刘华锋，周俊荣，叶军林，车海波，徐 娟

（1.广东环境保护工程职业学院，广东 佛山 528216；2.五邑大学，广东 江门 529020）

随着工业机器人应用技术的日益成熟，越来越多的自动化生产线都引入了工业机器人。目前，工业机器人被广泛的应用在焊接、喷涂、搬运（码垛）以及装配等领域。本文讲述的工业机器人在自动化生产线分拣站的应用就是搬运（码垛）应用。所谓码垛，就是将产品整齐有序的码放好。在没有引入机器人以前，分拣流水线上的产品主要由人工来码放，随着人工成本不断增加和企业业务量的不断增长，人力码放的投入成本越来越高；而另一方面，工业机器人应用技术日益成熟和工业机器人生产成本的不断下降，使得工业机器人逐渐取代了传统的人工作业。引入工业机器人以后，不仅节省了生产成本，还提高了生产效率。

1 码垛系统硬件组成

系统设备仿真图如图1所示，工业机器人码垛系统主要由传送带、码垛台以及工业机器人组成[9][10]。

1.1 主要硬件组成

1.1.1 传送带

传送带的作用主要是传送产品，是将物品从始端传送至末端的一种机械装置。传送带的结构简单，主要由驱动装置、传动装置以及张紧装置组成。驱动装置是传送带的动力源，由电动机、减速器以及联轴器组成；传动装置主要由输送带、托辊、传动滚筒和换向滚筒组成；张紧装置是用来调节传送带的松紧度的。张紧装置能够保证输送带有足够的张力，使滚筒与输送带之间产生必要的摩擦力，还能限制输送带在各托辊之间的悬垂度，确保输送机的正常运转。驱动装置通过联轴器与传动装置上的传动滚筒连接，当电动机转动时，经减速器降速后，再由联轴器带动传动滚筒转动，当传动滚筒转动起来后，便能通过传送带上的摩擦力传送物品。

1.1.2 工业机器人

本案例中采用ABB工业机器人，在工业机器人选型过程中，需要考虑工业机器人的载重、臂展以及重复定位精度等因素。

1.1.3 光电传感器

图1 系统仿真图

表1 I/O端口分配表

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。光电传感器分别安装于传送带的始端和末端，其作用是位置检测。

1.2 生产工艺流程介绍

当上级工作站将物品放置于传送带，传送带上的供料传感器检测到信号，传送带启动，物品便会随着传送带运动到传送带的末端，放置于传送带末端的光电传感器检测到有物品，将信号传递给PLC，PLC再将此信号传递给工业机器人，工业机器人接收到信号后，工业机器人将把产品夹放至码垛台，码垛台的产品码放好了之后，再由AGV小车或叉车运放至指定的地方[3][6][7]。

2 电气控制系统介绍

电气控制系统主要由系统控制模块和系统执行模块组成。

2.1 系统控制模块

电气控制系统采用三菱FX3U系列PLC，FX3U系列PLC是三菱电机研发生产的第三代微型可编程控制器，目前被广泛的应用于各种自动化生产线上。根据系统控制需求，系统I/O端口如表1所示。

工业机器人的输入信号全部由PLC的输出信号控制，工业机器人的输出信号全部输出到PLC的输入信号端口，PLC控制系统生产工艺流程图如图2所示。

2.2 系统的执行模块

系统采用工业机器人作为执行模块。工业机器人的只要任务就是将由两条传送带传送过来的产品整齐地码放起来。

2.2.1 码垛工业流程分析

产品的尺寸为60cm×40cm×30cm。第一层的产品摆放位置如图 3a所示，数字 1、2、3、4、5 分别表示5个产品的摆放位置，传统的编程方法就是让机器人去示教每一个点位，由于本次需要码垛的产品比较多，左右两侧，合计达30个，若逐个点去示教的话，需要花费很大的精力，故不适合采用逐点示教的方法。在编程工程采用偏移指令会事半功倍。以第一层为例，手动示教P1点，则产品4的位置即为在P1位置点沿Y轴正方向偏移60cm；手动示教P2点，则产品2的位置即为在P2位置点沿Y轴正方向偏移40cm，产品3的位置即为在P2位置点沿Y轴正方向偏移80cm。第二层的码垛方法跟第一层类似，示教P3和P4点，其他点位采用偏移的方法即可，此处不再赘述。第三层的产品码放位置跟第一层的产品码放位置一模一样，不同之处在于第三层的产品在Z轴正方向上偏移了60cm。如产品13的位置即为在P2位置点沿Z轴正方向偏移60cm，产品15的位置即为在P1位置点沿Z轴正方向偏移60cm，产品14的位置即为在产品4的位置上沿Z轴方向偏移60，产品11和产品12分别在产品1和产品2的位置基础上沿Z轴方向偏移60即可。从上述分析过程中不难看出，采用偏移的方法只需要示教4个点即可算出全部15个的点位置，相比于示教15个点，少了重复示教的麻烦，但是却要求编程者在编程的时候思路要绝对清晰[7]。

图2 PLC程序流程图

图3 码垛示意图

2.2.2 工业机器人程序流程设计

程序设计流程图是控制系统编程的基础。根据系统的功能要求，本系统的程序主要包括1个主程序和5个子程序。5个子程序主要完成各自功能的实现，5个子程序分别是系统初始化程序、1号传送带夹取程序，1号传送带放置程序、2号传送带夹取程序以及2号传送带放置程序。工业机器人上电启动后，系统便运行初始化程序，如系统自检、调整机器人位姿、初始化夹爪信号、是否有码垛盘以及计数变量清零等。当1号传送带供料到位后，光电传感器检测到信号，便将检测信号传递给PLC，PLC再将此信号传递给机器人，机器人接收到信号后，便启动子程序夹1和子程序放1，同时，计数变量加1，如此循环，当计数变量达到15后，说明产品已经按照要求码放好了，即码垛任务已经完成，需要亮绿灯来发出码垛完成的指示，以更换码垛盘，同时，为了便于开始下次码垛，此时，需要将计数变量清零。当码垛台更换完毕后，机器人便开始下次码垛的循环程序。同样的道理，当2号传送带的产品到位后，启动2号码垛程序。由于两条传送带是独立且并行的，所以机器人夹放产品顺序以机器人接收到信号的先后顺序为准，先到先夹放，若机器人没有接收到产品到位信号，机器人就会初始化程序中的设定位置待命[1][2]。程序流程图如图4所示。

图4 工业机器人码垛流程图

3 结束语

随着我国经济的持续增长，工业机器人在工业现场的应用将更加普遍。工业机器人在自动化生产线分拣站的码垛应用，搭建了自动化生产线分拣站码垛应用实验平台，并根据系统的功能要求进行了的运行调试。调试过程中系统运行平稳可靠、码垛位置精确，能够根据系统控制要求完成相应的控制任务。本平台仅搭建了自动化生产线的分拣站，还没有跟整条生产线一起联调，会存在一些问题。如当码垛系统出现问题，生产线依然会源源不断的把产品往分拣站输送，会造成产品堆积等问题，因此需要在整条生产线上添加分拣站站点信号，而不能使分拣站孤立存在。