7自由度工业机器人分拣实训单元的设计

7自由度工业机器人分拣实训单元的设计

陈良

(杭州万向职业技术学院，浙江杭州 310023)

摘要：本文提出了一种利用多关节机器人附加轴配置和RFID等关键技术，设计一种智能制造分拣实训单元的方法，并给出了设计方案及涉及的主要技术技能点。利用所涉及的实训单元，丰富了综合实训案例、提高了实训效率、促进了课程教学与技能证书的融通并降低了设备成本。

关键词： 工业机器人；分拣实训；附加轴；RFID

0引言

随着智能制造的不断推进，学校根据自身的教学目标和资源条件合理配置设计各种与企业接轨的智能制造实训设备成为高职智能制造类专业提升教学能力过程当中的必要一环。智能分拣则是智能制造中的一个重要环节，尤其是在物流、仓储等领域。设计一种利用机器人进行智能分拣的教学实训单元，将有助于培养学生掌握在智能分拣领域综合应用各种智能制造技术的能力，如：机器人技术、传感器技术和物品信息识别技术等。

1 设计方案

1.1方案概念设计

工业机器人应用编程职业技能等级证书标准，规定了工业机器人应用编程职业技能等级对应的工作领域、 工作任务及职业技能要求。该标准中高级证书能力要求部分，明确提到要求掌握工业机器人系统外部设备通信与编程的能力，包括：能够根据生产要求， 编制 RFID 应用程序、编制基于工业机器人的智能仓储应用程序、对带有扩展轴的工业机器人系统进行配置和编程。

本设计方案引入RFID标签识别技术，增加移动外部轴构成7自由度机器人，1台机器人兼顾上料工位与智能分拣工位作业，图1 为概念设计图。机器人品牌为KUKA KR10 R1420，PLC品牌选用西门子1200，RFID为易福门 DTE101。

1.2 特点和优势

本设计方案融合多项实训技术，包括：工业机器人搬运编程、工业机器人多轴配置、现场总线通讯配置、RFID技术、传感器与PLC编程技术等。此外，利用移动机器人特性，节省机器人台套数，单台机器人双工位运行。总之，利用本设计方案，多技能点融合，提高提高实训综合性和效率，贴近企业实际工况，并节省了设备配置的成本。

图1 概念设计图

2 技术技能点

2.1 RFID技术及PLC编程

RFID (Radio Frequency Identification) 是一种无线通信技术，它通过无线电信号来识别特定目标并读写相关数据，而无需在识别系统和特定目标之间建立机械或光学接触。该项技能也是工业机器人应用编程职业技能等级证书标准中级证书所要求掌握的技能点。工业机器人与RFID（Radio Frequency Identification）技术的结合，为工业自动化和智能化提供了强有力的支持。RFID技术通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体（电子标签或射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的。

IFM易福门PROFINET总线传感器DTE101通过高频的RFID读写器,以无线电信号与阅读器之间的数据通信实现目标物品的识别和追踪。本文以DTE101与西门子1200系列PLC为例，进行编程实现电子标签的数据读写。

图2 DTE101 PLC功能块

建立西门子1200PLC与DTE101之间PROFINET通讯，通过RWH_RW功能快（图1）实现对标签数据的读写。读取标签数据用到的主要引脚说明如表1。

表1 RWH_RW功能块主要引脚说明

2.2 机器人附加轴的配置

机器人附加轴是指在机器人末端上增设的一个或多个轴，常用于扩展机器人的工作范围，提高机器人的精度和功能。附加轴包括旋转轴和线性轴两种类型，旋转轴常用于实现机器人的旋转、倾斜等动作，而线性轴则主要用于机器人的加、减速等动作。本文所设计的实训单元为增加机器人底座的移动线性轴，使机器人可以在多工位来回作业，如图3。

图3 线性导轨与机器人

根据KUKA机器人搭配的附加轴电机信息，在workvisual对附加轴进行配置。根据实际工况调整线性轴的软件限位数值，并对电机与轴的传动比进行配置。表2-3分别为设计用到的移动轴电机部分参数和附加轴部分参数配置表。

表2 电机参数表

表3 附加轴E1参数配置表

2.3 PROFINET通讯配置

Profinet现场总线是一种基于以太网技术的工业现场总线协议，具有高性能、实时性、灵活性和可扩展性等特点。使用博图（TIA Portal）配置Profinet系统如图4所示。

将PLC、DTE101和KUKA机器人三者以PROFINET现场总线的方式加以连接。

图4 PROFINET 网络视图

2.4 工业机器人编程

机器人程序结构分为：主程序、上料端程序和分拣端程序。用到的主要编程技能有：结构化编程与子程序；运动编程语句SPTP、SLIN；程序流程控制WAIT、SWITCH…CASE、LOOP…ENDLOOP等等

3结束语

本实训单元的设计，为学生提供了具有智能制造单元综合实训的教学设备，丰富了学生智能制造综合实训的案例。在实训项目设计上，满足了工业机器人应用编程职业技能等级证书标准中关于中级和高级证书的部分要求，为课证进一步融通做好训练准备。同时该实训设备极大地提高了实训的效率并利用多轴机器人降低了机器人的台套数，节约了设备成本。

参考文献

[1]陈良. 数字孪生技术在高职工业机器人实训教学中的应用研究[J]. 电子测试，2022，（3）：138-139

[2]白蕾,张小洁，侯伟. 基于工业机器人的智能生产线设计与开发[J]. 工业仪表与自动化装置,2018(3):69-72

[3] 北京赛育达科教有限责任公司. 工业机器人应用编程职业技能等级标准（2021年2.0版）

基金项目：本文系浙江省教育厅2023年度国内访问工程师项目的研究成果。

作者简介：陈良(1980-)，男，浙江绍兴人，副教授,研究生，主要研究方向：机电一体化技术。