机器人在空调压缩机堆垛中的应用

雷丰顺

摘要：目前国内空调行业压缩机的搬运堆垛，由于工序复杂，基本都是人工搬运堆垛。在“机器换人”的大趋势下，如何用机器人来实现全自动搬运堆垛是自动控制系统中的关键技术。本文介绍了一种利用机器人配合伺服夹具和视觉来实现针对空调压缩机搬运堆垛全自动化生产的方法，重点阐述了其工艺控制原理，伺服控制以及机器人和PLC的程序设计。

关键词：机器人；伺服夹具；压缩机；PLC

1引言

在生产效率和产品质量并举的今天，空调压缩机仍然采用人工搬运，劳动量大，工时多，无法保证码垛质量。同时行业“用工荒”、“高成本”等因素交织叠加在一起，压缩了企业的盈利空间。促使企业在转型升级中寻找新出路，市场将重新洗牌。“机器换人”已是大势所趋。针对企业的需求，设计了一套伺服驱动的夹具，通过Profibus DP总线与机器人，视觉进行数据交互，实现压缩机的高速精确堆垛的控制系统。

2硬件配置及控制思路

2.1硬件配置

电气控制硬件配置如图1所示，机器人选用的是ABB IRB6640-235。夹具由三台Bonfiglioli的伺服驱动器和伺服电机及两台用变频器驱动的普通电机以及气缸组成，另外采用基恩士的视觉数据采集进行精确定位，可编程控制器采用西门子$7317-2 PN/DP双以太网带DP接口，人机界面采用西门子的MP277系列10英寸TFT液晶显示触摸屏。编程软件采用STEP7 V5.5版本和Wincc Flexible 2008 SP4版本。触摸屏和PLC之间的通讯采用SIMATIC NET工业以太网形式，PLC与SEW伺服驱动之间采用profibus DP总线通讯方式，基恩士视觉和PLC之间采用profinet实时以太网的通讯方式。

2.2控制思路

空调压缩机的堆垛工艺要求先搬运一个木底托板到搬运位置，再取一个底层定位泡沫放置在木托板上面。再从传输带上把压缩机一个一个搬运到泡沫固定孔，一层堆10到30个，第一层堆好后，再取一块中间层的定位泡沫套在第一层上面，再从传输带上把压缩机一个一个搬运到第二层的泡沫固定孔，第二层堆完后，再取一个顶部的泡沫放上去。根据工艺要求，设计的夹具上的伺服驱动由三部分组成，两个旋转伺服进行压缩机角度的控制，一个平移驱动控制两个压缩机间的间距。每个旋转伺服下端配气缸，控制压缩机的抓取和放置。通过左右两侧的变频驱动控制勾板机构对木托板和泡沫板进行抓取好放置。与控制相关的数据传输至触摸屏显示。并将控制参数做成配方。通过建立不同的配方参数给不同型号的产品，从而实现一键切换，快速更换不同型号产品生产。

3定位控制计算原理

3.1基本数据和计算公式

两个压缩机的间距是靠平移伺服驱动实现的。采用绝对位移的线性运动，下面是一些关键参数的计算。

外部轴一个周期是：25mm

要求的精度是：±1/100mm

脉冲当量△S=25mm/（1/100mm）=2500，即1unit=0.01mm

设置参数1115Feed Constant为2500

速比

把参数1116设定为100，参数1117设定为1975

抓取和放置压缩机的角度是通过两个旋转伺服进行精确定位的，360°一个周期，要求的精度是：±1/10°

脉冲当量，把参数1115设置为3600

速比

把参数1116设定为245，参数1117设定为18

机器人与PLC通过Profibus DP通讯实现数据交互实现夹具位置的控制。这里采用视觉在抓取前，先拍照，计算出与参考位置的角度和，X，Y，Z的位置值。通过Profinet以太网实时发给PLC，PLC处理完数据再发给机器人和伺服，依据上述位置数据调整到正确的位置。4定位控制的软件设计

4.1机器人主要参数设置

下面列出的是一些机器人交互的关键数据。

通道参数：-Name"FUNCTION"-SignalType"GI"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"224-239"

抓取点X坐标：-Name"PICK_X"-SignalType"GI"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"416-431"

抓取点Y坐标：-Name"PICK_Y"-SignalType"GI"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap“432-447”

抓取点Z坐标：-Name"PICK_Z"-SignalType"GI"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"304-319"

机器人姿态：-Name"PostureNUM"-SignalType"GI"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"96-111"

驱动伺服信号：-Name"Q_SERVOPOS"-SignalType"DO"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"22"

旋转伺服1位置：-Name"T1_SERVOPOS"-SignalType"DO"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"320-335"

旋转伺服2位置：-Name"T2_SERVOPOS"-SignalType"DO"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"336-351"

平移伺服位置：-Name"T2_SERVOPOS"-SignalType"DO"-Unit"PROFIBUS4"-UnitMap"352-367"

设置通讯方式为DP，地址为4：-Name"PROFIBUS4"-UnitType"DP_SLAVE_FA"-Bus"Profibus_FAl"-PB-Address 4

设置工具坐标：TASK PERS tooldata tGripper：=[TRUE，[[0，0，950]，[1.0，0，0]]，[130，[0，0，250]，[1，0，0，0]，0，0，0]]

设置负载参数：TASK PERS loaddata IBOX：=[40，[0，0，800]，[1，0，0，0]，0，0，0]

4.2PLC程序设计

控制系统以PLC做主站，包含机器人，视觉，旋转伺服1，旋转伺服2和平移伺服共5个从站。

通过PQ和PI指令，实现从站和PLC主站之间的数据交互。

下面以从站伺服旋转1为例给出交互数据的程序。伺服的P01通道设定为控制字2，P02通道设定为速度值，P03设定为位置，P11通道设为状态字，P12通道设为实际位置，下面是伺服通道与PLC地址映射的程序。

LMW100//控制字，通过不同的位，进行逻辑编程，实现控制伺服

TPQW100//对应伺服的P01通道

LMWl02//速度，PLC给伺服的运行速度

TPQW10//对应伺服的P02通道

LMD10//位置，PLC给伺服的位置

TPQD104//对应伺服的P03通道

LPIW100//伺服的状态，对应伺服的P11

TMW120//将读出的状态，寄存到MW120

LPID104//对应伺服的P12，伺服的当前位置值

TMD130//将伺服的当前位置值寄存到MD130

在对机器人进行配置时，使用16位（一个字）进行通讯，西门子一个字中的两个字节要倒转一下。高字节变成低字节。这里以机器人的X坐标通讯程序为例。

LMB300//PLC发给机器人的X坐标值的低8位

TPQB301//对应机器人X坐标值通道的高8位

LMB301//PLC发给机器人的X坐标值的高8位

TPQB300//对应机器人×坐标值通道的低8位

5结语

该套控制系统经过反复调试，已经在格力空调投入使用，在实际生产中经过了严格的验证，精度控制在毫米级，精简了企业的用工，简化了企业的管理，提高了企业的生产效率，降低了耗材的损耗，实现了自动化生产，解决了压缩机生产中的一大瓶颈。

参考文献：

[1]叶晖.工业机器人典型应用案例精析[M]机械工业出版社

[2]廖常出.S7-300/400PLC应用技术[M].机械工业出版社.