行调试。具体应用中根据箱子与储物架尺寸，行列数可在程序中进行增减。

另外，为应对实际布局中储物架与机器人相对位置存在偏差的问题。本项目在储物架指定位置建立工件坐标[3，4]，当储物架与机器人相对位置改变时，通过重新定义工件坐标，机器人程序便可在新的储物架位置上准确运行。如图1所示。

图1 储物架坐标校准

在存储工作站中，各部件之间可互相进行信息的通讯与控制，系统原理结构图如图2所示，空间结构如图3.

图2 原理结构图

图3 空间结构示意图

2 存储工作站机构的硬件分析

硬件连接思路为：系统开始时，机器人处于原点待命，传感器通电开始监测，使用者把物品放置于储物箱后，在触摸屏开始界面选择存或取件，存取件判定条件以gi1信号的形式告知机器人[5，6]，存件时，通过传感器检测物品是否符合规格，若符合则选择存放位置并设定密码，位置以gi1信号形式告知机器人，机器人运作，若不符合则返回存件界面，取件时选择位置并验证密码，若密码不正确，返回取件界面，若正确，则位置以gi1信号形式告知机器人，机器人运作。运作完成后机器人返回原点待命。工作流程如图4所示。

图4 工作流程图

物品放置到工作托盘上时，两个常开红外传感器与PLC的X1、X2连接，当两个都不接通时，则高度符合要求。电磁铁的开闭由机器人间接控制，机器人输出信号到PLC的X04端口时，与PLC的Y03端口连接的电磁铁则会开启，工作位置点由PLC的Y01、Y02、Y04、Y05共同决定，输出4路信号到机器人内部的X输入端，组成一个4位二进制的信号，机器人内部程序把二进制信号转化为十进制信号gi1，如图5所示为PLC输入输出端电气图。