工業(yè)機器人分揀系統(tǒng)的設計

劉華鋒

（廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學院，廣東 佛山 528216）

隨著“工業(yè)4.0”技術的不斷發(fā)展，工業(yè)機器人的應用技術也得到了越來越多人的關注。工業(yè)機器人作為智能制造業(yè)中不可或缺的裝備，在智能制造行業(yè)中扮演的角色也越來越重要，從某種意義上講，工業(yè)機器人在工業(yè)領域的應用水平也間接的反應了智能制造技術的發(fā)展水平。目前，工業(yè)機器人被廣泛的應用在一些重復性操作、技術含量低、現場工作環(huán)境惡劣等崗位，工業(yè)機器人在工業(yè)領域中的應用主要集中在機床上下料、搬運（碼垛）、裝配、電焊、噴涂等領域。由于工業(yè)機器人的引入，不僅節(jié)省了人工成本，提升了企業(yè)的自動化生產的水平，同時也為企業(yè)向智能制造方向的發(fā)展奠定了基礎。

本文采用分散控制系統(tǒng)（DCS）的方式來設計，即采用PLC和工業(yè)機器人來分別控制系統(tǒng)中的不同模塊，最終完成工件的識別與碼垛。具體控制方式為PLC控制傳送帶的啟停，工業(yè)機器人實現不同顏色工件的識別與碼垛。

1 分揀系統(tǒng)硬件介紹

系統(tǒng)硬件組成如圖1所示，分揀系統(tǒng)由PLC、傳送帶、工業(yè)機器人、碼垛臺以及傳感器組成。

圖1 分揀系統(tǒng)示意圖

PLC和傳送帶構成工件傳送系統(tǒng)。當上級工作站加工好工件后，PLC發(fā)出啟動傳送帶的指令，傳送帶接收到信號后，便開始運行，將工件源源不斷的輸送至傳送帶末端。工業(yè)機器人為識別工件和碼垛的核心控制器件，本文采用ABB公司生產的機器人。碼垛臺主要用于堆放工件，當工件碼放好以后，由叉車或者AGV小車再運送至指定地方。

本設計中主要采用了兩種類型的傳感器，分別是光電傳感器和色標傳感器。光電傳感器在本設計中主要用于位置檢測。光電傳感器1用于檢測工件有沒有到達傳送帶末端；光電傳感器2用于檢測工件有沒有放置到色標傳感器前方。色標傳感器主要用于識別工件的顏色。當色標傳感器識別了工件的顏色后，將信號傳遞給工業(yè)機器人，工業(yè)機器人再根據識別的顏色去碼放工件。本文采用日本某公司生產的NPN型LX-111簡易式色標傳感器，該傳感器共有四根輸出引出線，分別是棕色、藍色、黑色和粉紅色。棕色線為電源線，接24V電源的正極，藍色線也為電源線，接24V電源的負極，黑色線為輸出信號線，接工業(yè)機器人的輸入端口，粉紅色線為傳感器模式工作設置線。該傳感器有兩種工作模式，分別是色標模式和彩色模式，模式切換主要由硬件接線決定，當傳感器的粉紅色引線與電源的負極相連時，傳感器為色標模式下；當傳感器的粉紅色引出線與電源正極相連通時，傳感器為彩色模式。當需要從多種顏色中識別出指定顏色時，則需要把傳感器設置成彩色模式；當僅僅只需要識別兩種顏色時，則需要把傳感器設置成色標模式。本案例中只有藍色和黃色兩種工件，故將傳感器設置成色標模式。

碼垛系統(tǒng)由工業(yè)機器人來控制完成。系統(tǒng)采用型號為DSQC652的ABB輸入輸出通信板，該通信板可以提供16個輸入信號端口，16個輸出信號端口。色標傳感器和2個做位置檢測用的光電傳感器都是通過DSQC652輸入輸出通信板接入系統(tǒng)的。具體接線圖如圖2所示。

圖2 工業(yè)機器人硬件接線圖

2 控制系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)工藝流程介紹

當上級工作站將加工好的黃綠兩種顏色的工件隨即放到傳送帶上后，傳送帶啟動，利用傳送帶與工件之間的摩擦力將工件傳送至傳送帶末端。放置于傳送帶末端的光電傳感器1檢測到工件后，將信號傳遞給機器人，機器人接收到信號后，便執(zhí)行夾取工件動作。工件被夾取后，需要判斷顏色才可以碼垛，因此，需要機器人將工件夾放至檢測顏色位置處檢測。當工件顏色被識別后，機器人便可以將工件按照顏色來碼垛了。

2.2 色標傳感器簡介

2.2.1 色標傳感器示教顏色方法介紹

在進行示教前，需要確認傳感器硬件接線無誤，且粉紅色線與直流電源負極相連。將待檢測物體A放置于色標傳感器前，按傳感器上的ON鍵，LED燈開始閃爍，傳感器學習并記錄物體顏色的相關信息；對著待檢測物體B按下傳感器上的OFF鍵，LED燈熄滅，則傳感器設置完成。設置完成后需要校驗，校驗的方法也很簡單，把待檢測物體A放置于傳感器前，傳感器輸出指示燈亮；把待檢測物體B放置于傳感器前，傳感器輸出指示燈無變化。

2.2.2 工件顏色識別原理介紹

檢測工件顏色需要同時用到光電傳感器2和色標傳感器，當光電傳感器2有信號輸出時，說明檢測位置處有工件；當色標傳感器示教的顏色為黃色時，如果色標傳感器有信號輸出，則說明檢測位置處放置的工件是黃色工件，如果色標傳感器沒有信號輸出，則說明檢測位置處放置的工件是藍色工件。

2.3 控制系統(tǒng)程序設計

控制系統(tǒng)采用分散控制模式（DCS），主要由傳送模塊和碼垛模塊組成。

2.3.1 傳送模塊程序設計

傳送模塊由PLC和傳送帶組成，其中，PLC為系統(tǒng)的控制器件，傳送帶為系統(tǒng)的控制對象。根據工藝流程分析，傳送帶的啟?？刂瞥绦蛉鐖D3所示，X0為傳送帶啟動按鈕，X1為傳送帶停止按鈕，Y0位傳送帶啟停信號。如果為了使傳送帶控制更加智能，可以在傳送帶入口處安裝一個光電傳感器來替代按鈕開關X0。

2.3.2 碼垛模塊程序設計

圖3 傳送帶控制程序

碼垛模塊由工業(yè)機器人、傳感器以及碼垛臺構成，其中工業(yè)機器人為系統(tǒng)的核心控制器件。根據工藝流程分析，碼垛模塊程序由1個主程序和5個子程序組成，5個子程序分別是系統(tǒng)初始化程序、工件夾取程序、顏色檢測程序、藍色工件碼垛程序和黃色工件碼垛程序。工業(yè)機器人上電運行后，系統(tǒng)便運行初始化程序，初始化程序包括機器人位姿初始化、夾爪初始化、計數器變量初始化以及系統(tǒng)自檢等。當工件被傳送帶傳送到末端后，放置于傳送帶末端的光電傳感器1檢測到信號后，便將信號傳遞給工業(yè)機器人，工業(yè)機器人接收到信號后，開始執(zhí)行工件夾取程序。工件夾取程序執(zhí)行完后，就需要判斷工件的顏色。工業(yè)機器人將夾取到的工件夾放至顏色檢測處，若光電傳感器2檢測到有信號則說明待識別顏色的工件已經夾放到顏色檢測處了，如果色標傳感器輸出信號為1，則說明夾放至顏色檢測處的工件為藍色，若光電傳感器2有信號輸出，而色標傳感器沒有輸出信號，則說明夾放至顏色檢測處的工件為黃色（此處以色標傳感器示教的顏色是藍色為例來做說明）。工件顏色識別后便可以碼垛了。程序流程圖設計如圖4所示。

圖4 程序流程圖

3 總結

本系統(tǒng)采用分散控制（DCS）的方式設計，利用PLC控制傳送帶的啟停，實現了工件的傳送，通過在工業(yè)機器人上安裝色標傳感器和光電傳感器的方式實現了工業(yè)機器人對不同顏色工件的識別與碼垛。本設計在一定程度上弱化了PLC對系統(tǒng)的控制功能，提升了工業(yè)機器人在系統(tǒng)中的應用水平。在使用本系統(tǒng)的時候，可以根據實際需要，選擇合適的傳感器來實現不同材質工件的識別與碼垛，也可以增加色標傳感器來實現更多顏色工件的識別與碼垛。