高文栋
徐州霍斯利机械有限公司 江苏徐州 221000
摘要：随着德国“工业4.0”、美国“工业互联网”及我国“中国制造2025”的提出，智能制造、自动化装备等细分产业得到重点关注，并不断向FMS柔性制造系统或FMC柔性制造单元发展。为了提高生产效率，保证产品质量，减少生产成本，缩减生产周期，该文设计和开发了一套基于工业机器人的智能生产线系统。以三菱ＲＶ－３ＳＤ六自由度工业机器人作为载体，实现工业机器人的自动分拣、追踪、搬运、装配、存储等功能，实现了生产线的智能化。
关键词：六自由度工业机器人；ＰＬＣ；ＲＦＩＤ数据传输系统；智能生产线
作为一种技术附加值高且应用范围广的装备，机器人在现代化制造业中发挥着越来越重要的作用。工业机器人是目前发展技术最为成熟、应用范围最广的一种机器人。研究工业机器人最初是为了避免工人们工作在危险恶劣的环境中，但目前引入工业机器人主要是为了提高产品质量和改善生产效率。由于机器人可以保持24h连续不间断且高效地工作，使用寿命大多都在10年以上，因此很多行业都采用工业机器人进行分拣、追踪、搬运、装配、存储等复杂作业。随着工业机器人技术的日渐成熟和现代化制造业对生产线智能化的需要，工业机器人被广泛地应用于现代化的生产线中。
在工业生产中，机器人主要有两种应用方式:机器人工作单元与机器人工作生产线。在国外，工业机器人最主要的应用方式为机器人工作生产线。现代化制造业已经向少批量、多品种的生产方向转型，促使机器人工作生产线向智能化发展，使其具有更加广阔的应用前景。在我国，机器人技术被列入“863”计划后，成为一个非常重要的发展主题，使得工业机器人技术取得了长足的发展。但由于前期发展的不足，我国的机器人技术与发达国家相比，还存在很大的差距。
该文设计和开发了一套基于工业机器人的智能生产线系统，包含三菱ＲV－3SD六自由度工业机器人、三菱可编程控制器、西门子ＲFID数据传输系统和一套集供料、传送、组装、立体仓库为一体的机构，可实现对工件的自动分拣、追踪、搬运、装配、存储等操作。
1智能生产线控制要求
基于工业机器人的智能生产线具体控制要求如下:
1)当传感器检测到有工件时，4个工件料库按设定时序各自推出工件，此时直线传送带和环形传送带开始运行。
2)环形传送带将推出的工件向前传输，当工件到达ＲFID检测单元后，PLC主控制器通过ＲFID数据传输系统对工件内标签信息进行读取，并判断此工件是否为合格工件。
如果是合格工件，工件到达直线传送带后，跟踪传感器触发，机器人将进行跟踪吸取工件的操作，并将工件搬运至装配等待位置;按照工件的信息，将工件装入到对应装配台上工件盒的相应位置，之后机器人回到跟踪吸取等待位置。
如果是不合格工件，机器人将其搬运到废品回收框后，继续等待。此时被分时推出的下一个工件到达ＲFID检测单元，通过对其检测，机器人进行重复分拣操作，直到工件盒全部装配完成。机器人夹取工件盖到工件盒上，使其组成一个生产组合体，并将成品搬运到仓库空位置。
2智能生产线硬件系统设计
该系统由三菱ＲV－3SD六自由度工业机器人系统、三菱PLC控制系统、ＲFID数据传输系统、环形输送单元、直线输送单元、工具组装单元、四工位供料单元、立体仓库单元、废品回收框、各类工件、电气控制柜等组成。
2.1三菱ＲV－3SD六自由度工业机器人系统
由机器人本体、示教器、机器人控制器和末端执行器等组成，如图1所示。机器人末端执行器包含吸盘、夹具、量具、喷枪等，可以对工件进行吸取、抓取、测量、弧焊等操作。
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图1三菱ＲV－3SD六自由度工业机器人系统
2.2三菱PLC控制系统
配备三菱FX3U可编程控制器、数字量扩展模块、模拟量模块、232串行通信模块、以太网通信模块等，用于读写ＲFID系统的工件数据，从而控制机器人、电动机、气缸等执行机构动作。
2.3ＲFID数据传输系统
环形传送带的最左端装有西门子ＲFID检测系统，其检测距离是4cm，工件内部带有电子标签。ＲFID检测系统能够读取工件内部标签的颜色、高度、编号等信息，并将此信息通过现场总线传送给可编程控制器，用以控制末端执行器分拣工件。
2.4四工位供料单元
由井式料库、推料气缸、顶料气缸和光电传感器组成，用于将工件库中的工件依次推出到环形传送带。提供不同编号、不同高度、不同颜色的标准工件，以及编号缺少笔画、杂色叠加等不合格工件。
2.5环形输送单元
由一套交流调速系统组成，包含变频器、三相交流电动机、传送带、对射传感器等，用于传输工件。
2.6直线输送单元
由一套直流调速系统组成，包含直流电动机、调速控制器、高精度编码器等，用于跟踪抓取工件。
2.7立体仓库单元
由铝质材料加工而成，配有9个仓位(3×3)，用于放置装配完的组件。
3智能生产线软件系统设计
3.1流程设计
1)给PLC下达工件装配任务，装配任务为:装配台工件颜色分别是蓝、红、黄，工件编号顺序都是1，2，3，4，工件高度都是低的，如图2所示。PLC对装配任务进行保存，可以重复装配。
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图2工件装配流程图
2)系统复位:上电后按下面板上的“复位”键3s，控制程序开始复位，机器人回到初始位置，各气缸退回。复位完成后“运行指示灯”闪烁。3)启动:“运行指示灯”闪烁时，按下“启动”键，执行以下任务(可同时进行):
(1)工件盒料库检测到有工件盒，出料台检测到是空位，工件盒推料气缸向外推出一个工件盒;
(2)工件盖料库检测到有工件盖，出料台检测到是空位，工件盖推料气缸向外推出一个工件盖;
(3)机器人从初始位置运行到工具换装等待位置。
4)机器人运行到工件盒出料台上方，接着将出料台上的工件盒搬到3号装配台上，机器人回到工件盒出料台上方继续等待;当工件盒料库检测到有工件盒时，工件盒推料气缸向外推出下一个工件盒。
5)机器人运行到工件盒出料台上方，接着将出料台上的工件盒搬到2号装配台上，机器人回到工件盒出料台上方继续等待;当工件盒料库检测到有工件盒时，工件盒推料气缸向外推出下一个工件盒。
6)机器人运行到工件盒出料台上方，接着将出料台上的工件盒搬到1号装配台上。
7)机器人运行到工具换装装置处装上吸盘工装，并运行到工件跟踪吸取等待位置。
8)当工件料库的传感器检测到有工件时，4个工件料库按设定时序各自推出工件，此时直线传送带和环形传送带开始运行;环形传送带将推出的工件向前传输，当工件到达ＲFID检测单元后对其进行检测。
9)PLC主控制器通过ＲFID数据传输系统对工件内标签信息进行读取，并判断此工件是否为合格工件，并控制机器人进行分拣。具体分拣步骤如下:如果是合格工件，工件到达直线输送带后，跟踪传感器触发，机器人将进行跟踪吸取工件的操作，并将工件搬运至装配等待位置，按照工件的信息，将工件装入到对应装配台上工件盒的相应位置，之后机器人回到跟踪吸取等待位置;如果是不合格工件，机器人将其搬运到废料框中。
10)被分时推出的下一个工件此时到达ＲFID检测单元，通过对其检测，机器人进行重复分拣操作，直到3个工件盒全部装配完成。
11)机器人夹取工件盖到工件盒上，使其组成一个生产组合体。
12)机器人将成品搬运到仓库空位置:使用装在大口夹上的光纤传感器检测未知仓库是否为空。
13)当一个成品入库后，控制系统需记录此库位不为空，下一个成品入库时应直接跳过这个库位。
3.2程序设计
1)工件装配流程编辑软件工件装配流程编辑软件可以通过PLC下载口与PLC进行数据传输，将工件的装配任务进行随意编辑，并下达到PLC。
2)ＲFID读写软件ＲFID读写软件可以对西门子ＲFID读写器进行操作，包括读写器的启动、停止，标签的初始化、数据写入、数据读取等功能。
3)机器人调试编程仿真软件机器人调试编程仿真软件可以对三菱各系列机器人进行编程和调试。该软件有项目管理区、文本编辑区、属性指示区、位置列表区等窗口，能够实现对三菱机器人的在线调试和离线调试。
4总结
该文将PLC技术、传感器技术、电机与电气控制技术、变频器技术和机器人技术综合应用于工程对象中，以典型工程对象三菱ＲV－3SD六自由度工业机器人为载体，实现了工业机器人的自动分拣、追踪、抓取、搬运、存储等功能，可以进行远程控制，专业综合性强，工程实践性高，实现了生产线的智能化。
参考文献：
[1]吴斌.基于工业机器人的智能制造生产线设计[J].机床与液压,2020,v.48;No.521(23):60-64.
[2]文清平.基于工业机器人上下料的多工位机加工生产线设计[J].机床与液压,2020,v.48;No.515(17):54-57.