基于KUKA工业机器人“U”盘自动上料工作站的设计

程振中

摘 要 本文重点内容是为U盘组装生产线设计工业机器人自动上料工作站，利用快换工具实现对U盘芯片、U盘壳、U盘冒的自动上料，通过SIMATIC S7-1200控制下的丝杠将U盘物料送至下游的产线进行组装。设计的工作站运行效果良好，可以代替人工上料，减少用工量，节约了用工成本。

关键词 工业机器人 自动上料 快换工具 SIMATIC S7-1200

中图分类号：TP242文献标识码：A

0前言

U盘的装配包括U盘芯片、U盘壳、U盘冒，三部分装配在一起。传统的“小作坊式”的生产主要依靠人工生产，人工参与的部分包括人工点胶、人工装配、人工打标、人工装盒等。随着人力成本的提高，由大量人工参与生产的利润空间在逐步萎缩。机器换人，减少用工量，提高生产效率是自动化改造传统生产线的目標。本文研究重点是借助工业机器人技术、工业控制技术实现U盘芯片、U盘壳和U盘冒的自动化上料，是实现自动化点胶、自动化装配、自动化贴标的前提。

1项目实施

1.1系统框图

U盘自动上料工作站是工业机器人技术、工业控制技术的综合应用，设计的系统功能图如图1所示。

1.2硬件搭建和设计

1.2.1 PLC的I/O接线

PLC的I/O接线主要考虑与KUKA I/O板的数字量信号连接，PLC输入包括PLC初始化命令（DO7接I0.1）、PLC停止命令（DO8接I0.2）、丝杠运动到下料位命令（DO9接I0.3）、丝杠运动到载料位命令（DO10接I0.4）;PLC输出包括PLC初始化完成（Q0.5接DI7）、丝杠运动到下料位完成信号（Q0.6接DI8）、丝杠运动到载料位完成信号（Q0.7接DI9）、2#机器人取料完成信号（Q8.2接DI10）。PLC的I/O接线如图2所示。

1.2.2工业机器人的I/0接线

KRC4控制柜的X12端是工业机器人的IO板接口，工业机器人IO接线主要考虑的是与PLC的连接、工业机器人夹具的信号连接、外部控制按钮的信号连接。工业机器人IO板的接线图如图3所示。

1.3程序设计

1.3.1机器人程序设计

机器人程序设计采用结构化编程方法，建立多个全局子程序，方便程序的移植和修改。根据工作要求，建立的程序架构如图4所示。

banyun（）工作执行程序中主要应用二维数组、for嵌套循环、相对运动指令实现对行列上物品的抓取。

1.3.2 PLC程序设计

PLC程序设计主要是对丝杠轴的组态和编程，通过TIA软件对驱动器的设置。调用相应的指令库完成对轴的复位、使能、回原点、绝对定位（包括载料位的位置、下料位的位置）的编程。运动控制指令“MC_MoveAbsolute”启动轴定位运动，以将轴移动到某个绝对位置。本例程中设置%MD60=5000是载料位置、%MD60=60000是卸料位置。

2安装调试

根据硬件设计和软件设计内容，搭建U盘自动上料工作站，在手动调试，确保安全无误后，采用自动运行模式，速度降低到30%以下运行程序，可以实现良好的运行效果。运行结果如图5所示。

3结束语

U盘自动上料工作站综合利用工业机器人技术、工业控制技术、机电一体化技术，实现U盘芯片、U盘壳、U盘冒的自动上料。该设计方案是校企深度融合、中德国际职业教育合作背景下的成果，本人作为该方案的主要负责人之一，目前正在申请该设计的发明专利。该设计方案如果投产还需进一步完善，比如在自动上料工作站的上游，增加导轨式移动工业机器人，增加物料货架，利用移动机器人将物料货架上的U盘托盘搬运至上料工作站等。在投产时还需考虑设备成本因素，投入工业机器人和传统机电一体化设备的比例问题。

参考文献

[1] 西门子中国有限公司.深入浅出西门子S7-1200 PLC[M].北京：北京航空航天大学出版社，2019.

[2] 海伯勒·格雷格尔等.机电一体化图表手册[M].周正安译.长沙：湖南科学技术出版社，2014.

[3] 徐文.KUKA工业机器人编程与实操技巧[M].北京：机械工业出版社，2017.

[4] 余任冲.工业机器人应用案例入门[M].北京：电子工业出版社，2015.