摘要：本文介紹了由高威科Delta機器人、KEBA機器人控制系統(tǒng)、山洋伺服、三菱觸摸屏與PLC控制器以及高速以太網(wǎng)EtherCAT通訊等構(gòu)建而成的機器人自動化系統(tǒng)在瓷磚分揀包裝生產(chǎn)線中的應用。

關(guān)鍵詞：高威科Delta機器人,KEBA機器人,控制系統(tǒng),山洋伺服,三菱觸摸屏與PLC控制器,高速以太網(wǎng),EtherCAT

一、概述

隨著自動化生產(chǎn)線在企業(yè)的普及應用，充分考慮到了最大限度的解放勞動力，提高生產(chǎn)效率，改善加工過程品質(zhì)。越來越多的企業(yè)將原來由多人手工完成的工作，由機器人替代，實現(xiàn)高效、柔性、清潔的自動化作業(yè)。

Delta機器人屬于并聯(lián)類型，具有剛度大、受力平衡、承載能力強、誤差小、精度高、自重負荷比小、結(jié)構(gòu)簡潔、動力性能好、動作快速、控制容易、靜音和低維護等特點。配備工業(yè)視覺和各類型的末端執(zhí)行器，可自動識別、定位輸送帶上快速移動的各種工件，實現(xiàn)機器人高速、精準的動態(tài)跟隨輸送帶連續(xù)分揀作業(yè)。本項目就是綜合應用Delta機器人上述諸多優(yōu)點于瓷磚生產(chǎn)行業(yè)自動化改造的一個典型成功案例。

二、高威科Delta機器人

高威科機器人事業(yè)部具備雄厚的機器人自動化裝備研發(fā)和制造能力，致力于為用戶提供完善的自動化解決方案和交鑰匙工程，并提供強有力的技術(shù)支持。高威科推出的Delta機器人，是應用廣泛的高速分揀和放置工業(yè)機器人，機器人本體為德國TreiBoost品牌，由碳素纖維復合材料以及先進的驅(qū)動技術(shù)組成，可以實現(xiàn)各種工業(yè)苛刻環(huán)境下的分揀和放置應用。

圖1TreiBoostRobotics機器人

根據(jù)工作范圍、負載、軸數(shù)、類型的不同，高威科Delta機器人有十多種不同型號可供客戶選用，以密切貼合實際應用需求，達到經(jīng)濟實用、最佳性價比。隨著自動化生產(chǎn)線在企業(yè)的普及應用，充分考慮到最大限度解放勞動力，提高生產(chǎn)效率，改善加工過程品質(zhì)，高威科機器人事業(yè)部已在食品、電子、機械零件、瓷磚等行業(yè)中廣泛應用Delta機器人進行高速抓放和碼垛包裝加工，將原來多人手工完成的工作，由Delta機器人替代，實現(xiàn)高效、柔性、清潔的自動化作業(yè)。

圖2各種型號的高威科Delta機器人

三、瓷磚分揀包裝自動化生產(chǎn)線及其工藝說明

瓷磚從高溫窯爐產(chǎn)線輸出，產(chǎn)線寬度約為2.5m寬，輸出的瓷磚表面溫度為90℃左右。后續(xù)按先后順序呈階梯狀分流為4條支線。每條支線安排兩臺Delta機器人，每臺機器人按A/B兩區(qū)輪流進行瓷磚的分揀與堆垛，以確保連續(xù)工作。單條支線的現(xiàn)場布局圖如下所示。

圖3瓷磚分揀現(xiàn)場布局圖

四、硬件系統(tǒng)架構(gòu)

整個系統(tǒng)的硬件框架如下圖所示。上位系統(tǒng)采用三菱高性能觸摸屏與PLC控制器。控制中間層的4套KEBA機器人控制系統(tǒng)以及機器人外圍包裝輔助系統(tǒng)。下層Delta機器人系統(tǒng)采用“一拖二”經(jīng)濟實用型控制方式，即：一套KEBA系統(tǒng)（含一個工業(yè)機器視覺系統(tǒng)）同時控制兩套Delta機器人系統(tǒng)的高速、高精度工作。伺服網(wǎng)絡采用高速的EtherCAT網(wǎng)絡。

圖4系統(tǒng)硬件框架圖

五、軟件系統(tǒng)設計

程序設計主要分為三大部分，一部分是三菱PLC控制器中的MainPLC程序控制系統(tǒng)，另外是KEBA控制器中的PLC程序控制系統(tǒng)及其Robot程序控制系統(tǒng)。系統(tǒng)控制流程總圖如下所示：

圖5系統(tǒng)控制流程總圖

MainPLC程序控制系統(tǒng)負責整個系統(tǒng)的狀況協(xié)調(diào)與監(jiān)控。主要包括：

各Robot系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)視與控制，狀態(tài)監(jiān)視方面，如：實時顯示各工作中的Delta機器人抓放瓷磚的實際速度（p/min）、已完成的瓷磚分揀數(shù)量統(tǒng)計、漏檢瓷磚數(shù)量統(tǒng)計、報警信息等等。狀態(tài)控制方面，如：各個Robot的啟動、停止、暫停、復位等等。

機器人外圍的包裝輔助系統(tǒng)控制。其中又可細分為開箱、進箱、堆疊、推送、出箱和封箱六大子系統(tǒng)。

PLC（KEBA）程序控制系統(tǒng)中具備RC接口而用于和Robot程序控制系統(tǒng)溝通，具備Axis接口負責和各伺服軸系統(tǒng)溝通，也具備IO接口負責和外部所有IO信號溝通。PLC程序中負責Robot動作之外的所有邏輯控制和信息管理，如：視覺系統(tǒng)的控制與信息管理。

Robot（KEBA）程序主要負責各個機器人的具體動作控制、輸送帶跟隨抓取、A/B雙工位交替連續(xù)碼垛、機器人安全工作區(qū)域監(jiān)控與保護等等。

下圖所示為兩者的功能結(jié)構(gòu)關(guān)系圖：

圖6PLC與Robot功能結(jié)構(gòu)關(guān)系圖

六、結(jié)束語

該自動化生產(chǎn)線為當前國內(nèi)瓷磚生產(chǎn)行業(yè)首創(chuàng)，目前已能達到每臺Delta機器人以高達120~130p/min的分揀速度長期穩(wěn)定工作，滿足客戶及市場要求。項目中軟硬件系統(tǒng)均符合當前自動化系統(tǒng)開放式、模塊化、可重構(gòu)和智能化等發(fā)展趨勢，將當前先進的Delta機器人技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、高速實時網(wǎng)絡通訊等高新技術(shù)應用到自動化水平相對比較落后的瓷磚生產(chǎn)行業(yè)，攻克和掌握了機器人應用向該領域推廣的諸多核心技術(shù)和實踐經(jīng)驗。開發(fā)這類自動化生產(chǎn)線具有重大的研究意義，可為后續(xù)發(fā)展提供典型案例，積累經(jīng)驗，開辟機器人在新型產(chǎn)業(yè)中應用的廣闊前景。