基于ABB机器人的搬运系统设计

基于ABB机器人的搬运系统设计

林必忠

杭州万向职业技术学院  浙江杭州   310000

摘要：本设计完成了机器人搬运系统电气控制部分的硬件和软件设计。该机器人搬运系统主要由复合夹具、不锈钢滚筒输送机、机器人、立体仓库、视觉系统等组成，整个系统用西门子1200 PLC进行控制，触摸人机界面进行信息的交互。本系统硬件部分围绕立体仓库、视觉系统、电气控制系统等几大模块进行，完成了对应模块的电气控制设计。软件部分分为PLC控制系统程序及触摸屏程序。操作模式分为手动和自动运行，手动模块下主要就是系统的调试，自动模式用于自动生产，运行速度快，提高生产效率。最后讲解了整个系统的应用。，

     关键词：机器人；搬运；视觉；触摸屏；可编程控制器

一、系统概述

机器人搬运系统主要由工业机器人、机器人安装底座、复合夹具、不锈钢滚筒输送机、立体仓库、视觉系统、数控车床、安全防护系统、电气控制系统、软件等组成。立体仓库分5层，每层有4个存储单元。下2层排放为未加工工件，上2层排放检测后已加工的工件，中间一层存放废料，可用于实现码垛的教学功能。

系统工作流程：

（1）立体仓库的五轴机械手从下2层的仓储单元逐个按照设定顺序取出未加工的工件，放到出入库口，通过滚筒输送机输送到末端；

（2）当工件到达滚筒输送机末端，传感器检测到后，自动打开车床安全门，带有2组工件夹具的机器人将未加工的工件物料送入机床夹具中，待车床夹具夹紧，机器人退回时，车床安全门关闭，车床开始加工。加工完毕后，打开车床安全门，机器人一只夹具先抓取新送到未加工工件，待机器人进入车床后另一只夹具取出加工后工件，同时送入新抓取未加工工件，最后将取出的加工后工件物料放入输送线送回仓储系统。机器人每次采用一取一送的工作模式，从而提高系统效率，避免输送线长时间等待。

（3）在工件未到达仓储系统时，经过视觉检测区域检测，视觉检测系统将检测结果送入控制器。

（4）工件到达仓储系统后，根据视觉检测结果，五轴机械手系统将返回的工件送入相应的空位。放置完成后再取出一个未加工工件送入输送线系统，如此循环。

（5）当出现缺料或成品库位已满等情况，系统发出不同告警警报，同时终止仓储系统运行，而其他不受影响机构继续运行一个周期。

二、硬件系统设计

2.1机器人系统采用ABB IRB1410,负载5KG，配有复合夹具（由两组气动平行手爪组成），通气管等装置。

2.1.1.机械手

机械手由六个转轴组成的空间六杆开链机构，理论上可达到运动范围内空间任何一点。六个转轴均有AC伺服电机驱动，每个电机后均有编码器。每个转轴均带有一个齿轮箱，机械手运动精度(综合)达正负0.05mm至正负0.2mm。机械手带有手动松闸按钮，用于维修时使用。机械手带有平衡气缸或弹簧。机械手带有串口测量板(SMB)，测量板带有六节可充电的镍铬电池，起保存数据作用。

2.1.2 机器人控制系统

包含：机器人计算机板，控制运动与输入/输出通讯、存贮板，增加额外的内存、主计算机板，含8M 内存，控制整个系统、通讯板，用于网络或现场总线通讯等

2.1.3机器人系统软件

RobotWare是ABB提供的机器人系列应用软件的总称，RobotWare目前包括BaseWare, BaseWare Option, ProcessWare,DeskWare与FactoryWare五个系列。

2.2 仓储系统

仓储系统由三自由度机械手系统及仓储货架等组成。

三自由度机械手由步进电机、传动丝杆、伸缩气缸、气动气爪等组成，可以实现X、Y方向的运动、伸缩、松夹。主要用来取放仓储货架上的物料。

仓储货架由五层四列20个货架位组成，每个货架位配有检测开关，用来检测物料的存放情况。

步进电机驱动器采用步科公司的3M458,具有横流驱动方式，最大驱动电流可达5.8A，可驱动三相57式混合式步进电机；最高可达10000步/转的细分功能；可设定电机静态锁紧状态下的自动半流功能，大大降低电机的发热；具有脱机功能，可以在必要时关闭给电机的输出电流。

2.3 输送线系统

输送线系统由两组滚筒输送线、视觉系统、拦截气缸、顶料气缸等组成。

滚筒输送线通过传动链条实现动力同步传递，变频驱动。每组输送线配有末端检测传感器及顶料气缸，末端检测传感器用来检测物料托盘到位情况，顶料气缸用来固定托盘，校准托盘位置。另外靠近机床侧的一段输送线还配有托盘拦截气缸和视觉检测系统。拦截气缸用来辅助视觉检测系统固定被检测物体正处于视觉检测系统下方。

2.4视觉系统

视觉系统采用欧姆龙FH-L550，该控制器具有紧凑性高、运行处理速度快、程序编写简单等特点，集定位、识别、计数等功能于一体。

2.5车床加工系统

车床加工系统由数控车床、车床自动开关门机构、气动旋转夹具等组成。车床自动开关门机构采用单杆伸缩气缸结合电磁阀控制，两个单杆气缸分别控制车床的左右门，伸缩气缸配有磁性开关检测车床开关门状态。夹具安装固定于机床旋转机构上，通气管口固定于机床外部，接于电磁阀上，通过控制电磁阀可实现夹具的夹紧、松开。

2.6 防护系统

防护系统包括防护围栏、门限位、光幕传感器及警示灯等组成，起到一定安全防护及异常报警的作用，围栏门被打开时，系统警示灯可通过闪烁提示警告。

在设备运行时，请勿进入防护围栏内。

2.7 控制系统

控制系统由西门子CPU1214C/DC/DC/DC、MCGS触摸屏、交换机及低压元器件等组成。PLC作为处理单元，通过采集外部传感器及限位开关信号，集中处理后输出控制电磁阀、机器人。

MCGS触摸屏作为上位机监视各仓位状态及视觉检测输出结果，同时也作为控制端启动停止设备的运行。

三、软件系统设计(由于篇幅限制，只列出以下两部分)

3.1 激光切割部分程序

3.2 触摸屏界面

四、系统使用

4.1 运行前准备工作

1）、放置待加工物料

2）、清理输送线托盘物料

3）、清理机械手爪物料

4）、清理车床夹具内物料

5）、复位机器人手臂位置

4.2系统运行

1）放置待加工物料

2）、清理输送线托盘物料

3）、清理机械手爪物料

4）、清理车床夹具内物料

5）、复位机器人手臂位置

4.3 设备停机

当设备需要停机时，请按照以下步骤进行操作。

1）首先将机器人系统通过控制器面板钥匙开关旋至手动模式，使机器人处于手动模式下。

2）然后关闭机器人系统电源

3）最后依次关闭控制柜电源、空气压缩机电源。

五、参考文献

1、ABB工业机器人编程操作技巧 出版社：机械工业出版社   2019

2、ABB工业机器人现场编程出版社：电子工业出版社  2017

3、深入理解西门子S7-1200 PLC及实战出版社：中国电力出版社  2015

4、MCGS触摸屏组态控制技术出版社：北京师范大学出版社   2015