0 引言

機器人搬運生產線以多元化自由度機器人為核心，配置傳送帶用于物件搬運、傳送等工作。在傳送帶上，工件需按照一定速度傳遞到機器人搬運范圍，機器人針對工件大小自身合理調整，抓取工件，放置工件[1 ] 。因此，系統需找到最佳的調度策略，確保機器人搬運生產線長期運作中投入成本最小，減輕維護負擔。

1 機器人搬運生產線物理模型

機器人搬運生產線需包含機器人、傳送帶、相機等。傳送帶均勻運行，并載有隨機分布的工件。機器人處于傳送帶一端，機器人法蘭盤設置多個抓手，抓取工件，機器人一側放置成品庫，儲存工件，相機位于機器人抓取前端部位，將工件信息傳遞給機器人，示意圖如圖1所示。

圖1 機器人八云生產線示意圖

機器人撿取工件，等待并放置。撿取工件后，抓手余量減1，機器人在工作范圍固定點撿取工件（撿取點），將抓手上的工件放入成品庫，之后，抓手持件量為0。在等待動作中，機器人不撿取工件，也不放置工件。

機器人搬運生產線在各決策時針對抓手余量及工件位置判斷執行動作，完成執行后回到撿取點，進行下次決策。若抓手余量為0，則機器人不進行撿取操作，具體操作流程圖如圖2所示。

機器人撿取工件、放置工件，都會產生一定經濟價值，相當于人工的報酬。若工件從傳送帶流失，則系統需付出代價。機器人運作中消耗能量，撿取、放置也消耗能量，對機器人自動化生產線調度，需盡可能減少機器人在生產線上消耗的代價。

圖2 機器人搬運生產線工作流程示意圖

2 機器人自動化生產線實驗平臺設計

為對機器人自動化生產線進行科學模擬，文章設計自動化生產線實驗平臺，由機器人、傳送帶、視覺系統、氣路系統及人機交互系統共同組成[2 ] 。各個實驗平臺系統有自身控制器，生產流程中，不同設備需完成自身操作，并和其他設備進行交互，以協同控制系統指導設備間的交互。因此，需設計不同實驗平臺的協同控制系統及監視系統。

2.1 實驗平臺整體設計

2.1.1 平臺布局

沿同一方向設計三條傳送帶，編號1、2、3。傳送帶載有水平向右運動的工件，傳送帶一側放置機器人，機器人手臂安裝四個由氣缸和吸盤構成的氣動抓手，抓取工件。機器人安裝臺還設計有代加工工件放置區域和加工好的放置庫。

傳送帶上游設計光電感應設備和相機，工件向下游運動的，光感設備接收到信號，觸發相機拍照，相機自身進行算法分析，處理工件位置信息，傳遞給下游機器人。

2.1.2 工作模式

工作模式分為調試、自動兩種。調試模式可以控制面板按鈕、觸摸屏手動控制操作；自動模式下，由PLC系統支持的生產線自動工作，自動模式分為撿取加工和自動循環演示兩種格式，具體工作模式如圖3所示。

如圖3所示，平臺撿取加工，傳送帶光桿設備檢測到工件，觸發相機拍照，相機以算法分析獲取工件位置信息，傳遞給機器人，機器人根據工件信息，制定撿取和加工策略，落實撿取加工。機器人撿取后，將工件放入緩存庫，加工時從緩存庫取出工件加工，加工后放入成品庫，完成加工。但是，該自動化模式需人工給給料機添加加工料。

實驗平臺自動循環演示模式下，機器人針對工業相機提供的工件信息，完成工件撿取，按照策略決定下一工件是否撿取。機器人放置工件中，傳送帶光電感應設備檢測到載件盒到位，機器人放置工件，繼續工作。之后載件盒運動一個循環，機器人從中拿出工件，循環此步驟[3 ] 。

圖3 實驗平臺自動工作模式格式一

2.2 實驗平臺構成

機器人自動化生產線平臺由機器人、傳動帶、視覺系統、氣路、人機交互組成，機器人主要是撿取、加工、放置工件。傳送帶系統負責一條或多條傳送帶運行。視覺系統則通過相機、可調光源、光電傳感設備組成。氣路主要是空氣壓縮機、調壓閥、電磁閥、氣缸、吸盤等組成氣路系統。人機交互由PLC、觸摸屏、按鈕、指示燈、電表等組成。

在此平臺上，人際交互是核心，PLC對設備集成控制，接收傳感器、電磁閥各種由服務控制系統聯動控制。系統通過以太網實現視覺系統和機器人通信，實現實時監控。智能化系統由監控攝像、刻錄機、紅外傳感器溫度傳感器等組成。通過紅外傳感器和溫度傳感器，可避免工人作業被機器人誤傷。

2.3 機器人系統

機器人分為以下幾個部分：

①機械系統：主要是機器人的機械系統，包含不同機械臂、關節，確?？赏瓿蓪ぜ木珳识ㄎ?、抓取、放置。機器人通過伺服電機實現定位跟蹤，配合氣缸驅動機器人。②機器人控制器：通過專業編程，控制機器人不同運動軌跡、實現監控、通訊等操作。③坐標滑臺：由伺服電機驅動兩個軸，完成十字坐標滑臺，將工件從不同傳送帶上移動。④抓手：以真空吸盤緊緊吸取工件，完成撿取和放置工作。

機器人通過控制器、示教單元、通訊板卡、參數輸出板卡、外部電線電源等驅動并控制。

2.4 傳送帶輸送系統

為滿足實際工業需求，往往采用多條傳送帶完成工件加工，在這里假設有三條傳送帶。三條傳送帶并列，實現工件的兩個循環。

第一條、第二條傳送帶連接伺服電機，實現精準定位。光電傳感器和傳送帶并列配置，阻擋光電傳感器可發出信號，識別傳送帶上物品。氣動推桿也是傳送帶輸送系統中重要組成，以氣缸推動推桿，驅動載件盒移動，將其從不同傳送帶上切換。

2.5 視覺系統

主要由以下幾部分組成：首先是工業照相機，線路上光電傳感器出發照相機，照相機拍照，通過以太網將信息傳遞給機器人，完成對工件和載件盒的定位，將精確的坐標和角度輸入到機器人系統中。此外，若發生異常事件，管理人員可以操作觸摸屏，找到歷史照片，觀察工件是否在加工前就出現殘缺，為處理異常事件提供有力支持。

再者，是茶色玻璃框，選擇茶色玻璃框，減少光對照相效果的影響，通過綠光，減少外界光線對照相的干擾。

最后，光源控制單元是減少圖片陰影的控制單元，可使圖片更加清晰，坐標和角度更加精確。

2.6 氣路系統

氣路系統主要由空壓機為支持，共6個氣缸和8個吸盤實現氣動控制。氣缸為雙向氣缸，以電磁閥實現氣流換向。真空吸盤為為機器人抓手及坐標機器人抓手處吸盤，真空發生器提供負壓，發生器集成真空開啟閥、破壞閥、真空壓力開關，確保真空壓力穩定。機器人氣缸通過鋁板固定，薄板連接機器人法蘭盤。

2.7 人機交互集中控制系統

人際交互的系統是專業技術人員對實驗平臺的控制，人機交互系統由PLC系統、觸摸屏、按鈕、指示燈、電表等設備系統組成，人機交互系統主要集中在控制柜中，操作人員可以通過按鈕、觸摸屏，對產線不同設備人工調試，或改變其運行的某項參數。自動化控制模式下，PLC程序按照編程內容控制生產線自動化運行。

PLC的自動控制模式是系統核心，屬集成控制器，控制設備上電、斷電、運行、停止。服務器以以太網實現視覺系統和機器人的聯系，對系統運行動態監督。

3 結束語

綜上所述，機器人生產線生產模式和傳統生產線模式有較大區別，為保證更好的發揮機器人生產線生產模式優勢，需對其進行詳細分析，文章提出基于機器人搬運生產線的實驗平臺設計，介紹組成平臺的各個子系統，了解機器人自動化生產線實驗平臺及工作流程，為相應的機器人產線設計工作開展提供有力參考。

參考文獻：

[1 ] 張欣，葉家煒.基于PLC的實驗教學機器人FAS生產線的設計與實現[J ] .深圳職業技術學院學報，2018（1）：18-22.

[2 ] 姚江云.基于工業機器人的藥品包裝線支架搬運控制系統設計[J ] .工業控制計算機，2018，31（12）：104-105.

[3 ] 郝建豹，許煥彬，林炯南.基于RobotStudio的多機器人生產線仿真設計[J ] .組合機床與自動化加工技術，2017（11）：127-130.

[4 ] 郝建豹，林炯南，許煥彬.基于多機器人的虛擬陶瓷盤類生產線設計與仿真[J ] .機電工程技術，2017，46（10）：77-81.

[5 ] 佚名.串聯關節工業機器人高速搬運控制系統實驗平臺的開發[J ] .智庫時代，2018，148（32）：222-223.