基于ABB机器人的搬运分拣教学实验台的开发与设计

沈灿钢

（江阴职业技术学院，江苏 江阴 214405）

0 引 言

机器人是智能制造车间必不可少的基础装备，为了提升劳动生产率，节约人力成本，降低在搬运过程中产品的破损率，确保效益，现代生产最大化地利用了工业机器人来进行搬运工作[1]。

本文研究设计了一种搬运机器人实训平台，该实训平台系统采用对物体材质、颜色进行识别的传感器，经过传感器的识别，由机器人将物品放置到不同的位置。本设计将着重对此台搬运机器人实验台的硬件进行介绍，以及其传送带与传感器的PLC程序设计和机器人示教器内的程序设计。

1 机器人搬运教学实验台设计方案

1.1 系统功能描述

本文设计的搬运机器人实验台的工作流程：采用气动控制供料机构将物料推送到传送带上，当物料经过传感器时进行材质与颜色的判断，待物料到达夹料位置后，传送带停止[2]。由ABB机器人手臂夹取物料，通过材质与颜色的区分，放置到不同的物料槽内。

1.2 总体方案设计

系统硬件组成包括实训桌、供料机构、直线传送带、IRB 120工业机器人、仓储单元、气源及气路、PLC控制器、示教器、HMI触摸屏、传感器以及电气元件、透明安全防护板。

控制系统框图如图1所示，实验台外观如图2所示。

图1 控制系统框图

图2 搬运机器人实验台外观

1.3 供料机构

供料机构的功能就是向其他单元提供物料。在设备上电后，检测落料的传感器检测到有物料时，顶料气缸伸出，将物料顶住，以防掉落。接着推料气缸伸出，将物料推至传送带上，由输送单元进行接下来的操作[3]。供料机构如图3所示。

图3 供料机构实物

1.4 直线输送机构

直线输送单元就是将供料机构推出的物料，输送到传送带的末端，在经过传送带上的2个传感器时对物料的材质与颜色进行分辨，以便于下一步操作，到达末端时传送带电机停止等待下一步操作，由变频器驱动输送单元。直线输送单元如图4所示。

图4 直线输送单元实物

1.5 工业ABB六自由度机器人

本设计采用IRB 120型号的ABB工业机器人，当物料到达传送带的末端时机器人夹取物料，根据传感器分辨的结果，将金属物料和白色物料放入各自的仓储单元[4]。ABB IRB 120机器人如图5所示。

图5 ABB IRB 120机器人

1.6 PLC与触摸屏

本系统选用西门子S7-226PLC，采用外部供电的方式为PLC、传感器、气缸、变频器等供电。变频器选用三菱D-700型。PLC控制系统如图6所示，选用的触摸屏为MCGS TPC7062KS，它可以实现人机界面数据交互[5]。

图6 PLC控制系统

2 软件设计及调试

2.1 程序控制流程

上电后，机器人处于自动模式状态，PLC控制复位，系统准备就绪等待启动信号。按下启动按钮，供料机构开始运行，顶料和推料气缸协同工作，由气缸磁性开关检测位置。供料机构把物料推到传送带上后，将物料输送到传送带末端[6]。在传送带输送过程中，金属检测传感器和白色物料检测传感器对物料进行分辨。当夹料位置的传感器检测到物料已到达位置后，PLC向机器人发送夹料信号以及物料识别结果信号[7]。机器人移动到夹料位置对物料进行夹取，按照物料的类别将物料放置到各自的放料槽，搬运工作完成后机器人回到原点。PLC流程如图7所示。

图7 PLC流程

2.2 分拣控制程序

机器人按照传感器的分辨进行不同位置的放料。当机器人电机上电后，物料被传送到传送带末端，夹料位置检测到物料，夹料位置产生信号，如检测物料为金属物料，机器人将物料放置到金属物料放料槽；如果是白色物料，则机器人将物料放置到白色物料放料槽[8]。部分分拣程序如图8所示。

图8 部分分拣程序

2.3 ABB机器人程序

机器人程序使用示教器编写，如下是机器人程序的一部分，采用if语句编写传感器判断为金属物料的情况下机器人夹取物料的程序：

3 运行调试

3.1 PLC与机器人程序的单独调试

首先是机器人程序的调试，将机器人控制柜上的机器人模式开关打到手动状态，先进行机器人程序的单步运行，观察各点的示教位置是否准确，是否有碰撞，然后进行全速运行调试，检验机器人运行过程是否顺畅[9]。经调试，在机器人和PLC单独运行时，传送带系统和机器人搬运入库都能顺利完成，系统运行正常，未出现碰撞。

3.2 自动状态下联机调试

将机器人控制柜上的机器人模式开关打到自动状态，再将PLC程序进行联机调试。这时出现了一个小问题，在运行过程中，如果暂停，机器人将无法再次启动。经过测试分析，发现在暂停之后机器人电机无法自动上电，需要手动将机器人控制柜电机上电按钮按下，才可让机器人电机再次上电。重新优化控制程序，再次进行联机调试，完成了联机自动运行，运行时实训装置各系统衔接顺畅，机器人搬运入库工作均在防护板范围内[10]。自动运行时触摸屏界面如图9所示。

4 结 语

本项目从工业机器人技术专业教学需求出发，结合机电技术、机器人应用技术、PLC控制技术、组态网络技术、气动控制，开发设计了一套工业机器人搬运教学试验台。采用主流ABB小型机器人作为示教编程对象，选用常见的西门子S7-200 PLC和MCGS触摸屏，方便学生上手编程和系统集成[11-12]。本实验平台在投入教学后，学生和教师反馈情况良好，学生能在机器人专业课程中很好的衔接电气控制和PLC气动控制技术，本文设计的ABB机器人搬运教学实验台适合“工业机器人应用技术”和“工业机器人典型应用”的课程教学。