智能识别分拣码垛工业机器人工作站系统的设计与应用

智能识别分拣码垛工业机器人工作站系统的设计与应用

刘伟

迈赫机器人自动化股份有限公司 山东 潍坊 262200

摘要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。当前，我国科学技术不断发展，产品质量逐渐提升，劳动力短缺、劳动成本提高的趋势也逐渐显现出来。为了更高效率地生产产品，实现高速全自动化生产，机器人被广泛应用起来。近几年来，机器人的广泛应用也促进了我国工业生产水平的不断提高和机器人技术的迅速发展。同时，企业生产规模的不断扩大和自动化程度的不断提高也无疑对码垛机器人的工作效率提出了更高的要求，因此，基于机器人技术的高速码垛生产线的研究就显得尤为必要。本文就智能识别分拣码垛工业机器人工作站系统的设计与应用展开探讨。

关键词：工业机器人；智能识别；分拣；码垛

引言

我国工业机器人发展迅速且已广泛应用于涂、焊、拆装、码垛、搬运、包装等作业，而国内大部分工业生产线的分拣与装配任务是机器人通过接收传感器信号来实现的，所以机器人只能运行示教编程的程序而有局限性，一旦工件环境发生变化就无法正常完成预期作业，导致直接影响生产效率。随着工业机器人现代化生产线的发展，机器智能视觉系统对于工业机器人的需求也随之增大。

1任务描述与系统组成

某企业生产现场，针对机床生产加工出的某类型零件进行检测、分拣与码垛的任务（零件为盘盖类，大小为60mm×10mm和55mm×10mm两种类型，材质为45钢，质量为0.3kg和0.25kg，主要尺寸55、20、15），然后输送到下一机床工作区进行后续工序或进行码垛待包装，对其进行智能化改造，研制配合整个生产线的自动化生产控制的工业机器人工作站。根据任务要求和系统的规模，该系统选择三菱Fx2N-48MRPLC作为生产线的控制系统，工业机器人选用广州数控GSKGR-C（5kg级），研制智能识别分拣码垛工业机器人工作站，该系统由5部分组成（1）工业机器人工作站控制台。控制台主要由PLC控制系统、控制面板、视觉检测装置和辅助显示等4部分组成，该控制台控制皮带传送、外围设备、工业机器人。控制面板上有启动、复位等按键，触摸屏和指示灯。触摸屏主要有两种功能：一是显示机器人分拣工件的信息，包括工件类型、输送数量、工位占用情况等；二是控制台的操作，包括复位、启动、停止、急停等按钮。视觉检测装置主要是修改检测尺寸、收集检测数据等内容，辅助显示主要是方便获取示教点，提供的视觉辅助显示。（2）皮带传送与视觉检测装置。在普通传送带上安装传感器、视觉系统等装置，划分成工件放置区、工件引导区、智能识别区、视觉检测区、工件停止区五部分。其中，工件放置区安装三对光电传感器，可以实现工件放置在此区域任意位置，传送带开始启动。工件引导装置可以让工件辅助引导到固定位置传送，便于机器人抓取。智能识别是由视觉检测系统来识别工件的两种不同类型。视觉检测系统是由工业相机、照明光源和图像采集卡组成，能够检测工件的形状和主要尺寸。（3）广州数控工业机器人控制系统。广州数控工业机器人控制系统是由本体和控制柜组成。本体主要是完成分拣抓取动作，控制柜是机器人的控制系统，并与外界进行通讯。（4）成品分拣码垛区。成品被机器人分拣出来，进入分拣码垛区，类型一工件通过传送带传输到下一加工工序，类型二工件按照工位1~4号顺序进行分拣码垛。（5）旋转平台（不合格产品分拣区）。次品被机器人分拣出来，进入次品分拣区，当次品达到一定数量，旋转台转动，便于人工收走。

2系统概述

2.1高速码垛生产线的组成

高速码垛生产线主要采用了计算机技术、工业机器人技术以及自动化技术等一个综合的自动化系统。为了促进企业高速生产，提高企业的工作效率，达到一个无人化、自动化、智能化的生产，高速码垛生产线的普及和应用是非常必要的。在工业应用上，高速码垛生产线及码垛机器人一般会根据企业不同的需求而做不同的调整。不同的企业、不同的物品以及不同的要求，每个生产线都是不同的，但是生产线的功能模块都是类似的。整个高速码垛生产线系统的功能模块主要由六部分组成，分别为产品输送模块、产品分拣模块、产品整列模块、机器人码垛模块、托盘供给模块以及成品垛输出模块，码垛生产线系统的组成。在高速码垛生产线系统中，因PLC控制系统具有信息处理快以及可靠性高等特点，被应用于工业自动化生产线中。可编程序控制器PLC作为码垛生产线系统的核心控制器，将控制码垛生产线中的各机械装置，来确保码垛生产线的顺利有序的进行，可根据客户不同的要求与扫码仪、打印机以及上位机配合使用，提高自动化水平和工作效率。总而言之，高速码垛生产线系统的核心控制器为PLC，通过操作面板的按钮和各类传感器的输入来控制电机、接触器或中继器等设备的动作。

2.2工业机器人分拣系统的分析

该系统实现的是机器人在进行分拣与搬运作业时运用了智能视觉系统技术，机器人根据智能相机实时拍摄到的工件的图像信息来调整分拣和搬运的策略，进而实现机器人对工件的智能识别定位、抓取和码放。机器人分拣系统主要组成部分包括：关节型工业机器人、智能视觉检测识别模块、主控系统模块和工件流水线模块。机器人整个分拣和搬运系统的工作过程为：第一，自行编写码垛机立体仓库出入库程序并设计触摸屏界面，从立体仓库中取出带有工件的托盘后依次放入AGV小车。第二步，AGV小车自动运行至托盘流水线位置进行对接，AGV小车上的托盘和工件将被输送至工件作业流水线上。第三步，在工件作业流水线上，智能相机对工件进行实时拍照获取工件坐标信息和码放角度值，实现了工件的形状特征和种类的识别。最后，将智能相机识别和检测到的数据信息反馈给主控系统和机器人，由机器人根据作业要求完成工件分拣和搬运，并放置到指定位置等待装配。工件放置完后，抓取并放置空托盘于托盘库中。

3系统功能分析

1. 智能识别与视觉检测。在输送带物料放置区上任一地方放置一个工件，放置区的传感器感应到工件后，启动输送带，经过物料引导区，将工件引导到输送带固定位置，并经过产品视觉检测区（如有合格工件经过，则将信号传输给机器人IN28口，如有次品经过，则通过该传感器信号传递给机器人IN29口），通过物料停止传感器感应，输送带停止，工件停止在固定位置，完成智能识别与检测功能。（2）智能分拣。工件停止后，机器人通过IN28口或IN29口获得相应信号，如是次品，按要求将次品工件分拣到次品分拣区相应工位，否则，将成品工件分拣至成品分拣码垛区的相应工位，实现智能分拣任务。（3）智能码垛。按要求将成品工件或次品工件分拣至相应工位后，按要求进行码垛，实现智能码垛任务。（4）旋转转台与系统复位功能。完成智能识别、分拣、码垛任务后，开启次品分拣区旋转转台，取走次品，按下控制台复位按钮，工业机器人通过IN27口获得相应信号系统程序重新启动。

结语

在工业生产中，普遍用于自动化生产中的码垛机器人实质上是一种普通的工业搬运机器人，主要负责执行装载和卸载的任务，且一般都采用示教的方法，预先设定好抓起点和摆放点。这种工作方式不能够对生产线的情况分析判断，如不能够区分工件大小，不能够判断工件质量是否合格，不能够对工件进行分类识别，不能对工件进行智能的码垛，只能够简单的重复搬运。将机器视觉应用到机器人码垛系统中，能够实现智能化的检测、分拣和码垛。

参考文献

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