工业机器人在纸卷包装机放封头系统上的应用

□基金项目：国家“863”计划“造纸行业包装搬运机器人系统的开发和应用”项目（2007AA04Z260）。 工业机器人在纸卷包装机 放封头系统上的应用 ⊙ 赵永国 张东（山东省科学院自动化研究所，济南 250014） Application of industrial robots in the end cover- placement system on paper packaging system ⊙ ZHAO Yong-guo, ZHANG Dong (Institute of Automation, Shandong Academy of Sciences, Jinan 250014, China) 赵永国，博士；主要研究领域：过程控制、系统 辨识、工业机器人应用、机器视觉等。 摘 要：简单介绍了工业机器人的应用 前景及组成特点，并重点介绍了机器人 在造纸行业中纸卷包装机放封头系统 上的应用。 关键词：工业机器人；造纸行业；纸卷 包装机 Abstract: The applying prospect and com- position characteristics of industrial robots were simply introduced in this paper. The application in the end cover-placement sys- tem on paper packaging system in paper industry was focused on. Key words: industrial robot; paper indus- try; paper packaging machine 机器人是一种仿人操作、自动控 制、可重复编程、能在三维空间完成 各种作业的机电一体化自动化生产 设备。工业机器人由机械、传感和控 制三大部分六个子系统组成。六个 子系统是驱动系统、机构与结构系 统、感觉系统、机器人与环境交互系 统、人机交互系统和控制系统。图1 和图2分别是机器人本体和机器人控 制柜及编程器。 1的纸卷包装机 纸卷包装机是造纸完成生产线 必备的包装设备之一，其主要功能 是对纸卷的外层进行包装，以便于 运输和存储。包装材料一般是牛皮 纸，包装层数一般为3～5层。 纸卷包装机由放纸、送纸、卷 纸、切纸喷胶、热压合等部分组成。 目前的包装机在选择包装纸规格、 送纸、喷胶、断纸、加压热封、踢纸 等动作实现了自动化，但是在放置内 外封头时还是由人工来完成。一方 面降低了包装速度，另一方面由于热 中图分类号:TS736; TS734+.7; TP241.2 文献标志码:B 文章编号:1007-9211(2010)04-0080-02 压盘的温度在200℃左右，增加了人 工在放置外封头时的安全隐患。 2的机器人放封头系统 2.1的系统组成及工艺 机器人放封头系统由搬运机器 人（包括控制器和编程器）、机器人 夹手、机器人底座、封头检测装置和 自动控制系统组成。 系统检测到被包装纸卷的直径 后通知机器人系统，其中一个机器 人自动抓取相吻合的封头并将其放 在封头输送链上，当纸卷需要放置 封头时由另外两个机器人从输送链 上抓取并将其放在纸卷两端。机器 人夹具装有一个传感器，以确认封 头是否抓住。若封头抓住后，机器人 按照固定事先示教好的轨迹运行到 摆放位置（摆放位置通过示教 实现），通过传感器确定封头是否放 下，封头摆放完毕，机器人回到起始 位置等待下一个抓取命令，接到命令 后重复以上动作。 由于纸卷规格不一样，封头尺寸 生产 实践 PRodUcTion8 2010 第31卷第4期 2010年2月�0 也不一样，根据不同产品规格预先 编好程序，机器人自动调用。 2.2的机器人本体及夹具 采用6自由度多关节型通用机 器人，其抓取机构采用真空吸盘式 夹手。真空吸盘由于是橡胶材料所 造，吸取或者放下工件时不会对工 件造成任何损伤。机器人主要参数 如1。 2.3的自动控制系统 为了能比较全面和可靠地自动 控制，同时考虑到控制系统的灵活 性、方便性、可靠性和易维护性等因 素，电气系统各个单元采用PLC控 制。采用西门子S7-200系列PLC作 为控制器，另配触摸屏，可对各个工 作单元的工作状况进行监控，显示 目前的工作状态，在手动工作方式 时可通过触摸屏对各个工作单元进 行手动操作，系统如发生故障，触 摸屏可显示报警信息并提示解决办 法，同时将信息记录归档。 机器人控制器配有I/O模块与 PLC I/O模块直接通信，机器人按 预先示教好的程序运行，并受PLC 控制。系统总体框图如图3所示。 2.4的封头检测系统 在封头输送链上安装定位传感 器，为机器人抓取封头提供准确的 表1 机器人主要参数 重复定位精度 mm 自由度数 水平运动范围 mm 手腕最大转距 Nm J4 J5 J6 每轴最大运动范围 ° J1 J2 J3 J4 J5 J6 最大速度 °/s J1 J2 J3 J4 J5 J6 本体重量 kg 安装型式 结构形式 垂直多关节 ±0.3 6 2654 745 745 441 +180～-180 +76～-60 +230～-137 +205～-205 +120～-120 +200～-200 95 85 95 115 110 190 约1400 地面安装 图1 机器人本体 图2 控制柜和编程器 机器人 机器人 控制器 示教器 上位机 PLC 触摸屏 图3 系统总体框图 位置信息。机器人抓具上面也装有 传感器用来检测封头是否被安全抓 起，如果没有抓住，机器人会停止下 一步动作，并重新执行抓取动作， 安全抓起后机器人才进行下一步动 作。 2.5的辅助系统 从安全生产的角度考虑关键工 位设有急停按钮，并有明显标识。通 过传感器对全线进行监控，出现故 障立即停机。PLC控制器的电源前 端加有隔离变压器和滤波器，防止 电网的波动和噪声污染使PLC发生 故障。 单元操作面板上有上电按钮和 急停按钮，上电后可对系统进行操 作，手动操作可对各单元的传送带 启动和停止进行单独控制。触摸屏 画面分手动操作、自动操作、故障复 位、参数设置、I/O状态显示、报警 信息显示、事件消息显示及单元生 产数据显示。 各单元上设有三色塔灯，显示 系统目前的工作状态。人机界面选 用触摸屏完成，可对全部受控元件 （电机、气缸等）进行监控，显示目 前的工作状态，用手动工作方式时 可以对每一个受控元件进行手动 操作。系统如发生故障，人机界面 可显示报警信息，同时将信息记录 到报警存档中，为系统的维护提供 参考。 参考文献 [1]孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理(第7版)[M]. 北京:高等教育出版社,2006:102. [2]吴振彪,王正家.工业机器人(第2版)[M].武 汉:华中科技大学出版社,2006:41. [3]川崎机器人(天津)有限公司.川崎机器人控 制器外部I/O手册[K].2007:16-18. [收稿日期:2009-08-21(修改稿)] 生产 实践7PRodUcTion 2010 Feb., 2010 Vol.31, No.4 China Pulp & Paper Industry �1