摘要：輸液袋由于其安全穩(wěn)定的性能，具有便于運(yùn)輸、易于回收等優(yōu)點(diǎn)，在臨床中的應(yīng)用的日益廣泛。國(guó)內(nèi)的輸液袋生產(chǎn)線主要依靠大量的人工分揀和引進(jìn)國(guó)外分揀設(shè)備運(yùn)行，加大了企業(yè)的生產(chǎn)成本。作為驅(qū)動(dòng)與自動(dòng)化解決方案專家，Lenze與國(guó)內(nèi)OEM公司合作開發(fā)了以Delta機(jī)器人為核心的高速輸液袋分揀系統(tǒng)，具有高速分揀、定位精確、安全可靠等特點(diǎn)，目前已經(jīng)在醫(yī)藥行業(yè)中得到了成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵字：輸液袋，Delta機(jī)器人，分揀系統(tǒng)

1    項(xiàng)目介紹

液體軟袋易變形，對(duì)分揀設(shè)備的性能要求更高，Lenze工程師為了解決這些問題，在解決方案的技術(shù)上創(chuàng)新突破，通過路徑優(yōu)化、完善插補(bǔ)算法以提高機(jī)器動(dòng)態(tài)性能，通過優(yōu)化總線配置以提高抓取速度和穩(wěn)定性，令系統(tǒng)的運(yùn)行速度達(dá)到120袋/分鐘。

Delta機(jī)器人是一種典型的3桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如圖1所示，具有剛性強(qiáng)、精度高、承重能力大、自身負(fù)荷小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高速抓取、搬運(yùn)機(jī)器人平臺(tái)。在人力成本日益增加的時(shí)代，Delta機(jī)器人廣泛應(yīng)用于包裝，食品飲料，藥品，物流等多個(gè)行業(yè)。

圖1 Delta機(jī)器人

2    基于PC技術(shù)的整體解決方案

以Delta機(jī)器人為核心的輸液袋自動(dòng)碼放生產(chǎn)線主要由Delta機(jī)器人、視覺系統(tǒng)及輸送帶三個(gè)部分組成。Delta機(jī)器人部分由基板、主機(jī)械臂、旋轉(zhuǎn)軸、電機(jī)罩、抓具等組成，具有三個(gè)空間自由度和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。Delta機(jī)器人通過視覺設(shè)備識(shí)別來料狀態(tài)，通過控制器計(jì)算擬合運(yùn)動(dòng)曲線，可實(shí)現(xiàn)快速拾取運(yùn)動(dòng)中輸送帶上的輸液袋，并將輸液袋按照指定的方向擺放至另一條輸送帶上，實(shí)現(xiàn)“無序來料有序碼放”，可應(yīng)用在來料分選、前端理料、后端裝箱等工序中，工作流程如圖2所示。

圖2 輸液袋碼放系統(tǒng)工作流程圖

Delta機(jī)器人系統(tǒng)采用Lenze 3200 C作為運(yùn)動(dòng)控制器，可用于程序的下載及遠(yuǎn)程維護(hù)等功能，所有的運(yùn)動(dòng)曲線，邏輯控制及以操作界面的監(jiān)控全部由3200 C完成，伺服系統(tǒng)采用Lenze i700系列伺服驅(qū)動(dòng)器，MCS系列伺服電機(jī)和MPR行星減速器，運(yùn)動(dòng)控制器與伺服驅(qū)動(dòng)器之間采用EtherCAT總線進(jìn)行通訊，監(jiān)控界面顯示于p300面板控制器中，總線負(fù)荷合理，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3 輸液袋碼放系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3    FAST模塊-讓編程變得簡(jiǎn)單高效

與某些編程軟件需要調(diào)用大量底層代碼和指針不同的是，Lenze的FAST技術(shù)模塊易于掌握和使用，參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單，通過集成式控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化了工作過程，具備基礎(chǔ)電氣知識(shí)的工程師經(jīng)過短期培訓(xùn)便可掌握Lenze系統(tǒng)的機(jī)器人調(diào)試，可大幅減少設(shè)備開發(fā)周期和成本。

3.1 Pick&Place 技術(shù)模塊

 Delta機(jī)器人完成一個(gè)拾取和放置作業(yè)，需要編程完成的工作即對(duì)拾取和放置作業(yè)路徑的規(guī)劃和邏輯的定義。針對(duì)Delta機(jī)器人的操作，僅通過Lenze特有的FAST Pick&Place模塊，便可實(shí)現(xiàn)與Delta機(jī)器人相關(guān)的所有操作，Pick&Place模塊主要集成了以下功能。

1)   尋零操作：可提供多種尋零方式，能夠滿足不同的調(diào)試和應(yīng)用的需求。

2)   手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)：設(shè)定速度的情況下支持X,Y,Z方向點(diǎn)動(dòng)及單軸點(diǎn)動(dòng)功能，可用于路徑規(guī)劃的示教點(diǎn)。

3)   路徑規(guī)劃：路徑規(guī)劃中可提供10個(gè)特征點(diǎn)供用戶使用，并且可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝要求在每個(gè)分段對(duì)每個(gè)點(diǎn)的空間位置分別設(shè)置速度、加速度、彎曲半徑、停頓點(diǎn)等參數(shù)。

4)   抓具控制：模塊可在Delta機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)之前或之后，提前開啟或者延時(shí)釋放抓具，其實(shí)現(xiàn)的方式僅通過設(shè)置模塊中一個(gè)時(shí)間參數(shù)即可完成。

5)   報(bào)警信息功能：可提供關(guān)于伺服和功能塊的報(bào)警功能并提供詳細(xì)的報(bào)警代碼，提供詳細(xì)診斷信息。

圖4 Pick&Place功能塊

3.2 靈活的模塊和開放的系統(tǒng)

Lenze的PLC Designer編程軟件將 PLC、運(yùn)動(dòng)控制和機(jī)器人技術(shù)完美的整合在一個(gè)集成式平臺(tái)中，這是 PC 控制技術(shù)所具備的決定性優(yōu)勢(shì)，PLCopen運(yùn)動(dòng)控制規(guī)范的編程軟件讓程序的可復(fù)用性更加簡(jiǎn)便，簡(jiǎn)化程序移植過程。針對(duì)Delta機(jī)器人在輸送帶上抓放輸液袋的應(yīng)用，僅通過PLCopen中用于物料跟蹤的標(biāo)準(zhǔn)功能塊MC_TrackConveyorBelt，將物料在輸送帶的位置實(shí)時(shí)傳送給Lenze特有的Pick&Place功能塊，便可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在輸送帶上準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地抓放物體。PLC Designer編程軟件的調(diào)試界面如圖5所示。

圖5 PLC Designer V3.9調(diào)試及路徑顯示界面

Lenze系統(tǒng)的開放性是項(xiàng)目成功的另一保證，Lenze運(yùn)動(dòng)控制器3200 C支持OPC Server協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通訊協(xié)議等，在與視覺系統(tǒng)的通訊中，采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通訊協(xié)議，僅需設(shè)置IP地址及端口號(hào)即可實(shí)現(xiàn)。

4    展望

隨著機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展，Lenze會(huì)利用在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的領(lǐng)先產(chǎn)品、創(chuàng)新的解決方案以及專業(yè)的行業(yè)知識(shí)，通過與中國(guó)OEM公司和機(jī)器人制造商攜手合作，共同設(shè)計(jì)生產(chǎn)出高效的具有中國(guó)特色的智能工業(yè)機(jī)器人，共同推動(dòng)中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)智能轉(zhuǎn)型，推動(dòng)中國(guó)制造業(yè)的升級(jí)改造，積極推動(dòng)“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變。