基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)裝配生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

王誼

摘 要：隨著科技發(fā)展迅速，工業(yè)機(jī)器人在各行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。文章根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)中電機(jī)裝配工藝的需求，設(shè)計(jì)了一條基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)裝配生產(chǎn)線，包括ABB機(jī)器人、立體倉(cāng)庫(kù)、工業(yè)相機(jī)、裝配模塊及RFID模塊等。工業(yè)機(jī)器人通過(guò)I/O板控制上料單元推送法蘭，PLC控制系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)或硬件接口與工業(yè)相機(jī)、裝配模塊進(jìn)行通信。機(jī)器人將待裝配工件抓取至相機(jī)處進(jìn)行檢測(cè)，符合裝配條件時(shí)進(jìn)行裝配。實(shí)踐表明該系統(tǒng)能夠滿足生產(chǎn)裝配要求，有效提高生產(chǎn)效益。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;機(jī)器視覺;裝配生產(chǎn)線;PLC控制

0? ? 引言

近年來(lái)，隨著“中國(guó)制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略的逐步推進(jìn)，生產(chǎn)制造行業(yè)逐漸使用工業(yè)機(jī)器人代替人類進(jìn)行產(chǎn)品的加工和裝配，有效解決人工分揀裝配效率低、生產(chǎn)強(qiáng)度大、裝配效率低等缺點(diǎn)[1-2]。同時(shí)，機(jī)器人分揀和裝配可以靈活的根據(jù)生產(chǎn)要求進(jìn)行調(diào)整以滿足生產(chǎn)工藝要求，對(duì)柔性化生產(chǎn)具有重要的意義。

在裝備制造行業(yè)中，裝配零部件多元化，目標(biāo)零件顏色、形狀、角度多樣化，導(dǎo)致生產(chǎn)線智能化和柔性化程度較低。隨著機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人結(jié)合機(jī)器視覺技術(shù)，可有效提高工件的檢測(cè)率、識(shí)別的準(zhǔn)確度，從而提高產(chǎn)品裝配的合格率[3-6]。現(xiàn)有關(guān)于工業(yè)機(jī)器人裝配的生產(chǎn)線，僅用機(jī)器人作為貨物的碼放、搬運(yùn)等功能，工業(yè)機(jī)器人的利用率低。本文針對(duì)電機(jī)關(guān)節(jié)部件裝配技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套集立體倉(cāng)庫(kù)、視覺識(shí)別、RFID讀寫、工件裝配于一體的工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)裝配生產(chǎn)線。通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)測(cè)試，該系統(tǒng)能夠滿足生產(chǎn)工藝要求。

1? ? 裝配生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)器人裝配生產(chǎn)線可實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)底座和法蘭的上料、輸送、檢測(cè)、裝配和入庫(kù)過(guò)程，主要由一臺(tái)六自由度ABB工業(yè)機(jī)器人、快換裝置、視覺模塊、立體倉(cāng)庫(kù)、上料輸送單元、安裝模塊及PLC主控系統(tǒng)等組成，如圖1所示。一個(gè)關(guān)節(jié)部件的裝配主要包括倉(cāng)庫(kù)取放料、上料單元推料輸送、相機(jī)拍照識(shí)別顏色及形狀、RFID讀取與寫入、變位機(jī)旋轉(zhuǎn)及零件裝配等環(huán)節(jié)。

2? ? PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該裝配生產(chǎn)線的主控系統(tǒng)選用西門子S7-1200。PLC控制程序包括復(fù)位程序、視覺通信程序、變位機(jī)控制程序、機(jī)器人通信程序、RFID數(shù)據(jù)讀寫程序等功能模塊程序。程序運(yùn)行前進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位完成后，主程序調(diào)用運(yùn)行程序，機(jī)器人依次從抓取關(guān)節(jié)底座和輸出法蘭，分別通過(guò)相機(jī)識(shí)別檢測(cè)，將符合條件的關(guān)節(jié)底座與法蘭在裝配模塊進(jìn)行安裝，安裝完成后返回立體倉(cāng)庫(kù)。

PLC控制系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)與立體倉(cāng)庫(kù)、工業(yè)相機(jī)、裝配模塊及HMI觸摸屏實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，變位機(jī)模塊及RFID檢測(cè)模塊分別通過(guò)RS485接口、RS232接口與PLC主控系統(tǒng)相連。

3? ? 機(jī)器人裝配系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人需要抓取底座和吸取法蘭，為了提高生產(chǎn)效率，給機(jī)器人配備快換裝置。快換裝置一端安裝在機(jī)器人法蘭盤，另一端分別安裝在弧口手爪和吸盤工具上，既確保夾具所需要的氣壓，也保證了夾具信號(hào)的反饋[7]。該生產(chǎn)線中使用了4組氣流通道和12組信號(hào)通道的快換裝置，如圖2所示。

機(jī)器人程序包括復(fù)位程序、通信程序、工具抓取程序、工件識(shí)別及裝配程序。機(jī)器人與PLC需要信息交互，機(jī)器人通過(guò)對(duì)PLC發(fā)送控制字指令，觸發(fā)變位機(jī)旋轉(zhuǎn)、RFID檢測(cè)模塊讀寫等功能（見表1）。同時(shí)，PLC向機(jī)器人反饋相應(yīng)的拍照信息，機(jī)器人通過(guò)判斷反饋信息對(duì)所抓取工件進(jìn)行固定、裝配或返庫(kù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)關(guān)節(jié)部件的實(shí)際裝配生產(chǎn)環(huán)境，將機(jī)器人裝配與視覺檢測(cè)結(jié)合，搭建一個(gè)基于機(jī)器視覺的機(jī)器人裝配生產(chǎn)線，詳細(xì)分析了工藝生產(chǎn)流程、PLC控制程序流程及機(jī)器人編程流程與方法。經(jīng)過(guò)調(diào)試和試生產(chǎn)，該生產(chǎn)線運(yùn)行穩(wěn)定，裝配合格率滿足工藝要求，生產(chǎn)情況良好，更好地提高機(jī)器人自動(dòng)裝配生產(chǎn)線的柔性化程度。

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（編輯 姚 鑫）