基于ABB 机器人的生产线装箱系统的设计

陈星达，高 宁，毕建迪，薛蓉蓉

（扬州工业职业技术学院，江苏扬州 225127）

0 引言

现有的罐装洗衣液产线仅有罐装生产线，即只进行灌装、上盖等操作，罐装洗衣液产成后经过传送带，则为人工检测、搬运。根据中国工业现代化的发展，工业机器人现已占据绝大比重，将机器人代替人工搬运作为此项目的设计理念。

1 系统总体结构

罐装洗衣液生产线装箱系统主要对成品罐装洗衣液进行传送和搬运，以视觉对罐装洗衣液外包装检测和液位检测。罐装洗衣液生产线装箱系统的硬件主要由欧姆龙相机、超声波式液位传感器、用于传送带位置检测的光电传感器、ABB机器人等组成。在该系统中，2 L 和4 L 两种容量大小不同的罐装洗衣液，经过传送带进入检测区域，通过设定的超声波式液位传感器来检测罐装洗衣液的容量是否合格；再由欧姆龙相机对洗衣液外包装进行拍摄，以拍摄图片和数据库中模型对比，看是否合格；最后经过传送带运到相应位置，由位置传感器通知ABB 机器人进行取料和装箱动作，完成罐装洗衣液产线装箱系统。罐装洗衣液生产线装箱系统总体结构如图1 所示。

2 系统硬件设计

为了能够对整个系统进行有效保障，降低错误率，提高装箱效率，需要对罐装洗衣液的外包装、容积、瓶盖和罐装洗衣液到位情况等4 个参数进行检测。检测完毕，罐装洗衣液检测符合标准，通知ABB 机器人进行取料装箱工作。检测标准分别为：外包装是否完整，是否存在中间缝剂，是否表面贴标出现错误，容积是否达到标准（4 L 或2 L），瓶盖是否已盖好，有无倾斜现象等。CCD 检测完毕，将外包装和瓶盖数据进行“与”运算，容积数据传递数字“4”或“2”，结果传递给ABB 机器人进行判断是否进行抓取、装箱动作处理。ABB 机器人通过已编好的程序进行动作，将检测合格的罐装洗衣液进行抓取、装箱动作，并把4 L 的罐装洗衣液放在33 的箱子中，2 L 的放在44 的箱子中。

图1 罐装洗衣液生产线装箱系统总体结构

2.1 视觉模块硬件设计

选用欧姆龙FZ-SC5M 型号相机，符合罐装洗衣液生产线需求。欧姆龙FZ-SC5M 型号相机为全像素读出方式、隔行传送型、2/3 英寸CCD 成像元件，能够精确地进行图像处理分析，采用3D 处理技术可以更加准确地判断罐装洗衣液瓶子外包装和瓶盖的完好性。欧姆龙FZ-SC5M 可检测到类似颜色的颜色边缘和颜色对比度很小的小块缺陷，给予视觉模块优良的性能，有益于提高设计产线的生产效率，减小检测失误率。

2.2 超声波式液位传感器

超声波液位传感器集非接触开关、控制器、变送器三种功能为一身，适用于检测小型储存容器。用超声波液位传感器来检测罐装洗衣液液位的高低，以此来判断罐装洗衣液为4 L 还是2 L。若罐装洗衣液不符合设定的容量标准，则该罐装洗衣液不合格，ABB 机器人不执行程序来进行抓取装箱动作。

2.3 机器人硬件模块设计

为了能提高ABB 机器人的工作效率，能够无障碍、高速地进行罐装洗衣液物料搬运，采用了ABB 机器人中性能优良的IRB-1600 型号机器人。IRB-1600 型号机器人可以大大缩短工作周期，并且可采用多种安装方式，如支架式和倒置式安装，安装十分方便。硬件模块设计时，为了让IRB-1600 型号机器人可左右运动，不局限于它的工作，在IRB-1600 型号的机器人底座安装了地辊，地辊和IRB-1600 型号机器人的有效结合，更加符合罐装洗衣液在抓取移动过程中的需求。罐装洗衣液生产线装箱系统执行逻辑结构，如图2 所示。

3 系统软件设计

根据系统软件的具体要求，按照不同的功能对系统分组，将其划分为不同的工作单元。传感器信息的传递、CCD 视觉的检测、ABB 机器人的设备状态控制是罐装洗衣液装箱系统软件重要的3 个部分。其中传感器信息的传递主要是传递罐装洗衣液的容量和罐装洗衣液的到位情况；CCD 视觉的检测主要是检测罐装洗衣液的外包装和瓶盖是否拧紧到位；ABB 机器人的设备状态控制主要是根据接收传感器发送的信号进行运算，判断是否进行搬运、装箱到哪边箱子，并进行计件处理。4 L 罐装洗衣液将进行9 次运算，9 次计件满，将进行下1 箱子的装箱；2 L罐装洗衣液进行16 次运算计件。

图2 罐装洗衣液生产线装箱系统执行逻辑结构

4 小结

根据罐装洗衣液的真实情况，将视觉检测、传感器、ABB 机器人等技术进行融合，系统地组织起一个完整的罐装洗衣液装箱生产线，结合罐装洗衣液的外包装和容量等因素进行检测，将信息传达给ABB 机器人，以此来实现完整的、失误率小的罐装洗衣液生产线。