工业机器人分拣系统的设计

刘华锋

（广东环境保护工程职业学院，广东 佛山 528216）

随着“工业4.0”技术的不断发展，工业机器人的应用技术也得到了越来越多人的关注。工业机器人作为智能制造业中不可或缺的装备，在智能制造行业中扮演的角色也越来越重要，从某种意义上讲，工业机器人在工业领域的应用水平也间接的反应了智能制造技术的发展水平。目前，工业机器人被广泛的应用在一些重复性操作、技术含量低、现场工作环境恶劣等岗位，工业机器人在工业领域中的应用主要集中在机床上下料、搬运（码垛）、装配、电焊、喷涂等领域。由于工业机器人的引入，不仅节省了人工成本，提升了企业的自动化生产的水平，同时也为企业向智能制造方向的发展奠定了基础。

本文采用分散控制系统（DCS）的方式来设计，即采用PLC和工业机器人来分别控制系统中的不同模块，最终完成工件的识别与码垛。具体控制方式为PLC控制传送带的启停，工业机器人实现不同颜色工件的识别与码垛。

1 分拣系统硬件介绍

系统硬件组成如图1所示，分拣系统由PLC、传送带、工业机器人、码垛台以及传感器组成。

图1 分拣系统示意图

PLC和传送带构成工件传送系统。当上级工作站加工好工件后，PLC发出启动传送带的指令，传送带接收到信号后，便开始运行，将工件源源不断的输送至传送带末端。工业机器人为识别工件和码垛的核心控制器件，本文采用ABB公司生产的机器人。码垛台主要用于堆放工件，当工件码放好以后，由叉车或者AGV小车再运送至指定地方。

本设计中主要采用了两种类型的传感器，分别是光电传感器和色标传感器。光电传感器在本设计中主要用于位置检测。光电传感器1用于检测工件有没有到达传送带末端；光电传感器2用于检测工件有没有放置到色标传感器前方。色标传感器主要用于识别工件的颜色。当色标传感器识别了工件的颜色后，将信号传递给工业机器人，工业机器人再根据识别的颜色去码放工件。本文采用日本某公司生产的NPN型LX-111简易式色标传感器，该传感器共有四根输出引出线，分别是棕色、蓝色、黑色和粉红色。棕色线为电源线，接24V电源的正极，蓝色线也为电源线，接24V电源的负极，黑色线为输出信号线，接工业机器人的输入端口，粉红色线为传感器模式工作设置线。该传感器有两种工作模式，分别是色标模式和彩色模式，模式切换主要由硬件接线决定，当传感器的粉红色引线与电源的负极相连时，传感器为色标模式下；当传感器的粉红色引出线与电源正极相连通时，传感器为彩色模式。当需要从多种颜色中识别出指定颜色时，则需要把传感器设置成彩色模式；当仅仅只需要识别两种颜色时，则需要把传感器设置成色标模式。本案例中只有蓝色和黄色两种工件，故将传感器设置成色标模式。

码垛系统由工业机器人来控制完成。系统采用型号为DSQC652的ABB输入输出通信板，该通信板可以提供16个输入信号端口，16个输出信号端口。色标传感器和2个做位置检测用的光电传感器都是通过DSQC652输入输出通信板接入系统的。具体接线图如图2所示。

图2 工业机器人硬件接线图

2 控制系统设计

2.1 系统工艺流程介绍

当上级工作站将加工好的黄绿两种颜色的工件随即放到传送带上后，传送带启动，利用传送带与工件之间的摩擦力将工件传送至传送带末端。放置于传送带末端的光电传感器1检测到工件后，将信号传递给机器人，机器人接收到信号后，便执行夹取工件动作。工件被夹取后，需要判断颜色才可以码垛，因此，需要机器人将工件夹放至检测颜色位置处检测。当工件颜色被识别后，机器人便可以将工件按照颜色来码垛了。

2.2 色标传感器简介

2.2.1 色标传感器示教颜色方法介绍

在进行示教前，需要确认传感器硬件接线无误，且粉红色线与直流电源负极相连。将待检测物体A放置于色标传感器前，按传感器上的ON键，LED灯开始闪烁，传感器学习并记录物体颜色的相关信息；对着待检测物体B按下传感器上的OFF键，LED灯熄灭，则传感器设置完成。设置完成后需要校验，校验的方法也很简单，把待检测物体A放置于传感器前，传感器输出指示灯亮；把待检测物体B放置于传感器前，传感器输出指示灯无变化。

2.2.2 工件颜色识别原理介绍

检测工件颜色需要同时用到光电传感器2和色标传感器，当光电传感器2有信号输出时，说明检测位置处有工件；当色标传感器示教的颜色为黄色时，如果色标传感器有信号输出，则说明检测位置处放置的工件是黄色工件，如果色标传感器没有信号输出，则说明检测位置处放置的工件是蓝色工件。

2.3 控制系统程序设计

控制系统采用分散控制模式（DCS），主要由传送模块和码垛模块组成。

2.3.1 传送模块程序设计

传送模块由PLC和传送带组成，其中，PLC为系统的控制器件，传送带为系统的控制对象。根据工艺流程分析，传送带的启停控制程序如图3所示，X0为传送带启动按钮，X1为传送带停止按钮，Y0位传送带启停信号。如果为了使传送带控制更加智能，可以在传送带入口处安装一个光电传感器来替代按钮开关X0。

2.3.2 码垛模块程序设计

图3 传送带控制程序

码垛模块由工业机器人、传感器以及码垛台构成，其中工业机器人为系统的核心控制器件。根据工艺流程分析，码垛模块程序由1个主程序和5个子程序组成，5个子程序分别是系统初始化程序、工件夹取程序、颜色检测程序、蓝色工件码垛程序和黄色工件码垛程序。工业机器人上电运行后，系统便运行初始化程序，初始化程序包括机器人位姿初始化、夹爪初始化、计数器变量初始化以及系统自检等。当工件被传送带传送到末端后，放置于传送带末端的光电传感器1检测到信号后，便将信号传递给工业机器人，工业机器人接收到信号后，开始执行工件夹取程序。工件夹取程序执行完后，就需要判断工件的颜色。工业机器人将夹取到的工件夹放至颜色检测处，若光电传感器2检测到有信号则说明待识别颜色的工件已经夹放到颜色检测处了，如果色标传感器输出信号为1，则说明夹放至颜色检测处的工件为蓝色，若光电传感器2有信号输出，而色标传感器没有输出信号，则说明夹放至颜色检测处的工件为黄色（此处以色标传感器示教的颜色是蓝色为例来做说明）。工件颜色识别后便可以码垛了。程序流程图设计如图4所示。

图4 程序流程图

3 总结

本系统采用分散控制（DCS）的方式设计，利用PLC控制传送带的启停，实现了工件的传送，通过在工业机器人上安装色标传感器和光电传感器的方式实现了工业机器人对不同颜色工件的识别与码垛。本设计在一定程度上弱化了PLC对系统的控制功能，提升了工业机器人在系统中的应用水平。在使用本系统的时候，可以根据实际需要，选择合适的传感器来实现不同材质工件的识别与码垛，也可以增加色标传感器来实现更多颜色工件的识别与码垛。