基于ABB 機器人的生產(chǎn)線裝箱系統(tǒng)的設(shè)計

陳星達，高 寧，畢建迪，薛蓉蓉

（揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇揚州 225127）

0 引言

現(xiàn)有的罐裝洗衣液產(chǎn)線僅有罐裝生產(chǎn)線，即只進行灌裝、上蓋等操作，罐裝洗衣液產(chǎn)成后經(jīng)過傳送帶，則為人工檢測、搬運。根據(jù)中國工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，工業(yè)機器人現(xiàn)已占據(jù)絕大比重，將機器人代替人工搬運作為此項目的設(shè)計理念。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

罐裝洗衣液生產(chǎn)線裝箱系統(tǒng)主要對成品罐裝洗衣液進行傳送和搬運，以視覺對罐裝洗衣液外包裝檢測和液位檢測。罐裝洗衣液生產(chǎn)線裝箱系統(tǒng)的硬件主要由歐姆龍相機、超聲波式液位傳感器、用于傳送帶位置檢測的光電傳感器、ABB機器人等組成。在該系統(tǒng)中，2 L 和4 L 兩種容量大小不同的罐裝洗衣液，經(jīng)過傳送帶進入檢測區(qū)域，通過設(shè)定的超聲波式液位傳感器來檢測罐裝洗衣液的容量是否合格；再由歐姆龍相機對洗衣液外包裝進行拍攝，以拍攝圖片和數(shù)據(jù)庫中模型對比，看是否合格；最后經(jīng)過傳送帶運到相應(yīng)位置，由位置傳感器通知ABB 機器人進行取料和裝箱動作，完成罐裝洗衣液產(chǎn)線裝箱系統(tǒng)。罐裝洗衣液生產(chǎn)線裝箱系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

為了能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)進行有效保障，降低錯誤率，提高裝箱效率，需要對罐裝洗衣液的外包裝、容積、瓶蓋和罐裝洗衣液到位情況等4 個參數(shù)進行檢測。檢測完畢，罐裝洗衣液檢測符合標準，通知ABB 機器人進行取料裝箱工作。檢測標準分別為：外包裝是否完整，是否存在中間縫劑，是否表面貼標出現(xiàn)錯誤，容積是否達到標準（4 L 或2 L），瓶蓋是否已蓋好，有無傾斜現(xiàn)象等。CCD 檢測完畢，將外包裝和瓶蓋數(shù)據(jù)進行“與”運算，容積數(shù)據(jù)傳遞數(shù)字“4”或“2”，結(jié)果傳遞給ABB 機器人進行判斷是否進行抓取、裝箱動作處理。ABB 機器人通過已編好的程序進行動作，將檢測合格的罐裝洗衣液進行抓取、裝箱動作，并把4 L 的罐裝洗衣液放在33 的箱子中，2 L 的放在44 的箱子中。

圖1 罐裝洗衣液生產(chǎn)線裝箱系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.1 視覺模塊硬件設(shè)計

選用歐姆龍FZ-SC5M 型號相機，符合罐裝洗衣液生產(chǎn)線需求。歐姆龍FZ-SC5M 型號相機為全像素讀出方式、隔行傳送型、2/3 英寸CCD 成像元件，能夠精確地進行圖像處理分析，采用3D 處理技術(shù)可以更加準確地判斷罐裝洗衣液瓶子外包裝和瓶蓋的完好性。歐姆龍FZ-SC5M 可檢測到類似顏色的顏色邊緣和顏色對比度很小的小塊缺陷，給予視覺模塊優(yōu)良的性能，有益于提高設(shè)計產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，減小檢測失誤率。

2.2 超聲波式液位傳感器

超聲波液位傳感器集非接觸開關(guān)、控制器、變送器三種功能為一身，適用于檢測小型儲存容器。用超聲波液位傳感器來檢測罐裝洗衣液液位的高低，以此來判斷罐裝洗衣液為4 L 還是2 L。若罐裝洗衣液不符合設(shè)定的容量標準，則該罐裝洗衣液不合格，ABB 機器人不執(zhí)行程序來進行抓取裝箱動作。

2.3 機器人硬件模塊設(shè)計

為了能提高ABB 機器人的工作效率，能夠無障礙、高速地進行罐裝洗衣液物料搬運，采用了ABB 機器人中性能優(yōu)良的IRB-1600 型號機器人。IRB-1600 型號機器人可以大大縮短工作周期，并且可采用多種安裝方式，如支架式和倒置式安裝，安裝十分方便。硬件模塊設(shè)計時，為了讓IRB-1600 型號機器人可左右運動，不局限于它的工作，在IRB-1600 型號的機器人底座安裝了地輥，地輥和IRB-1600 型號機器人的有效結(jié)合，更加符合罐裝洗衣液在抓取移動過程中的需求。罐裝洗衣液生產(chǎn)線裝箱系統(tǒng)執(zhí)行邏輯結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)軟件的具體要求，按照不同的功能對系統(tǒng)分組，將其劃分為不同的工作單元。傳感器信息的傳遞、CCD 視覺的檢測、ABB 機器人的設(shè)備狀態(tài)控制是罐裝洗衣液裝箱系統(tǒng)軟件重要的3 個部分。其中傳感器信息的傳遞主要是傳遞罐裝洗衣液的容量和罐裝洗衣液的到位情況；CCD 視覺的檢測主要是檢測罐裝洗衣液的外包裝和瓶蓋是否擰緊到位；ABB 機器人的設(shè)備狀態(tài)控制主要是根據(jù)接收傳感器發(fā)送的信號進行運算，判斷是否進行搬運、裝箱到哪邊箱子，并進行計件處理。4 L 罐裝洗衣液將進行9 次運算，9 次計件滿，將進行下1 箱子的裝箱；2 L罐裝洗衣液進行16 次運算計件。

圖2 罐裝洗衣液生產(chǎn)線裝箱系統(tǒng)執(zhí)行邏輯結(jié)構(gòu)

4 小結(jié)

根據(jù)罐裝洗衣液的真實情況，將視覺檢測、傳感器、ABB 機器人等技術(shù)進行融合，系統(tǒng)地組織起一個完整的罐裝洗衣液裝箱生產(chǎn)線，結(jié)合罐裝洗衣液的外包裝和容量等因素進行檢測，將信息傳達給ABB 機器人，以此來實現(xiàn)完整的、失誤率小的罐裝洗衣液生產(chǎn)線。